§ 3. Типичные задачи, решаемые с помощью метода ямр

Традиционно задачи органической химии группируют около трех центральных проблем.

Проблема 1. Механизмы реакций. Сюда включают рассмот­рение путей реагирования компонент, структуры переходного со­стояния (активированного комплекса), кинетики реакций, катали­за и т. д.

Проблема 2. Структура органического соединения. Сюда вклю­чают вопросы измерения трехмерной пространственной структуры (геометрии) молекул, динамические аспекты (в частности, кон- формационный анализ), исследование потенциальных поверхно­стей молекул и т. д.

Проблема 3. Свойства органических продуктов. В эту группу задач входят различные проблемы измерения, интерпретации и использования различных химических и физико-химических свойств соединений. Некоторые из этих* свойств могут иметь чи­сто практическое значение.

Выше отмечалось, что разумная постановка проблемы опреде­ляется тем арсеналом методов проверки гипотез, которым распо­лагает исследователь. Если для проверки каких-то двух гипотез нет метода, приводящего к двум различным следствиям, то по­становка самой проблемы нецелесообразна.

Спектроскопия ЯМР как один из методов решения проблем органической химии прежде всего характеризуется определенны­ми требованиями к объекту исследования.

Фазовое состояние. Спектроскопия ЯМР высокого разрешения применяется в основном к жидкостям и растворам. В твердых те­лах сильные диполь-дипольные взаимодействия приводят к резко­му уширению линий спектра, что вызывает уменьшение инфор­мационной емкости спектров. В газах при обычных давлениях ко­личества исследуемого вещества недостаточно для регистрации спектров с хорошим отношением сигнал/шум.

Однородность раствора. Используемые в спектроскопии ЯМР растворы должны быть гомогенными и изотропными. В ряде слу­чаев возможны исследования спектров в жидкокристаллических растворителях (нематическая 'фаза), однако эти исследования но­сят специальный характер и проводятся на простейших системах.

Количество вещества. Сравнительно низкая чувствительность метода ЯМР накладывает серьезные ограничения на минимально^ количество образца. В современной спектроскопии ЯМР мини- мальное количество вещества составляет примерно 10~²—10^_3 мо­ля на литр.

Равновесность. Химические системы разделяют на равновес­ные и неравновесные (т. е. изменяющиеся во времени). Спектро­скопия ЯМР применима главным образом к равновесным систе­мам. Для неравновесных систем с периодом полупревращения, меньшим 1 с, спектроскопия ЯМР не используется.

Индивидуальность. Исследуемое вещество может быть индиви­дуальным химическим соединением или представлять собой смесь соединений или компонент. Компонентами называются слабо вза­имодействующие и не превращающиеся друг в друга соединения. Метод ЯМР применим’ к обеим группам объектов, если только каждая из компонент раствора удовлетворяет требованиям мини­мального количества вещества.

Динамический тип молекулы. Вид спектра ЯМР существенно зависит от типа потенциальной поверхности молекулы (гл. 4, § 1). В зависимости от скорости протекания процессов химического об­мена при комнатной температуре' молекулы разделяют на жесткие (обмен отсутствует), динамические (времена жизни обмена попа­дают во временную шкалу метода) и псевдожесткие (обмен про­исходит очень быстро). Исследования этих групп объектов не­сколько различаются методически.

Специфика групп объектов определяет и круг задач, решае­мых с помощью ЯМР.