Диамагнитна анизотропия

В това видео ще обсъдим диамагнитната анизотропия. Доста засукани думички. Разглеждали сме диамагнетизма в предишно видео, където използвахме кръгов проводник като аналогия. Ако токът се движи в тази посока в кръгов проводник – така представям тока – се създава магнитно поле. В самия център на този кръгов проводник магнитното поле сочи точно надолу. Когато се отдалечаваме от центъра, мога да нарисувам няколко линии на магнитното поле, което не направихме в предишното видео. Колкото повече се приближаваме до проводника, във вътрешността на кръга магнитното поле сочи надолу, но извън кръговия проводник магнитното поле ще сочи нагоре. Същото е и от тази страна, тук сочи надолу вътре, а линиите на магнитното поле са нагоре извън кръговия проводник. Затова, когато говорим за тока, имаме предвид движението на положителните заряди. Но всъщност не се случва това. Знаем, че всъщност се движат електроните, а движещите се заряди създават магнитно поле. Електроните се движат в посока, която е обратна на начина, по който дефинираме тока. Значи имаме електронна плътност, която се движи по този начин, и се индуцира магнитно поле. Ако разгледаме бензена, той има шест пи-електрона... ето това тук е бензен. Да определим тези пи-електрони. Два, четири, шест. Ако поставим бензен във външно магнитно поле, ето това е външното магнитно поле В нулево, което сочи нагоре. Тези шест пи-електрона на бензена се въртят и създават индуцирано магнитно поле. Сега ще покажа как се движат в кръг пи-електроните в бензена. Тези пи-електрони отиват в тази посока. Ако пи-електроните се движат в тази посока, тогава индуцираното магнитно поле ще сочи надолу. В самия център индуцираното магнитно поле сочи надолу. Значи индуцираното магнитно поле сочи надолу. Ако се отдалечим от центъра, отново можем да нарисуваме няколко линии на магтнитното поле, и като се приближаваме до ръба на пръстена, към ръба на бензеновия пръстен... пак повтарям, че вътре в пръстена магтнитното поле сочи надолу, но извън пръстена магнитното поле сочи нагоре. Отсам имаме същото нещо. Вътре сочи надолу, извън пръстена магнитното поле сочи нагоре. Сега да видим какво магнитно поле въздейства на този протон. На този протон въздейства приложено магнитно поле В нулево, но също така му въздейства индуцираното магнитно поле, което е в същата посока като външното магнитно поле. Това е посоката на индуцираното магнитно поле извън пръстена. Така ефективното магнитно поле, въздействащо на този протон... Трябва да съберем индуцираното магнитно поле и приложеното магнитно поле, за да намерим ефективното магнитно поле. Извън пръстена имаме по-голямо магнитно поле. Имаме по-силно магнитно поле, което означава по-голяма разлика между алфа и бета- спиновите състояния по отношение на енергията. А по-голяма разлика в енергията означава абсорбиране на по-висока честота. Следователно имаме по-голямо химично отместване. Така протонът на бензена има химично отместване, което е приблизително 7,27 части на милион (чнм; ppm). Това се отнася за всички протони във всякакъв вид бензенови пръстени. Общият интервал е между 6,5 и 8. Има няколко молекули, в които този ефект се проявява особено драматично. Да разгледаме едно такова съединение. Как разбираме, че този ефект е действителен? Ако разгледаме тази молекула, тук имаме гигантски пръстен. Ще го оградя, за да видиш този гигантски пръстен. Този пръстен е много по-голям от бензена. Имаме много пи-електрони, повече, отколкото при бензена. Ще оцветя само някои от тях. Два, четири, шест, осем и т.н. Виждаш, че се редуват единични и двойни връзки в молекулата. Ако поставиш тази молекула във външно магнитно поле, ще получиш същата ситуация като бензена. Да разгледаме тези вътрешни протони. Тук имаме шест вътрешни протони. Ако разгледаме диаграмата за бензена, ако приложим външно поле В нулево, ето тук в центъра на пръстена вътрешните протони са изложени на индуцирано магнитно поле, което сочи надолу. То е срещуположно на външното магнитно поле. Ще го начертая тук. Ако приложим външно магнитно поле В нулево, вътрешните протони са изложени на индуцирано магнитно поле, създадено от движението на тези пи-електрони. Това индуцирано магнитно поле е срещуположно на приложеното. Ефективното магнитно поле, въздействащо върху тези вътрешни протони е по-малко. Получаваме по-слабо ефективно магнитно поле. По-малко ефективно магнитно поле означава по-малка енергийна разлика между алфа и бета спиновите състояния. Затова получаваме по-нискочестотен сигнал и по-малко химично отместване. Химичното отместване за тези шест вътрешни протони се оказва, че е –2 чнм (ррm). Да помислим какво означава това. –2 в сравнение с ТМС. Ако погледнем тук горе, ТМС е при нулата. Минус две ще бъде надясно. Даже нямам място, за да покажа химичното отместване. Това е след ТМС. Това е много драматичен ефект. Можем да разгледаме също така и тези протони извън пръстена. Ще ги оцветя. Имаме 12 протони извън пръстена. Тъй като тези протони са извън пръстена, индуцираното магнитно поле сега е в същата посока като приложеното магнитно поле. Следователно ще имаме по-силно ефективно магнитно поле, което въздейства на тези протони. По-силно магнитно поле означава по-голяма разлика в енергията между алфа и бета спиновите състояния, така че получаваме по-високочестотен сигнал и по-голямо химично отместване. Химичното отместване е около 9 чнм. Това е драматична разлика между химичните отмествания за вътрешните и външните протони, което показва колко мощен може да бъде този ефект. Ще използваме този ефект, за да обясним отместването за протон в тройна връзка. Ако разгледаме ацетилена, това тук е ацетилен, нека да видим сигнала за този протон. Да видим въглерода, с който е свързан. Този въглерод тук е sp-хибридизиран. В предишното видео разгледахме факта, че една sp-хибридна орбитала има по-изразен s характер, от sp2-хибридните и sp3-хибридните орбитали. Следователно електронната плътност ще бъде по-близко до този въглерод. Затова можем да разглеждаме един sp-хибридизиран въглерод като по-електроотрицателен от sp2-хибридизирания и sp3-хибридизирания въглерод. Електронната плътност е по-близко до този въглерод, което ще деекранира този протон и ще доведе до по-голямо химично отместване, отколкото при протон в двойна връзка. Но ние наблюдаваме нещо друго. Отместването за този протон се оказва около 2 до 2,5. Всъщност това е даже по-малко химично отместване, отколкото при протон при двойна връзка. Да видим как можем да го обясним. Ако приложим външно магнитно поле, значи В нулево е нашето приложено външно магнитно поле, знаем, че то кара пи-електроните да се въртят. Ако имаме насочен нагоре ацетилен, тук ориентацията на молекулата има значение, ако това сочи в тази посока, тогава пи-електроните ще обикалят ето така. И точно както видяхме при бензена, ако пи-електроните обикалят ето така, получаваме индуцирано магнитно поле с посока надолу, ето така. Можем да поставим няколко линии на магнитното поле. Сега да видим какво магнитно поле въздейства на този протон например. Върху този протон въздейства приложеното магнитно поле, както и индуцираното магнитно поле. Но индуцираното магнитно поле е в обратна посока на приложеното магнитно поле. Можем да начертаем индуцираното магнитно поле, което е противоположно на приложеното магнитно поле. Този протон, който оградих тук, всъщност е изложен на по-малко ефективно магнитно поле. Когато имаме по-слабо ефективно магнитно поле, намалява енергийната разлика между алфа и бета спиновите състояния. Тогава имаме по-малко химично отместване от очакваното поради този ефект. Това е начинът да обясним, че химичното отместване е някъде около 2,5 за протон при тройна връзка. Този ефект действа всеки път, когато имаме пи-електрони, които могат да се движат в кръг в молекалата, когато е изложена на външно магнитно поле. Можем да използваме това също така да обясним примера с протона при двойна връзка. Тук имаме няколко пи-електрона. Или може да имаме протон, който е съседен на карбонил. Значи имаме пи-електрони. Винаги, когато имаме пи-електрони, този ефект е налице. И както видяхме, този ефект може да е много мощен и да повлияе на химичното отместване.