2009年7月31日 星期五

有機化學的基礎92 化學位移Chemical Shifts

1.       為了建立一個獨立、不受外在磁場影響的數值,必須應用化學位移chemical shift的道理來計算;化學位移,就是把 樣品的訊號頻率」減掉「標準化合物的頻率」所得的「差」,再「除」以「光譜儀的頻率」。

2.       化學位移數值,用「δ scale級」來說明,在這裡,等於百萬分之一(ppm),標準化合物「四甲基矽甲烷TMS的訊號級數δ被設定為「0」。

                樣品的頻率 標準化合物頻率

   δ = ──────────────── × 10 6次方

                         光譜儀頻率

3.       δ級」,來自於「標準化合物」與「樣品」的頻率到底相差多少的比例,因此「δ級」是一個獨立的數值,排除「外加磁場」的干擾。樣品的訊號頻率,如果比較低(也就是磁場比較低),低於標準化合物(TMS)的頻率,那麼就會得到正的「δ」值。

4.       大部分的質子(剝掉電子的氫原子)訊號在012ppm之間,的範圍更大,從0250ppm

5.       因為「氫質子H1」光譜範圍小於「碳13」,所以,兩個不相等的訊號不小心重疊在一起的情形,比較容易發生在質子光譜,比較不容易發生在碳光譜。

6.       幾乎所有低於標準化合物頻率的訊號,都被稱為「低磁場downfield」。(這個名詞來自於早期的質譜儀,這種質譜儀在頻率保持恆定狀態下,觀察磁場變化。)

7.       「四甲基矽甲烷TMS」這種矽膠,通常在「高磁場」,它的質子和碳原子,是大部分有機化合物的組成原子。

8.       因為「矽」與「碳」相比,「陰電性electronegative」比較弱,「四甲基矽甲烷TMS」的「碳-C-Si」化學鍵被極化之後,電子會移往靠近甲基分子群的碳原子;密密麻麻的電子,會遮蔽「碳」與「氫」原子核的分子群,使它們不容易受外加磁場的影響。

9.       活磁性原子核,在核磁共振時,頻率稍微低於「TMS」,就是在核磁共振光譜的高磁場區upfield region;核磁共振時,移往遠低於「TMS」的低頻率區域,就是在低磁場區downfield region

10.   【光譜解讀】化學家如何從核磁共振光譜裡判斷出分子結構?從訊號(波鋒直線)數目,他們建構出樣品裡面到底存在多少不同種類的原子核;從每一個訊號的化學位移,他們發現每種化學環境的細節;從訊號的斷裂,他們推測到底有多少質子彼此相鄰

11.   以「乙醇ethanol」的2種核磁共振光譜為例。乙醇的「碳13核磁共振光譜」(13 C)2個波鋒,因為乙醇分子中有2種碳原子。乙醇的「氫質子 核磁共振光譜」(1H)有三組訊號,這是因為乙醇分子有三類氫原子(氫原子所處的結構環境可分為三類)

12.   特別注意,光譜的訊號紀錄,有的是連續的線條、有的是尖銳的波鋒,然而質子()光譜則是斷裂的線條、每一段線條的圖形都很對稱。線條會斷裂是因為鄰近質子彼此交互作用的關係。(翻譯改寫自Mary Anne Fox, James K. Whitesell的《Organic Chemistry)

徐弘毅:

1.       為了讓「樣品」反射出來的「訊號」更清楚,大家各自想辦法加「強核磁共振儀」的「磁場」,結果同樣的化合物,每個人得到的訊號都不一樣,這樣不但沒有辦法確定哪種訊號代表什麼化合物,彼此的成果也沒有辦法交流溝通,經驗不能承傳。

2.       為了排除「外加磁場」不一樣產生的干擾因素,化學位移公式,用「標準化合物」和受測試的化合物比較(二者相減),這是第一個衡量的標準。

3.       這就如同一個政治人物,大家都認為他是哈佛法學院畢業,非常有法學素養,這到底正不正確呢?我們要拿這個政治人物的法律知識,與司法考試及格的律師、司法官比較,到底落差有多少,律師和司法官熟悉的刑事訴訟法、憲法就是一種衡量標準。

4.       其次,把核磁共振儀的磁場頻率,當成衡量頻率大小的基本單位,把「受測試的化合物」與「標準化合物」的差距,除以它們所處的磁場環境頻率,就可以得到純粹的比較值。

5.       一個哈佛法律系畢業的政治人物,不但要跟司法官、律師比較,也要跟一般高中生的公民課本知識比較,看到底是比高中生的公民常識多了幾倍?還是只有高中生公民常識的百萬分之一?「無罪推定」、「三審定讞」就是一種衡量標準。

6.       科學是一種國際語言,它能讓不同國家、不同實驗室、不同自然科學學術領域的人彼此溝通,原因是它盡量清楚定義每一個名詞,使多數的人、多數的時候,人們有共識;

7.       台灣社會自由化以後,不同族群、不同階層或個人與社會產生溝通困難,是因為人們彼此對話的語言,定義不清楚,所以產生很多誤解。

8.       每個人用他的族群意識形態、個人偏好、偶像崇拜和無知造成的框架,來看世界,已經有偏差了,再加上表達的語意不清,就更難在溝通中了解自己,了解別人,或解決現實問題了。

9.       台灣社會有一種迷思,人文學科低於自然學科,職業訓練技術低於學術理論,這是錯的,一門學科是不是精緻,取決於那門學科的研究者,溝通的時候是不是非常精確地定義每個名詞,執行的時候是不是都有標準流程提高效率,整個族群是不是學習型組織。

10.   以這個角度來看,只要麵包的師傅的麵包良率,高於司法官判錯的比例(四分之一判錯),那麼,麵包師傅的水準就比較有知識;如果新聞學者每天檢查新聞,是不是符合憲法、經濟學、社會學基本原則,評鑑新聞的細膩度與總量,高於化學家對有機分子蛋白質的研究,新聞學者的知識程度就遠高於自然科學學者。

11.   不過,以台灣的情況來說,目前新聞學者確實不如自然科學學者。台灣媒體天天做假新聞、每天違反新聞學教科書與憲法,但是新聞學者都檢查不出來,但是自然科學學者,從H1N1新型流感病毒消息出來開始,幾天之內就研發出測試劑,對付病毒的消毒水也著手研發中,老早就開始研究何時可拿到病毒株體,這就是知識水準的差異。

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