Nuclear magnetic resonance crystallography
ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ક્રિસ્ટલોગ્રાફી (એન. એમ. આર. ક્રિસ્ટલોગ્રાફી) એ એક એવી પદ્ધતિ છે જે અણુ સ્કેલ પર નક્કર સામગ્રીની રચના નક્કી કરવા માટે મુખ્યત્વે એન. એમ. આર. સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ કરે છે. આમ, સોલિડ-સ્ટેટ એન. એમ. આર. સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે કરવામાં આવશે, જે સંભવતઃ ક્વોન્ટમ રસાયણશાસ્ત્રની ગણતરીઓ દ્વારા પૂરક હશે (દા. ત. ઘનતા કાર્યાત્મક સિદ્ધાંત), પાવડર વિવર્તન વગેરે. જો યોગ્ય સ્ફટિકો ઉગાડી શકાય, તો કાર્બનિક સંયોજનો, પરમાણુ માળખા અને પરમાણુ પેકિંગના કિસ્સામાં સ્ફટિક માળખું નક્કી કરવા માટે કોઈપણ સ્ફટિકશાસ્ત્રીય પદ્ધતિને સામાન્ય રીતે પસંદ કરવામાં આવશે. એન. એમ. આર. ક્રિસ્ટલોગ્રાફીમાં મુખ્ય રસ માઇક્રોક્રિસ્ટલાઇન સામગ્રીમાં છે જે આ પદ્ધતિ માટે અનુકૂળ છે પરંતુ એક્સ-રે, ન્યુટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોન વિવર્તન માટે નહીં. આનું મુખ્ય કારણ એ છે કે તુલનાત્મક રીતે ટૂંકી શ્રેણીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ એન. એમ. આર. સ્ફટિકશાસ્ત્રમાં માપવામાં આવે છે. પરિચય જ્યારે કાર્બનિક અણુઓ પર લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે એન. એમ. આર. સ્ફટિકશાસ્ત્રનો ઉદ્દેશ માત્ર એક જ અણુની માળખાકીય માહિતીનો સમાવેશ કરવાનો નથી, પરંતુ મોલેક્યુલર પેકિંગ (એટલે કે. સ્ફટિક માળખું). એક્સ-રેથી વિપરીત, ઘન-સ્થિતિ એન. એમ. આર. સાથે એક સ્ફટિક જરૂરી નથી અને અવ્યવસ્થિત ઘન પદાર્થોના ઉચ્ચ-રીઝોલ્યુશન વર્ણપટમાંથી માળખાકીય માહિતી મેળવી શકાય છે. ઇ. જી. પોલીમોર્ફિઝમ એ એન. એમ. આર. સ્ફટિકશાસ્ત્ર માટે રસ ધરાવતું ક્ષેત્ર છે કારણ કે આ કાર્બનિક સંયોજનોમાં પ્રસંગોપાત (અને ઘણીવાર અગાઉ શોધાયેલું હોઈ શકે છે) જોવા મળે છે. આ કિસ્સામાં મોલેક્યુલર સ્ટ્રક્ચર અને/અથવા મોલેક્યુલર પેકિંગમાં ફેરફાર પોલીમોર્ફિઝમ તરફ દોરી શકે છે, અને એન. એમ. આર. ક્રિસ્ટલોગ્રાફી દ્વારા આની તપાસ કરી શકાય છે. દ્વિધ્રુવીય જોડાણો-આધારિત અભિગમ સ્પિન ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કે જે સામાન્ય રીતે સોલિડ સ્ટેટ એન. એમ. આર. સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી દ્વારા માળખાકીય વિશ્લેષણ માટે ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે તે ચુંબકીય દ્વિધ્રુવીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે. રાસાયણિક પાળી અથવા વિદ્યુત ચતુર્ભુજ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા જેવી અભ્યાસ પ્રણાલીની અંદરની અન્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ વિશે વધારાનું જ્ઞાન પણ મદદરૂપ થઈ શકે છે, અને કેટલાક કિસ્સાઓમાં માત્ર રાસાયણિક પાળીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. ઝિયોલાઇટ્સ માટે. "દ્વિધ્રુવીય જોડાણ"-આધારિત અભિગમ અમુક અંશે પ્રોટીન એન. એમ. આર. સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીને સમાંતર છે. બહુવિધ શેષ દ્વિધ્રુવી કપ્લિંગ્સ દ્રાવણમાં પ્રોટીન માટે માપવામાં આવે છે, અને આ કપ્લિંગ્સનો ઉપયોગ પ્રોટીન માળખાની ગણતરીમાં અવરોધો તરીકે થાય છે. એન. એમ. આર. સ્ફટિકશાસ્ત્રમાં કાર્બનિક અણુઓના કિસ્સામાં અવલોકન કરાયેલ સ્પિન ઘણીવાર મધ્યમ આવર્તન (,,, વગેરે) ના સ્પિન-1/2 ન્યુક્લિયસ હશે. આઈ. ઇ. તેના મોટા ચુંબકીય ગુણોત્તર અને સ્પિનની ઊંચી સાંદ્રતાને કારણે તેને બાકાત રાખવામાં આવે છે, જે મજબૂત સમ-પરમાણુ દ્વિધ્રુવી જોડાણોના નેટવર્ક તરફ દોરી જાય છે. 1H ના સંદર્ભમાં બે ઉકેલો છેઃ સ્પિન પ્રસરણ પ્રયોગો (નીચે જુઓ) અને સ્પિન સાથે ચોક્કસ લેબલિંગ (સ્પિન = 1). બાદમાં પણ લોકપ્રિય છે દા. ત. દ્રાવણ અને ઘન સ્થિતિમાં હાઇડ્રોજન બંધની એન. એમ. આર. સ્પેક્ટ્રોસ્કોપિક તપાસમાં. ઇન્ટ્રા-અને ઇન્ટરમોલેક્યુલર માળખાકીય ઘટકો બંનેની તપાસ કરી શકાય છે. ડ્યુટેરિયમ રેડોર દ્વારા (ડ્યુટેરોન અને અન્ય સ્પિન વચ્ચેના દ્વિધ્રુવી જોડાણોને માપવા માટે એક સ્થાપિત ઘન સ્થિતિ એન. એમ. આર. પલ્સ ક્રમ). આ એન. એમ. આર. સ્ફટિકશાસ્ત્રીય માળખાકીય તપાસ માટે વધારાની અવરોધ પ્રદાન કરી શકે છે જેમાં તેનો ઉપયોગ શોધવા અને લાક્ષણિકતા આપવા માટે કરી શકાય છે. આંતરઆણ્વિક હાઇડ્રોજન બંધ. દ્વિધ્રુવીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઉપરોક્ત દ્વિધ્રુવીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને સીધી માપી શકાય છે, દા. ત. ઘણા કાર્બનિક સંયોજનોમાં 13C/15N જેવા હેટેરોન્યુક્લિયર સ્પિનની જોડી વચ્ચે. વધુમાં, દ્વિધ્રુવીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની તાકાત સમાંતર છૂટછાટ સમય અથવા સ્પિન પ્રસરણ દર જેવા પરિમાણોને મોડ્યુલેટ કરે છે, જેને માળખાકીય માહિતી મેળવવા માટે ચકાસી શકાય છે. ઇ. જી. 1 એચ સ્પિન પ્રસરણને સમૃદ્ધ માળખાકીય માહિતી પૂરી પાડતા માપવામાં આવ્યું છે. રાસાયણિક શિફ્ટ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા રાસાયણિક શિફ્ટ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો ઉપયોગ પરમાણુ ફ્રેમ (દ્વિધ્રુવીય રાસાયણિક શિફ્ટ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી) ના સંદર્ભમાં દ્વિધ્રુવીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ફ્રેમ (મુખ્ય અક્ષ પ્રણાલી) ની દિશા નક્કી કરવા માટે દ્વિધ્રુવીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સાથે થઈ શકે છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં સપ્રમાણતા દલીલો (sp2 સંકરણ) ને કારણે કીટોનમાં 13C સ્પિન માટે રાસાયણિક શિફ્ટ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ટેન્સર ઓરિએન્ટેશન માટે નિયમો છે. જો દ્વિધ્રુવીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની દિશા (રસના સ્પિન અને દા. ત. વચ્ચે) અન્ય હેટેરોન્યુક્લિયસ) રાસાયણિક શિફ્ટ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સંકલન પ્રણાલીના સંદર્ભમાં માપવામાં આવે છે, માહિતીના આ બે ટુકડાઓ (રાસાયણિક શિફ્ટ ટેન્સર/મોલેક્યુલર ઓરિએન્ટેશન અને ડાયપોલ ટેન્સર/રાસાયણિક શિફ્ટ ટેન્સર ઓરિએન્ટેશન) સંયુક્ત રીતે મોલેક્યુલર ફ્રેમમાં ડાયપોલ ટેન્સરની દિશા આપે છે. જો કે, આ પદ્ધતિ માત્ર નાના અણુઓ (અથવા પોલીગ્લાયસીન જેવા નાના પુનરાવર્તન એકમ સાથે પોલિમર) માટે યોગ્ય છે અને તે માત્ર પસંદગીયુક્ત (અને સામાન્ય રીતે ઇન્ટ્રામોલેક્યુલર) માળખાકીય માહિતી પ્રદાન કરે છે. ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર રિફાઇનમેન્ટ્સ દ્વિધ્રુવીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માળખાના સંદર્ભમાં સૌથી સીધી માહિતી આપે છે કારણ કે તે સ્પિન વચ્ચેના અંતરને માપવાનું શક્ય બનાવે છે. જોકે આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની સંવેદનશીલતાનો અભાવ છે અને દ્વિધ્રુવીય-આધારિત એન. એમ. આર. સ્ફટિકશાસ્ત્ર માળખાઓની સ્પષ્ટતા શક્ય બનાવે છે, તેમ છતાં ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન માળખાં મેળવવા માટે અન્ય પદ્ધતિઓ જરૂરી છે. આ કારણોસર રાસાયણિક શિફ્ટ અનિસોટ્રોપી, જે-કપલિંગ અને ક્વાડ્રુપોલર ક્રિયાપ્રતિક્રિયા જેવા અન્ય એન. એમ. આર. અવલોકનોના ઉપયોગને સમાવવા માટે ઘણું કામ કરવામાં આવ્યું હતું. આ અનિસોટ્રોપિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ 3D સ્થાનિક વાતાવરણ માટે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે, જે એક સ્ફટિક એક્સ-રે વિવર્તનની ગુણવત્તાને હરીફ કરતી રચનાઓમાં પાવડર નમૂનાઓની રચનાઓને સુધારવાનું શક્ય બનાવે છે. જોકે આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની આગાહી કરવા માટે પર્યાપ્ત પદ્ધતિઓ પર આધાર રાખે છે કારણ કે તેઓ માળખા પર સીધી રીતે આધાર રાખતા નથી. વિવર્તન પદ્ધતિઓ સાથે સરખામણી એન. એમ. આર. સ્ફટિકશાસ્ત્રની ખામી એ છે કે આ પદ્ધતિ સામાન્ય રીતે એક્સ-રે સ્ફટિકશાસ્ત્ર કરતાં વધુ સમય માંગી લેતી અને વધુ ખર્ચાળ (સ્પેક્ટ્રોમીટર ખર્ચ અને આઇસોટોપ લેબલિંગને કારણે) હોય છે, તે ઘણીવાર માળખાના માત્ર એક જ ભાગને સ્પષ્ટ કરે છે, અને મુખ્ય માળખાકીય માહિતી મેળવવા માટે આઇસોટોપ લેબલિંગ અને પ્રયોગોને અનુરૂપ બનાવવાની જરૂર પડી શકે છે. ઉપરાંત આપેલ પરમાણુ માળખું હંમેશા શુદ્ધ એન. એમ. આર. આધારિત એન. એમ. આર. સ્ફટિકીય અભિગમ માટે યોગ્ય ન પણ હોઈ શકે, પરંતુ તે હજુ પણ મલ્ટીમોડાલિટી (એન. એમ. આર. + વિવર્તન) અભ્યાસમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી શકે છે. વિવર્તન પદ્ધતિઓના કિસ્સામાં વિપરીત, એવું લાગે છે કે એન. એમ. આર. સ્ફટિકશાસ્ત્રને કેસ-બાય-કેસ આધારે કામ કરવાની જરૂર છે. કારણ એ છે કે વિવિધ પરમાણુ પ્રણાલીઓ વિવિધ સ્પિન ભૌતિકશાસ્ત્ર અને વિવિધ અવલોકનો પ્રદર્શિત કરશે જેની તપાસ કરી શકાય છે. તેથી આ પદ્ધતિનો વ્યાપક ઉપયોગ ન થઈ શકે કારણ કે વિવિધ પ્રણાલીઓને તેનો અભ્યાસ કરવા માટે અનુરૂપ પ્રાયોગિક ડિઝાઇનની જરૂર પડશે. સંદર્ભો સ્ફટિકશાસ્ત્ર વૈજ્ઞાનિક તકનીકો સોલિડ-સ્ટેટ રસાયણશાસ્ત્ર