2. Spektroskopi NMR (Nucleic Magnetic Resonance)
• Spektroskopi NMR memberikan gambaran mengenai jenis atom, jumlah,
maupun lingkungan kimia hidrogen (1H-NMR) maupun karbon (13C-NMR).
• Spektroskopi NMR didasarkan pada penyerapan gelombang radio
elektromagnetik (Frekuensi radio yang digunakan berkisar dari 0,1 -
100 MHz) oleh inti-inti tertentu dalam molekul organik, apabila molekul
tersebut berada dalam medan magnet yang kuat (300 MHz, 500 MHz, 1000
MHz)
• Semakin besar medan magnet NMR, semakin sensitive (Pemisahan sinyal
semakin jelas)
3. • Spektroskopi NMR merupakan teknik
yang dikembangkan dalam elusidasi
struktur senyawa organik, dengan
menginterpretasikan data spektrum.
• Spektrum Proton: 1H-NMR dan Karbon :
13C-NMR
• Terdiri atas NMR 1D dan 2D
Spektrum NMR
This Photo by Unknown Author is licensed under CC BY-SA
5. Bagian-bagian instrumen NMR
Celah Magnet
Tempat Sampel
Komponen utama instrumen NMR yaitu :
Magnet terdiri dari dua bagian, magnet pokok mempunyai kekuatan
sekitar 14.100 Gauss, dan ia ditutup oleh potongan-potongan kecil
kutub elektromagnet. Pada celah magnet terdapat kumparan yang
dihubungkan dengan ossilator frekuensi radio (RF) 60 MHz.
Tempat sampel berupa tabung gelas yang berbentuk
silindris, diletakkan diantara dua kutub magnet. Sampel
dilarutkan dalam pelarut tak mengandung proton seperti
CCl4, CDCl3, D2O atau acetonitril dan sejumlah kecil TMS
ditambahkan sebagai standar internal, kemudian
dimasukkan ke dalam tempat sampel. Sampel kemudian
diputar sekitar sumbunya untuk mengusahakan agar
semua bagian dari larutan terkena medan magnet yang
sama
6. Ossilator Frekuensi Radio
Ossilator frekuensi radio akan memberikan
tenaga elektromagnetik sebesar 60 MHz
melalui kumparan yang dihubungkan pada
celah sampel. Kumparan selanjutnya
memberikan tenaga elektromagnetik yang
digunakan untuk mengubah orientasi
perputaran proton. Kebanyakan
spektrofotometer NMR menggunakan sinyal
frekuensi RF tetap dan mengubah-ubah
kekuatan medan magnet untuk membawa
setiap proton mengalami resonansi
Detektor Radio Frekuensi
Kumparan detektor berada tegak lurus
dengan kumparan ossilator RF. Bila ada
tenaga yang diserap, kumparan detektor
tidak menangkap tenaga yang diberikan
oleh kumparan ossilator RF. Bila sampel
menyerap tenaga, maka putaran inti akan
menghasilkan sinyal frekuensi rasio pada
bidang kumparan detektor, dan alat
memberikan respon ke pencatat sebagai
sinyal resonansi atau puncak.
Pencatat
Pencatat berfungsi untuk menangkap sinyal
resonansi atau puncak. Sebelum sinyal
sampai ke pencatat biasanya dilewatkan
terlebih dahulu ke audio amplifier untuk
menggandakan sinyal, sehingga menjadi lebih
nampak.
7. Aplikasi Spektroskopi NMR
Bidang kedokteran
NMR manjadi sebuah teknik alternatif
selain kristalografi X-Ray, untuk
memperoleh informasi struktur dan
resolusi dinamik atomik dan studi
interaksi molekuler dari
makromolekul biologi pada kondisi
larutan secara fisiologi.
Bidang Biologi Molekuler
Untuk protein dan protein komplek
dengan massa molekuler sekitar 25-30
kDa kualitas spektra menurun dengan
cepat membatasi mayor A ketika bekerja
dengan makromolekul besar yang berasal
dari kecepatan relaksasi tinggi signal
NMR, menyebabkan garis tajam yang
melebar, yang berpindah menuju resolusi
spektra yang lebih sedikit dan
perbandingan signal-to-noise yang
rendah.
Studi Larutan NMR Pada
Protein Membran
• Protein membran berperan pada
identifikasi beberapa fungsi fisiologi
yang penting, dan dalam morfologi
target obat-obatan.
• Studi struktural protein membran
oleh X-ray crystallography atau oleh
NMR lebih sulit dari pada untuk
protein yang dapat dilarutkan.
Karena sistem membran yang nyata
terlalu besar untuk diteliti dengan
ekperimen larutan NMR, protein
membran sering diencerkan dalam
detergen micelles.
8. Prinsip dan Cara Kerja
Text Here
Inti yang dapat diukur dengan NMR
yaitu :
a. Bentuk bulat
b. Berputar
c. Bilangan kuantum spin = ½
d. Jumlah proton dan netron ganjil
Cara Kerja
Suatu inti berspin akan menimbulkan
medan magnet kecil, yang ditunjukkan
oleh suatu momen magnet nuklir, berupa
suatu vektor.
Inti proton (atom hidrogen) dan karbon
(karbon 13) mempunyai sifat-sifat
magnet. Bila suatu senyawa mengandung
hidrogen atau karbon diletakkan dalam
bidang magnet yang sangat kuat dan
diradiasi dengan radiasi elektromagnetik
maka inti atom hidrogen dan karbon dari
senyawa tersebut akan menyerap energi
melalui suatu proses absorpsi yang
dikenal dengan resonansi magnetik.
Absorpsi radiasi terjadi bila kekuatan
medan magnet sesuai dengan frekuensi
radiasi elektromagnetik.
Prinsip Kerja NMR
Metode spektroskopi jenis ini
didasarkan pada penyerapan energi
oleh partikel yang sedang berputar
di dalam medan magnet yang kuat.
Energi yang dipakai dalam
pengukuran dengan metode ini
berada pada daerah gelombang
radio 75-0,5 m atau pada frekuensi
4-600 MHz, yang bergantung pada
jenis inti yang diukur.
NMR
9.
10. Interpretasi Spektrum NMR
Spektrum 1H-NMR
H
CH3
H
H
H
H
C
H H
H
𝞭 Geseraan kimia (ppm)
Spektrum 13C-NMR
C
C
C
C
C
C H
CH3
H
H
H
H
CH3
1
2
3
4
5
6
CH3
7
11. 1H-NMR
Dalam menginterpretasi spektrum NMR, ada empat
langkah yang perlu diperhatikan, yaitu :
1. Jumlah sinyal, menunjukkan jumlah dan
perbedaan tipe proton yang terdapat dalam
molekul.
2. Kedudukan sinyal, atau geseran kimia/chemical
shift (𝞭 dalam ppm), menujukkan lingkungan
elektronik dari setiap tipe proton
3. Intensitas sinyal, atau integrasi, yang
menerangkan tentang berapa banyak proton dari
setiap tipe proton yang ada.
4. Pemecahan (splitting) menunjukkan jumlah
proton dari atom H tetanga.
12. Proton dalam satu molekul
Depending on their chemical environment,
protons in a molecule are shielded by different
amounts.
=>
19. Integration
Integration is defined as the area underneath each
signal.
This area is proportional to the number of
hydrogens contributing to that signal.
In most instances, the student will not have
available the chemical formula of the unknown
compound.
20. To calculate the number of hydrogens per signal,
first add up all of the integration values.
Divide each area by the total area.
Divide by the lowest number and multiply by the
same factor to get all of the numbers to whole
values.
If there are three signals, the following equations
are used.
21.
22.
23.
24. Intensity of Signals
• The area under each peak is proportional to
the number of protons.
• Shown by integral trace.
=>
25. How Many Hydrogens?
When the molecular formula is known, each
integral rise can be assigned to a particular
number of hydrogens.
=>
26. Multiplisitas
The theoretical measure of the line composition in
multiplets arises from the coefficients of the
expanded polynomial, as seen in Pascal's triangle
In simple terms, the number of peaks, within a signal,
is equal to the number of hydrogens on the adjacent
carbons plus one.
On a spectrum, the number of peaks, within a signal,
minus one is equal to the number of hydrogens on
adjacent carbons.
27.
28.
29. SPEKTRA KARBON C-13 (13C-NMR)
Tiga tipe informasi yang dapat digunakan dalam interpretasi
spektra 13C-NMR:
1. Jumlah sinyal yang berbeda, mengindikasikan jumlah tipe
karbon yang ada
2. Geseran kimia, mengindikasikan lingkungan elektronik
3. Metode DEPT, Sinyal diinterpretasi sebagai CH3, CH2, CH,
or C.
36. SPLITTING
Nowadays, all carbon-13 NMR spectra are run decoupled.
Decoupling removes all of the splitting between carbon
and hydrogen.
If the spectra were run coupled, then a CH3 would show up
as a quartet, a CH2 would show up as a triplet, a CH
would show up as a doublet, and a C would show up as a
singlet.
This type of information is obtained from DEPT spectra
37. DEPT
Metode ini (Distortionless Enhancement by Polarization Transfer
(DEPT)) spektrum, CH3, CH2, CH, dan C dapat dibedakan .
A proton pulse is set at 45°, 90°, and 135° in three separate
experiments.
38. DEPT spectra are presented in
two basic ways.
In one type of DEPT spectra,
the methyls are positive at 135°, zero
at 90°, and positive at 45°;
methylenes are negative at 135°, zero
at 90°, and positive at 45°;
and the methines are positive at 135°,
positive at 90°, and positive at 45°.
In a second type of DEPT spectra,
separate spectra are obtained for the
methyls, methylenes, and methines.
39. NMR 1D dan 2D
• Spektroskopi resonansi magnetik nuklir dua dimensi (NMR 2D) adalah
seperangkat metode spektroskopi NMR yang memberikan data yang diplot dalam
ruang yang ditentukan oleh dua sumbu frekuensi, bukan satu.
• Jenis eksperimen NMR 2D meliputi :
ü Antara 1H dan 1H à COSY : untuk melihat cross peak (kerangka molekul)
ü Antara 1H dan 13C à HMQC, HSQC : untuk menentukan kepemilikan proton oleh karbon
tertentu;
ü HMBC : untuk menentukan korelasi proton dengan atom C tetangga (konfirmasi gugus
fungsi/kerangka molekul)
ü NOESY : untuk menentukan korelasi antara proton dalam satu bidang (konfirmasi
konfigurasi struktur 3D)
ü TOCSY, ROESY, HOESY (HSQC-NOESY), dll
• Spektra NMR 2D memberikan lebih banyak informasi tentang molekul daripada
spektrum NMR 1D dan sangat berguna dalam menentukan struktur molekul,
terutama untuk molekul yang rumit untuk dikerjakan menggunakan NMR 1D.
43. BANYAK SAMPEL
Selective methods Number of sample
Chemical characterization 10 mg
Physical identification 1 mg
Infra red spectrophotometer 1 mg
Ultraviolet/visible spectro. 1 µg
Mass spectrometer 1 µg
GCMS 1 mg
NMR (H) 60 – 600 MHz 5 – 50 mg
NMR (C) 15 – 150 MHz 5 – 50 mg
44. LANGKAH-LANGKAH
ELUSIDASI STRUKTUR
1. Interpretasi Data Spektrum IR à identifikasi gugus fungsi
2. Interpreatsi Data Spektrum UV à identifikasi gugus kromofor, dan dugaan
kerangka molekul
3. Interpretasi Data Spektrum 1H-NMR à Jumlah H, jenis H, multiplisitas (tetapan
kopling jika ada), integrasi
4. Interpretasi Data Spektrum 13C-NMR (dapat dikombinasi dengan Data Spektrum
DEPT)
5. Interpreatsi Data Spektrum Massa
• Massa molekul
• Rumus molekul dan formula
• Pola fragmentasi
45. LANGKAH-LANGKAH
ELUSIDASI STRUKTUR
6. Susun Rumus Molekul dan Penentuan DBE/UN
• UN jumlah dari ikatan rangkap yang mungkin dimiliki oleh suatu
senyawa
• Misal senyawa : CaHbOcNdXe
• UN = (2a+2)-(b-d+e)
DBE= Double bond equivalen
UN = Unsaturated
• Gugus Fungsi
• Dugaan Kerangka
Molekul
• Konfirmasikan MR dari
Spektrum MS sesuai
dugaan struktur
46. U = UN = the unsaturation number
U or UN can be interpreted as follows ;
U = 0 ; no doble bonds, no triple bonds, no rings
U = 1 ; one doble bond, or one ring
U = 2 ; two doble bonds, or two rings, or one doble bond and
one ring or one triple bond
U = 3 ; three doble bonds, or three rings, or two
doble bonds and one ring, or one doble bond and two rings,
or one triple bond and one ring, or one triple bond and one doble
bond.
U = 4 ; usually benzene ring or
U = 5 ; benzene plus one doble bond or one ring
48. LANGKAH-LANGKAH
ELUSIDASI STRUKTUR
• Interpretasi 1H & 13C & DEPT (+MS、IR，informasi struktur kimia dasar
atau gugus fungsi）
• Buat koneksi 13C-1H NMR melalui kopling ikatan J-CH
àEksperimen HMQC、HSQC、HSQC-TOCSY
• Buat koneksi 1H-1H (sistem putaran atau potongan parsial）
Dipisahkan 1H, 1D TOCSY, 2D 1H-1H COSY, TOCSY.
（biasanya dimulai dengan sinyal 1H yang diselesaikan dengan baik）
• Sambungan jarak jauh/long range（menghubungkan sistem putaran &
menetapkan karbon kuaterner）
àEksperimen 1D NOESY & 2D HMBC, NOESY, ROESY
• Penentuan konformasi atau Struktur 3D
à Eksperimen NOESY 1D & 2D NOESY, ROESY, (HSQC)-NOESY.
