답변 내역
- 왜 탄소 NMR은 수소 NMR보다 노이즈가 심한 것인가요?네, 말씀해주신 것과 같이 탄소 NMR은 수소 NMR에 비해서 노이즈가 심합니다. 자연계에 존재하는 탄소는 거의 질량수 12 C는 약 98.9%이고, NMR에서 신호를 낼 수 있는 질량수 13 C는 약 1.1%밖에 되지 않는데요 반면에 수소의 경우 질량수 1 H는 거의 100% 존재하므로 모든 수소 원자가 신호를 내는데 반해, 탄소는 시료에 들어 있는 원자 중 아주 일부만 NMR에 기여합니다. 따라서 신호가 약하고 상대적으로 노이즈가 크게 보이는 것입니다.또한 대부분의 NMR 실험에서는 시료를 녹이기 위해 CDCl₃와 같은 용매를 사용하게 되는데요, 이때, 완전히 100% 중수소화된 용매만 있는 것이 아니고, 아주 소량의 1H 또는 13C가 포함되어 있습니다. 예를 들어 CDCl₃ 용매에서는 C가 13C일 수 있으며, 이 경우 특정한 용매 피크가 13C NMR 스펙트럼에 나타나는 것이며 즉, 용매 자체의 탄소가 신호를 내기 때문에 용매 피크가 보이는 것입니다. 감사합니다.학문 / 화학25.09.115.01명 평가10
- 마법같은 답변200
- 질량수가 12인 탄소로는 왜 NMR을 찍을 수 없나요?네, 질문해주신 것처럼 질량수가 12인 탄소(¹²C)는 NMR 핵자기공명 신호를 낼 수 없기 때문에 관측이 불가능하고, 대신 ¹³C 동위원소만이 NMR에 활용되는 것입니다. NMR(핵자기공명분광법)은 원자핵이 외부 자기장 속에서 특정한 자기 모멘트를 가져야만 가능한데요, 즉, 핵스핀(I) 값이 0이 아닌 핵만이 NMR 신호를 낼 수 있습니다. 이때 질량수가 12인 탄소의 경우에는 양성자와 중성자가 모두 6개씩 존재하기 때문에 짝수, 짝수 조합이므로 핵스핀이 0이 되며, 자기 모멘트가 없기 때문에 외부 자기장에 반응하지 않고 NMR로 관측 불가한 것입니다. 반면에 질량수 13인 탄소의 경우에는 양성자는 6개 존재하지만 중성자가 7개 존재하기 때문에 핵스핀이 1/2이고, 자기 모멘트를 가지기 때문에 외부 자기장과 상호작용 할 수 있어서 NMR로 관측 가능한 것입니다. 감사합니다.학문 / 화학25.09.1100
- 글리옥시좀은 퍼옥시좀으로부터 유래한 것이라고 알고 있는데 어떠한 기능적 차이가 있나요?네, 말씀하신 대로 글리옥시좀은 식물의 특정 발달 단계에서 나타나는 퍼옥시좀의 특수화된 형태라고 볼 수 있는데요 우선 둘 다 인지질 이중층으로 이루어진 단일막으로 둘러싸여 있으며 내부에 카탈라아제와 여러 산화효소를 포함하고 있고, 과산화수소(H₂O₂)를 생성하고 분해하는 산화환원 대사에 관여한다는 점에서 공통점을 지닙니다. 차이점으로는 우선 퍼옥시좀은 긴 사슬 지방산의 β-산화에 관여하며 광호흡 과정에서 글리콜산을 글리옥실산으로 전환한다는 점, 독성 물질 해독을 할 수 있으며 동물과 식물 모두에 존재한다는 점이 있습니다. 하지만 글리옥시좀은 퍼옥시좀의 기능을 기반으로 하면서, 글리옥실산 회로를 수행한다는 점이 특징인데요 지방산으로부터 아세틸-CoA를 거쳐 숙신산을 형성하는 경로를 통해 저장 지질을 당으로 전환하는 대사 경로를 담당하고 있으며 이 숙신산은 미토콘드리아와 세포질을 거쳐 포도당 신생합성으로 이어집니다. 감사합니다.학문 / 생물·생명25.09.1100
- 세포소기관 관찰 시 세포를 초음파 처리하여 터트리는 이유는 무엇인가요?네, 말씀해주신 것과 같이 세포소기관을 관찰하거나 분리할 때는 세포막만 적절히 파괴해서 내부 소기관을 꺼내는 것이 목적인데요, 따라서 이 과정에서 사용하는 방법에 따라 소기관이 보존되기도 하고 손상되기도 하는데, 바로 이 점 때문에 초음파 처리 같은 비교적 약한 방법을 사용하는 것입니다. 우선 세포소기관은 기본적으로 막 구조로 되어 있는데요, 이때 SDS 같은 강한 계면활성제는 세포막뿐 아니라 소기관 막까지 용해시켜 버립니다. 그러면 세포소기관의 구조가 파괴되어 형태 관찰이나 기능 분석이 불가능해지기 때문에 따라서 세포막만 깨뜨리고 소기관은 온전하게 남기려면 초음파, 미세한 기계적 분쇄, 삼투 충격 같은 물리적 방법을 사용하는 것입니다. 즉 초음파는 강도를 조절할 수 있어서 세포막만 터뜨리고, 상대적으로 견고한 이중막 소기관은 남겨둘 수 있는데요 이후 차등적 원심분리를 통해 크기나 밀도에 따라 소기관을 분리할 수 있습니다. 감사합니다.학문 / 생물·생명25.09.1100
- 식물의 원형질 연락사를 통해서는 거대 분자도 이동할 수 있는 이유가 무엇인가요?네, 말씀하신 원형질 연락사는 식물세포가 서로 연결되는 특수한 통로로, 동물세포의 간극연접과 유사한 점이 있는데요, 우선 동물세포가 가지고 있는 간극연접은 동물세포 사이의 얇은 단백질 통로로 코넥신 단백질로 이루어져 있으며직경이 약 1~1.5 nm 정도로 매우 좁습니다. 이 크기 때문에 이온, 아미노산, ATP 같은 작은 분자만 통과 가능하며 따라서 단백질이나 핵산 같은 거대 분자는 절대 통과할 수 없습니다. 다음으로 식물세포가 가지고 있는 원형질연락사는 세포벽을 관통하는 채널 구조인데요 내부에 소포체의 연속 구조가 지나가며, 이를 둘러싼 세포질 공간이 존재합니다. 이 세포질 공간을 통해 물질이 이동하는데요, 직경이 간극연접보다 훨씬 크며, 단순 확산 외에도 조절된 단백질-단백질 상호작용을 통해 통로 크기가 변할 수 있습니다. 즉 원형질 연락사를 통해 거대 분자의 이동이 가능한 이유는 원형질 연락사의 기본 구경은 약 2~3 nm로 시작하지만, 특정 단백질이 작용하면 최대 수십 nm까지 확장될 수 있기 때문인데요, 따라서 단순 소분자뿐 아니라 단백질, mRNA, siRNA 같은 거대 분자도 세포 간 이동 가능합니다. 감사합니다.학문 / 생물·생명25.09.1100
- 삼투압에 따른 수액의 종류와 투여 목적!우선 저장액에서는 세포 외액의 농도가 세포 내보다 낮기 때문에 물이 세포 안으로 이동하면서 세포가 팽창하게 됩니다. 대표적인 수액으로는 0.45% NaCl가 있으며, 세포 내 수분을 공급해야 할 경우나 탈수로 세포가 수축한 경우 보정하기 위한 것이며 다만 과량 투여 시 세포가 과도하게 팽창하여 적혈구 용혈이나 뇌부종 유발 가능합니다.다음으로 등장액에서는 세포 내외의 삼투압이 거의 동일하기 때문에 물 이동이 거의 없는데요 이로 인해 세포의 부피 변화 역시 없습니다. 대표적인 수액으로는 0.9% NaCl가 있으며, 혈관 내 체액량 보충을 위한 것이고 탈수 보정 시 가장 많이 사용되는 기본 수액입니다. 마지막으로 고장액에서는 세포 외액의 농도가 세포 내보다 높기 때문에 물이 세포 밖으로 이동하면서 세포가 수축하게 됩니다. 대표적인 수액으로는 3% NaCl, 5% NaCl가 있으며, 저나트륨혈증 교정이나 뇌압 상승 시 뇌부종 감소 목적으로 사용됩니다. 감사합니다.학문 / 생물·생명25.09.1100
- 아기들이 우는걸 연구한다는 뉴스를 본적이 있습니다.네 말씀해주신 것과 같이 실제로 아기의 울음이나 동물의 소리를 과학적으로 연구하는 분야는 꾸준히 발전하고 있으며, 최근에는 인공지능의 도입으로 그 속도가 더 빨라지고 있는데요, 아기의 울음은 단순한 소리가 아니라 배고픔, 불편함, 고통, 또는 단순한 주의 요구 등 특정한 상태를 반영하는 신호이기 때문에, 이를 정밀하게 분석하면 부모나 의료진이 아기의 상태를 빠르게 파악하는 데 도움이 될 수 있을 것입니다.또한 인간 이외의 동물의 경우에도 특정 상황에서 내는 울음이나 소리 패턴은 사회적 의사소통, 경고, 구애 등과 연결되며, 이미 일부 연구에서는 박쥐, 돌고래, 새 등에서 언어적 구조가 발견되었다고 보고된 바 있습니다. AI는 방대한 데이터를 빠르게 학습하고, 인간이 놓치는 미세한 음성 패턴까지 구별할 수 있기 때문에, 장기적으로는 인간보다 더 정밀하게 해석할 가능성이 높은데요 만약 기술이 충분히 발전하여 동물들 간의 신호를 언어처럼 번역할 수 있다면, 지금까지 풀리지 않았던 생태학적, 행동학적 수수께끼들이 상당 부분 풀릴 수 있을 것 같습니다. 감사합니다.학문 / 생물·생명25.09.1100
- NMR에서 왜 알켄이 알카인보다 shift가 많이 되나요?네, 말씀하신 것처럼 직관적으로는 알카인(C≡C)이 파이 전자가 더 많으므로 전자 밀도가 높아 차폐되어야 하고, 따라서 NMR에서 낮은 ppm(아래쪽)으로 나타날 것 같지만, 실제로 ¹H NMR에서 알켄(H-C=) 수소가 알카인(H-C≡C) 수소보다 더 downfield에서 나타나는 결과를 얻을 수 있습니다.우선 ¹H NMR에서 화학적 이동(δ, ppm)은 핵 주변의 전자 밀도에 의해 결정되는데요, 전자 밀도가 높으면 차폐되어 화학적 이동값이 낮아지고, 전자 밀도가 낮으면 탈차폐되어 화학적 이동값이 높아집니다. 이때 알켄의 경우에는 C=C 결합의 파이 전자 구름은 핵 주변에 완전히 차폐되지 않고, 결합 방향과 분자 구조 때문에 수소 핵을 부분적으로 탈차폐하는데요 특히, 알켄의 평면 구조에서 π 전자가 수소 핵 위/아래로 존재하며 외부 자기장에 의해 유도된 전류가 수소를 탈차폐시키는 효과가 발생하기 때문에결과적으로 화학적 이동 δ ≈ 4.5–6.5 ppm 정도로 알카인에 비해서 downfield에 나타나는 것입니다. 감사합니다.학문 / 화학25.09.1100
- NMR을 찍었을 때 아마이드의 피크가 상온에서와 고온에서 개수가 다른 이유는?NMR에서 아마이드(-CONH-)의 피크 개수가 온도에 따라 달라지는 현상은 화학적 교환과 수소 결합 때문인데요, 우선 아마이드 N-H 수소는 전자쌍을 가진 산소(C=O)와 수소 결합을 형성할 수 있습니다. 이러한 수소 결합은 분자 내 또는 분자 간에서 동적으로 만들어졌다 깨졌다 하며, 상온에서는 상대적으로 느린 속도로 일어나기 때문에 NMR에서 서로 다른 환경으로 인식됩니다.우선 상온에서는 아마이드의 N-H가 서로 다른 수소 결합 환경에 놓여 있는데요 예를 들어, 어떤 N-H는 자유 상태, 어떤 N-H는 수소 결합에 참여한 상태라면, 동일한 화학적 위치라도 다른 피크로 나타내며 그래서 상온에서 3개의 서로 다른 환경으로 인해 3개의 피크가 관찰되는 것입니다.반면에 온도가 높아지면 분자 운동이 활발해지고, 수소 결합의 생성과 소멸 속도가 매우 빨라지는데요 이때 NMR에서 핵은 빠른 평균화 상태로 인식하게 되어, 서로 다른 환경에 있던 N-H가 하나 또는 몇 개로 합쳐진 피크로 나타나게 됩니다. 즉, 상온에서는 구분되던 환경이 고온에서는 평균화되어 신호가 통합되면서 피크 개수가 줄어드는 것입니다. 감사합니다.학문 / 화학25.09.1100
- NMR을 찍을 때 테트라메틸실란을 같이 넣는 이유는 무엇인가요?네, 질문해주신 것과 같이 NMR을 측정할 때 테트라메틸실란(TMS, (CH₃)₄Si)을 넣는 이유는 화학적 이동(chemical shift)을 기준으로 잡기 위해서입니다. NMR 스펙트럼에서는 각 핵(¹H, ¹³C 등)이 주변 전자 환경에 따라 흡수하는 주파수가 조금씩 달라지는데요 이때 절대 주파수만으로는 비교가 어렵기 때문에, 모든 신호의 위치를 상대적인 값(ppm, parts per million)으로 나타냅니다. 즉 TMS는 ¹H와 ¹³C 모두에서 0 ppm을 기준점으로 잡기 위해 사용됩니다.TMS가 기준점으로 사용하기에 적합한 이유는 화학적으로 안정하기 때문인데요, 대부분의 용매나 화합물과 반응하지 않고, NMR 측정 과정에서 변하지 않습니다. 또한 (CH₃)₄Si의 12개의 수소와 4개의 탄소가 모두 같은 환경에 있어서 ¹H·¹³C NMR에서 단일 피크를 주며, Si가 전기음성도가 낮아 주변 CH₃의 핵이 강하게 차폐되어, 스펙트럼에서 가장 상대적으로 높은 필드(0 ppm) 신호를 나타내기 때문에 사용하는 것입니다. 감사합니다.학문 / 화학25.09.115.01명 평가00