有机合成方法学经常用到核磁产率(NMRyield)。qNMR(定量核磁)的原理是NMR光谱中的信号强度与负责该特定共振的质子数成正比,根据内标物和目标物的积分面积来计算目标产物的含量。
图1内标法qNMR操作流程示意图
qNMR可以对粗产物混合物进行简单的定量,确定反应收率以及有机化合物的纯度。理想的内标应该是高纯度、便宜、稳定、化学惰性、不挥发、不吸湿并且可溶于大多数NMR溶剂的化合物。但是,如果内标物是非挥发性的,那么样品的回收就比较麻烦。为了解决这个问题,近日,拉脱维亚(全球女性最“过剩”的国家,男女比例10:1)有机合成研究所的化学家提出了一种新的解决办法,使用氘代溶剂CDCl3中的残留溶剂作为内标,相关论文在美国化学会旗下J.Org.Chem.发表。
CDCl3是有机合成实验室中最常用、最便宜的NMR溶剂之一,对大部分有机化合物都能溶解,而且方便样品回收,因此常被用作NMR的首选溶剂。并且如果存储得当,其浓度对于批料将保持恒定。
图2CHCl3溶剂
如果要想用残留的溶剂信号作qNMR的内标,前提是要确定了CDCl3批次中精确的CHCl3浓度。研究人员首先使用1,3,5-三甲氧基苯(TMB)做内标测定了CDCl3中未氘化的CHCl3残留溶剂的浓度,测试结果为16.±0.mM。1个月后重复测定为16.±0.mM(标准偏差为0.23%),证明CHCl3浓度可以保持恒定至少1个月。
图3CDCl3中CHCl3浓度的测定示意图
搞清楚CHCl3浓度后,就可以用它进行NMR定量测试了。作者建议通过称重准确定量CDCl3。将盖有样品的小瓶放在分析天平上,并测量皮重。向小瓶中添加CDCl3(?1mL),立即用螺帽密封小瓶,并通过分析天平测量CDCl3的精确重量。摇动样品直至所有分析物溶解。将样品溶液转移到NMR管中并记录1HNMR光谱。将7.26ppm处的CHCl3信号和分析物信号进行积分。根据下面的等式计算核磁产率。
图4使用CDCl3残留溶剂做内标测定核磁产率示意图
图5等式1.c(CHCl3)是计算出的氯仿质子浓度[mM/L],I(X)是所研究化合物的积分强度,N(x)是所研究化合物的积分质子数,M(x)所研究化合物的分子量。
研究人员使用这种方法确定了9种化合物的重量m(qNMRCHCl3),并与TMB做内标的qNMR结果进行对比。结果表明新方法的准确性与使用TMB作为内标的传统方法相当。
图片来源:J.Org.Chem.作者进一步将这个技术用于了乙烯基砜9合成条件的优化筛选,使用CDCl3qNMR方法,可以很容易地评估粗产物和分离出的产物的1HNMR收率和产物9的纯度,从而快速确定最佳反应条件(entry4)。
图6该技术再乙烯基砜9合成条件的优化筛选中的应用将反应混合物在0℃下搅拌15分钟。滤出白色沉淀物,滤饼用溶剂(1mL)洗涤,并将滤液减压蒸发。向粗产物中,加入约3g精确称量和预先确定的CHCl3浓度的CDCl3。将样品溶液转移到NMR管中并记录1HNMR光谱。将分析物的选择信号进行积分。在qNMR条件下测量1HNMR后,根据等式1确定样品中的产物重量,然后根据等式2计算核磁产率。
等式2
作者建议,实验室可以标定一瓶常规使用的CDCl3,足够使用一个月。对于需要经常回收样品的同学实在是再实用不过了,有兴趣的同学不妨也试一试。希望这个巧妙的想法能提高大家的工作效率。。
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