如何打出漂亮的核磁图谱,没有杂峰、没有溶剂峰...

学术   2024-10-12 22:09   中国  


关于样品纯化和谱图处理

要想图谱漂亮,首要的是保证产物的纯度,杂质峰肯定让你的图不好看


1. 过柱子,过柱子,重要的事情说三遍。再好分都过根柱子,过柱子的时候勤换瓶子,产物点分几瓶接,取中间的旋干送核磁。


2. 过柱子的溶剂最好重蒸再用国产石油醚里无法通过旋蒸除去的低极性、高沸点杂质在过柱子的过程中会混到产物当中,让你生不如死,都不知道怎么从产物里把这些个破玩意除掉,怎么打都是杂质。(最实用和重要的一条)


3. 国外正己烷多一点,可以的话用正己烷,正己烷相对而言比较干净...


4. 防溅球用棉花堵起来(防止旋完放气的时候压力升太快固体喷了)


5. 产物注意干燥后再打核磁,不干燥的话残余溶剂和水分就会出杂峰。氘代溶剂里有水出个峰很正常,但被产物里的水混进去以后水峰变得巨高,那就痛苦了……


6. 产物旋蒸后可以考虑最后用真空泵抽一下,这样会使溶剂峰更低。二氯石油醚,那么抽个半小时就差不多没了;如果有乙酸乙酯,DMF,乙腈甲醇等沸点比较高的溶剂,先高温把溶剂旋干净,然后趁热抽,再常温抽几个小时,基本上溶剂峰就没了。水峰一般也比较容易抽没。


7. 注意潜在的油脂类杂质:如果东西比较少,处理的时候又不太注意,在氢谱上位移1.2和0.8会有两个油脂的杂峰,很影响美观。这种情况一般可以用石油醚洗两次产物,然后抽干,油脂大部分会被石油醚洗掉。


8.  氘代试剂平时可以放在干燥箱里,防止引入水分。


9. 取氘代溶剂记得用玻璃吸管,不要用塑料吸管,有些人喜欢用塑料洗瓶的溶剂来溶解瓶口粘到的样品什么的,这是非常非常不可取的。


10. 打核磁的量不要加得太少或者太多,10mg左右比较合适,少于2mg杂质峰和各种溶剂峰会让你生无可恋。 碳谱越多越好(但几十毫克足够了)如果不够的话就提交500M核磁多扫几个小时。


11. 选择合适的氘代试剂,一方面氘代试剂的峰不能跟产物峰重合,如果想要很漂亮的峰的话,氘代试剂的峰和产物峰距离最好稍微大一些,不要影响到产物峰的积分;另一方面,对产物要有足够的溶解度,如果产物溶得不好,扫出来的产物峰信号弱,要在软件里拼命拉高才能看见的话,那个图的基线部分会无比的丑陋。 


12. 最后是核磁的图像处理,我以前处理的时候会把线条从暗红色换成黑色,然后加粗,感觉看起来要 光滑平整一些,好看。不过我很懒,鉴于文章里放核磁图谱除了增加引用以外没啥用,我都懒得在文章里放图,自己看着没问题就行了。文章里只放峰位和几重峰和积分相关的数据。


NMR所需样品量

在核磁共振实验中,样品的量控制也是一门学问,有的产品是多步合成的,很宝贵,例如全合成产品。对于氢谱,3到10毫克样品足够。对于分子量较大的样品,有时需要浓度更大的溶液。但浓度太大会因饱和或者粘度增加而降低分辨率。对于碳谱和杂核,样品浓度至少为氢谱的5倍(一般在20-500毫克左右)

对于二维实验,为了获得较好的信噪比,样品浓度必须够。根据经验,25毫克样品足以完成所有实验,包括氢碳相关HMBC实验。如果样品只有1到5毫克,只能完成均核氢氢相关实验,是与碳相关的实验至少需要过夜。保持样品高度或者体积一致。这将减少换样品后的匀场时间。对于5毫米核磁管,样品体积应为0.6毫升或者样品高度为4厘米。


样品和样品管


样品:纯净,干燥,溶液内无灰尘或沉淀,尤其不应含有铁磁性杂质。特殊条件下需要过滤或除氧。黏度不要过高(影响驰豫时间),黏度越大,分辨率越差,样品可适度稀释来提高分辨率。

溶液内的灰尘会使谱线明显变宽而降低分辨率,再好的匀场也无法解决该问题。


样品管:匀质,清洁,不携带铁磁性物质。不要用洗液洗涤,以免带入很难除去的顺磁杂质。不要在温度太高的烘箱里直立烘太久。


样品管的直径:

5mm 最常用

3mm 用于样品量很少的样品

10mm 用于观测低灵敏度核或溶解度受限制的样品


溶液体积:

5mm probe       0.4-0.6ml

3mm probe       0.1-0.15 ml


样品管处于合适的高度,使样品处于磁场的最强且最均匀的部分。

足够的溶液高度,3.5~5cm。


对于5毫米核磁管,样品体积应为0.5毫升或者样品高度为4~4.5厘米。太低的溶液高度使匀场所需时间大大增加,而且很难得到高质量的谱图。不要为了增加浓度而过分缩小溶液的体积。


谱仪的磁场强度越高,仪器灵敏度也高,对于污染物、样品制备不好和不好的样品管的灵敏度也增加。


选择合适的氘代溶剂


  • 谱议靠氘信号锁场和匀场,一般要求:惰性,低沸点,价格尽量便宜首要规则,氘代原子越多,价格越高。

  • 溶解度:越大越好,以增加实验的灵敏度。

  • 溶剂信号对样品的干扰:越小越好,尽量不与谱峰范围重叠。

  • 温度可靠性:在实验温度下不会挥发或凝固,溶解度不会受太大影响。比如,D6-DMSO凝固点18.4度,如果实验室不是恒温的,冬天凝固很正常温度低会发生凝固。

  • 粘滞性:粘滞性越小,分辨率越好

  • 水含量:几乎所有核磁溶剂里都有痕量或更多的水,水的存在会降低谱图的质量。

  • 带活泼氢的试样尽量选择不含活泼氢的试剂,避免该峰因氢氘交换而无 法在图谱中表现出来

  • 适当的芳香氘代溶剂有可能简化图谱



首选溶剂:CDCl3,尖锐的单峰,7.26ppm,沸点 60.8°C,100ml ¥520


其它常见氘代溶剂:CD3COCD3,CD3OD,DMSOd6(可以打出活泼氢),C5D5N


准备样品


1.  首要的是保证产物的纯度,杂质峰肯定让你的图不好看。

2. 拿住样品管是要拿住上部。

3.  实验过程中的溶剂残留也是影响图谱质量的很大因素。常见的有石油 醚、乙酸乙酯等溶剂。

4. 对于氢谱,3 到 10 毫克样品足够。对于分子量较大的样品,有时需要浓度 更大的溶液。但浓度太大会因饱和或者粘度增加而降低分辨率。

5. 对于碳谱和杂核 谱,样品浓度至少为氢谱的 5 倍(一般在 100 毫克左右)

6. 对于二维实验,为了获得较好的信噪比,样品浓度必须够。根据经验,25 毫克样品足以完成所有实验,包括氢碳相关 HMBC 实验如果样品只有 1 到 5 毫克,只能完成同核氢氢相关实验,与碳相关的实验至少需要过夜。保持样品高度或者体积一致。这将减少换样品后的匀场时间。对于 5 毫米核 磁管,样品体积应为 0.6 毫升或者样品高度为 4 厘米。

7. 保持样品高度或者体积一致。这将减少换样品后的匀场时间。

8. 盖上样品管,使用封口膜密封减少蒸发。


NMR常用内标物

氢谱:非水溶剂四甲基硅烷(TMS)水溶液为2,2-二甲基戊硅烷-5-磺酸钠(DSS)

碳谱:四甲基硅烷(TMS)或者氘代试剂中的碳峰


TMS优点:

TMS分子中12个1H处于完全相同的化学环境,只产生一个尖峰,少量的TMS即可测出NMR信号;屏蔽强烈,共振吸收峰位于谱图最右端。与有机化合物中的1H峰不重叠;化学惰性;易溶于有机溶剂;沸点低(27℃),样品易回收。

硼谱:乙醚三氟化硼或者三甲氧基硼

磷谱:85%磷酸(但只能作为外标)

锂谱:4M高氯酸锂溶液

钠谱:1M氯化钠溶液

硅谱:四甲基硅烷,但在低频区则用四乙基正硅酸酯


NMR常用同位素核有关物理参数

a 磁旋比的单位是107弧度/特斯拉/秒

b 共振频率以1H频率为100MHz作参考

c 检测灵敏度以1H为1作为参考,并考虑了同位素的天然丰度。


请大家记住:无论内标还是外标,实际化学位移值随温度变化而变化,而标准物本身就受温度的影响。如温度每改变30K,TMS质子共振信号将变化0.1 ppm。因此,如果做变温试验,最好标明详细的实验过程。

NMR常用同位素核有关物理参数

a 磁旋比的单位是107弧度/特斯拉/秒

b 共振频率以1H频率为100MHz作参考

c 检测灵敏度以1H为1作为参考,并考虑了同位素的天然丰度。

参考资料:

制备高质量液体核磁样品--核磁制样三要素,王巍 向俊锋

过柱心得参考知乎网友,封面来源知乎Qing。


附录:新版核磁溶剂化学位移


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1H NMR溶剂化学位移








13NMR溶剂化学位


 

来源:Org. Process Res. Dev.


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