ספקטרוסקופיית תהודה מגנטית גרעינית (NMR)

Overview

מקור: המעבדה של ד"ר הנריק סאנדן – אוניברסיטת צ'למרס לטכנולוגיה

ספקטרוסקופיית תהודה מגנטית גרעינית (NMR) היא טכניקת ניתוח חיונית לכימאים אורגניים. בעזרת NMR, העבודה במעבדה האורגנית כבר הקלה מאוד. לא רק שהוא יכול לספק מידע על המבנה של מולקולה, אלא גם לקבוע את התוכן והטוהר של מדגם. בהשוואה לטכניקות אחרות הנפוצות לכימאים אורגניים - כגון ניתוח תרמי וספקטרומטריית מסה (MS) - NMR היא שיטה לא הרסנית בעלת ערך כאשר התאוששות המדגם חשובה.

אחת הטכניקות הנפוצות ביותר של NMR עבור כימאי אורגני היא פרוטון (¹H) NMR. הפרוטונים הקיימים במולקולה יתנהגו אחרת בהתאם לסביבה הכימית הסובבת אותה, מה שיאפשר להבהיר את המבנה שלה. יתר על כן, ניתן לפקח על השלמת תגובה על ידי השוואת ספקטרום NMR של החומר ההתחלתי לזה של המוצר הסופי.

וידאו זה מדגים כיצד ספקטרוסקופיית NMR יכולה לשמש בעבודה היומיומית של כימאי אורגני. להלן יוצגו: i) הכנת מדגם NMR. ii) שימוש ^{ב- 1}H NMR כדי לעקוב אחר תגובה. iii) זיהוי המוצר המתקבל מתגובה עם ¹H NMR. התגובה שתופיראה היא סינתזה של E-chalcone (3) מאלדהיד (1) וקטון (2) (תוכנית 1). ¹

Scheme 1
מזימה 1. סינתזה של (2E)-3-(4-מתוקסיפניל)-1-(4-מתילפניל)-2-propen-1-אחד.

Procedure

1. הכנת חומר התחלה של NMR

הוסף ~ 10 מ"ג חומר מתחיל לצינור NMR נקי.
להמיס את החומר ההתחלתי ~ 0.7 mL deuterated ממס (לדוגמה נתון CDCl₃). גובה מתאים של הממס לספקטרום טוב הוא 4.5-5 ס"מ.
כיפה צינור NMR בזהירות ולכתוב את שם המדגם על הכובע.
לנער את המדגם בעדינות כדי להבטיח כי כל החומר נמס. יש להקפיד להימנע ממגע בין הממס לבין המכסה, אשר עלול להוביל לזיהום אפשרי של המדגם.
הכנס את צינור NMR בזהירות לתוך ספינר. המסובב יסתובב פעם אחת מוכנס לתוך המגנט כדי להבטיח כי המדגם כו

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Results

על ידי השוואת הספקטרום של החומרים ההתחלתיים (איורים 1 ו -2) לזה של המוצר הסופי (איור 5) ניתן להבחין בהבדל ברור בין הספקטרום, המציין היווצרות של הכלקון. ניתן לקבוע את נקודת הקצה של התגובה על ידי לקיחת דגימות NMR במרווחי זמן שונים; לדוגמה, ניתן לראות את...

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Application and Summary

NMR יכול, למשל, לשמש כדי לזהות מתווכים תגובה, להקל על העבודה בהבהרה של מנגנון תגובה. בעזרת NMR ניתן גם לצפות בתנועות מולקולריות ואינטראקציות חשובות לפיתוח תרופות. יתר על כן, NMR יכול לתת מידע מבני על חומרים מוצקים; למשל כדי לספק רציונל למאפיינים חומריים שנצפו. יישומים אחרים של NMR ניתן למצוא בתחום הרפואה, שבו...

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

References

Ta, L., Axelsson, A., Bijl, J., Haukka, M., Sundén, H., Ionic Liquids as Precatalysts in the Highly Stereoselective Conjugate Addition of α,β-Unsaturated Aldehydes to Chalcones. Chem. Eur. J. 20 (43), 13889-13893 (2014).
Table adapted from Graham Solomons, T. W. Fryhle, C. B., Organic Chemistry, 10^th edition, Wiley, p. 387, 418 (2011).
Clayden, J., Greeves, N., Warren, S., Wothers, P. Proton nuclear magnetic resonance. Organic Chemistry, Chapter 11, Oxford University Press, 269 (2001).
Wu, X.-F., Neumann, H., Spannenberg, A., Schulz, T., Jiao, H., Beller, M.,Development of a General Palladium-Catalyzed Carbonylative Heck Reaction of Aryl Halides. J. Am. Chem. Soc. 132 (41), 14596-14602 (2010).

1. הכנת חומר התחלה של NMR

הוסף ~ 10 מ"ג חומר מתחיל לצינור NMR נקי.
להמיס את החומר ההתחלתי ~ 0.7 mL deuterated ממס (לדוגמה נתון CDCl₃). גובה מתאים של הממס לספקטרום טוב הוא 4.5-5 ס"מ.
כיפה צינור NMR בזהירות ולכתוב את שם המדגם על הכובע.
לנער את המדגם בעדינות כדי להבטיח כי כל החומר נמס. יש להקפיד להימנע ממגע בין הממס לבין המכסה, אשר עלול להוביל לזיהום אפשרי של המדגם.
הכנס את צינור NMR בזהירות לתוך ספינר. המסובב יסתובב פעם אחת מוכנס לתוך המגנט כדי להבטיח כי המדגם כולו חווה שדה מגנטי הומוגני. נקה את החלק החיצוני של צינור NMR וספינר עם 2 פרופנול ורקמות מעבדה על מנת להסיר טביעות אצבעות ולכלוך.
מניחים את הספינר במד עומק מדגם כדי להבטיח כי החלק התחתון של צינור NMR אינו מוכנס רחוק מדי לתוך הבדיקה NMR כמו זה יכול לגרום נזק ספקטרומטר. בדיקות שונות יש עומק מדגם שונה המשתמש צריך להיות מודע מד העומק הספציפי.
מקם את הדגימה בספקטרומטר NMR. כאן נעשה שימוש בספקטרומטר 400 מגה-הרץ של Varian, המצויד בדגימה אוטומטית.
לאחר השלמת מדידת NMR, לעבד את הספקטרום ולהקצות את הפסגות בספקטרום.

2. הכנת סינתזה של 3 M NaOH וכלקון

יש להוסיף 60 מ"ג NaOH לבקבוק נפחי של 50 מ"ל.
ממיסים את NaOH על ידי הוספת מים דה-יוניים לחצי מהבקבוקון. לדלל את הפתרון עוד יותר על ידי הוספת מים נוספים עד הסימן הוא הגיע.
יש להוסיף 10 מ"ל אתנול לבקבוקון עגול בגודל 50 מ"ל המצויד בברז ערבוב מגנטי.
לאחר מכן, להוסיף 680.5 מ"ג 4-methoxybenzaldehyde ו 5 מ"ל פתרון NaOH מוכן בשלב 2.1 לאותו בקבוקון.
מוסיפים 671 מ"ג 4-מתיל-אצטופנון לאחר מכן לתמיסה המעורבת ומכסים את הבקבוק ומערבבים בטמפרטורת החדר.
עקוב אחר התקדמות התגובה על-ידי ¹H NMR במרווחי זמן של 30 דקות (ראה שלב 3) עד לצריכה מלאה של חומרים התחלתיים.
הוסף 5 מ"ל מים כאשר התגובה הגיעה להשלמה (~ 3 שעות). לסנן את המשקעים וכתוצאה מכך לשטוף אותו עם 20 מ"ל 1:2 אתנול / מים. תן לאוויר לייבש את המשקעים.
חשב את התשואה של המוצר המתקבל. הכן מדגם NMR לפי שלב 1.2.2.7. בדוק טוהר עם ¹H NMR. אם לא טהור, לטהר את המוצר באמצעות recrystallization עם אתנול.
מוסיפים כ-3 טיפות של תערובת תגובה לצינור NMR באמצעות פיפטה פסטר ושוטפים את הפיפטה בממס מפוזר.
חזור על שלבים 1.2–1.8.

3. פרשנות קצרה של ספקטרום NMR

לעבד את הספקטרום עם תוכנית מתאימה (לדוגמה נתון MestReNova).
לתאם את הפסגות השונות למשמרות NMR בטבלה 1. השינויים הכימיים נותנים רמז לסוג הסביבה שבה הפרוטונים קיימים.
שלב את הפסגות כדי לתת את מספר המימנים המתאימים לכל שיא. שילוב של כל הפסגות נותן מספר יחסי של פרוטונים כוללים.
להעריך את הפיצול של פרוטונים פסגות, אשר מציינים את מספר השכנים.
מדוד את צימוד J כדי לראות איך הפרוטונים מחוברים זה לזה.

PLAYLIST

Loading...

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved