问题

做核磁的时候怎么样根据样品的种类选择不同的氘代试剂?

回答
在核磁共振(NMR)实验中,选择合适的氘代试剂是至关重要的。它不仅关系到能否清晰地观测到目标信号,还直接影响实验的灵敏度和信噪比。针对不同的样品类型,选择氘代试剂的考量因素也会有所差异。下面我们就来详细聊聊,如何根据样品的特性来挑选最合适的“拍档”。

核心原则:溶解度 + 信号干扰最小化 + 成本效益

总的来说,选择氘代试剂需要遵循三个核心原则:

1. 样品必须能在氘代溶剂中充分溶解: 这是最基本的要求。如果样品溶解度不好,NMR信号就会很弱,甚至无法检测。
2. 氘代溶剂的信号干扰要最小: 氘代溶剂本身的信号会出现在NMR谱图中,我们需要选择那些本身信号非常强(通常是单峰)且位于我们不感兴趣的化学位移区域的溶剂,或者在特定情况下,可以选择那些我们可以轻易辨认并去除其信号的溶剂。
3. 成本效益和可获取性: 某些特殊的氘代试剂可能价格昂贵,或者不易获得。在满足前两个条件的前提下,选择性价比高的溶剂也是实际操作中的重要考量。

根据样品种类进行选择:

下面我们将从不同类型的样品出发,详细阐述选择氘代试剂的策略。

1. 小分子有机化合物(单体、天然产物、合成产物等)

这类样品通常是NMR中最常见的待测对象。

极性小分子:
CDCl₃ (氘代氯仿): 这是最常用、最基础的氘代溶剂之一。它对大多数非极性或弱极性的小分子有机物有良好的溶解性。优点是信号简单(强单峰),化学位移在7.26 ppm附近,容易识别和排除。
适用范围: 烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、卤代烃、酯、酮、醛、醚等。
注意事项: 对于含有大量羟基(OH)、氨基(NH₂)、羧基(COOH)等强极性官能团的样品,CDCl₃的溶解度可能不足。
DMSOd₆ (氘代二甲基亚砜): 当样品在CDCl₃中溶解度不佳时,DMSOd₆是一个很好的替代品。它具有较强的极性,对许多极性小分子,包括含有OH、NH₂、COOH的化合物,都有很好的溶解性。
优点: 溶解性好,尤其适合极性样品。
缺点: 样品中的OH、NH₂质子在DMSOd₆中通常会与溶剂的OH/NH₂质子交换,表现为宽峰,有时会与样品信号重叠,需要注意。DMSOd₆在3.36 ppm处有一个强单峰。
CD₃OD (氘代甲醇): 甲醇的极性介于CDCl₃和DMSOd₆之间,对一些中等极性的小分子有不错的溶解性。
优点: 溶解性适中,适合一些在CDCl₃中溶解度稍差,但又不像DMSOd₆那么极性的样品。
缺点: 甲醇的OH质子在样品中也存在时,可能会发生交换,导致宽峰。
Acetoned₆ (氘代丙酮): 丙酮的溶解性也很好,对一些油状物和极性较小的化合物有溶解性。
优点: 溶解性好,信号在2.05 ppm处是强单峰。
缺点: 易挥发,成本相对较高。
Waterd₂ (氘代水) / H₂Od₁: 对于非常极性的化合物,如糖类、氨基酸、某些天然产物,或者需要研究样品在水溶液中的状态,氘代水是首选。
优点: 模拟生理条件,研究水溶性物质。
缺点: 氢核(¹H)NMR中,水峰(H₂O)非常强,位于4.74.8 ppm,可能会掩盖样品中附近区域的信号。同时,样品中的OH、NH₂质子也可能与水峰交换,出现宽峰。需要精细的实验设置(如水峰抑制技术)来处理。
Acetonitriled₃ (氘代乙腈): 乙腈的极性也较强,对一些极性有机物有良好的溶解性。
优点: 溶解性好,信号在2.05 ppm处是强单峰。
缺点: 毒性相对较大,操作时需谨慎。

非极性或低极性小分子:
CDCl₃: 仍然是首选。
Benzened₆ (氘代苯): 对于一些在CDCl₃中溶解度不佳但又非极性很强的样品,如某些多环芳烃、大位阻的烷烃等,苯d₆可能提供更好的溶解性。
优点: 溶解性好,信号在7.16 ppm处是强单峰。
缺点: 苯d₆具有一定的毒性,且在高温下容易挥发。其芳香质子的信号与一些芳香性样品信号可能重叠。

2. 聚合物

聚合物的NMR分析与小分子有所不同,需要考虑溶剂的粘度、溶剂对聚合物链的溶胀作用、以及溶解温度等因素。

DMSOd₆: 是分析许多极性聚合物(如聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丙烯酸酯等)最常用的溶剂。它能有效溶解这些聚合物,且在较高温度下粘度不会过高。
TFEd₁ (氘代三氟乙醇): 对于溶解度极差的聚合物,尤其是含有氢键的聚合物(如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮),TFEd₁是一个很好的选择。它是一种强溶剂,可以有效地溶胀并溶解这些聚合物。
优点: 强溶解能力。
缺点: 成本高,有毒性,信号在4.4 ppm附近。
Benzened₆ / Toluened₈ (氘代甲苯): 对于某些非极性聚合物,如聚苯乙烯、聚丁二烯等,可以使用苯d₆或甲苯d₈。
CDCl₃: 也能用于溶解一些非极性或弱极性聚合物,但其溶解能力通常不如DMSOd₆或TFEd₁。
D₂O (重水): 用于研究水溶性聚合物,如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮(部分水溶性)、聚丙烯酸钠等。

选择聚合物氘代溶剂的特别考量:

玻璃化转变温度 (Tg): 许多聚合物在室温下是固态的。为了获得流动性并使NMR信号能够被探测,通常需要在高于聚合物Tg的温度下进行测量。选择的溶剂需要能在足够的温度下保持液体状态。
溶剂化能力: 聚合物链段间的相互作用(如氢键、范德华力)比小分子复杂。溶剂需要能够有效克服这些链间作用力。
粘度: 高聚物溶液的粘度通常比小分子溶液高。过高的粘度会导致信号展宽、弛豫时间延长,降低信噪比。选择适当的溶剂和测量温度是控制粘度的关键。

3. 具有特殊性质的样品

易分解或不稳定样品:
如果样品对酸或碱敏感,应选择中性氘代溶剂。
如果样品在特定温度下不稳定,需要选择在该温度下仍能保持良好溶解性的溶剂,或者考虑在较低温度下测量(但这会影响溶解度)。
含金属离子的样品:
有些溶剂(如DMSO)可能与金属离子形成络合物,影响样品的状态或NMR信号。需要根据具体金属和配体选择不与金属发生强烈相互作用的溶剂。
易挥发或有毒性的样品:
需要选择较低挥发性的溶剂,并在通风橱中操作。
需要研究快速交换过程的样品:
例如,研究酸碱催化下的互变异构或质子交换。可以选择那些能够促进交换的溶剂,或者在不同溶剂中观察交换速率的变化。

4. 固体样品

虽然我们主要讨论液体样品,但对于固态NMR(ssNMR),虽然不使用氘代溶剂,但通常会在样品中加入少量氘代物质(如D₂O)作为锁场物质,以确保仪器能稳定工作。

选择过程的流程化思考:

1. 初步判断:
样品是极性的还是非极性的?
样品是否含有容易与溶剂发生反应的官能团(如OH, NH₂, COOH)?
是小分子还是聚合物?
2. 尝试首选溶剂:
对于大多数小分子,先尝试 CDCl₃。
如果 CDCl₃ 溶解度不好,尝试 DMSOd₆。
对于极性很强的样品,考虑 CD₃OD, Acetoned₆, Waterd₂。
对于非极性样品,除了 CDCl₃,可以考虑 Benzened₆。
3. 考虑样品稳定性:
样品是否对酸、碱、光、热敏感?选择对应的稳定溶剂。
4. 文献调研:
查阅关于类似化合物的NMR谱图分析文章,了解前人是如何选择溶剂的,这通常是最高效的方式。
5. 小规模测试:
如果样品量允许,可以先用少量样品在几种可能的溶剂中进行溶解度测试,选择溶解度最好的。
6. 考虑特殊需求:
是否需要研究特定状态(如水溶液)?
是否需要抑制某个区域的溶剂信号?

举例说明:

一个新合成的天然产物,具有多个羟基和一个羧基:
首先考虑 CDCl₃,但很可能溶解度不好。
尝试 DMSOd₆,其极性应该能溶解,并且羟基和羧基的质子信号在DMSOd₆中可能会表现为宽峰,可以观察。
如果DMSOd₆溶解度仍然不好,可以考虑 Methanold₄ 或 Acetoned₆。
如果样品非常极性,甚至可以尝试 Waterd₂,但需要考虑水峰的干扰。
聚苯乙烯:
对于非极性聚合物,Chloroformd 也能溶解,但 Benzened₆ 或 Toluened₈ 可能是更好的选择,溶解性更佳。
聚乙烯醇:
这是一个强极性、易形成氢键的聚合物,通常在 CDCl₃ 中完全不溶。
DMSOd₆ 是一个不错的选择。
如果 DMSOd₆ 溶解度不好,TFEd₁ 是非常有效的溶剂。

最后,别忘了记录你的氘代溶剂:

每次实验都应准确记录使用了哪种氘代溶剂、纯度如何(如99.8 atom% D),以及记录的温度。这对于数据的分析和重现至关重要。

总而言之,选择合适的氘代试剂是一个需要综合考虑溶解度、信号干扰、样品性质和实验目的的“技术活”。多查阅文献,多实践,你会逐渐积累经验,更精准地为你的样品找到最合适的“ NMR 伙伴”。

网友意见

user avatar
是根据溶解性么?还是出峰位置?

类似的话题

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有