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有機合成，尤其是有機合成方法學經常要計算核磁產率（NMR yield），這時就要用到qNMR（定量核磁）。qNMR定量的原理是在測試樣品中加入準確定量的內標物，由于NMR光譜中的信號強度與負責該特定共振的質子數成正比，根據內標物的譜峰積分面積和目標物的積分面積就可以計算目標產物的含量。 圖1 內標法qNMR操作流程示意圖 qNMR可以對粗產物混合物進行簡單的定量，確定反應收率以及有機化合物的純度。理想的內標應該是高純度、便宜、穩定、化學惰性、不揮發、不吸濕并且可溶于大多數NMR溶劑的化合物。但是，如果內標物是非揮發性的，那么樣品的回收就比較麻煩。為了解決這個問題，近日，拉脫維亞（全球女性最“過剩”的國家，男女比例10:1）有機合成研究所的化學家提出了一種新的解決辦法，使用氘代溶劑CDCl3中的殘留溶劑作為內標，相關論文在美國化學會旗下J.Org.Chem.發表。 CDCl3是有機合成實驗室中最常用、最便宜的NMR溶劑之一，對大部分有機化合物都能溶解，而且方便樣品回收，因此常被用作NMR的首選溶劑。并且如果存儲得當，其濃度對于批料將保持恒定。 圖2 CHCl3溶劑 如果要想用殘留的溶劑信號作qNMR的內標，前提是要確定了CDCl 3批次中精確的CHCl3濃度。研究人員首先使用1,3,5-三甲氧基苯（TMB）做內標測定了CDCl3中未氘化的CHCl3殘留溶劑的濃度，測試結果為16.231±0.138mM。1個月后重復測定為16.144±0.037 mM（標準偏差為0.23％），證明CHCl3濃度可以保持恒定至少1個月。 圖3 CDCl3中CHCl3濃度的測定示意圖 搞清楚CHCl3濃度后，就可以用它進行NMR定量測試了。作者建議通過稱重準確定量CDCl3。將蓋有樣品的小瓶放在分析天平上，并測量皮重。向小瓶中添加CDCl 3（?1 mL），立即用螺帽密封小瓶，并通過分析天平測量CDCl3的精確重量。搖動樣品直至所有分析物溶解。將樣品溶液轉移到NMR管中并記錄1 H NMR光譜。將7.26 ppm處的CHCl3信號和分析物信號進行積分。根據下面的等式計算核磁產率。 圖4 使用CDCl3殘留溶劑做內標測定核磁產率示意圖 圖5 等式1. c （CHCl3）是計算出的氯仿質子濃度[mM/L]，I (X)是所研究化合物的積分強度，N(x)是所研究化合物的積分質子數，M(x)所研究化合物的分子量。 研究人員使用這種方法確定了9種化合物的重量m（qNMR CHCl3），并與TMB做內標的qNMR結果進行對比。結果表明新方法的準確性與使用TMB作為內標的傳統方法相當。 作者進一步將這個技術用于了乙烯基砜9合成條件的優化篩選，使用CDCl 3 qNMR方法，可以很容易地評估粗產物和分離出的產物的1H NMR收率和產物9的純度，從而快速確定最佳反應條件（entry 4）。 【qNMR分析方法操作步驟】 將反應混合物在0℃下攪拌15分鐘。濾出白色沉淀物，濾餅用溶劑（1mL）洗滌，并將濾液減壓蒸發。向粗產物中，加入約3g精確稱量和預先確定的CHCl3濃度的CDCl3。將樣品溶液轉移到NMR管中并記錄1 H NMR光譜。將分析物的選擇信號進行積分。在qNMR條件下測量1 H NMR后，根據等式1確定樣品中的產物重量，然后根據等式2計算核磁產率。 等式2 作者建議，實驗室可以標定一瓶常規使用的CDCl3，足夠使用一個月。對于需要經常回收樣品的同學實在是再實用不過了，有興趣的同學不妨也試一試。希望這個巧妙的想法能提高大家的工作效率。。 論文鏈接： https://pubs./doi/full/10.1021/acs.joc.0c02744 |
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