2.15: 核磁共振 (NMR)

1.编制的核磁共振起始原料

1. 添加开始到一个干净的核磁共振管材料的 ~ 10 毫克。
2. 溶解在 ~0.7 毫升氘化溶剂 （扑热息痛₃给出的例子） 的起始原料。一个好的光谱的溶剂适合身高 4.5-5 厘米。
3. 仔细帽核磁共振管和在帽上写的示例名称。
4. 摇动样品轻轻地确保所有材料都溶化了。小心避免溶剂和帽，这可能导致可能污染的样品之间的接触。
5. 核磁共振管小心地插入微调框。微调按钮将旋转一次插入，确保整个样本经验产生匀强磁场的磁铁。以去除指纹和污垢的清洁核磁共振管和微调框 2-丙醇和实验室组织的外。
6. 旋流器的采样深度的地方评估以确保如，可能破坏光谱仪，核磁共振管底不插入太远到核磁共振探头。不同探头有不同样品深度和用户应该知道的特定深度测量。
7. 将标本放在核磁共振谱仪。瓦里安 400 MHz 光谱仪，配有自动进样器，在这里用。
8. 完成后的核磁共振测量，过程的光谱和分配中的谱峰。

2.3 M 氢氧化钠的查尔酮合成制备

1. 60 毫克 NaOH 添加 50 毫升容量瓶中。
2. 一半的烧瓶中加入去离子的水溶解氢氧化钠。通过添加更多的水，直到达到马克稀溶液进一步。
3. 将 10 毫升乙醇添加到配备了磁力搅拌酒吧的 50 mL 圆底烧瓶。
4. 此后，添加 680.5 毫克 4-甲氧基苯甲醛和 5 mL NaOH 溶液制备步骤 2.1 到相同的烧瓶中。
5. 4-甲基苯乙酮 671 毫克随后向解决方案中添加搅拌和盖瓶，室温搅拌。
6. 通过监视进度的反应¹H NMR 在 30 分钟间隔 （参见第 3 步） 直到充分消费的起始原料。
7. 添加 5 毫升的水，当反应已达到完成 (~ 3 h)。筛选结果沉淀清洗，它与 20 毫升乙醇/水 1:2。让沉淀自然晾干。
8. 计算得到的产品产量。准备按照步骤 1.2.2.7 核磁共振样品。检查与¹H NMR 的纯度。如果不是纯，纯化通过乙醇重结晶产品。
9. 将反应混合物约 3 滴添加到使用巴斯德吸管核磁共振管和冲洗用氘代溶剂吸管。
10. 重复步骤 1.2-1.8。

3.简要解释的核磁共振谱

1. 过程与一个合适的方案 （例子 MestReNova） 谱。
2. 关联到该谱的变化，在表 1中不同的山峰。化学位移的给出暗示什么类型的质子中存在的环境。
3. 集成峰提供对应于每个峰的氢原子的数目。集成的所有山峰赋予总质子的相对数目。
4. 评价质子峰，表明不同数量的近邻的分裂。
5. 测量 J 耦合看到质子如何连接到彼此。

核磁共振 （NMR） 波谱是有机化学中确定样品分子结构和纯度的重要方法。

在 NMR 波谱中，样品暴露在强磁场中。暴露后，某些原子核在离散的能级之间转换或共振。这些能级之间的能隙可以测量并可视化为光谱。这些数据可用于阐明样品的化学结构。

并非所有原子核都具有 NMR 活性所需的特性。研究的常见同位素是1H、2H、13C、19F和31P。

本视频将介绍核磁共振背后的原理，逐步介绍化学反应不同阶段的核磁共振样品制备示例，并讨论几种应用。

在 NMR 仪器中，液氮和氦气用于冷却超导磁体。磁体对样品施加恒定的磁场。在样品中，具有奇数个质子和/或中子的原子核将与场对齐，采用低能状态，或逆场排列，采用高能状态。

两个能级之间的能量差就是谐振频率，这取决于外加磁场的强度和原子核的类型。对于 NMR 中使用的磁体，该值在射频 （RF） 范围内。

射频线圈用射频脉冲激发样品，将低能量原子核移动到更高的状态，然后恢复原状。线圈检测磁化强度的这些变化，这些变化显示为峰值。

NMR 的优势在于它能够通过化学环境来区分原子核，在本例中为氢。相邻原子上的电子将阻挡或"屏蔽"原子核免受某些磁场的影响。这个有效场会改变特定原子核的谐振频率，称为化学位移。在乙醇中，亚甲基、羟基和甲基质子都具有独特的共振频率。确定每个峰下的面积可以阐明每种质子的数量。

由于具有不同磁强度的仪器会改变谐振频率，因此它们以添加到样品中的标准分子（通常是四甲基硅烷或 TMS）为参考。频率的化学偏移非常小，通常以百万分之几或 ppm 为单位报告。

当使用高分辨率的强磁体时，峰有时会分裂成亚峰。这是由相邻的原子核引起的，其中一些原子核与磁场对齐，一些与磁场相反;进一步改变施加在原子核上的有效场。在乙醇中，2 个亚甲基质子将甲基峰分裂成三重态两次，而 3 个甲基质子将亚甲基峰分裂成四重态三次。分裂的距离或 J 耦合与原子核的距离有关，有助于定性发现。

现在您已经了解了 NMR 背后的基本原理，让我们回顾一下使用质子 NMR 监测醛和酮合成查尔酮的示例程序。

首先使用巴斯德移液器将少量起始材料添加到烧杯中。移入通风橱，用 0.7 mL 氘代溶剂稀释起始材料。使用氘酸盐溶剂，因为氘的共振频率超出了质子的范围。

使用巴斯德移液器将 0.7 mL 稀释的起始材料加入干净的 5？mm NMR 管中，填充底部 4.5？5 cm。盖上 NMR 管并贴上标签。轻轻摇晃试管，注意避免样品与瓶盖接触。然后，将管子插入旋转器中。

使用 2-丙醇和实验室纸巾清洁试管和旋转器的外部。然后将样品组件放入深度计中并校准插入深度。

校准后，手动或使用自动进样器将样品组件加载到 NMR 波谱仪中。最后，使用计算机工作站采集 NMR 波谱。

使用此程序为每种反应的起始材料生成 NMR 波谱。对于查尔酮的合成，应生成甲氧基苯甲醛和甲基苯乙酮的光谱。

接下来，通过将起始材料和试剂混合在培养瓶中以开始反应来进行样品合成。

每隔 30 分钟，使用巴斯德移液管取出一小份反应混合物，并向干净的 NMR 管中加入 3 滴。

用氘代溶剂稀释该粗反应产物，并使用前面描述的程序准备 NMR。

随着反应的进行，会形成黄色沉淀。反应完成后，洗涤并过滤沉淀物，并为纯化的反应产物生成 NMR 波谱。

现在我们已经在化学反应的每个阶段生成了 NMR 波谱，让我们分析一下它们。

每种起始材料的 NMR 波谱峰根据它们的化学位移和导致每个峰的质子数量被分配到分子内的不同质子基团。在这里，我们将甲基苯乙酮和甲氧基苯甲醛的 4 个主要质子基团分配给甲基苯乙酮，注意到醛峰在 9.5 到 10.5 ppm 之间。通过比较不同时间点粗反应产物的 NMR 波谱，阐明了合成查耳酮的化学反应的演变。例如，起始材料甲氧基苯甲醛的醛峰在反应 30 分钟后仍然存在，但在 3 小时后完全消失，表示反应完成。

通过检查纯化产物的光谱，我们可以将每个峰分配给查尔酮结构中的一个质子基团。例如，检查峰 3 和 4 我们看到它们的积分都是 1，对应于仅包含一个质子的群。

峰 3 和 4 是所谓的双峰，表示一个相邻的质子。两者的 J 耦合常数均为 16 Hz，表明质子位于 E 双键上。通过分配纯化反应产物的所有 NMR 峰，我们确认了纯查尔酮的合成。

核磁共振波谱具有广泛的应用范围，并被用于许多科学和医学领域。

在本应用中，质子 NMR 用于验证二氨基卡宾和单硝酰胺卡宾的合成和结构，它们的 NMR 波谱具有不同的峰分裂模式。这些卡宾在与白磷结合时也产生看似不同的反应产物;DAC1 产生亮红色反应产物，而 MAAC2 产生亮橙色产物。使用 NMR 的第二次应用 31P？NMR，它根据磷原子核共振频率的差异生成波谱。

在这里，核磁共振成像 （MRI） 用于生成大脑的解剖图并选择感兴趣的大脑区域。然后使用 NMR 波谱生成关键代谢物的光谱。最后，使用 MRI 评估不同实验条件下脑代谢的变化。

在这个应用中，NMR 被用来分析结合特性并提出铜结合肽的 3D 结构。首先，比较了肽的未结合和铜结合状态的 NMR 波谱。然后，使用更先进的二维 NMR 技术，评估了肽结构的不同潜在构象。最后，这些 NMR 衍生的结构约束被用来为未结合的肽开发一种拟议的 3 维结构。

您刚刚观看了 JoVE 对 NMR 分析的介绍。您现在应该了解了 NMR 波谱生成和分析背后的基本原理，以及 NMR 样品制备的程序。

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