Ako môžeme identifikovať heteroaromatické kruhy pomocou NMR spektroskopie?

Ahoj! Ako dodávateľ heteroaromatických kruhov sa ma často pýtajú, ako môžeme identifikovať tieto zábavné malé molekuly pomocou NMR spektroskopie. Tak som si povedal, že si sadnem a napíšem blogový príspevok, aby som sa podelil o nejaké postrehy na túto tému.

Najprv si rýchlo prejdime, čo sú heteroaromatické kruhy. Sú to aromatické zlúčeniny, ktoré obsahujú v kruhovej štruktúre aspoň jeden heteroatóm (ako je dusík, kyslík alebo síra). Sú mimoriadne dôležité v organickej chémii, najmä pri vývoji liečiv, agrochemikálií a materiálovej vedy. V našom katalógu nájdete hromadu rôznych heteroaromatických kruhov, napr4-izopropylpyridín,7-Bróm-2,4-dichlór-6,8-difluórchinazolín, aN-(6-brómimidazo[1,2-a]pyridín-2-yl)-2,2,2-trifluóracetamid.

Teraz k NMR spektroskopii. NMR alebo nukleárna magnetická rezonancia je výkonná analytická technika, ktorá nám umožňuje určiť štruktúru a dynamiku molekúl. Funguje tak, že sa na vzorku aplikuje magnetické pole a potom sa meria absorpcia a emisia rádiofrekvenčného žiarenia atómovými jadrami v molekulách.

Pokiaľ ide o identifikáciu heteroaromatických kruhov pomocou NMR, hľadáme niekoľko kľúčových vecí.

Chemické posuny

Chemický posun je jednou z najdôležitejších informácií, ktoré získavame z NMR spektra. Hovorí nám o elektronickom prostredí okolo jadier v molekule. V heteroaromatických kruhoch môžu byť chemické posuny protónov (alebo iných jadier) celkom odlišné od posunov v neheteroaromatických zlúčeninách.

Napríklad protóny na aromatickom kruhu heteroaromatickej zlúčeniny sú zvyčajne odtienené v dôsledku prítomnosti heteroatómu. To znamená, že sa prejavujú pri vyšších chemických posunoch (downfield) v 1H NMR spektre v porovnaní s protónmi na bežnom aromatickom kruhu. Heteroaromatické kruhy obsahujúce dusík, ako pyridín, majú typicky protóny s chemickými posunmi v rozsahu 7 - 9 ppm. Presné hodnoty závisia od polohy protónu vzhľadom na atóm dusíka a od ostatných substituentov na kruhu.

Ak máte na heteroaromatickom kruhu substituent, môže to tiež ovplyvniť chemické posuny. Substituenty, ktoré odoberajú elektróny, ďalej odtienia protóny a posunú ich signály k ešte vyšším chemickým posunom. Na druhej strane, substituenty poskytujúce elektróny budú tieniť protóny, čo spôsobí, že sa ich signály posunú k nižším chemickým posunom (upfield).

Spojovacie konštanty

Väzbové konštanty (hodnoty J) sú ďalším dôležitým aspektom NMR spektier. Hovoria nám o interakcii medzi susednými jadrami. V heteroaromatických kruhoch môžu interakčné konštanty poskytnúť cenné informácie o štruktúre a konektivite atómov v kruhu.

Napríklad v pyridínovom kruhu je väzba medzi susednými protónmi (orto-kopulácia) typicky okolo 6-9 Hz, zatiaľ čo väzba medzi meta-protónmi je okolo 1-3 Hz. Tieto hodnoty nám môžu pomôcť potvrdiť polohu substituentov na kruhu. Ak vidíme väzbovú konštantu, ktorá sa nezhoduje s očakávanými hodnotami pre konkrétnu štruktúru, môže to znamenať, že sa deje niečo nezvyčajné, napríklad iná tautomérna forma alebo konformačná zmena.

integrácia

Integrácia v spektre NMR nám dáva predstavu o relatívnom počte jadier, ktoré spôsobujú vznik každého signálu. V heteroaromatických kruhoch to môže byť užitočné na určenie substitučného vzoru.

Povedzme, že máme disubstituovaný heteroaromatický kruh. Pri pohľade na integračné hodnoty protónových signálov môžeme zistiť, koľko protónov je prítomných v každej časti kruhu. Ak poznáme celkový počet protónov v kruhu a integračné hodnoty signálov, môžeme vypočítať počet protónov v rôznych prostrediach a tak odvodiť substitučný vzor.

Heteronukleárna NMR

Okrem1H NMR môžeme na identifikáciu heteroaromatických kruhov použiť aj heteronukleárne NMR techniky, ako je 13C NMR a 15N NMR.

13C NMR je obzvlášť užitočná, pretože nám poskytuje informácie o atómoch uhlíka v kruhu. Chemické posuny atómov uhlíka v heteroaromatických kruhoch sú tiež ovplyvnené prítomnosťou heteroatómu a substituentov. Napríklad atómy uhlíka susediace s atómom dusíka v pyridínovom kruhu majú typicky chemické posuny v rozsahu 120 až 150 ppm.

15N NMR môže poskytnúť priamu informáciu o atómoch dusíka v heteroaromatickom kruhu. Avšak ¹⁵N má veľmi nízku prirodzenú abundanciu a nízku citlivosť, takže si často vyžaduje špeciálne techniky a dlhší čas získavania. Ale keď môžeme získať dobré ¹5N NMR údaje, môže to byť mimoriadne užitočné pri potvrdení štruktúry heteroaromatických kruhov obsahujúcich dusík.

Prípadové štúdie

Pozrime sa na pár príkladov, aby sme videli, ako tieto NMR techniky fungujú v praxi.

Príklad 1: 4 - Izopropylpyridín

4 - izopropylpyridínmá pyridínový kruh s izopropylovou skupinou v polohe 4-. V 1H NMR spektre by sme očakávali signály pre protóny na pyridínovom kruhu v rozsahu 7 až 9 ppm. Protóny na izopropylovej skupine by sa ukázali pri nižších chemických posunoch. Metylové protóny izopropylovej skupiny by sa javili ako dublet (v dôsledku spojenia s metínovým protónom) a metínový protón by sa javil ako septet.

V 13C NMR spektre by sme videli signály pre atómy uhlíka v pyridínovom kruhu a izopropylovú skupinu. Atómy uhlíka v pyridínovom kruhu by mali charakteristické chemické posuny a atómy uhlíka v izopropylovej skupine by tiež mali svoje vlastné odlišné posuny.

Príklad 2: 7-Bróm-2,4-dichlór-6,8-difluórchinazolín

7-Bróm-2,4-dichlór-6,8-difluórchinazolínje komplexnejšia heteroaromatická zlúčenina. Prítomnosť viacerých halogénových substituentov a chinazolínového kruhového systému robí NMR spektrum komplikovanejším.

V 1H NMR spektre by sme očakávali, že uvidíme len veľmi málo protónových signálov, pretože väčšina pozícií na kruhu je substituovaná. Chemické posuny zostávajúcich protónov by boli ovplyvnené elektrónovými sťahovacími účinkami atómov halogénu. V 13C NMR spektre by uhlíkové atómy vykazovali široký rozsah chemických posunov v dôsledku rôznych substituentov a heteroatómov v kruhu.

Príklad 3: N-(6-Brómimidazo[1,2-a]pyridín-2-yl)-2,2,2-trifluóracetamid

1H NMR spektrum N-(6-brómimidazo[1,2-a]pyridín-2-yl)-2,2,2-trifluóracetamiduby vykazovala signály pre protóny na imidazo[1,2-a]pyridínovom kruhu a amidovej skupine. Brómový substituent by odtienil susedné protóny, čo by spôsobilo, že ich signály sa objavia pri vyšších chemických posunoch.

13C NMR spektrum poskytne informácie o atómoch uhlíka v kruhu a amidovej skupine. Prítomnosť trifluóracetylovej skupiny by mala tiež vplyv na chemické posuny blízkych atómov uhlíka.

Záver

Na záver, NMR spektroskopia je neuveriteľne výkonný nástroj na identifikáciu heteroaromatických kruhov. Pri pohľade na chemické posuny, väzbové konštanty, integráciu a použitie heteronukleárnych NMR techník môžeme určiť štruktúru, konektivitu a substitučný vzor týchto dôležitých molekúl.

Ak hľadáte vysokokvalitné heteroaromatické prstence pre potreby výskumu alebo výroby, máme pre vás riešenie. Ponúkame širokú škálu heteroaromatických zlúčenín a náš tím je vždy pripravený pomôcť vám s akýmikoľvek otázkami, ktoré by ste mohli mať o identifikácii alebo použití týchto molekúl. Či už ste chemik vo výskumnom laboratóriu alebo výrobca vo farmaceutickom priemysle, môžeme vám poskytnúť produkty a podporu, ktorú potrebujete. Neváhajte nás teda osloviť a začať rozhovor o vašich požiadavkách na obstarávanie.

Referencie

• Silverstein, RM, Webster, FX a Kiemle, DJ (2014). Spektrometrická identifikácia organických zlúčenín. Wiley.
• Breitmaier, E. (2002). NMR spektroskopia: Základné princípy, koncepty a aplikácie v chémii. Wiley - VCH.