Ф.В. Тоукач, п.А. Беляков застосування двовимірної спектроскопії ямр в органічній хімії.
навчальний посібник з дисципліни
«Спектроскопія ЯМР в органічній хімії»
Тоукач Ф.В., Бєляков П.А., Застосування двовимірної спектроскопії ЯМР в органічній хімії. - М.: МІТХТ, 2006, 36 (A4).
Рецензент: д.г.н. проф. Ю.А. Книрель
Видання призначене для студентів 5-го курсу, які навчаються за напрямом 550800 «Хімічна технологія та біотехнологія», як навчальний посібник з дисципліни «Спектроскопія ЯМР в органічній хімії» (магістерська програма 550828 «Хімія та технологія біологічно активних речовин»).
Затверджено Бібліотечно-видавничою комісією МІТХТ як навчальний посібник.
1. Приклад структурного дослідження за допомогою двовимірної спектроскопії ЯМР 4
2. 500 МГц спектри ЯМР трисахариду UN30 20
1 H, 1 H COSY 23
1 H, 1 H TOCSY 25
1 H, 13 C HSQC 27
1 H, 1 H NOESY 29
1 H, 13 C J-HMBC 31
250 МГц та 500 МГц спектри ЯМР
1 H, 1 H ROESY 34
1 H, 13 C HSQC 35
Приклад структурного дослідження: з'єднання d374.
Проведено ЯМР-дослідження органічної сполуки D374, яка, ймовірно, має наступну структурну формулу:
На рис. 1 наведено спектр ЯМР 1 Н сполуки D374 у дейтеродиметилсульфоксиді. У спектрі спостерігаються широкі сигнали речовини, що перекриваються із сигналами розчинника та між собою. З цієї причини було ухвалено рішення виміряти умови реєстрації спектрів. Як розчинник використовували дейтерохлороформ (рис. 2).
Мал. 1.Спектр ЯМР 1 Н сполуки D374 у дейтеродиметилсульфоксиді.
На рис. 2 наведено спектр ЯМР 1 Н з'єднання D374 дейтерохлороформі. У цьому розчиннику сигнали речовини помітно менш широкі, ніж ДМСО. При цьому одні сигнали розширені, аінші – ні. Розширений сигнал σ = 7.31 відповідає рухомому NH-протону. Число протонів у спектрі за фрагментами молекули (ароматика/аліфатика) відповідає запропонованій структурній формулі.
Мал. 2.Спектр ЯМР 1 Н з'єднання D374 в дейтерохлороформі.
Подальші дослідження проводились у дейтерохлороформі. На рис. 3 наведено фрагмент №1 спектру COSY (алкільна область), що відображає спін-спінові взаємодії протонів.
Мал. 3.Фрагмент №1 спектру COSY сполуки D374 у дейтерохлороформі.
Синглет з σ = 3.71 відповідає метоксильним протонам 38. Два протони СН2-групи 19 взаємодіють тільки один з одним. Чотири протони двох СН2-груп 26 та 27 взаємодіють між собою. Один із протонів 26 зрушений у слабке поле за рахунок ефективного впливу електроноакцепторних властивостей сусіднього атома азоту.
На рис. 4 наведено фрагмент №2 спектру COSY (арильна область).
Мал. 4.Фрагмент №2 спектру COSY сполуки D374 у дейтерохлороформі.
У спектрі чітко видно дві спінові системи, що відповідають двом бензольним кільцям. Два дублети в області хімічних зрушень 6.58-6.85 відповідаютьпара-заміщеному циклу. Два окремі розширені синглети, які не взаємодіють з іншими сигналами, відповідають СН-протонам двох тіофенових циклів. Чотири сигнали області хімічних зрушень 6.99-7.43 відповідаютьорто-заміщеному циклу. Зазначимо, що як в аліфатичній, так і ароматичній області протонного спектра спостерігаються як широкі, так і вузькі сигнали. Очевидно, в спектрах сполуки D374 спостерігаються динамічні процеси.
На малюнку 4 наведено повне співвідношення ароматичних сигналів, пояснення якому буде дано пізніше.
наМал. 5 наведено фрагмент №1 спектру NOESY, що відображає просторові взаємодії протонів.
Мал. 5.Фрагмент №1 спектру NOESY сполуки D374 у дейтерохлороформі.
Метоксильна група 38 взаємодіє зорто-протонами 22,24. Протони СН2-групи 19 – з двома іншимиорто-протонами 21,25 та з СН-протоном 7 найближчого тіофенового циклу, з яким також взаємодіє метильна група 18. СН-протон 15 іншого тіофенового циклу взаємодіє з метильною групою 40. Один з протонів СН2-групи 27 взаємодіє з найближчим протоном 33орто-заміщеного циклу. З кореляцій COSY (рис. 4) співвідносимо інші протони цього бензольного кільця.
Мал. 6.Фрагмент спектру ЯМР 1 Н сполуки D374 у дейтерохлороформі.
На рис. 5 наведено фрагмент спектру ЯМР 1 Н з'єднання D374 в дейтерохлороформі. Спектр досить добре дозволено. Сигнал метильної групи 40 розщеплений квадруплет з константою близько 0.5 Гц. Мультиплетність свідчить про взаємодію Космосу з трьома протонами, тобто. з іншою метильною групою. Очевидно, спостерігається дальня спін-спінова взаємодія з метильною групою 39 цього тіофенового циклу.
На рис. 7 наведено фрагмент №2 спектру COSY (алкільна область).
Мал. 7.Фрагмент №3 спектру COSY сполуки D374 у дейтерохлороформі.
На малюнку видно взаємодію метильної групи 40 з іншою метильною групою 39. Аналогічна взаємодія видно і між метильними групами 17 і 18. Сигнали цих груп поширені за рахунок обмінних процесів, тому розщеплення ліній немає.
Після співвідношення всіх протонів переходимо зі спектру ЯМР 13 С.
На рис. 8 наведений спектр ЯМР 13 З'єднання D374 вдейтерохлороформ. Зазначимо, що одні сигнали поширені, інші – ні. Загальна кількість сигналів – 32 – відповідає запропонованій структурній формулі.
Мал. 8.Спектр ЯМР 13 З'єднання D374 в дейтерохлороформі.
Мал. 9.Фрагмент №1 спектрів ЯМР 13 С (внизу) та APT (вгорі) сполуки D374 у дейтерохлороформі.
На рис. 9 наведено фрагмент №1 (алкільна область) спектрів ЯМР 13 С (внизу) та APT (вгорі), що відображає число протонів, з якими пов'язані атоми вуглецю. Сигнали атомів вуглецю, пов'язаних з парним числом протонів, спрямовані вгору, і з непарним – вниз. У спектрі видно 5 сигналів метильних груп і 4 сигнали від СН2- і С, що відповідає алкільних фрагментів запропонованої структурної формули.
На рис. 10 наведено фрагмент №2 (арильна область) спектрів ЯМР 13 С (внизу) та APT (вгорі).
Мал. 10.Фрагмент №2 спектрів ЯМР 13 С (внизу) та APT (вгорі) сполуки D374 у дейтерохлороформі.
У спектрі видно 8 сигналів ароматичних СН-вуглеців та 15 сигналів четвертинних атомів вуглецю. Число сигналів в арильній області відповідає ароматичним фрагментам запропонованої структурної формули.
Спочатку співвідносимо всі сигнали протону містять атомів вуглецю, оскільки всі сигнали протонів віднесені. На рисунках 11 та 12 зображені фрагменти спектрів HMQC (алкільної та арильної областей, відповідно), що відображають прямі протон-вуглецеві взаємодії.
Мал. 11.Фрагмент №1 спектру HMQC з'єднання D374 у дейтеро-хлороформі.
Мал. 12.Фрагмент №2 спектру HMQC з'єднання D374 у дейтеро-хлороформі.
Далі співвідносимо сигнали четвертинних атомів вуглецю.
Мал. 13.Фрагмент №1спектру HMBC з'єднання D374 в дейтерохлороформі
На малюнку 13 зображено фрагмент №1 спектру HMBC, що відображає дальні протон-вуглецеві взаємодії. Протони метокси-групи 38 пов'язані дальньою спін-спіновою взаємодією з вуглецем 23пара-заміщеного бензольного циклу.
На фрагментах №2 та №3 спектру HMBC, зображених на рис. 14, видно далекі взаємодії протонів СН2-груп 19 і 26 з четвертинним атомом вуглецю 2.
Таким чином, сигнали аліфатичної області спектра ЯМР 13 віднесені (рис. 15).
Мал. 14.Фрагменти №2 та №3 спектру HMBC сполуки D374 у дейтерохлороформі.
Мал. 15.Фрагмент №1 спектрів ЯМР 13 С (внизу) та APT (вгорі) з'єднання D374 в дейтерохлороформі із співвідношенням сигналів.
Далі один за одним співвідносимо сигнали всіх атомів вуглецю, що залишилися. Усі необхідні фрагменти спектру HMBC з'єднання D374 наведено у додатку. Важливо, що це сигнали віднесені виходячи з кореляцій. Немає необхідності відносити сигнали за залишковим принципом. Деякі з наведених у додатку кореляцій не містять нової інформації, а лише підтверджують зроблені висновки.
Мал. 16.Фрагмент №2 спектрів ЯМР 13 С (внизу) та APT (вгорі) з'єднання D374 в дейтерохлороформі із співвідношенням сигналів.
Ароматична область спектру ЯМР 13 З повним співвідношенням сигналів наведена малюнку 16. Зазначимо також наявність просторового взаємодії між протоном СН2-групи 19 і рухомим протоном NH-групи 31 (рис. 17).
Таким чином, за сукупністю отриманих спектральних даних, з'єднання D374 відповідає запропонованій структурній формулі.
Мал. 17.Фрагмент №2 спектру NOESY з'єднання D374 вдейтерохлороформ.