
有机化学硕博经验分享(十四):核磁绪论(下)
2025年07月24日 23 次浏览内容摘要: 八、核磁管为何无法弹出,怎么处置? 十三、什么情况下会氢/碳谱出峰困难? 正文部分:
八、核磁管为何无法弹出,怎么处置?
核磁管无法弹出的故障出现概率低,八年来只遇到过两次:①空压机故障或检修等原因导致机柜气压不足:如果核磁是自动上样,样品都进不去自然也很少出现弹不出来的问题;如果是手动上样,危险系数就高了,可能上样时托不住核磁管,砸下去污染探头;②使用特种核磁管(无水无氧的密封管),过于粗大导致卡在磁体内部。
处理方法:针对情况①,可以让管理员逐步调大气流,尝试将样品冲出;但人必须在进样口等着,核磁管弹出后第一时间抓住,否则核磁管可能掉落并砸碎在外。对于情况②,需要在管理员指挥下拆卸探头,一人躺在地上用塑料杆或木杆把核磁管从下往上轻轻捅出,另一人在顶上接。取出后再装回去并调试。注意杆不可是金属材质,尤其不能含铁、钴、镍!强大的磁力在牢牢吸住金属杆的同时,也会使磁体内超导线圈扭曲变形,造成不可逆的破坏。这不是赔不赔得起的问题,而是会不会留校察看的问题。
另外,核磁还会出现其他莫名其妙的问题。比如ATM失败,可能是程序出错,或机柜与磁体连接出问题,往往靠电脑和软件的重启解决。如果谱图质量莫名其妙的变差,有可能是探头太脏了。要让管理员拆卸探头,用棉棒蘸着酒精擦干净。
《易经》曰:“取法乎上,仅得其中;取法乎下,无所得矣。”虽然具体判断标准以课题组(主要是导师本人)为准,但我们收数据时,尽一切可能以美观为标准,而不是合格就行。美观的一定合格,合格的不一定美观。
美观的氢谱:TMS峰、水峰和氯仿峰均为清晰的单峰,无裂分、缓坡、翘脚;基线平直,不毛糙;所有信号峰细节丰富、清晰,化合物芳香区不会集体向上拱起,较高的信号峰的足部不会明显下陷;积分小数点后第一位是零,不存在反复调节才能凑成整数的情况。达到上述标准后,如果出现意料之外的裂分,一定是远程偶合所致。
美观的碳谱:氯仿的三个裂分峰均清晰、无黏连、顶端无裂口;基线不粗大、突兀;信号峰放大后呈等腰三角形而不是直角三角形,相近的信号峰无黏连;最矮的信号峰的高度是基线宽度的两倍(氯仿峰高矮不做要求),谱图无明显杂质。达到上述要求,扫3圈也可以;达不到要求,扫10000圈也不能用。注意,如果基线足够细,使杂峰虽矮但显眼,谱图也不能要。可以靠减少扫描圈数达到基线宽度与杂峰高度的相对和谐,收获可用而不美观的谱图,但这需要经验和手速(扫描到适当圈数后立刻输入halt)。
美观的氟谱:标准与碳谱类似但很难不美观。
美观的硼谱:越像HPLC谱图就越好。基线细,峰清晰,硼化玻璃峰矮。
氢谱:核磁管从底向上4 cm内无灰白色印记或粉尘;样品无金属残渣和不溶固体;装样量在3-5 mg之间,大概相当于核磁管往泡沫中戳入约1 cm的量;加入氘代溶剂0.5 mL,液柱高约3-4 cm(高场核磁还要装更高);装样后,内容物澄清、均匀。此外,核磁运行正常,无需优化。
碳谱:与氢谱要求一致,但要装多一点(20~100 mg)。如果样品较少(≤ 10 mg)且极纯,扫1000-2000圈也能得到美观的碳谱。我一般打完氢谱后直接倒进样品瓶再装回核磁管,绝大多数情况下不会出现匀场问题。但装样量也不能太多,一旦观察到样品的氘氯溶液发黏(可观察到明显液流),只取约一半上样再加氘氯稀释至3-4 cm。
氟谱:与氢谱要求一致,但可能要少装一点。有些核磁探头对氟十分敏感,即使装样量与氢谱一致也会导致匀场失败。
硼谱:使用石英核磁管或高场核磁扫数千圈。
论文中涉及的新化合物,氢谱和碳谱是必须测定的。如果化合物含氟,还要测氟谱(有些组早期工作不测氟谱)。如果化合物含硼,除非是硼化学的工作,否则不需要测定硼谱。如果化合物含磷,除非是磷化学的工作或制作了新的膦配体,否则不需要测磷谱。
如果涉及文献已报道的化合物,只须扫氢谱,表明本工作所用化合物结构与文献一致。
探索新反应、尝试不同条件或特殊底物时生成的未知物质,只打个氢谱就行,因为氢谱足以提供丰富的信息以判断结构。如果不纯或确认其无意义就不要扫碳谱!除非有特别需要,不要扫杂原子谱。
原因:其一,碳谱的价格是氢谱的2-3倍,杂原子谱,特别是硼谱更是贵得离谱。老板的科研经费有限。其二,核磁是公共仪器,机时极其紧张,不要进行无效测试,搜集无用数据。一些人,明明氢谱中毛峰和石油醚直插云霄,还自动上样扫1000圈碳谱,谱图除了石油醚和氯仿啥都没有,简直胡闹。
十三、什么情况下会氢/碳谱出峰困难?
分子内存在大位阻时,可能会使化学键转动、振动受阻,故核磁出峰困难。具体表现为H/C峰从清晰的、垂直于基线的刺,变成略微高出基线的包。这时要么计为宽单峰(br s),要么计为宽多重峰(br m)。化学位移正常计算且均不存在耦合常数。
例如中环化合物(C8-C11)的环上H/C,稠芳基取代的二氢呋喃等五元杂环的H/C,大位阻多取代小环化合物(带有邻甲苯基的五取代环丙烷)或螺环化合物等,都可能出现上述难出峰情况。