A brief analysis of 2D and 13 C-NMR at low field

Význam tématu

Ve snaze zefektivnit chemickou analýzu v laboratořích a výuce nabízejí nízkopólové stolní NMR přístroje rychlá měření 1H spekter malých molekul. Je však nezbytné porozumět omezením heteronukleárních a 2D experimentů při nízkém magnetickém poli a zvážit alternativní přístupy, které mohou poskytnout potřebné strukturní informace ve zkráceném čase.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem aplikace je prověřit informační přínos 2D a 13C experimentů prováděných na nízkopólových NMR spektrometrech a porovnat jejich dosažitelnost a výtěžnost s kombinací 1H NMR a infračervené (IR) spektroskopie. Na modelech ibuprofenu a lidokainu studie ukazuje, zda je nutné prodlužovat měření 13C nebo 2D experimenty, když alternativní metody dokážou dodat stejnou či lepší informaci rychleji.

Použitá metodika a instrumentace

Studie využívá benchtop NMR přístroje pracující v oblasti 60–90 MHz protonového rezonance a FT-IR spektrometr s ATR modulářem. Konkrétně byly aplikovány:

• Thermo Scientific picoSpin 80 Series II pro 1H a 2D experimenty
• FT-IR spektrometr Thermo Scientific Nicolet iS5 s ATR příslušenstvím iD5

Analýzy probíhaly v CDCl3 nebo technickém nerozpuštěném vzorku při koncentracích 2 M až 0,1 M.

Hlavní výsledky a diskuse

1) Ibuprofen: 1H NMR spektrum při nízkém poli poskytlo jednoznačnou strukturální interpretaci bez nutnosti 2D či 13C měření. 2) Lidokain: u 2M vzorku stačilo doplnění IR spektra k 1H NMR pro konfirmaci amidu během méně než jedné minuty, kdežto 13C měření trvalo desítky minut. Při nižší koncentraci 0,1 M IR + 1H kombinace vyžadovala zhruba 1 minutu, zatímco 13C spektroskopie se protáhla na více než 2 hodiny. Celkově IR doplněk poskytl 14 až 121násobné zrychlení proti 13C NMR.

Přínosy a praktické využití metody

Klíčové výhody kombinace 1H NMR a IR spektroskopie:

• Výrazné zkrácení doby analýzy oproti 13C a 2D experimentům
• Užití standardních pomůcek bez nutnosti dalších nákladných pulsních sekvencí
• Zachování plné strukturní informace pro běžné malé molekuly

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další integrace benchtop NMR s ortogonálními technikami a pokročilými softwarovými nástroji, včetně strojového učení pro automatickou interpretaci spekter. Další miniaturizace a vyšší pole mohou rozšířit rozsah detekovaných vzorků i při nižších koncentracích.

Závěr

Stolní NMR systémy disponují omezenou citlivostí při heteronukleárních a 2D měřeních. Pro většinu rutinních aplikací stačí kombinace rychlého 1H NMR a IR spektroskopie, která poskytuje stejnou strukturuální informaci v řádu minut, kdežto 13C NMR trvá řádově desítky až stovky minut. Tento přístup zvyšuje produktivitu laboratoře a nabízí praktické řešení pro analýzu malých molekul.