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HPLC,GC,1H NMR,化学合成研究中最常见的三种定量分析方法该怎么选?

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有机合成过程中,后处理得到的产品往往需要经验丰富的分析人员对其进行各种理化性质分析,主要包括其纯度、熔沸点,含量,水分、灼烧残渣,溶剂残留等等。

在其中,纯度(某种程度下等同于含量)的测定一般是必须的,且通常通过HPLC,GC,NMR三种方法。

一、HPLC定量分析:

当借助HPLC对产品进行分析时,可能没有大家想象的那么简单,因为首先要考虑到——纯度和含量可能是相差比较大的两个概念,因为存在响应值的关系。

这使得纯度的需要做很多检测,比如首先分离得到所有杂质,然后根据相应换算排除;同时考虑挥发性、水分、残留溶剂、无机盐等,才可计算出物质的含量。这导致HPLC分析需要的样品量较大,分析技术要求高,而且耗时长。

所以在运用HPLC法分析时,对于没有全部标定杂质的样品和反应液,往往只能定性地观察某个东西有没有转化完,而不能定量分析。

二、GC定量分析:

相比较HPLC的尴尬,GC因为信号峰和产物在特定波长有没有吸收无关,所以常被用来测定低沸点(一般不超过300℃)、如溶剂回收时的馏分含量。

其虽然同样存在响应值的关系,但因为溶剂都有随便配,所以更好计算,一般通过以下方法:

假设某待回收溶剂里是乙醇,正己烷,乙酸乙酸三种溶剂的混合溶液,首先应计算出三种溶剂间的响应值比值:方法可以通过取三种溶剂各1 ml,混合均匀,取样进样测量,所出现的三组峰面积之比就是他们的响应值比值。

假设三种溶剂的响应值比值是1:2:1,然后将响应值代入样品数据即可。比如对于三者的任意一个混合样,如果测量的峰面积比值为1:1:0.2

那么,其含量比值应该为:

(1÷1)/(1÷2)/(0.2÷1)/1:0.5:0.2

三种组分的含量约为:

58.8%,29.4%,11.8%。

三、核磁定量分析

这时候很多朋友肯定会说,两者都很鸡肋啊,我在高校实验室做合成的,两种设备都没有,也没有那么多时间,有没有其他方法啊?

答案自然是有的!

定量核磁分析应运而生。

核磁定量分析的理论基础是:利用1H NMR中某样品某化学位移处已知积分与内标化合物某化学位移处已知积分的比值。


举例如图:我们知道均三甲氧基苯的3个-OMe的质子在3.75ppm出峰,积分为9,(除了该位置的氢外,也可以用苯环上的,但一般推荐大家用信号较强的甲基峰)

假设同时有个某一类型的产物某个-Me出峰在2.27ppm,理论积分为3。

那么取相同物质的量的内标(均三甲氧基苯)和样品在核磁溶剂中溶解,去做谱。发现当3.75ppm处积分为9时,2.27ppm处样品的甲基峰只能积分为2.42,

那么样品中产物的含量为则可以通过以下方式计算:

(2.47/3)X100%≈82.3%。

在做方法学文章筛反应条件时,因为筛的变量比较多,事实上不可能对每个反应都进行纯化处理的,那样太耗时了。

试想有些筛金属筛配体的反应,变量控制可能有几百组条件。

难道每个都过柱子?

那等你实验做好,别人估计文章都接受了!

所以在这块,核磁经常用来对mmol级别的反应液定量分析,下面菜籽根据经验对反应液如何定量分析的步骤进行大概说明。

  • 首先要加溶剂把反应液溶清(注意这个溶剂不是氘代试剂,就是普通的良性溶剂,有个梗应该说过很多次了:以前工作的学校有个师弟,直接干了一瓶氘氯进去把反应体系溶清,后来我们的氘代试剂就被大老板要求锁起来了,每次登记领用,挺尴尬的)

  • 其次在溶清体系中加入内标,内标物质的量应该与你1.0 eq原料的物质的量一样

  • 搅拌均匀,保证内标也全部溶解。

  • 取出部分溶清均一的反应液旋干,然后加入氘代试剂去做谱

  • 最后含量计算。

核磁内标物质的选择不是随便的,一般有以下几个标准

  • 不与你的样品反应

  • 在你样品的良性溶剂中好溶解

  • 信号峰很强,推荐-Me,-OMe等。不推荐苯环上的氢,禁止用活泼氢!

  • 信号峰和样品的峰不重叠,不干扰

基于此大家比较倾向的内标物质有以下几种(个人比较倾向于最后一种):


用来定标的峰化学位移大体如下(一定不要和产物特征峰重合):


注:特征1H 信号的化学位移在氘代甲醇中测量

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