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合成产物快速确认:从同分异构体到含氟化合物

NMR谱图预测同分异构体含氟化合物NMR Predictors

案例摘要:合成化学家在递交化合物、核查原料或判定反应选择性时,常需快速确认结构基本正确。本文以紫罗兰酮衍生物、Suzuki 反应双位点产物、含三氟甲基化合物为例,展示如何用 NMR Predictors 预测候选结构的谱图并与实验谱比对——借助氢谱(采集约 5 分钟,远快于以小时计的二维实验),即可快速确认正确结构。

01 同分异构体快速区分(紫罗兰酮衍生物)

化学家发现一个紫罗兰酮的甲氧基化合物衍生物,四个 –OH 位点均可形成甲氧基化,因而有四种可能产物。思路是:采集目标物的碳谱,用 NMR Predictor 预测四个可能产物的碳谱,再与实验碳谱比对。

紫罗兰酮衍生甲氧基化合物实验谱与四结构预测谱对比
图1. 实验谱与四个可能结构的预测谱对比:第三个结构的预测谱与实验谱基本接近,其余三个差异明显,据此快速确认第三个为正确结构

02 复杂谱图归属辅助(酰胺 CH₂ 的磁不等价性)

某合成化合物含有较多 CH₂ 片段,且氢谱化学位移彼此接近,高场区氢的辨认可能存在困难。在 Predictor 中预测该化合物的氢谱(预测谱已带归属结果),再与实验谱比对,即可参考预测归属解析实际谱图。预测谱显示 2、6 号位 CH₂ 具有四个谱峰——这是酰胺键平均化共轭体系造成的磁不等价:尽管结构上对称,实际磁环境并不等价,四个峰是正确的;其余部分谱峰位置一一对应,结构确认无误。

化合物预测谱与实验谱比对,2,6号位CH2位置
图2. 预测谱(带归属)与实验谱比对:2、6 号位 CH₂ 显示四个谱峰,与实验谱相应位置对应

03 合成反应位点判定(Suzuki 反应)

一个典型 Suzuki 反应中,起始物料存在两个 Br,有两个反应位点,可能生成两个产物 A、B。两者虽可用二维谱区分,但二维实验耗时长、需解析。能否从氢谱化学位移上快速区分?氢谱采集约 5 分钟,而二维实验以小时计——若能从氢谱区分,将大大提高效率,使合成化学家迅速决策下一步实验。对比 A、B 的预测谱与实验谱,A 结构的预测谱更接近实验谱,据此确认 A 为实验产物结构。

A、B两结构预测谱与实验谱对比
图3. A、B 两结构的预测谱与实验谱对比:A 的预测谱更接近实验谱,确认 A 为产物

04 起始原料快速检查确认

反应原料结构虽简单,读懂其谱图仍可能有困难。用 Predictor 预测谱与实验谱比对,可帮助合成化学家快速、准确地确认原料结构的正确性。

原料级别化合物预测谱与实验谱对比
图4. 原料级化合物预测谱与实验谱对比:谱峰位置一一对应,结构无误

05 含氟化合物快速确认(三氟甲基耦合)

含 F、P 的化合物谱图通常较常规化合物复杂:F、P 与相邻氢和碳的耦合会使谱峰分裂,增加解析难度。ACD Predictor 可很好地预测含 F、P 化合物谱图。以含三氟甲基化合物为例:8 号位和 2 号位碳被三氟甲基的 F 耦合裂分为四重峰,实验谱相应位置可见同样的两组峰(8 号位耦合常数较大,2 号位较小;8 号位因样品量少、采样次数少,边上的两个小峰不太明显)。在预测谱的辅助下,可以更好地理解实验谱。

含三氟甲基化合物预测谱与实验谱
图5. 含三氟甲基化合物:8、2 号位碳被 F 耦合裂分为四重峰,与实验谱相应位置对应

凯美科提示:对合成化学家而言,用一张氢谱(约 5 分钟)快速确认结构,远胜于动辄数小时的二维实验。NMR Predictors 在区分同分异构体、辅助复杂谱图归属、确认含杂原子化合物等方面表现可靠。凯美科为医药、化工、食品等领域用户提供 ACD/Labs 全线产品的演示与技术服务,如需就实际样品体验预测与确认流程,欢迎联系我们。

参考资料

  • 本文整理自微信公众号「凯美科」发布的客户案例文章(NMR Predictor 原理及应用)。
  • 关键技术:NMR Predictors(HOSE Code / 神经网络算法、预测谱与实验谱比对、匹配因子)。

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