用核磁共振光谱鉴别醇类

使用核磁共振波谱法测定醇是为了让学生在本科生涯的早期阶段了解核磁共振波谱。该实验旨在让学生使用1D检测酒精¹³C-NMR和DEPT实验，并分配峰，重申之前的知识，电负性和有机化合物的命名。

这个实验使学生能够获得他们自己的光谱，以解决相当简单的化合物的结构，并有机会包括蒸馏，以确定未知醇的沸点，作为进一步的实验技术。

介绍

相比,¹核磁共振光谱,¹H-decoupled¹³C-NMR谱更容易解释。有三个关键的概念，学生是熟悉的早期在他们的本科研究，需要解释¹³C-NMR谱:杂化，电负性和结构中不同碳的数量。

这些概念被引入到本科化学的各个领域，可以被整合到一起来理解共振和化学位移的数量¹³理化性质的光谱。

本实验采用酒精鉴定法进行介绍核磁共振光谱学．酒精的使用使学生能够对应电负性和化学位移¹³C-NMR谱峰被适当分离，以便直接解释。

为了让学生使用有机化合物的命名法，醇是一个简单的例子。蒸馏也可用作有机液体提纯和测定沸点的实验方法。所有的酒精样品都是液体，因此，核磁共振分析样品可以方便地制备，因为学生可以获得整洁的液体光谱。

使用Spinsolve Carbon系统，学生可以通过极化转移(DEPT)实验和常规实验进行无畸变增强¹³理化性质的光谱。碳核可以根据附在它上面的质子数来区分。所有的碳都在¹³C-NMR谱，使用DEPT-90只观察到CH(3°碳)，使用DEPT-135，观察到CH和CH的质子化碳_3.'阳性和CH₂'s(2°碳)负电。每个学生都可以从班级列表中确定分配给他们的酒精¹³C和DEPT谱。如果这个实验是学生第一次接触核磁共振波谱，进一步的沸点信息为学生的作业提供了信心。

实验

学生们会拿到一份包括可能存在的未知酒精的课程表。在实验室里，每个学生都被分配了一种未知的酒精。蒸馏用于确定酒精的沸点，这也有助于净化液体(图1)。

将0.5 mL纯化酒精直接采样到5mm核磁共振管中。学生使用Spinsolve Carbon系统获取他们的酒精的13C和DEPT数据，然后对数据进行处理，以确定他们的未知酒精和分配光谱中的峰。

图1所示。蒸馏装置

安全

实验中使用的几乎所有未知的酒精在吸入、摄入或接触皮肤时都可能有毒和有害。大多数的醇是易燃的，因此不可知的醇不能靠近火焰，而且在蒸馏加热的时候，最重要的是要非常小心。必须对任何未知化合物采取所有安全措施。

潜在的未知列表

表1中给出的所有醇都有一套单独的DEPT谱，因此，在分配时必须没有歧义。然而，大多数化合物在13C-NMR谱中有相同数量的共振，表明DEPT是多么强大的结构阐明化合物。

表1。酒精列表

复合	结构	#碳	13C	CH	CH2	CH3.	沸点°C
乙醇		2	2	0	1	1	78
丙胺		3.	2	1	0	1	82
1-propanol		3.	3.	0	2	1	97
2-methyl-2-propanol		4	2	0	0	1	82
3-pentanol		5	3.	1	1	1	115
环己醇		6	4	1	3.	0	160
1-pentanol		5	5	0	4	1	138
1-hexanol		6	6	0	5	1	157
2-methylcyclohexanol		7	7	2	4	1	165
2, 4-dimethyl-3-pentanol		7	3.	2	0	1	140
环戊醇		5	3.	1	2	0	140
2-methyl-2-butanol		5	4	0	1	2	102
1-butanol		4	4	0	3.	1	117
3, 3-dimethyl-2-butanol		6	4	1	0	2	120
4-methyl-2-pentanol		6	5	2	1	2	132
4-methylcyclohexanol		7	5	2	2	1	170
2-hexanol		6	6	1	3.	2	140

任务和问题

• 首先提纯，然后用蒸馏的方法确定未知醇的沸点。
• 记录1 d¹³未知醇的C-NMR、DEPT 135和DEPT 90谱。
• 使用已整理的信息确定未知酒精，并说明将该结构分配给未知酒精的原因。
• 将相应的光谱峰分配给醇中的碳环境，阐明碳环境的化学变化。

例子光谱

图2显示了1-丁醇的光谱，这是在两次实验中获得的，并在数据处理过程中进行了叠加。

图2。部门和1 d¹³纯1-丁醇的C-NMR谱图(扫描4次)

1 d¹³C-NMR实验采用四次30秒重复扫描的方式进行。因此，在2分钟以下即可获得光谱。同样的方法，在30 s的重复时间下，4次扫描获得DEPT实验中的光谱。由于获得了两个光谱，实验在4分钟内完成。因此，图2中光谱的总采集时间为6分钟。

的Spinsolve软件方便快捷。因此，在设置实验时需要最小的额外时间。需要通过一系列按钮来选择实验:输入样本名称并选择参数(图3)。使用Scripts也可以自动化实验序列，因此学生只需要按下开始按钮。样品制备也非常快速和简单，因此，学生使用仪器的总时间可能在10分钟左右。

图3。设置1D¹³Spinsolve软件中的C-NMR谱。

如果需要更高的通量，可以在一次扫描中获得1D 13C-NMR谱。采集时间缩短到30秒。此外，在DEPT实验中，重复时间可能为10 s，将总捕获时间缩短至1.5 min左右(图4)。

图4。EPT(4次扫描，10s重复时间)和1D¹³纯1-丁醇的C-NMR(一次扫描，30秒重复时间)谱

注意对于1D¹³C-NMR谱，由于T长，重复时间需要30s₁几乎所有碳环境的弛豫时间。DEPT的实验依赖于从¹H到¹³因此，它的重复时间是由更短的T控制的₁的质子。如果需要，也可以降低碳T₁通过引入一种弛豫剂，可以大大加快重复时间。

在使用任何一个光谱集时，都可以观察到有四种碳环境(1D-¹³C)，没有叔碳(DEPT-90)，有三个CH₂s和CH_3.(部门- 135)。学生们利用这些数据和电负性原理来分配他们检测到的分子中的化学位移。

Propan-2-ol

部门和1 d¹³理化性质光谱丙-2-醇的反应如图5所示。

图5。部门和1 d¹³纯丙-2-醇的C-NMR谱图(扫描4次)。

环己醇

部门和1 d¹³纯环己醇的C-NMR谱图如图6所示。

图6。部门和1 d¹³纯环己醇的C-NMR谱图(4次扫描)

由于环己醇和2-丙醇在羟基上有一个对称轴，因此它们在羟基上的共振较小¹³C-NMR谱比分子中碳的数量要多。因此，学生可以想到一系列化学环境的概念，认识到对称导致几个原子核有相同的化学位移。

2-Methyl-2-propanol

部门和1 d¹³2-甲基-2-丙醇的C-NMR谱图如图7所示。

图7。部门和1 d¹³2-甲基-2-丙醇的C-NMR谱图(扫描4次)

2-甲基-2-丙醇是季碳分子的一个例子。这种碳在¹³C-NMR谱，然而，因为它没有质子化，所以在DEPT谱中看不到。

乙醇

图8显示了DEPT和1D¹³纯乙醇的C-NMR谱。

图8。部门和1 d¹³纯乙醇的C-NMR谱图(扫描4次)。

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