Caratterizzazione delle molecole piccole con RMN

insights from industryMarcel LachenmannSenior Applications SpecialistOxford Instruments NMR

Un'intervista con Marcel Lachenmann, descrivente l'importanza di caratterizzazione delle molecole piccole nell'industria di pharma, dell'alimento e del polimero e quanto RMN raggiunge questo, condotto a SIG.RA 2018 da Alina Shrourou BSc.

Descriva prego che cosa i ricercatori di informazioni vogliono guadagnare “dalla caratterizzazione„ delle molecole.

Ci sono risposte multiple a questo problema poichè c'è un'intera ricchezza di informazioni differenti che qualcuno potrebbe volere per caratterizzare, secondo il tipo di ricercatore. Alcuni ricercatori stanno sintetizzando le nuove molecole e vogliono vedere se la loro sintesi ha funzionato. Per fare questo, hanno bisogno di un rapido e di un modo semplice schermare la loro miscela di reazione per vedere se contiene il prodotto corretto.

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Altri ricercatori possono esaminare le miscele delle molecole, come nei generi di consumo, per vedere di che cosa il prodotto si compone. Questi ricercatori vorranno usare RMN per vedere se le molecole corrette sono nel prodotto, o se contiene le componenti sbagliate o inattese.

Come può RMN fornire questi informazioni?

Ci sono vari modi. Con la trasformata di fourier del benchtop RMN, tutto che analizziamo è un liquido o in soluzione. Generalmente, stiamo esaminando le informazioni chimiche, in modo da possiamo vedere che generi di gruppi sono su una molecola particolare e dove sono individuati. Per esempio, potete determinare la struttura molecolare per verificare se un prodotto o un estratto contenga la molecola corretta, o potete vedere appena se un gruppo specifico è presente ed usarlo come più/meno di alla prova per identificare se il vostro esperimento ha funzionato.

Potete anche usare RMN per esaminare i rapporti differenti delle componenti specifiche. Per esempio, i tipi differenti di grassi hanno rapporti differenti di grasso insaturo, poli-insaturo e saturato. Potete esaminare il rapporto per vedere se corrisponde al tipo di grasso che pensate dovreste essere presente in certo tipo di petrolio o di miscela.

È possibile da determinare fra i materiali con la stessa formula molecolare? In caso affermativo, come queste differenze mostrano?

Assolutamente. Dipende dalla molecola, ma potete vedere spesso alcune differenze molto ovvie. Le posizioni dei picchi in uno spettro RMN sono distinte dai beni chiamati “spostamento chimico.„ Gli spostamenti chimici dei nuclei differenti, se idrogeno, fluoro, o carbonio, dipendono dall'ambiente molecolare esatto intorno a quegli atomi particolari.

Dica che avete fluorophenol 2, dove un fluoro è accanto ad un gruppo di idrossile fissato ad un anello benzenico.  Quel fluoro vederebbe un ambiente chimico locale molto differente che il fluoro in fluorophenol 4, dove il fluoro è saldato alle posizioni di un carbonio tre distanti dal gruppo di idrossile.  Di conseguenza, i nuclei del fluoro avrebbero spostamenti chimici differenti.

Gli altri beni utili sono “J-accoppiamento„, che comprende l'accoppiamento fra i nuclei che sono connessi l'un l'altro, solitamente con tre o meno obbligazioni. I nuclei vicini dell'RMN-attivo spaccheranno un picco nei modi caratteristici che sono molto utili nella determinazione della struttura.

L'esempio sotto dimostra sia gli effetti dell'J-accoppiamento che dello spostamento chimico facendo uso di due molecole sostituite del benzene: 1 bromo-2,4,5-trifluorobenzene e 1 bromo-3,4,5-trifluorobenzene. Questi hanno la stessa massa molecolare e la stessa formula chimica, ma facilmente sono differenziati da RMN, appena tramite ispezione visiva degli spettri.

Poichè il 1 bromo-2,4,5-trifluorobenzene ha tre fluorines antivalenti, ci sono tre multiplets separati nello spettro. Al contrario, perché il 1 bromo-3,4,5-trifluorobenzene ha due atomi equivalenti del fluoro (alle posizioni 3 e 5), che rivelerà nello stesso luogo sullo spettro ed una che non è equivalente agli altri due (alla posizione 4), ci sono soltanto due multiplets. Inoltre, dovuto l'J-accoppiamento, i diversi reticoli di multiplet differiranno dovuto i numeri differenti dei fluorines tenuti da adesivo agli atomi di carbonio vicini.

spettri RMN 1D

gli spettri RMN di 19F 1D di 1 bromo-2,4,5-trifluorobenzene e di 1 bromo-3,4,5-trifluorobenzene.

Anche se le molecole vi hanno lo stesso peso molecolare, la stessa formula molecolare e non potrebbe separarli da massa-spec., voi può vedere che guardano molto differenti da RMN. Mentre questo è un esempio molto semplice, il principio sostiene in molecole più complesse ed egualmente dimostra la potenza di RMN quando esamina i composti fluorati, che sono di interesse crescente sia nell'industria farmaceutica che nella dialettica, come grande percentuale di nuove droghe, sia legali che illecite, è fluorato.

Che tipo di piccole molecole potrebbero i ricercatori essere interessati nell'esame?

I ricercatori dell'industria farmaceutica possono essere interessati nell'esame delle molecole piccole che hanno atto biologico, quali le droghe. Possono guardare per vedere se una determinata molecola è quella che sta creando una risposta in un sistema particolare, o possono essere interessati dentro se una sintesi ha completato con successo.

In altre aree, quale l'industria alimentare, la gente può esaminare le cose come gli importi di grasso o provare per vedere se hanno il diritto i generi di grasso. È un buon modo provare ad alimenti fraudolenti nei generi di consumo, rispondendo alle domande come, “è il mio caffè fatto dal genere di destra di fagioli?„ o “ho olio di oliva, o io ho qualcosa che sia misto con la nocciola o un altro genere di petrolio?„

Nell'industria del polimero, la gente può volere controllare per vedere se hanno il diritto il rapporto dei monomeri differenti in un copolimero. Sebbene quella non sia una piccola molecola, è ancora qualcosa che il benchtop RMN permetta che facciate.  

Faccia prego un'introduzione allo spettrometro RMN del benchtop del pulsar offerto dagli strumenti di Oxford.

Il pulsar è un benchtop RMN, in modo da è un piccolo sistema che non prende molta stanza, adattantesi piacevolmente in un piccolo spazio accanto all'altra strumentazione. Per di più, non ha bisogno di una funzione speciale; potete metterlo giusto nel vostro laboratorio. Ciò non è qualcosa che ampiamente sia veduto, poichè gli strumenti RMN del alto-campo tradizionale hanno bisogno spesso di una funzione sviluppata con ventilazione speciale, una grande orma dove alla gente non è permessa ed altri requisiti rigorosi. Con il pulsar, potete farlo radrizzare in mezzo a dovunque stiate lavorando - tutto che abbiate bisogno di è di potere inserirlo uno sbocco standard dei main.

pulsar

Ci sono una coppia di altre cose che realmente distinguono il pulsar oltre alla dimensione. Il primo è che, a differenza con degli strumenti del alto-campo, non dovete preoccuparti per gli orologi d'uso o avere vostre carte di credito vicino, poichè questi non saranno influenzati dallo strumento in tutti i modi. Potete collocare semplicemente lo strumento direttamente nel vostro laboratorio ed utilizzarlo appena cadendo in un tubo.

Secondariamente, riteniamo molto forte circa rendere la nostra strumentazione robusta. Gli strumenti di Oxford che costruiamo gli strumenti RMN del benchtop per oltre 25 anni e noi li abbiamo messi in alcuni ambienti molto approssimativi. Molto loro sono progettati per essere usando sui pavimenti della fabbrica o agli impianti di estrazione mineraria, in modo da sappiamo costruire un prodotto che durerà e non può essere rotto facilmente, mentre anche fornendo i risultati affidabili anche se il vostro ambiente non è perfetto.

Il terzo punto alla filosofia di progettazione che circonda tutti i nostri prodotti, è di uso facile (anche dai non esperti). Non avete bisogno di uno specialista RMN di usare e mantenere il pulsar - chiunque può essere preparato per usarlo, rapidamente e facilmente.  Tutto che dobbiate potere fare è di digitare in nome del campione e di mettere un tubo dentro. Per esempio, nella nostra applicazione dell'analisi della droga illegale, la polizia può mettere un campione nel pulsar e lo strumento determina rapidamente ed automaticamente una corrispondenza.

Come il magnete del pulsar confronta a quello trovato in altri sistemi RMN?

Il magnete stesso è differente. I sistemi RMN del alto-campo tradizionale hanno un magnete superconduttore molto più grande, mentre variano tipicamente da 300 megahertz fino a 600 megahertz, o persino su quanto 1 gigahertz. Precedentemente ho citato, questi strumenti richiedono una stanza speciale con i sistemi di ventilazione speciali come pure l'azoto liquido liquido e dell'elio, che è una grande spesa e richiede negli gli operatori esperti di manutenzione.

Al contrario, il nostro magnete è un più piccolo, magnete permanente da 60 megahertz, in modo da non dobbiamo preoccuparci per avere cryogens per tenere il lavoro dei superconduttori. Tutto che abbiamo bisogno di è uno sbocco standard dei main per eseguire lo strumento e chiunque può mantenerlo. Per metterlo nella prospettiva, il magnete nel pulsar può essere veduto come versione molto più grande e molto più precisa di quei piccoli magneti minuscoli che attaccate sul vostro frigorifero - e questo è abbastanza per ottenere gli spettri RMN eccellenti. Il pulsar ha la capacità di fare molti degli esperimenti tradizionali che fate al alto-campo, compreso sia 1D homonuclear che heteronuclear e 2D RMN su idrogeno, su fluoro, su carbonio e su fosforo - un'ampia varietà di capacità.

Che tipo di materiali/di campioni può lo spettrometro RMN del benchtop del pulsar elaborare?

Il pulsar è progettato per i liquidi, così qualche cosa che sia un liquido o che può essere dissolto in un liquido è un candidato potenziale per l'analisi. Altro un vantaggio che abbiamo sopra i sistemi tradizionali, è che se state eseguendo appena uno spettro RMN regolare e volete mettere nel vostro ordinato liquido, potete fare che - non dovete aggiungere i solventi. Inoltre, se volete usare più economico regolare, solventi protonated, invece dei solventi deuterati, potete fare quello, finchè i vostri picchi di interesse non sono oscurati dai picchi solventi, perché la nostra funzionalità di SoftLock™ permette che noi chiudiamo sul campione rispetto a fissare il solvente.

Mentre possiamo analizzare molti tipi differenti di liquidi o di campioni dissolti, la domanda reale è di che cosa gentile di informazioni avete bisogno. Con la piccola analisi delle molecole è solitamente molto facile e potete anche ottenere completate la caratterizzazione strutturale. Quando andate alle più grandi molecole, potete spesso ancora estrarre le informazioni necessarie. C'è molto RMN che è fatto all'alta gente del campo solo perché è usato a farlo quel modo, ma che potrebbe essere fatto sul benchtop.  Il più spesso, non avete bisogno di una struttura perfetta una molecola o persino uno spettro completamente risolto.

Tutta che realmente abbiate bisogno di è la risposta alla domanda state facendo. Per esempio, potreste avere bisogno di appena di vedere un singolo picco del segnale per vedere se avete vostro prodotto desiderato o non, piuttosto che lo spettro completo del composto. Inoltre, le tecniche di trattamento moderne, quale deconvolution e le tecniche dell'analisi, quale il chemometrics, permettono che noi otteniamo le informazioni affidabili e riproducibili anche dagli spettri che non sono perfettamente risolti.

Così, anche per le miscele complesse o le più grandi molecole, possiamo spesso ancora trovare una risposta. Realmente dipende dall'applicazione e dal regolarla alle capacità del pulsar.

Dove possono i lettori trovare più informazioni?

Un grande posto da cominciare è il nostro sito Web. Potete trovare le informazioni sul pulsar come pure sui nostri analizzatori RMN del tempo dominio quale il MQC+ e MQR, che può anche entrambi essere utilizzato in farmaceutico, polimero, l'alimento e le applicazioni dei generi di consumo. Gli opuscoli del prodotto, le note di applicazione, gli studi finalizzati ed i video sono tutti disponibili. Naturalmente, se avete domande specifiche che non sono indirizzate sul sito Web, potete inviarci con la posta elettronica sempre a [email protected].

Circa Marcel Lachenmann

Marcel Lachenmann bio-

Marcel ha molti anni di esperienza RMN e di calcolo in laboratori accademici e nell'industria scientifica di strumentazione. I suoi studi dello studente non laureato in chimica alla Johns Hopkins University sono stati seguiti da lavoro laureato facendo uso del alto-campo RMN alla Harvard University.

Marcel mette a fuoco sul dominio di tempo e sulle applicazioni RMN di FT Benchtop sedi degli Stati Uniti agli strumenti di Oxford' vicino a Boston, Massachusetts.