Caracterizando moléculas pequenas com NMR

insights from industryMarcel LachenmannSenior Applications SpecialistOxford Instruments NMR

Uma entrevista com Marcel Lachenmann, descrevendo a importância de caracterizar moléculas pequenas na indústria do pharma, do alimento e do polímero e como NMR consegue isto, conduzido na SRA. 2018 por Alina Shrourou BSc.

Esboce por favor o que os pesquisadores da informação querem ganhar da “caracterização” das moléculas.

Há umas respostas múltiplas a esta pergunta porque há uma riqueza inteira da informação diferente que alguém possa querer caracterizar, segundo o tipo de pesquisador. Alguns pesquisadores estão sintetizando moléculas novas e querem ver se sua síntese trabalhou. Para fazer esta, precisam um rápido e uma forma facil seleccionar sua mistura de reacção para ver se contem o produto correcto.

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Outros pesquisadores podem olhar misturas das moléculas, como nos produtos de consumo, para ver o que o produto é compo. Estes pesquisadores quererão usar-se NMR para ver se as moléculas correctas estão no produto, ou se contem componentes incorrectos ou inesperados.

Como pode NMR fornecer esta informação?

Há um número de maneiras. Com benchtop Fourier transforme NMR, tudo que nós analisamos é ou um líquido ou na solução. Geralmente, nós estamos olhando a informação química, assim que nós podemos ver que tipos dos grupos estão em uma molécula particular e onde são encontrados. Por exemplo, você pode determinar a estrutura molecular verificar se um produto ou um extracto contêm a molécula correcta, ou você pode apenas ver se um grupo específico esta presente e usa-o como mais da/menos o teste para identificar se sua experiência trabalhou.

Você pode igualmente usar-se NMR para olhar relações diferentes de componentes específicos. Por exemplo, os tipos diferentes de gorduras têm relações diferentes de gordura não saturada, poliinsaturado, e saturada. Você pode olhar a relação para ver se corresponde ao tipo de gordura que você pensa se estam presente em algum tipo de petróleo ou de mistura.

É possível determinar entre materiais com a mesma fórmula molecular? Em caso afirmativo, como estas diferenças mostram?

Absolutamente. Depende da molécula, mas você pode frequentemente ver algumas diferenças muito óbvias. As posições dos picos em um espectro NMR são distinguidas por uma propriedade chamada “SHIFT química.” As SHIFT químicas de núcleos diferentes, se hidrogênio, flúor, ou carbono, são dependentes do ambiente molecular exacto em torno daqueles átomos particulares.

Diga que você tem o fluorophenol 2, onde um flúor é ao lado de um grupo de hidróxilo anexado a um anel de benzeno.  Esse flúor veria um ambiente químico local muito diferente do que o flúor no fluorophenol 4, onde o flúor é ligado às posições de um carbono três distantes do grupo de hidróxilo.  Em conseqüência, os núcleos do flúor teriam SHIFT químicas diferentes.

Uma outra propriedade útil é o “J-acoplamento”, que envolve o acoplamento entre os núcleos que são conectados entre si, geralmente com três ou as menos ligações. Os núcleos NMR-activos vizinhos racharão um pico nas maneiras características que são muito úteis em determinar a estrutura.

O exemplo abaixo demonstra efeitos da SHIFT química e do J-acoplamento usando duas moléculas substituídas do benzeno: 1 bromo-2,4,5-trifluorobenzene, e 1 bromo-3,4,5-trifluorobenzene. Estes têm a mesma massa molecular e a mesma fórmula química, mas são diferenciados facilmente por NMR, apenas pela inspecção visual dos espectros.

Porque o 1 bromo-2,4,5-trifluorobenzene tem três fluorines não-equivalentes, há três multiplets separados no espectro. Ao contrário, porque o 1 bromo-3,4,5-trifluorobenzene tem dois átomos equivalentes do flúor (nas posições 3 e 5), que aparecerão no mesmo lugar no espectro, e um que não é equivalente aos outros dois (na posição 4), há somente dois multiplets. Além, devido ao J-acoplamento, os testes padrões individuais do multiplet diferirão devido aos números diferentes de fluorines ligados aos átomos de carbono vizinhos.

espectros 1D NMR

espectros NMR de 19F 1D de 1 bromo-2,4,5-trifluorobenzene e de 1 bromo-3,4,5-trifluorobenzene.

Mesmo que as moléculas o tivessem o mesmo peso molecular, a mesma fórmula molecular, e não poderia separá-los por massa-especs., você pode ver que olham muito diferentes por NMR. Quando este for um exemplo muito simples, o princípio guardara verdadeiro em umas moléculas mais complexas, e igualmente demonstra a potência de NMR ao olhar os compostos fluorinated, que são do interesse crescente na indústria farmacêutica e no forense, como uma grande porcentagem das drogas novas, legais e ilícitos, é fluorinated.

Que tipos de moléculas pequenas puderam os pesquisadores estar interessados na vista?

Os pesquisadores da indústria farmacêutica podem estar interessados em olhar as moléculas pequenas que têm a acção biológica, tal como drogas. Podem olhar para ver se uma determinada molécula é essa que está criando uma resposta em um sistema particular, ou podem estar interessados dentro se uma síntese terminou com sucesso.

Em outras áreas, tais como a indústria alimentar, os povos podem olhar coisas como as quantidades de gordura ou testá-las para ver se têm os tipos direitos da gordura. É uma boa maneira de testar para alimentos fraudulentos nos produtos de consumo, respondendo a perguntas como, “é meu café feito do tipo direito dos feijões?” ou “eu tenho o azeite, ou mim tenho algo que é misturado com a avelã ou um outro tipo do petróleo?”

Na indústria do polímero, os povos podem querer verificar para ver se têm a relação direita de monómeros diferentes em um copolímero. Embora aquela não seja uma molécula pequena, é ainda algo que o benchtop NMR permite que você faça.  

Dê por favor uma introdução ao espectrómetro NMR do benchtop do pulsar oferecido por instrumentos de Oxford.

O pulsar é um benchtop NMR, assim que é um sistema pequeno que não pegue muita sala, cabendo agradàvel em um espaço pequeno ao lado do outro equipamento. Mais importante ainda, não precisa uma facilidade especial; você pode pô-lo direito em seu laboratório. Este não é algo que é considerado extensamente, como os instrumentos NMR do alto-campo tradicional precisam frequentemente uma facilidade construída com ventilação especial, uma grande pegada onde não sejam permitidos aos povos, e outras exigências estritas. Com o pulsar, você pode tê-lo direito no meio de onde quer que você está trabalhando - tudo que você precisa é poder obstrui-lo em uma tomada padrão dos canos principais.

pulsar

Há um par outras coisas que distinguem realmente o pulsar além do tamanho. O primeiro é que, ao contrário com dos instrumentos do alto-campo, você não tem que se preocupar sobre relógios vestindo ou ter seus cartões de crédito perto dele, porque estes não serão afectados pelo instrumento em nenhuma maneira. Você pode simplesmente colocar o instrumento directamente em seu laboratório e apenas usá-lo deixando cair em uma câmara de ar.

Em segundo lugar, nós sentimos muito fortemente sobre a factura de nosso equipamento robusto. Os instrumentos de Oxford que construímos instrumentos NMR do benchtop por mais de 25 anos, e nós pusemo-los em alguns ambientes muito ásperos. Muito são projectados sendo usado em assoalhos da fábrica ou em facilidades da mineração, assim que nós sabemos construir um produto que dure e não possa se quebrar facilmente, enquanto igualmente fornecendo resultados seguros mesmo se seu ambiente não é perfeito.

O terceiro ponto à filosofia de projecto que cerca todos nossos produtos, é de utilização fácil (mesmo por não-peritos). Você não precisa um especialista NMR de usar e manter o pulsar - qualquer um pode ser treinado para usá-lo, rapidamente e facilmente.  Tudo que você precisa de poder fazer é dactilografar em nome da amostra e pôr dentro uma câmara de ar. Por exemplo, em nossa aplicação da análise da droga, a polícia pode pôr uma amostra no pulsar e o instrumento determina rapidamente e automaticamente um fósforo.

Como o ímã do pulsar compara àquele encontrado em outros sistemas NMR?

O ímã próprio é diferente. Os sistemas NMR do alto-campo tradicional têm um ímã superconducting muito mais grande, enquanto variam tipicamente de 300 megahertz até 600 megahertz, ou mesmo tão altamente quanto 1 gigahertz. Como eu mencionei previamente, estes instrumentos exigem uma sala especial com sistemas de ventilação especiais, assim como o nitrogênio líquido do hélio e o líquido, que é uma despesa grande e exige operadores especializados da manutenção.

Ao contrário, nosso ímã é um menor, permanent ímã de 60 megahertz, assim que nós não temos que preocupar-se sobre ter os cryogens para manter o trabalho dos supercondutores. Tudo que nós precisamos é uma tomada padrão dos canos principais para executar o instrumento, e qualquer um pode mantê-lo. Para pô-lo na perspectiva, o ímã no pulsar pode ser visto como uma versão muito mais grande, muito mais precisa daqueles ímãs pequenos minúsculos que você cola em seu refrigerador - e este é bastante para obter espectros NMR excelentes. O pulsar tem a capacidade para fazer muitas das experiências tradicionais que você faz no alto-campo, incluindo 1D homonuclear e heteronuclear e 2D NMR no hidrogênio, no flúor, no carbono, e no fósforo - uma grande variedade de capacidades.

Que tipos de materiais/amostras pode o espectrómetro NMR do benchtop do pulsar processar?

O pulsar é projectado para líquidos, tão qualquer coisa que é um líquido ou que possa ser dissolvido em um líquido é um candidato potencial para a análise. Outra uma vantagem que nós temos sobre sistemas tradicionais, é que se você apenas está executando um espectro NMR regular e você quer pôr no seu puro líquido, você pode fazer que - você não tem que adicionar solventes. Além, se você quer usar mais barato regular, solventes protonated, em vez dos solventes deuterated, você pode fazer aquele, enquanto seus picos do interesse não são obscurecidos por picos solventes, porque nossa característica de SoftLock™ permite que nós travem na amostra ao contrário do travamento no solvente.

Quando nós pudermos analisar muitos tipos diferentes de líquidos ou de amostras dissolvidas, a pergunta real é o que amável da informação você precisa. Com análise pequena das moléculas é geralmente muito fácil e você pode mesmo obter termina a caracterização estrutural. Quando você vai às moléculas maiores, você pode frequentemente ainda retirar a informação necessária. Há muito NMR que são feitas no campo alto apenas porque os povos são usados ao fazer essa maneira, mas que poderia ser feito no benchtop.  O mais frequentemente, você não precisa uma estrutura perfeita uma molécula ou mesmo um espectro completamente resolved.

Tudo que você precisa realmente é a resposta à pergunta você está fazendo. Por exemplo, você pôde apenas precisar de ver um único pico do sinal para ver se você tem seu produto desejado ou não, um pouco do que o espectro completo do composto. Além disso, as técnicas de processamento modernas, tais como a desconvolução, e as técnicas da análise, tais como o chemometrics, permitem que nós obtenham a informação segura, reprodutível mesmo dos espectros que não são perfeitamente resolved.

Assim, mesmo para misturas complexas ou moléculas maiores, nós podemos frequentemente ainda encontrar uma resposta. Depende realmente da aplicação e de ajustar-la às capacidades do pulsar.

Onde podem os leitores encontrar mais informação?

Um grande lugar a começar é nosso Web site. Você pode encontrar a informação sobre o pulsar assim como nossos analisadores NMR do tempo-domínio tais como o MQC+, e o MQR, que podem igualmente ambos ser usados em farmacêutico, polímero, o alimento, e as aplicações dos produtos de consumo. Os folhetos do produto, as notas de aplicação, os estudos de caso e os vídeos estão tudo disponíveis. Naturalmente, se você tem as perguntas específicas que não estão endereçadas no Web site, você pode sempre enviar-nos por correio electrónico em [email protected].

Sobre Marcel Lachenmann

Marcel Lachenmann bio

Marcel tem muitos anos de experiência NMR e computacional em laboratórios académicos e na indústria científica da instrumentação. Seus estudos do universitário na química na Universidade Johns Hopkins foram seguidos pelo trabalho graduado usando o alto-campo NMR na Universidade de Harvard.

Marcel centra-se sobre o domínio de tempo e aplicações NMR do FT Benchtop matrizes dos E.U. nos instrumentos de Oxford' perto de Boston, Massachusetts.

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    Oxford Instruments NMR. (2019, April 15). Caracterizando moléculas pequenas com NMR. News-Medical. Retrieved on June 16, 2019 from https://www.news-medical.net/news/20190411/Characterizing-Small-Molecules-with-NMR.aspx.

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