Bai 03-Handouts NMR-03 (S 28-10-2017)

A Nguyên nhân giảm chắn: Giảm mật độ điện tử chỗ B Kết quả: Tín hiệu downfield (; tăng ) A Nguyên nhân tăng chắn: Tăng mật độ điện tử chỗ B Kết quả: Tín hiệu upfield (; giảm ) C Minh họa thường gặp C Minh họa thường gặp • Giảm gắn H (ít H) • Tăng gắn H (nhiều H) • Tăng gắn Ƶ (Hal, S, O, N, P) • Giảm gắn Ƶ (Hal, S, O, N, P) • Hiệu ứng , meta; equatorial • Hiệu ứng , ortho; axial • Nối đơi, vịng thơm • Nối ba • Nối cầu H • • • Các proton cách xa nhau: J giảm Jortho >> Jmeta > Jpara (phenyl) Các proton “khác nhau”: J lớn Jtrans > Jcis >> Jgem Jax-ax > Jax-eq > Jeq-eq (sp2, nối đôi) Jgem (sp3) >> Jgem (sp2) Jgem (sp3) >> Jvicinal (sp3)  (vòng no, ose)  Các proton “giống nhau”: J nhỏ 2H đối xứng: J = (# không tự ghép) Các đỉnh bội “thuần” triplet, quartet, pent, sext, hept 10 A Broad singlet (br s) hình thành số ghép J1 = J2 = J3 = = Jn Dấu hiệu >NH (rất thấp, thường sát đường nền; alkaloid?) Dấu hiệu -OH linh động; nối cầu Hydro: (rất) sắc nhọn Lưu ý: • -OH mạch thẳng H thay đổi theo nồng độ mẫu đo • -OH “linh động”: H thay đổi (OH thơm, nối cầu H ) • nhắc lại: tín hiệu -OH, -NH biến đo /D2O hay MeOD! Dấu hiệu d có J nhỏ ( Hz) + phân giải (bị ẩm ) 11 12 doublet (d) dạng đỉnh bội nhất, thường gặp B Sharped singlet Của 3H (như –OMe; >NMe; R3C-Me): cường độ cao; stp # 3,00 A Là (nhóm) proton có H lân cận*** (cịn >CH-Me cho doublet -CH2-Me lại cho triplet) H C (geminal, nối); cách 2/3 C (vicinal, nối / nối) Nên để ý thêm giá trị H nhóm Me này; ví dụ Ph-OMe có  ~ 3,80 ppm R-N-Me có  ~ 2,40 ppm HO – CH2 – CH3 Của d có J nhỏ (J  Hz) + phân giải (bị ẩm ) Ví dụ: H-1 anomer L-rhamnopyranosid có Jee ~ Hz, thường xuất dạng singlet (hơi rộng chút) B Các H “giống nhau” ko ghép với (đối xứng: J = 0) C Các H “gần giống nhau”: J nhỏ ( nhỏ  zero) Của 1H lẻ loi (có H cách  nối; STP # 1,00) 13 Là nhóm proton có H lân cận H hồn tồn giống Là nhóm proton có H lân cận (ba H tương đương; Ha ≡ Hb ≡ Hc) H hoàn toàn giống (H tương đương; Ha ≡ Hb) Quartet điển hình nhất: CH3 – CH2 – Ar (methyl – methylen –) Triplet điển hình nhất: CH3 – CH2 – R hay CH thơm / phenyl H HO HO H H (vd loại bỏ -OH, >NH dung môi đo D2O hay MeOD) A Khi Ar khơng có proton gây ảnh hưởng (ko ghép với CH2) O D Giá trị J (Hz) thay đổi rộng Rất cần nhớ giá trị J O 10 11 CH2 CH3 -CH2 cho quartet -CH3 cho triplet; -OH khơng cho tín hiệu H B Khi Ar = OH H có tác động (vd đo DMSO-d6); thì: -CH2 cho quartet of doublet (qd; gồm phân đỉnh) H -CH3 cho triplet, -OH lại cho triplet 15 16 Phổ 1H-NMR CH3-CH2-OH Là proton có H lân cận***; H không “tương đương” CH3 − CH2 − OH Vd: proton có H ortho & H meta phenyl (xem hình này)  với -CH3 ( quartet) in MeOD: đỉnh  tiếp với -OH ( dq) in DMSO: đỉnh Nếu đo D2O hay MeOD: tín hiệu -OH; CH2  quartet Nếu đo DMSO-d6 khan: -CH3 -OH cho triplet ( J) (A): H-6 dd (4 H lại d; với J khác nhau) (B): H-6 & Hb dd (4 H lại d; với J khác nhau) 18 Là proton có H lân cận***, H không tương đương Hx ghép Ha (J1) Hx ghép Hb (J2) [ J1  J2  J3 ] Hx cho ddd (8 mũi) Hx ghép Hc (J3) Ít gặp ddd điển hình (8 mũi same) Với máy 500-600 MHz, ddd thường biến thành đỉnh phức (multiplet) Ví dụ: triterpenoid, steroid (nhiều CH2) • Phổ NMR có nhiều kỹ thuật đo (experiment, exp.) khác • Mỗi kỹ thuật phổ cung cấp nhóm thơng tin khác • Tổ hợp nhóm thơng tin  liệu phổ (spectral data) • Từ liệu phổ  n% thơng tin cấu trúc mẫu Có nhóm kỹ thuật phổ chính: Phổ chiều (1-D) chiều (2-D NMR) Sự khác biệt kỹ thuật phổ chủ yếu do: • Cách phát xung: thời lượng, thời điểm, nhịp & trình phát xung • Cách xử lý xung: khử xung, pha trộn xung, phối hợp xung… • Cách phát (kênh phát hiện, channel): kênh 13C, kênh 1H Hiện nay, phổ 3-D NMR phát triển 1-D NMR 13C-CPD 13C-DEPT * 1H-NMR * * 2-D hetero (H/C, H/X) 2-D homo (H/H, C/C) Phổ HSQC * COSY * 1’ Phổ NOESY * Phổ 1H-NMR HMQC HMBC * 7’ ROESY HETCOR TOCSY X có C (C-1, …, C-n)? Các C up/downfield, Yes/No? 13C-13C* 1’ C kế C khung *** X có Σ # H? H up/downfield? H có kiểu “hàng xóm”? INADEQUATE Cịn nhiều (hàng trăm) kỹ thuật khác Mỗi kỹ thuật lại có nhiều “kiểu” khác (DEPT 45, 90, 135; COSY 45, 90, DQF ) 13C-CPD Phổ DEPT Bậc C-n (gắn với H)? Phổ HSQC H gắn với C ? có OH/NH/XH? Phổ COSY H kế (các) H khung? Phổ NOESY H gần (các) H / không gian? Phổ HMBC 23 H “có tương tác xa” với C nào? 22 Bảng 3.1 Dữ liệu phổ NMR PD-2 (CDCl3; máy 500 MHz) δH m (J, Hz) HMBC (HC-n) 161,6 - - CH 112,0 6,16 d (9,5) 2, 10 • PD-2 hợp chất phân cực, tách từ cao EtOAc rễ Tiền hồ CH 143,8 7,62 d (9,5) 2, 9, 5, 10, CH 130,0 7,25 s 7, 9, 4, 10, 8, 1’ • Tinh thể hình kim (trong MeCN) không màu; dễ tan DCM, MeOH C 124,8 - - C 160,0 - - CH 103,6 6,83 s 7, 9, 6,10, 1’ - (Ví dụ) Xác định cấu trúc hợp chất PD-2 5' - 111,7 - - • Phổ IR (v, KBr): 3222, 2720, 1680 cm-1 1’ CH2 33,4 2,88 d (14,5) 2,72 d (15,0) 7, 5, 6, 2’, 3’ 7, 5, 6, 2’ • Phổ MS (ES-): m/z 277 [m – H]– ; CTPT dự kiến: C15H18O5 = 278 Da 2’ CH 79,3 3,63 d (9,5) 6, 3’, 4’ O δH m (J, Hz) δC δH m (J, Hz) HMBC (H  C-n) CIV 161.3 - 161,2 - - CH 112.6 6.26 d (9.8) 112,6 6,27 d (9,5) 2, 10 CH 139.6 8.16 d (9.8) 139,3 8,15 d (9,5) 2’, 3’, 5’ 5’ CH3 25,8 1,28 s, 3H 2’, 3’, 4’ 7-OH OH - 10,09 s , 1H 7, 8, 2’-OH OH - 4,72 s , 1H - 3’-OH OH - 3,39 s , 1H - CIV 149.7 - 149,6 - - CIV 113.0 - 112,7 - - CIV 158.3 - 158,4 - - CH 94.0 7.16 s 93,9 7,14 s 7, 9, 6, 10 CIV 152.7 - 152,7 - - 10 CIV 106.4 106,5 - - 2’ CH 144.9 7.60 d (2.5) 144,8 7,59 d (2,5) 7, 6, 3’ 3’ CH 105.2 7.01 d (2.5) 105,0 7,02 br s 7, 2’, 5-OMe Me 60.4 4.26 s 60,1 4,27 s 26 Hình Cấu trúc hóa học PD-3 (= Bergapten) tương tác HMBC (H  Cn) quan sát OMe 3' 10 2' 2, 9, 5 δC - 1,25 s, 3H O O O Me O H 3' H H 2' O H 10 O H DEPT PD-3 (CDCl3, 125/500 MHz) - 24,1 10 C Bergapten (CDCl3) [35] 72,6 CH3 Bảng 3.5 So sánh liệu phổ NMR (CDCl3; máy 500 MHz) PD-3 Bergapten C 4’ O Phổ NMR (CDCl3, máy 500 Hz): xem Bảng 3.1 Phụ lục – 12 3’ • • SKLM: cho vết với hdm (Hình X) 1' 154,6 C C 10 • Phổ UV (λmax, MeOH): 223,4 nm 326,9 nm (Hình 3.1) 2' OH HO • Phát quang xanh ngọc sáng (bản mỏng F 254 / UV 365 nm) HO δC C 3' DEPT 4' C O Ban đầu: Dùng phổ 13C-NMR chưa xóa ghép với 1H CHn  cho [n + 1] phân đỉnh (ví dụ –CH3 cho quartet) Sau đó: Dùng phổ 13C-BBD (Broad Band Decoupling; C{H}) Do “xóa ghép băng rộng” (xóa ghép với 1H) nên C* cho singlet Phổ Hiện nay: Dùng phổ 13C-CPD Do nhạy & tiện lợi  13C-BBD dùng Ghi chú: Tuy cho kết giống (Composite Pulse Decoupling) 13C-CPD • Phổ thay hẳn phổ BBD C* cho singlet Phổ C-CPD thơng dụng 13C-NMR hiểu phổ 13C-CPD giải ghép hiệu hẳn nhưng: 13C-BBD (do CPD cần lượng giải ghép > 30 KHz b Độ nhạy tuyệt đối 1H ≈ 43 ≈ 64 lần (≈ 1,56%) c Độ nhạy phát 1H ≈ (64  90) = 5760 lần 31 32 • Vị trí tín hiệu: C ~ số lẻ (thường cần lấy số lẻ đủ) Phổ 13C-CPD (DMSO-d6, 125 MHz) Lycorin • Hình dạng tín hiệu: - tất singlet (1 cọng # C*); rời rạc, bị trùng, chập - cường độ cao thấp khác (cường độ không tỉ lệ với số C) - tín hiệu q cao: hy vọng có đối xứng (1 tín hiệu # C*) • Tín hiệu dung mơi: đỉnh bội, mạnh (CDCl3 cho triplet) • Độ tín hiệu: S/N (baseline lớn, đậm dù NS # vài K) • Số tích phân: Khơng ghi cho tín hiệu phổ proton • Thang chia rộng # 200+ ppm (SWH ~ 240  125 = 30000 Hz) 33 Mọi tín hiệu Phổ 13C-CPD (DMSO-d6, 125 MHz) Lycorin (trích vùng > 50 ppm) 13C singlet (do giải ghép với 1H) Số lượng tín hiệu: Định hướng khung cấu trúc Độ dời hóa học c: Nói chung, theo trình tự CIV ↘ CH ↘ CH2 ↘ CH3 ↘ TMS (0,00 ppm) OH Nếu downfield: lọt vào trường hợp downfield HO O O Cường độ tín hiệu (chiều cao tín hiệu): N Khơng tỉ lệ với số lượng C (cùng C; cao thấp ko đều) Tín hiệu cao gắn nhiều H và/hay có nối đơi Nói chung, CIV ↗ CH ↗ CH2 ↗ CH3 (ngược với chiều c) Thông tin khác: 35 Rất nhiều & đa dạng 36 13 Do 13C mẫu khơng cịn tương tác với hạt nhân (13C q khó, 1H xóa ghép, 2H có tín hiệu d mơi) Nên thơng tin phổ 13C-CPD cịn khai thác từ nguồn: Tổng số tín hiệu tồn phổ Nói chung, singlet # C (trừ case đối xứng, xem sau)* Có thể sơ xác định (hoặc phủ định) khung cấu trúc Cường độ (cao thấp) tín hiệu Sơ gợi ý bậc C (để khẳng định: phải nhờ phổ khác) Đôi khi, hy vọng nhận tín hiệu đối xứng Vị trí (giá trị C) tín hiệu (0 – 240+ ppm) Nguồn thông tin chủ lực, đa dạng, cần khai thác kỹ furanocoumarin coumarin 37 pyranocoumarin RO 11+ RO O O O 14 O O O O O O HO COOR HO 14 14 O phenylpropanoid anthranoid stilbenoid xanthonoid euflavonoid isoflavonoid O O O 13 15 15 O O O 39 số C (not –OMe) Nhóm cấu trúc dự kiến (sơ bộ) Marks phenylpropanoid, coumarin* lacton 9+5 furano, pyrano, prenyl-coumarin lacton 9+6 coumarin glucosid lacton 10 monoterpenoid (tinh dầu ) 14 (+ 6) anthraquinon (hexosid), stilbenoid ceton 13 (+ 6) xanthonoid (hexosid) pyron 15 (+ 5) flavonoid (pentosid: ara, xyl ) pyron 15 (+ 5) flavonoid pyrano, prenyl pyron 15 (+ 6) flavonoid (hexosid: glc, gal, rha ) pyron 15 (+ 12) flavonoid (bihexosid: neo, rut ) pyron 19 (29; 29+6) steroid (phytosterol; phytosterol glc) n x CH2 20, 30 (+ 6n) diterpenoid, triterpenoid (glycosid) n x CH2 XXX 40 ... tín hiệu vùng 60-80 ppm 7-OH 160,7 7-O-D-glc (skimmin) 160,3 94 98 CH-8 -4 / Flavonoid kế cận (C-5 7) có -OR 7,6-di-OH (esculetin) 161,4 7-OH, 6-OMe (scopoletin) 160,6 70-80 -O-CH- / glycosyl 5-10... Resveratrol (14 C) 160 140 100 120 80 40 ppm 60 tín hiệu kép gần tín hiệu kép cách xa baicalein-7-O-glucuronid = baicalin phenyl đối xứng nhóm OR Flavonol (B) đối xứng OR Flavon 4C / hexosid OMe... xanthonoid euflavonoid isoflavonoid O O O 13 15 15 O O O 39 số C (not –OMe) Nhóm cấu trúc dự kiến (s? ? bộ) Marks phenylpropanoid, coumarin* lacton 9+5 furano, pyrano, prenyl-coumarin lacton 9+6 coumarin