多步合成随后通过台式核磁共振

在这次采访中，AZoM采访了Nanalysis公司的高级应用化学家Alexander Maier博士，讨论了在化学教学中使用台式核磁共振的好处，并通过一个使用核磁共振的例子来跟踪一个你可能在本科实验室中使用的典型有机反应。

Nanalysis XPOD -多步合成随后通过台式核磁共振从AZoNetwork在Vimeo．

帮助学生学习新方法，如核磁共振，最重要的因素是什么?

“知识不能口头传递……学生应该积极参与学习过程，这样他们才能在自己的头脑中构建知识。”-这句话可能比以往任何时候都更相关。虽然我们需要适应大流行病的形势并找到合适的教学方法，但我们不能忽视有意义的学习据说需要三件事:认知方法(对材料的实际理解)，情感方法(与材料相关的感觉)和精神运动学习(在化学这样的物理科学中尤其重要)。欧洲杯线上买球

在实验课上，学生可以直接与同事和老师互动。指导可以在更个性化的水平上，并根据个别学生的需要。此外，引导探究和发现感觉允许学生以最好的方式学习。

在实验课程中包含描述技术是一种常见的做法，但是如果我们看看文献中描述技术的频率，并将其与学生在实验室中使用它们的频率进行比较，就会发现明显的差异。

出版物中报道最多的分析方法是核磁共振光谱学．

为什么核磁共振技术在教学中的应用如此有限?

由于高昂的资本成本和运营支出，以及需要经过专门培训的人员来维护液冷消耗仪器，高场核磁共振光谱仪并不容易负担或使用。大学里的光谱仪通常都是满负荷工作，几乎没有留下动手教学和演示的空间。此外，如果核磁共振设施与实验课程不是同一栋楼，可访问性可能会受到限制。

正因为如此，核磁共振波谱通常是在枯燥的理论层面上介绍的，讲义是用来解释核磁共振数据获取的实际步骤，而不是动手学习。实际光谱来自数据库或以前记录的数据从助教;或者，在更好的情况下，学生可以把他们自己的样本交给分析部门，等待他们的光谱返回。不过，学生们还是错过了实际的实践经验。

台式核磁共振如何帮助学生接触核磁共振的实践学习?

通过在教学实验室配备一台台式核磁共振仪，学生可以自己获取光谱，学习如何轻松地设置实验，并直接接收光谱。在这种情况下，学生甚至可以了解如何调整核磁共振特定参数，以及每个参数对结果谱有什么影响。

由于核磁共振技术的小型化，台式核磁共振设备自2010年代以来已经可用。常规的高场核磁共振波谱仪由三个部件组成:低温冷却的超导磁体、控制台(包含允许磁体内部探头之间通信的电子设备)和计算机，后者构成了这个装置的最后一个部件。

所有这些组件组合在一个单一的All -in-one框。电子装置安装在一块电路板上。内部计算机是可用的，但您也可以使用外部计算机来控制光谱仪和处理核磁共振数据。

由于该系统基于永磁技术，不需要低温，也没有运动部件，容易卡死，导致测量工作中断。自动化功能，如自动垫片允许用户完全专注于实验。

台式核磁共振是如何分类的?用户对它的期望是什么?

低场高分辨率台式核磁共振光谱仪增加了一层新的核磁共振技术，填补了弛豫仪和高场核磁共振光谱仪之间的空白。

虽然高场仪器的分辨率和灵敏度提高了，但有效使用这些仪器所需的成本和专业水平也提高了。另一方面，稳健性和可访问性随着松弛量的增加而增加。

我们使用台式核磁共振波谱的目标不是取代高场核磁共振，而是将这种强大的分析技术带到以前没有使用过的应用和设置中。

台式核磁共振是负担得起的，可获得的，并仍然具有高分辨率和灵敏度。这使它成为一种理想的仪器，不仅用于工业应用或反应监测，而且用于结构说明和学术教学。学生们可以在通风柜旁边运行他们自己的样品，他们一直在研究一个易于使用的光谱仪，最终使核磁共振成为一种值得使用的技术。

将核磁共振波谱引入学生学习经验的最佳方法是什么?

理解核磁共振波谱是化学教育中一个非常重要的话题，但在何时或如何向本科生介绍这一强大的表征技术方面，人们没有达成一致。有些教育工作者早在第一年就介绍了这一点，有些则在第二年。最常见的策略之一是在有机化学入门课程中介绍核磁共振波谱学。

一些教育家关注对称和碳核磁共振的简便性，然而许多人从质子核磁共振开始。使用质子核磁共振，关键概念要求学生同时关注三个信息:(a)化学位移，代表原子核的化学环境;(b)峰值积分，对应于分析物信号中的核数;(c)多重性，反映化合物的分子内连通性。

通过首先引入碳NMR，学生可以专注于理解化学位移，然后在质子NMR中处理集成和多重性。例如，碳酮的拓氯可以用作碳NMR样品实验。这里，只形成四种可能的四种可能的氯化产品中的一种。这可以通过计算在各个部门和1D光谱中观察到的主要，二级，三级和季碳原子的数量来明确地确认。

你能给我们的读者举一个质子核磁共振样品实验的例子吗?

这一过程是基于《化学教育杂志》上的一篇文章，以对三苯基衍生物的三步合成为特征，包括著名的Diels-Alder反应。值得注意的是，这些实验可以在2到3个快速的实验过程中完成，包括为每一步获取1D NMR谱。

我们从二烯和亲二烯乙炔在均三烯中回流半小时的Diels-Alder反应开始，以67%的产率生成二氢三苯。1,4-二氢环己二烯衍生物在碱性条件下在甲醇中异构化，得到收率较高的2,3-二氢衍生物。DBU与溴三氯甲烷在DCM中进行脱氢反应，对三苯的产率为88%，三步反应的产率为54%。

每一种产物都是白色固体，可以通过台式核磁共振光谱成功地进行表征。有趣的是，diesalder反应的立体选择性可以用前沿分子轨道理论来解释，并由学生获得的光谱来证实。

在第一步合成的Diels-Alder产物的60 MHz NMR谱中，苯基信号的芳香区在7.29 ppm时为单线态。烯烃氢原子在5.77 ppm时被观察到为常数为1.8 Hz的双重态。在4.46 ppm时，偶极子的偶联常数也相同，该偶极子确定了与烯烃偶极子相邻位置的苯基质子。在3.55 ppm的甲基信号可以通过6的积分区和由于缺少邻近的质子而产生的单线态的多重性清晰地识别出来。

应该注意的是,我们不仅可以分配所有氢原子第一中间产品的合成,而且我们可以证实,只有一组信号,这意味着Diels-Alder反应是立体定向(我们都知道从教科书)。

由于分子的对称性，理论上可能存在的不同立体异构体的数量从4个减少到2个。对映体可以通过旋转而排列，因此是相同的。如果有两个非对映体存在，我们会在光谱中看到两个不同强度的信号集，因为非对映体可以通过核磁共振光谱来区分。这一观测结果与前线分子轨道理论完全吻合。

异构化产物的成功生成也可以通过核磁共振得到证实。芳香族氢原子在7.46 ~ 7.25 ppm的范围内以多重态出现。由于共轭双键的存在，烯烃信号向下场移动到6.56 ppm。烯烃和乙烯基质子都被观察为单线态而不再是双线态。这是由于没有相邻的原子。甲基相对保持在3.58 ppm不变。

最终产物对三苯基衍生物4的核磁共振谱非常清晰，芳香区在7.48和7.37 ppm处有两个单线态，烷基区在3.58 ppm处有一个单线态，该单线态也可归属于分子中的甲基。

你能告诉我们的读者更多关于Diels-Alder反应，以及为什么它很重要吗?

Diels-Alder反应不仅是本文讨论的合成过程中的关键步骤，也是一个值得研究的极好的转化过程。

奥托·迪尔斯和库尔特·阿尔德因发现和发展二烯合成而在1950年获得诺贝尔奖。今天，几乎每个学化学的学生都知道Diels Alder反应。它在形式上是一个环加成反应，是周环反应的一个子类。中环反应协同进行，除了环加成反应外，我们还可以观察到电环化反应、sigma反应和其他类似烯反应。

在Diels-Alder反应中，3个键——4个电子来自二烯，2个电子来自亲二烯——转化为1个新的键和2个sigma键，形成一个六元环。

在这个反应的图表中，我们可以看到二烯有从0到3个节点的四个不同的能态，以及亲二烯的两个能态。二烯有4个电子，亲二烯有2个电子，所以我们可以相应地分配HOMO和LUMO。

二烯上的苯基取代基的存在和亲二烯上的吸电子甲酯功能证实了正常的按需电子Diels-Alder反应。富电子二烯的HOMO与缺电子亲二烯的LUMO相互作用，因为这个能隙小于二烯的LUMO与亲二烯的HOMO之间的能隙。在逆电子需求系统中，这种相互作用正好相反。

因为二烯和亲二烯分子的轨道系数，相互作用是表面的这是符合伍德沃德霍夫曼规则的。

如何使用台式核磁共振来向学生演示Diels-Alder反应?

我们最近进行了多步合成，包括Diels-Alder反应，每个中间产物都通过60 MHz台式核磁共振谱分析和确认。

当与学生一起工作时，这个样本实验也可以作为一个周环反应的实际介绍。合成的每一步反应时间短，产率高，是有机课程中较短的实验环节。

核磁共振谱的分配是容易的，并与Diels Alder反应的立体选择性很好地一致。关于合成化合物的分子结构，化学位移、积分和多重性可以在这里与学生讨论。

尺寸、成本和维护特性使台式核磁共振仪器成为一个有吸引力的选择，为一年级或二年级化学学生提供动手介绍核磁共振光谱学，高度重视有意义的学习。

低场核磁共振仪器是否存在教育者应该注意的问题?

值得注意的是，低场仪器更容易产生具有二阶效应的核磁共振谱。与一阶光谱相比，具有二阶效应的光谱不容易被人眼所理解，而且有些信息是无法提取的。

虽然有很多化合物在低场中不表现出二阶效应，比如我前面提到的光谱，但也有其他化合物表现出了二阶效应。对于不想在任何分析中增加这一额外复杂性的教育者来说，这可能是令人担忧的。

为了解决这一问题，我们最近提交了一篇论文，旨在帮助教育者克服这一局限性。在本文中，我们列出了20个化合物类的200多个分子，它们的核磁共振谱可以用60 MHz的仪器直观地检测和解释。

关于亚历山大·迈尔

Alexander Maier是Nanalysis欧洲分部的高级应用化学家。他毕业于德国卡尔斯鲁厄理工学院有机化学博士，主要研究均相催化，主要采用NMR波谱分析。作为团队的一部分现在两年多了,亚历克斯竭诚股份公司愿景——使核磁共振光谱学访问和地方将这种强大的分析方法还没有工作之前,和工作管理工业合作范围广泛的应用程序和方法验证。

这些信息已经从Nanalysis公司提供的材料中获得、审查和改编。欧洲杯足球竞彩

有关此来源的更多信息，请访问Nanalysis集团。