Предсказывайте спектры ЯМР 1H, 13C и 2D по своему рисунку с NMR Analyser
Коротко: установите NMR Analyser в Settings › Plugins, нарисуйте структуру, откройте вкладку NMR, выберите 1H, 13C, COSY, HSQC или HMBC и нажмите Predict. Вы получите смоделированный спектр с буквенными метками пиков, таблицу сигналов со сдвигом, интегралом, мультиплетностью и константой спин-спинового взаимодействия, а также подсветку атомов на рисунке. Используйте его как ориентир для отнесения, а не как измеренный спектр.
Зачем предсказывать спектр перед отнесением сигналов?
Отнести сигналы спектра ЯМР — значит сопоставить каждый сигнал с атомами структуры. Когда перед вами реальный спектр, труднее всего понять, с чего начать. Предсказанный спектр даёт первое предположение для каждого сигнала.
Предсказание также помогает проверить предложенную структуру. Если предсказанный и измеренный спектры сильно расходятся, стоит пересмотреть структуру или отнесение. Студенты могут тренироваться так же: предсказать, сравнить, затем объяснить каждое различие.
Что сообщает каждый эксперимент
- ЯМР 1H: химический сдвиг показывает окружение каждого протона. Интеграл показывает, сколько протонов даёт сигнал. Форма расщепления и константа спин-спинового взаимодействия (J, в Гц) рассказывают о соседних протонах.
- ЯМР 13C: обычно по одному сигналу на каждый набор эквивалентных атомов углерода в гораздо более широком диапазоне м. д., чем у 1H. Это быстрый способ подсчитать разные окружения углерода.
- COSY: кросс-пики связывают протоны, взаимодействующие друг с другом, обычно через две или три связи. С его помощью можно пройти вдоль цепочки групп CH.
- HSQC: связывает каждый протон с атомом углерода, на котором он находится (через одну связь).
- HMBC: связывает протоны с атомами углерода через две-три связи. Он соединяет фрагменты через четвертичные атомы углерода и гетероатомы.
Обычный путь: прочитать спектр 1H, с помощью HSQC «посадить» каждый протон на его углерод, с помощью COSY построить спиновые системы, а затем соединить их через HMBC. Только начинаете? Сначала прочитайте, как читать спектр ЯМР.
Что показывает плагин
| Одномерные спектры | Графики 1H и 13C с буквенными метками пиков. Включите Labels, чтобы сопоставить буквы с атомами структуры. |
|---|---|
| Сигналы | Метка, сдвиг (м. д.), интеграл, мультиплетность и КССВ (Гц) для каждого сигнала. Наведите курсор на строку, чтобы подсветить её атомы на холсте. |
| Двумерные спектры | COSY, HSQC и HMBC в виде контурных графиков. |
| Спектрометр | Предустановки от 60 до 800 МГц или своё значение до 1200 МГц. |
| History и Overlay | Каждое предсказание сохраняется в History. Накладывайте несколько одномерных предсказаний, чтобы сравнить их. |
| Скачать | PNG или SVG графика либо данные спектра в CSV. |
Как установить NMR Analyser
- Откройте редактор MolDraw и войдите в систему. Достаточно бесплатной учётной записи.
- Нажмите Settings (шестерёнка), затем Plugins.
- Нажмите Install рядом с NMR Analyser. На панели анализа появится вкладка NMR.
Как предсказать спектр и работать с ним
- Нарисуйте структуру или вставьте SMILES через Paste SMILES.
- Откройте вкладку NMR и выберите эксперимент: 1H, 13C, COSY, HSQC или HMBC.
- Нажмите Predict. Одномерный спектр строится за несколько секунд, двумерный может занять больше времени.
- Установите в Spectrometer рабочую частоту вашего прибора, чтобы мультиплеты выглядели как в реальных данных.
- Обведите рамкой диапазон м. д., чтобы увеличить его, прокручивайте колесо, чтобы менять высоту пиков, и дважды щёлкните, чтобы сбросить вид.
- Включите Labels и Signals. Наведите курсор на строку, чтобы увидеть, к каким атомам она относится.
- Используйте кнопку скачивания, чтобы сохранить график или данные.
Как использовать плагин на занятиях и в лаборатории
- Лабораторные отчёты: предскажите спектр своего продукта, затем сравните его с измеренным. Объясните каждый сместившийся сигнал. Чтобы подготовить измеренный файл, откалибруйте, проинтегрируйте и отметьте пики в браузерном просмотрщике ЯМР.
- Задачи на изомеры: предскажите спектры двух изомеров-кандидатов, наложите их спектры 1H и найдите сигналы, которые их различают.
- Обучение расщеплению: переключайтесь между 60 и 600 МГц. Одна и та же J в Гц занимает больше м. д. в слабом поле, поэтому мультиплеты выглядят шире и сильнее перекрываются. Это объясняет, почему спектры настольных приборов выглядят такими плотными.
- Практика по 2D: предскажите HSQC и HMBC для небольшой молекулы и дайте студентам самим соединить фрагменты.
- Разобранные примеры: экспортируйте графики в SVG для слайдов и раздаточных материалов.
Советы и честные ограничения
- Предсказания выполняет nmrdb.org: модель Spinus для 1H и данные nmrshiftdb2 (HOSE-коды) для 13C. Нужно подключение к интернету.
- Выбора растворителя нет. Сдвиги OH и NH особенно сильно зависят от растворителя, концентрации и температуры.
- Рисуйте стереохимию там, где она важна. Диастереотопные протоны могут давать разные предсказанные сдвиги.
- Заменяйте группы R и точки присоединения (*) реальными атомами. Предсказатель лучше всего работает с нейтральными органическими молекулами, поэтому убирайте металлы и соли.
- Предсказание — это гипотеза. Подтверждайте отнесения собственными данными, особенно двумерными спектрами.
Нет учётной записи под рукой? Бесплатный инструмент «структура → ЯМР» даёт быстрое предсказание без входа.
Вопросы и ответы
Насколько точен предсказанный спектр ЯМР?
Для обычных органических молекул это полезный ориентир, но не измерение. Обменивающиеся протоны OH и NH и необычные циклические системы могут отличаться сильнее, а выбора растворителя у предсказателя нет. Всегда подтверждайте отнесение экспериментальным спектром.
Нужны ли для NMR Analyser учётная запись и интернет?
Да, и то и другое. Для предсказания нужно войти в бесплатную учётную запись MolDraw, а каждое предсказание выполняет онлайн-сервис nmrdb.org. Уже сделанные предсказания остаются в History на вашем устройстве.
Какие двумерные эксперименты ЯМР он предсказывает?
COSY, HSQC и HMBC. Они рисуются как контурные графики, и коррелирующие атомы можно подсветить на рисунке.
Можно ли экспортировать предсказанный спектр?
Да. Кнопка скачивания сохраняет график в PNG или SVG либо данные спектра в CSV.