Dự đoán phổ NMR 1H, 13C và 2D từ bản vẽ bằng NMR Analyser
Trả lời ngắn: Cài NMR Analyser từ Settings › Plugins, vẽ một cấu trúc, mở thẻ NMR, chọn 1H, 13C, COSY, HSQC hoặc HMBC và nhấn Predict. Bạn nhận được phổ mô phỏng với các pic đánh chữ cái, bảng tín hiệu gồm độ dịch chuyển, tích phân, độ bội và hằng số ghép cặp, cùng các nguyên tử được làm nổi bật trên bản vẽ. Hãy dùng nó làm hướng dẫn quy kết, không phải phổ đo được.
Vì sao nên dự đoán phổ trước khi quy kết?
Quy kết phổ NMR nghĩa là ghép mỗi tín hiệu với các nguyên tử trong cấu trúc. Khi có phổ thật trước mặt, phần khó là biết bắt đầu từ đâu. Phổ dự đoán cho bạn phỏng đoán ban đầu cho mọi tín hiệu.
Dự đoán còn giúp kiểm tra một cấu trúc đề xuất. Nếu phổ dự đoán và phổ đo khác nhau nhiều, cấu trúc hoặc quy kết cần được xem lại. Sinh viên có thể luyện tập theo cách tương tự: dự đoán, so sánh, rồi giải thích từng khác biệt.
Mỗi thí nghiệm cho biết gì
- 1H NMR: độ dịch chuyển hóa học cho biết môi trường của mỗi proton. Tích phân cho biết bao nhiêu proton tạo ra tín hiệu. Kiểu tách vạch và hằng số ghép cặp (J, theo Hz) cho biết về các proton lân cận.
- 13C NMR: thường mỗi nhóm carbon tương đương cho một tín hiệu, trải trên khoảng ppm rộng hơn nhiều so với 1H. Đây là cách nhanh để đếm số môi trường carbon.
- COSY: các pic chéo nối các proton ghép cặp với nhau, thường qua hai hoặc ba liên kết. Dùng nó để đi dọc một mạch các nhóm CH.
- HSQC: nối mỗi proton với carbon mang nó (một liên kết).
- HMBC: nối proton với carbon cách hai hoặc ba liên kết. Nó nối các mảnh qua carbon bậc bốn và dị nguyên tử.
Một trình tự thông dụng là: đọc phổ 1H, dùng HSQC để gán mỗi proton vào carbon của nó, dùng COSY để dựng các hệ spin, rồi dùng HMBC để nối chúng. Mới làm quen với kiến thức cơ bản? Hãy đọc cách đọc phổ NMR trước.
Plugin hiển thị những gì
| Phổ 1D | Đồ thị 1H và 13C với các pic đánh chữ cái. Bật Labels để ghép chữ cái với nguyên tử trên cấu trúc. |
|---|---|
| Tín hiệu | Nhãn, độ dịch chuyển (ppm), tích phân, độ bội và hằng số ghép cặp (Hz) cho mỗi tín hiệu. Rê chuột lên một dòng để làm nổi bật các nguyên tử trên canvas. |
| Phổ 2D | COSY, HSQC và HMBC dạng đồ thị đường đồng mức. |
| Spectrometer | Giá trị đặt sẵn từ 60 đến 800 MHz, hoặc giá trị tùy chỉnh đến 1200 MHz. |
| History và Overlay | Mọi dự đoán được lưu trong History. Chồng nhiều dự đoán 1D để so sánh. |
| Tải xuống | PNG hoặc SVG của đồ thị, hoặc dữ liệu phổ dạng CSV. |
Cách cài NMR Analyser
- Mở trình soạn thảo MolDraw và đăng nhập. Tài khoản miễn phí là đủ.
- Nhấn Settings (biểu tượng bánh răng), rồi Plugins.
- Nhấn Install cạnh NMR Analyser. Thẻ NMR xuất hiện trong bảng phân tích.
Cách dự đoán và sử dụng phổ
- Vẽ cấu trúc của bạn, hoặc dán SMILES bằng Paste SMILES.
- Mở thẻ NMR và chọn một thí nghiệm: 1H, 13C, COSY, HSQC hoặc HMBC.
- Nhấn Predict. Phổ 1D mất vài giây; phổ 2D có thể lâu hơn.
- Đặt Spectrometer theo từ trường của máy đo, để các multiplet trông giống dữ liệu thật.
- Kéo một khung để phóng to một khoảng ppm, cuộn để điều chỉnh chiều cao pic, và nhấp đúp để đặt lại.
- Bật Labels và Signals. Rê chuột lên một dòng để xem nó thuộc về nguyên tử nào.
- Dùng nút tải xuống để lưu đồ thị hoặc dữ liệu.
Cách dùng trên lớp và trong phòng thí nghiệm
- Báo cáo thí nghiệm: dự đoán phổ của sản phẩm, rồi so sánh với phổ đã đo. Giải thích mọi tín hiệu bị dịch chuyển. Để chuẩn bị file đo được, hãy đặt chuẩn, tích phân và chọn pic trong trình xem NMR trên trình duyệt.
- Bài toán đồng phân: dự đoán hai đồng phân ứng viên, chồng phổ 1H của chúng và tìm các tín hiệu phân biệt.
- Dạy sự tách vạch: chuyển giữa 60 MHz và 600 MHz. Cùng một J theo Hz chiếm nhiều ppm hơn ở từ trường thấp, nên multiplet trông rộng hơn và chồng lấn nhiều hơn. Điều này giải thích vì sao phổ máy để bàn trông chen chúc.
- Luyện tập 2D: dự đoán HSQC và HMBC cho một phân tử nhỏ và để sinh viên tự nối các mảnh.
- Ví dụ có lời giải: xuất đồ thị SVG cho slide và tài liệu phát tay.
Mẹo và giới hạn thực tế
- Dự đoán lấy từ nmrdb.org: mô hình Spinus cho 1H và dữ liệu nmrshiftdb2 (mã HOSE) cho 13C. Chúng cần kết nối internet.
- Công cụ dự đoán không có tùy chọn dung môi. Đặc biệt độ dịch chuyển OH và NH thay đổi theo dung môi, nồng độ và nhiệt độ.
- Hãy vẽ hóa học lập thể ở những chỗ quan trọng. Các proton dia-topic có thể cho độ dịch chuyển dự đoán khác nhau.
- Thay các nhóm R và điểm gắn (*) bằng nguyên tử thật. Công cụ dự đoán hoạt động tốt nhất với phân tử hữu cơ trung hòa, nên hãy bỏ kim loại và muối.
- Dự đoán là một giả thuyết. Hãy xác nhận quy kết bằng dữ liệu của chính bạn, đặc biệt là phổ 2D.
Không có sẵn tài khoản? Công cụ dự đoán NMR từ cấu trúc miễn phí cho dự đoán nhanh mà không cần đăng nhập.
Hỏi và đáp
Phổ NMR dự đoán chính xác đến đâu?
Với phân tử hữu cơ thông dụng, nó là hướng dẫn hữu ích, nhưng không phải phép đo. Proton OH và NH trao đổi được và hệ vòng bất thường có thể lệch nhiều hơn, và công cụ dự đoán không có tùy chọn dung môi. Luôn xác nhận quy kết bằng phổ thực nghiệm.
NMR Analyser có cần tài khoản hay internet không?
Cần cả hai. Bạn đăng nhập bằng tài khoản MolDraw miễn phí để dự đoán, và mỗi dự đoán lấy từ dịch vụ trực tuyến nmrdb.org. Các dự đoán đã thực hiện được giữ trong History trên thiết bị của bạn.
Có thể dự đoán những thí nghiệm NMR 2D nào?
COSY, HSQC và HMBC. Chúng được vẽ dạng đồ thị đường đồng mức, và bạn có thể làm nổi bật các nguyên tử tương quan trên bản vẽ.
Có xuất được phổ dự đoán không?
Có. Nút tải xuống lưu đồ thị dạng PNG hoặc SVG, hoặc dữ liệu phổ dạng CSV.