一种用于核磁共振波谱的添加剂及利用其对混合物的分析方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于聚硅氧烷的核磁共振波谱混合物分析方法。将聚硅氧烷作为添加剂，在液体核磁共振谱仪中，利用二维扩散排序谱技术对液体混合物中的组分进行分离分析，依据各个组分的扩散系数不同，将各个组分的核磁共振信号在扩散维进行基线分离，并得到各个组分的分子结构信息。这种方法可以方便、快捷地定性分析混合物中各个组分的分子结构，且核磁共振实验环保、无污染，具有良好的科研价值以及实际使用价值。
【专利说明】—种用于核磁共振波谱的添加剂及利用其对混合物的分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及NMR混合物分析方法。具体地讲是一种用于核磁共振波谱的添加剂及利用其对混合物的分析方法。
【背景技术】
[0002]NMR技术是表征化合物结构的最有力工具之一。但是，当面对混合物分析时，NMR技术往往显得力不从心。被称之为NMR中色谱技术的二维扩散排序谱(DOSY)技术的出现使得NMR可以分析结构差别较大的混合物[a) Johnson, C.S.，Prog.Nuc1.Magn.Re son.Spectro sc.1999，34，203.；b) Caldarel I i，S.，Magn.Re son.Chem.2007，45，S48.；c)Novoa-CarbalIal, R.，Fernandez-MegiajE.，Jimenez，C.，RiguerajR.，Nat.Prod.Rep.2011，28，78.]。DOSY技术的原理是:依据混合物中各个物质扩散系数的不同，将每个组分的NMR信号在扩散维上进行分离，从而快速定性分析混合物中各个物质的分子结构[Johnson, C.S.，Prog.Nuc1.Magn.Reson.Spectrosc.1999，34，203.] ?自从 DOSY 技术发明以后，它便得到较大范围的应用[Heisilj K.A.，Goto, J.J.，Krishnanj V.V.，Amer.J.Anal.Chem.2012，3，401.]。但是当面对分子结构较相近的混合物时，单纯的DOSY技术也显得无能为力了。一个较好的改进方案是在核磁管中加入适当的添加剂，比如硅胶[a)Viel，
S.，Ziarellij F.，Caldarellij S.，Proc.Natl.Acad.Sc1.U.S.A.2003，100，9696.；b)Pages，G.，Delaurentj C.，Caldarellij S.，Angew.Chem.1nt.Edit.2006，45，5950.；c) Vielj S.，Ziarellij F.，Pages, G.，Carrara, C.，Caldarellij S.，J.Magn.Reson.2008，190，113.；d)Pemberton, C.，Hoffman, R.，Aserinj A.，Gartij N.，J.Magn.Reson.2011，208，262.]、表面活性剂[a)Evans，R.，Haiber，S.，Nilsson，Μ.，Morris，G.A.，Anal.Chem.2009，81，4548.；b) Cassanij J.，Nils son, M.，Morris，G.A.，J.Nat.Prod.2012，75，131.； c)Chaudharij S.R.，Suryaprakashj N.，J.Mol.Struct.2012，1017，106.]、微乳剂[a)Morris, K.F.，Becker, B.A.，Valle, B.C.，Warner, 1.M.，Larivej C.K.，J.Phys.Chem.B 2006，110，17359.；b) Pemberton, C.，Hoffman, R.E.，Aserin，A.，Garti，N.，Langmuir2011，27，4497.]、镧氏位移试剂[Rogersonj A.K.，Aguilar, J.A.，Nilsson, M.，Morris, G.A.，Chem.Commun.2011，47，7063.]或高分子[Kavakka, J.S.，Kilpelainenj 1.，HeikkinenjS.，Org.Lett.2009，11，1349.；b) Joyce, R.E.，Day, 1.J.，J.Magn.Reson.2012，220，1.]等，去改变混合物中组分的扩散系数大小，增加扩散系数的差别，从而实现结构较相近混合物的定性分析。这一发现非常实用，推动了 DOSY技术的进一步应用。在这些已发现的添加剂中，前几种试剂的使用比较耗时耗力，实验费用较高，不利于该技术的广泛推广。只有高分子型添加剂比较适合，可以比较便宜、便捷地进行DOSY分析。目前发现的这类高分子还比较少，比如聚乙烯卩比咯焼酮[Kavakka, J.S.，Kilpelainenj 1.，Heikkinenj S.，Org.Lett.2009，11，1349.]、聚乙二醇[Joyce, R.E.，Day, 1.J.，J.Magn.Reson.2012，220，1.]等等，并且它们也有不足的方面，比如分析的混合物对象比较少、高分子本身的NMR信号会干扰组分的信号。为了完善这种技术以及对该技术进行深入研究，有必要继续去研究发现分离能力强大的高分子添加剂。
[0003]目前国外已有文献报道了聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇作为添加剂的DOSY技术应用，它们的缺点在于分离的化合物数量少、自身信号会干扰组分信号、溶液粘度增加。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种用于核磁共振波谱的添加剂及利用其对混合物的分析方法。
[0005]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为:
[0006]一种用于核磁共振波谱(NMR)的添加剂，添加剂为聚硅氧烷。所述聚硅氧烷为聚二甲基硅氧烷、端氢基聚硅氧烷、氨基聚硅氧烷、氟烷基聚硅氧烷、羟丙基封端聚硅氧烷、端环氧基聚硅氧烷、苯基聚硅氧烷、氰丙基聚硅氧烷或乙烯基聚硅氧烷。
[0007]一种利用用于NMR的添加剂对混合物的分析方法，以聚硅氧烷作为添加剂，在液体NMR谱仪中，利用二维扩散排序谱技术(DOSY)对液体混合物中的组分进行分离分析，依据各个组分的扩散系数不同，将各个组分的NMR信号在扩散维进行基线分离，从而快速定性分析混合物中各个组分的分子结构。
[0008]具体是，将聚硅氧烷直接加入到含有混合分析物核磁管中，充分混合，将所制备样品管放入强场为300兆赫兹以上的NMR谱仪中，用带有梯度(>50G/cm)的探头进行DOSY实验，用DOSY处理软件对采集的DOSY实验数据进行处理，得到二维DOSY谱图，并按照NMR信号特征对各个组分进行分子结构定性。
[0009]所述混合分析物为溶解于氘代试剂的结构相近的有机化合物，包括但不限于烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、齒代烃、醇、醚、醒、酮、羧酸、酯。
[0010]其中，NMR实验说明如下:
[0011]1.进行DOSY实验时，所选择的实验核种为所有磁性核，包括但不限于1H, 2H, 13C, 15N, 19F, 31P。
[0012]2.进行DOSY实验时，选择的脉冲序列为所有可以用于DOSY实验的脉冲序列，包括但不限于双极梯度扩散序列、模拟回波扩散序列。
[0013]3.所有DOSY实验均使用2-8次静态扫描、4_16次采样以及1_5秒弛豫延迟。实际采样点数设为1024-4096。从谱仪脉冲库中选择扩散脉冲序列，梯度以16-36个步进从2%衰减到95%。形状梯度脉冲时间为0.4-1.2毫秒，涡流延迟时间为0.2-1.4毫秒。扩散梯度脉冲时间和持续时间根据实际需要进行选择。样品温度设置为20-30度。所得到的数据用DOSY处理软件进行处理。
[0014]4.将分析物和氘代试剂共同加入到核磁管中形成氘代试剂溶液。
[0015]本发明所具有的优点:
[0016]本发明的添加剂以及利用添加剂对混合物的分析方法，其是利用液体NMR谱仪中的DOSY技术进行混合物分析的方法。此类聚硅氧烷在NMR实验中可以使混合物中分子结构相似的中小型分子的NMR信号在扩散维上得到基线分离，从而可以快速定性分析混合物中各个组分的分子结构。
[0017]采用本发明的方法可以方便、快捷地定性分析混合物中各个组分的分子结构，且NMR实验环保、无污染。同时采用本发明的方法可以无需进行实际色谱分离，就可以对混合物中的组分进行结构定性分析。利用此方法，分析化学家在分析混合物时可以有更多的分离分析工具得以选择；合成化学家可以利用此方法代替TLC等实验，并且可以同时快速获得混合物中组分的分子结构信息，取得事半功倍的效果。本发明所开发的这种方法具有良好的科研价值以及实际使用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例1提供的基于聚二甲基硅氧烷的DOSY技术分离分析氘代氯仿中苯、萘和蒽三种组分的DOSY谱图。图1(a)中不含聚二甲基硅氧烷；图1(b)中含有聚二甲基硅氧烷。
[0019]图2为本发明实施例2提供的基于聚二甲基硅氧烷的DOSY技术分离分析氘代氯仿中1，5-二溴戊烷、1-溴戊烷和正戊烷三种组分的DOSY谱图。图2(a)中不含聚二甲基硅氧烧；图2(b)中含有聚_■甲基娃氧烧。
[0020]图3为本发明实施例3提供的基于端氢基聚硅氧烷的DOSY技术分离分析氘代氯仿中乙酸、乙醇和乙腈三种组分的DOSY谱图。图3(a)中不含端氢基聚硅氧烷；图3(b)中含有端氢基聚硅氧烷。
[0021]图4为本发明实施例4提供的基于氨基聚硅氧烷的DOSY技术分离分析氘代氯仿中甲酸、乙醇和甲醇三种组分的DOSY谱图。图4(a)中不含氨基聚硅氧烷；图4(b)中含有氨基聚硅氧烷。
[0022]图5为本发明实施例5提供的基于乙烯基聚硅氧烷的DOSY技术分离分析氘代氯仿中甲醇、乙醇和正丙醇三种组分的DOSY谱图。图5(a)中不含聚乙烯基聚硅氧烷；图5(b)
中含有乙烯基聚硅氧烷。
【具体实施方式】
[0023]通过下述实施方式将有助于理解本发明，但并不限制于本发明的内容。
[0024]实施例1
[0025]1.1试剂与仪器
[0026]聚二甲基硅氧烷(粘度:10mPa.s, neat (25°C )) (PDMS)，苯、萘和蒽均购自中国医药集团化学试剂有限公司，级别为分析纯；氘代氯仿(含有0.003% TMS, v/v)购自美国剑桥同位素实验室公司，级别为核磁纯；核磁管(WG-5mm-Economy-7)购自美国Wilmad公司；谱仪为瑞士布鲁克AVANCE III 600兆NMR波谱仪，其共振频率为600.13赫兹；探头为5mm超低温三共振反式检测探头，其梯度为53G/cm。
[0027]1.2NMR 实验
[0028]于两个核磁管中分别加入8晕克苯、8晕克萘、8晕克蒽和0.6晕升氣代氯仿，再向其中一个核磁管中加入50毫克PDMS，充分震荡，制备得到两个NMR样品，备用。
[0029]将所制备好的NMR样品管放入NMR谱仪腔内，锁场、调谐并匀场，得到较好的溶剂峰线形；从谱仪脉冲序列库中选择扩散脉冲序列LEDBPGP2S，确定质子为实验核种，其采样谱宽为7200赫兹；D0SY实验使用4次静态扫描、8次采样以及1.5秒弛豫延迟，实际采样点数设为1024 ;梯度以20个步进从2%衰减到95%。形状梯度脉冲时间为0.5毫秒，涡流延迟时间为0.3毫秒，扩散梯度脉冲时间为1.2毫秒，扩散梯度持续时间25毫秒；样品温度设置为25V ;所得到的数据用谱仪操作软件TopSpin2.1中自带的DOSY处理软件进行处理，其结果如图1所示。
[0030]1.3分析结果
[0031]从图1 (a)中可以看出，当样品中不含PDMS时，混合物中三个组分的扩散系数几乎一样，也就说这三个组分没有被PDMS所分离开；相反，当混合物中加入PDMS时，PDMS能够很好地识别混合物中三个组分，三个组分在扩散维上已实现基线分离(如图1(b)所示)。这说明基于PDMS的DOSY技术能够很好地分离分析含有苯、萘和蒽的混合物。
[0032]实施例2
[0033]2.1试剂与仪器
[0034]PDMS (粘度:200mPa.s，neat (25°C ))，1，5_二溴戊烷、1-溴戊烷和正戊烷均购自中国医药集团化学试剂有限公司，级别为分析纯；氘代氯仿(含有0.003% TMS, v/v)购自美国剑桥同位素实验室公司，级别为核磁纯；核磁管(WG-5mm-Economy-7)购自美国Wilmad公司；谱仪为瑞士布鲁克AVANCE III 600兆NMR波谱仪，其共振频率为600.13赫兹；探头为5mm超低温三共振反式检测探头，其梯度为53G/cm。
[0035]2.2NMR 实验
[0036]于两个核磁管中分别加入5毫克1，5- 二溴戊烷、5毫克1-溴戊烷、5毫克正戊烷和0.6毫升氘代氯仿，再向其中一个核磁管中加入80毫克PDMS，充分震荡，制备得到两个NMR样品，备用。
[0037]将所制备好的NMR样品管放入NMR谱仪腔内，锁场、调谐并匀场，得到较好的溶剂峰线形；从谱仪脉冲序列库中选择扩散脉冲序列LEDBPGP2S，确定质子为实验核种，其采样谱宽为7800赫兹；D0SY实验使用8次静态扫描、12次采样以及2.5秒弛豫延迟，实际采样点数设为2048 ;梯度以30个步进从2%衰减到95%。形状梯度脉冲时间为0.8毫秒，涡流延迟时间为0.7毫秒，扩散梯度脉冲时间为1.0毫秒，扩散梯度持续时间22毫秒；样品温度设置为25°C;所得到的数据用谱仪操作软件TopSpin2.1中自带的DOSY处理软件进行处理，其结果如图2所示。
[0038]2.3分析结果
[0039]从图2(a)中可以看出，当样品中不含PDMS时，混合物中三个组分的扩散系数几乎一样，也就说这三个组分没有被PDMS所分离开；相反，当混合物中加入PDMS时，PDMS能够很好地识别混合物中三个组分，三个组分在扩散维上已实现基线分离(如图2(b)所示)。这说明基于PDMS的DOSY技术能够很好地分离分析含有1，5- 二溴戊烷、1_溴戊烷和正戊烷的混合物。
[0040]实施例3
[0041]3.1试剂与仪器
[0042]端氢基聚硅氧烷(粘度:10mPa.s, neat (25°C )),乙酸、乙醇和乙腈均购自中国医药集团化学试剂有限公司，级别为分析纯；氘代氯仿(含有0.003% TMS, v/v)购自美国剑桥同位素实验室公司，级别为核磁纯；核磁管(WG-5mm-Economy-7)购自美国Wilmad公司；谱仪为瑞士布鲁克AVANCE III 600兆NMR波谱仪，其共振频率为600.13赫兹；探头为5mm超低温三共振反式检测探头，其梯度为53G/cm。
[0043]3.2NMR 实验
[0044]于两个核磁管中分别加入6毫克乙酸、6毫克乙醇和6毫克乙腈和0.6毫升氘代氯仿，再向其中一个核磁管中加入60毫克端氢基聚硅氧烷，充分震荡，制备得到两个NMR样品，备用。
[0045]将所制备好的NMR样品管放入NMR谱仪腔内，锁场、调谐并匀场，得到较好的溶剂峰线形；从谱仪脉冲序列库中选择扩散脉冲序列LEDBPGP2S，确定质子为实验核种，其采样谱宽为7700赫兹；D0SY实验使用6次静态扫描、10次采样以及2.2秒弛豫延迟，实际采样点数设为4096 ;梯度以26个步进从2%衰减到95%。形状梯度脉冲时间为0.6毫秒，涡流延迟时间为0.6毫秒，扩散梯度脉冲时间为1.2毫秒，扩散梯度持续时间25毫秒；样品温度设置为25°C;所得到的数据用谱仪操作软件TopSpin2.1中自带的DOSY处理软件进行处理，其结果如图3所不。
[0046]3.3分析结果
[0047]从图3(a)中可以看出，当样品中不含端氢基聚硅氧烷时，混合物中三个组分的扩散系数几乎一样，也就说这三个组分没有被端氢基聚硅氧烷所分离开；相反，当混合物中加入端氢基聚硅氧烷时，端氢基聚硅氧烷能够很好地识别混合物中三个组分，三个组分在扩散维上已实现基线分离(如图3(b)所示)。这说明基于端氢基聚硅氧烷的DOSY技术能够很好地分离分析含有乙酸、乙醇和乙腈的混合物。
[0048]实施例4
[0049]4.1试剂与仪器
[0050]氨基聚硅氧烷(粘度:150mPa.s，neat(25°C))，甲酸、乙醇和甲醇均购自中国医药集团化学试剂有限公司，级别为分析纯；氘代氯仿(含有0.003% TMS, v/v)购自美国剑桥同位素实验室公司，级别为核磁纯；核磁管(WG-5mm-Economy-7)购自美国Wilmad公司；谱仪为瑞士布鲁克AVANCE III 600兆NMR波谱仪，其共振频率为600.13赫兹；探头为5mm超低温三共振反式检测探头，其梯度为53G/cm。
[0051]4.2NMR 实验
[0052]于两个核磁管中分别加入5毫克甲酸、5毫克乙醇、5毫克正戊烷甲醇和0.6毫升氘代氯仿，再向其中一个核磁管中加入50毫克PDMS，充分震荡，制备得到两个NMR样品，备用。
[0053]将所制备好的NMR样品管放入NMR谱仪腔内，锁场、调谐并匀场，得到较好的溶剂峰线形；从谱仪脉冲序列库中选择扩散脉冲序列LEDBPGP2S，确定质子为实验核种，其采样谱宽为7650赫兹；D0SY实验使用6次静态扫描、8次采样以及1.5秒弛豫延迟，实际采样点数设为1024 ;梯度以36个步进从2%衰减到95%。形状梯度脉冲时间为1.2毫秒，涡流延迟时间为0.9毫秒，扩散梯度脉冲时间为1.2毫秒，扩散梯度持续时间20毫秒；样品温度设置为25V ;所得到的数据用谱仪操作软件TopSpin2.1中自带的DOSY处理软件进行处理，其结果如图4所示。
[0054]4.3分析结果
[0055]从图4(a)中可以看出，当样品中不含氨基聚硅氧烷时，混合物中三个组分的扩散系数几乎一样，也就说这三个组分没有被氨基聚硅氧烷所分离开；相反，当混合物中加入氨基聚硅氧烷时，氨基聚硅氧烷能够很好地识别混合物中三个组分，三个组分在扩散维上已实现基线分离(如图4(b)所示)。这说明基于氨基聚硅氧烷的DOSY技术能够很好地分离分析含有甲酸、乙醇和甲醇的混合物。
[0056]实施例5
[0057]5.1试剂与仪器
[0058]乙烯基聚硅氧烷(粘度:250mPa.s，neat(25°C))，甲醇、乙醇和正丙醇均购自中国医药集团化学试剂有限公司，级别为分析纯；氘代氯仿(含有0.003% TMS, v/v)购自美国剑桥同位素实验室公司，级别为核磁纯；核磁管(WG-5mm-Economy-7)购自美国Wilmad公司；谱仪为瑞士布鲁克AVANCE III 600兆NMR波谱仪，其共振频率为600.13赫兹；探头为5mm超低温三共振反式检测探头，其梯度为53G/cm。
[0059]5.2NMR 实验
[0060]于两个核磁管中分别加入5毫克甲醇、5毫克乙醇、5毫克正丙醇和0.6毫升氘代氯仿，再向其中一个核磁管中加入70毫克乙烯基聚硅氧烷，充分震荡，制备得到两个NMR样品，备用。
[0061]将所制备好的NMR样品管放入NMR谱仪腔内，锁场、调谐并匀场，得到较好的溶剂峰线形；从谱仪脉冲序列库中选择扩散脉冲序列LEDBPGP2S，确定质子为实验核种，其采样谱宽为7700赫兹；D0SY实验使用4次静态扫描、16次采样以及2.8秒弛豫延迟，实际采样点数设为3052 ;梯度以36个步进从2%衰减到95%。形状梯度脉冲时间为1.0毫秒，涡流延迟时间为0.9毫秒，扩散梯度脉冲时间为1.2毫秒，扩散梯度持续时间24毫秒；样品温度设置为25°C;所得到的数据用谱仪操作软件TopSpin2.1中自带的DOSY处理软件进行处理，其结果如图5所示。
[0062]5.3分析结果
[0063]从图5(a)中可以看出，当样品中不含乙烯基聚硅氧烷时，混合物中三个组分的扩散系数几乎一样，也就说这三个组分没有被乙烯基聚硅氧烷所分离开；相反，当混合物中加入乙烯基聚硅氧烷时，乙烯基聚硅氧烷能够很好地识别混合物中三个组分，三个组分在扩散维上已实现基线分离(如图5(b)所示)。这说明基于乙烯基聚硅氧烷的DOSY技术能够很好地分离分析含有甲醇、乙醇和正丙醇的混合物。
【权利要求】
1.一种用于核磁共振波谱(NMR)的添加剂，其特征在于:添加剂为聚硅氧烷。
2.按权利要求1所述的用于核磁共振波谱(NMR)的添加剂，其特征在于:所述聚硅氧烷为聚二甲基硅氧烷、端氢基聚硅氧烷、氨基聚硅氧烷、氟烷基聚硅氧烷、羟丙基封端聚硅氧烷、端环氧基聚硅氧烷、苯基聚硅氧烷、氰丙基聚硅氧烷或乙烯基聚硅氧烷。
3.—种权利要求1所述的利用用于NMR的添加剂对混合物的分析方法，其特征在于:以聚硅氧烷作为添加剂，在液体NMR谱仪中，利用二维扩散排序谱技术(DOSY)对液体混合物中的组分进行分离分析，依据各个组分的扩散系数不同，将各个组分的NMR信号在扩散维进行基线分离，从而快速定性分析混合物中各个组分的分子结构。
4.按权利要求3所述的利用用于NMR的添加剂对混合物的分析方法，其特征在于:将聚硅氧烷直接加入到含有混合分析物核磁管中，充分混合，将所制备样品管放入强场为300兆赫兹以上的NMR谱仪中，用带有梯度(>50G/cm)的探头进行DOSY实验，用DOSY处理软件对采集的D0SY实验数据进行处理，得到二维D0SY谱图，并按照NMR信号特征对各个组分进行分子结构定性。
5.按权利要求3所述的利用用于核磁共振波谱的添加剂对混合物的分析方法，其特征在于:所述混合分析物为溶解于氘代试剂的结构相近的有机化合物。
【文档编号】G01N24/08GK104237282SQ201410499240
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】黄少华, 高峻, 李素英, 豆孝伟, 杨盈 申请人:中国科学院青岛生物能源与过程研究所