Sandaros patvirtinimas, grynumas ir sintezės kelio vertinimas

Medžiagos tyrimai atsako į kelis skirtingus klausimus

Po numatyto virsmo patikrinkite, ar medžiaga turi norimą formulę, atomų susijungimo tvarką ir konfigūraciją, o tada nustatykite, kiek yra tikslinės medžiagos. Šiems klausimams atsakyti reikia vienas kitą papildančių duomenų. Vienas patvirtinantis stebėjimas nebūtinai atsako į visus juos, o tikėtinas sintezės kelias savaime nenustato produkto tapatybės.

Infraraudonojo spektro požymiai gali padėti nustatyti funkcines grupes ir ryšių aplinką; palyginimas pagal spektro „pirštų atspaudų“ sritį gali suteikti papildomų duomenų. Masių spektras priklauso nuo jonų susidarymo, izotopinės sudėties ir fragmentacijos, todėl intensyviausias pikas nebūtinai atitinka molekulinį joną, o molekulinio jono gali ir nebūti. Formulė vienareikšmiškai nenustato atomų susijungimo tvarkos ar konfigūracijos. BMR aplinkos, koreliacijos ir tinkamai interpretuoti integralai suteikia kitokių sandaros apribojimų.

Stebėjimas gali padėti atsirinkti iš nurodytų kandidatų

Hipotetinėje užduotyje apsiribokite propanonu, prop-2-en-1-oliu ir etanoliu. Tarkite, kad patikimai nustatyta formulė C₃H₆O, yra karbonilo grupės požymis ir nėra hidroksilo grupės požymio. Iš šio rinkinio šiuos požymius atitinka propanonas. Prop-2-en-1-olio formulė tokia pati, tačiau jis turi OH ir C=C, o etanolio formulė kitokia.

Šie sąlygoje pateikti stebėjimai nėra išmatuoti spektrai. Vieno kandidato pasirinkimas iš riboto sąrašo nėra universalus visiškos tapatybės įrodymas. Tikruose mėginiuose tam, ką galima aptikti, įtakos turi signalų persidengimas, jautris, mišiniai, mainai ir priemaišos. Neaptikus vieno požymio, be tinkamo matavimo konteksto negalima to tiesiog laikyti įrodymu, kad jo tikrai nėra.

Santykiniai integralai gali pagrįsti struktūrą, bet ne grynumą

Tarkime, kad išgalvotame pavyzdyje dviejų atskirtų etanolio vandenilio atomų, susijungusių su anglimi, signalų plotai yra 45 ir 30. Jų santykis susiprastina iki 3:2, o tai tinkamomis integravimo sąlygomis atitinka CH₃ ir CH₂ grupių vandenilio atomų skaičių. Mainuose dalyvaujantis hidroksilo grupės vandenilio atomas į šią porą neįtrauktas.

Vien šis santykis neparodo etanolio kiekio pasvertoje medžiagoje. Kiekybiniam branduolių magnetinio rezonanso (BMR) metodui papildomai reikia tinkamų duomenų registravimo ir relaksacijos sąlygų, signalų parinkimo, bazinės linijos apdorojimo, kalibravimo ir kiekybinio etalono. Struktūrai nustatyti skirtas spektras savaime nėra grynumo tyrimas, o kartu su pasirinktu integralu turi būti nurodytas signalą sudarančių branduolių skaičius.

Kalibruotas integralų santykis gali parodyti masės dalį

Atskirame išgalvotame kiekybinio BMR su vidiniu standartu pavyzdyje tarkime, kad analitės ir standarto signalų integralai yra I_A=0.480 ir I_S=0.400, atitinkamai atspindintys dviejų ir keturių vandenilio branduolių indėlį. Naudokite sąlygoje pateiktas molines mases M_A=100 ir M_S=200 g mol⁻¹, pasvertos analitės turinčios medžiagos masę m_A=0.100 g, standarto medžiagos masę m_S=0.0500 g ir standarto masės dalį w_S=0.999.

Darant prielaidą, kad kiekybinio matavimo sąlygos yra tinkamos, w_A=(I_A/I_S)(4/2)(M_A/M_S)(m_S/m_A)w_S=0.5994. Tą patį galima apskaičiuoti ir kitaip: standarto medžiagos kiekis yra 0.0500× 0.999/200=0.00024975 mol; pataisytas signalų santykis duoda analitės ir standarto medžiagos kiekių santykį 2.40, taigi analitės medžiagos kiekis yra 0.0005994 mol, o analitės masė – 0.05994 g.

Šiame mokomajame pavyzdyje visų medžiagų tapatybės, signalų atskyrimas ir kiekybinio matavimo sąlygos yra duoti sąlygoje. Nepateikta jokios tikros pamatinės medžiagos, spektro ar matavimo neapibrėžties. Pateikiant tikrus masės dalies rezultatus, reikia metrologiškai atsekamo kalibravimo, nepriklausomo tapatybės nustatymo ir neapibrėžties įvertinimo.

Pasvertas produktų mišinys nėra vien tikslinis junginys

Kitame išgalvotame sintezės kelyje, kurio stechiometrinis santykis yra vienas su vienu, ribojančio reagento medžiagos kiekis yra 0.00100 mol, o tikslinio junginio molinė masė – 100 g mol⁻¹, todėl teorinė tikslinio junginio masė yra 0.100 g. Gauta 0.0800 g medžiagos masė reikštų 80.0% išeigą tik tuo atveju, jei visa ši medžiaga būtų tikslinis junginys. Tačiau pritaikius atskirai sąlygoje nurodytą tikslinio junginio masės dalį 0.900, gaunama 0.0720 g tikslinio junginio masė ir 72.0% tikslinio junginio molinė išeiga.

Šis pavyzdys yra atskiras nuo ankstesnio 59.94% kiekybinio BMR uždavinio. Tirpiklis, vanduo ir kiti komponentai gali prisidėti prie išskirtos medžiagos masės, o mėginių ėmimo ir išskyrimo nuostoliai turi įtakos išeigai. Nurodykite grynumo nustatymo metodą, pagrindą ir neapibrėžtį, užuot pateikę bendrąją masę kaip patikrintą tikslinio junginio kiekį. Atkuriamas apibūdinimas ir uždara medžiagų apskaita padeda įvertinti tikrąjį sintezės kelio rezultatą.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Ar intensyviausias masių spektro pikas automatiškai atitinka molekulinį joną?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Dėl jonizacijos ir fragmentacijos gali vyrauti fragmento jonas, o molekulinis jonas gali likti neaptiktas.

2. Ar vienas funkcinei grupei būdingas IR spektro požymis leidžia nustatyti visą atomų susijungimo tvarką ir grynumą?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Jis padeda apibrėžti vieną sandaros dalį; reikia ir kitų, jį papildančių duomenų.

3. Kodėl kiekybinio BMR integralus reikia pataisyti pagal kiekvienam signalui tenkantį branduolių skaičių?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Kad molekulių kiekiai būtų lyginami atsižvelgiant į kiekvienam signalui tenkantį branduolių skaičių.

   Neatlikus šios pataisos, skirtingą branduolių skaičių atitinkančių signalų negalima laikyti vienodą atsaką vienai molekulei duodančiais signalais.

4. Ar pirmosios hipotetinės kiekybinio BMR užduoties 59.94% masės dalį galima be paaiškinimo panaudoti atskirame išeigos skaičiavimo pavyzdyje, kuriame nurodyta tikslinio produkto masės dalis yra 90.0%?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Tai skirtingi hipotetiniai mėginiai su atskirai nurodytomis prielaidomis.

Ką verta įsidėmėti

• Atskirkite formulės, atomų jungimosi tvarkos, konfigūracijos ir grynumo klausimus.
• Naudokite vienas kitą papildančius medžiagos apibūdinimo duomenis.
• Nurodykite kandidatų rinkinį ir aptikimo prielaidas.
• Kalibruokite kiekybinius integralus pagal branduolių skaičių ir etaloną.
• Koreguokite išskirtos tikslinės medžiagos kiekį pagal nepriklausomai nustatytą masės dalį.