做化学研究始终有两个关键问题必须要面对，那就是定性和定量。再直白地说就是“什么结构”和“含量多少”。定量氢谱作为一种特殊的NMR氢谱实验，可以在一定程度上同时解决上述两个问题。定量氢谱的测试序列与普通氢谱不同，相应的测试时间也更长（同一个样品普通氢谱仅需两分钟，定量氢谱则要10-20分钟左右），最重要的是定量氢谱需要已知结构和浓度的内标物。 相信有不少同学也都在做NMR时加过内标物，各位一般都怎么操作？最常见的方法就是精确称量内标物溶解到一定体积的氘代试剂中，再用这个氘代溶液去溶解待测样品。这里有个关键问题——内标物的选择，它本身要在氘代试剂中有很好的溶解度，还不能和待测物反应，最好也不要改变待测物在氘代试剂中的溶解度，其NMR信号不要与待测物信号大量重叠……这一大串要求，就在很大程度上限制了定量氢谱的应用。 内标添加法的定量氢谱操作流程示意图。图片来源：J. Org. Chem. 上述方法有个不足之处在于样品的回收。如果样品量少，测完NMR还要回收，那么就要做一次分离纯化除去内标物。为克服这个不足，还有一种方法就是用同轴核磁套管，两根核磁管一粗一细可以嵌套在一起，内标物溶液和待测物溶液完全被隔开。但这需要特制的核磁管。其应用受限的原因相信各位都懂的。 图片来自网络 前不久，拉脱维亚有机合成研究所的Janis Veliks等人在J. Org. Chem. 发表论文，提出了一个巧妙的方法，直接用CDCl3中的氯仿残留信号为内标来做定量氢谱，可以快速简便地得到样品的结构信息和浓度信息。 对于绝大多数有机合成人员来说，CDCl3这个试剂肯定是再熟悉不过了。谁还不用这个试剂做个核磁啊。可能在大家用它做氢谱的第一天就被告知，化学位移7.26 ppm的那个单峰是CDCl3中的氯仿残留信号。这个信号对大多数人来说除了校正一下图谱化学位移可能就毫无用处了。而Janis Veliks等人发表的这篇文章，直接将溶剂残留“变废为宝”啦。 这篇文章的思路非常简单，如果想用氯仿残留信号做内标那就需要知道它的浓度。这里作者同样用定量氢谱完成了CDCl3中残留氯仿的浓度测定。这就需要用另一个化合物做内标啦。他们选用了化合物TMB。作者认为，这一大瓶CDCl3中的残留氯仿浓度被测定后，再用这瓶CDCl3溶样就能直接做定量氢谱啦。那这瓶CDCl3放久了会不会影响定量结果呢？作者考察了放置一个月后的残留氯仿浓度，测出的浓度变化范围跟定量氢谱实验的误差范围相差无几。因此，作者认为一瓶放置一个月以内的CDCl3其氯仿浓度相对稳定，一个月测一次就足够啦。 图片来源：J. Org. Chem. 搞清楚CDCl3中的残留氯仿浓度后就可以制样进行定量氢谱实验。为了保证定量结果尽量准确，作者推荐用称重的方法去定量CDCl3，剩下做谱的工作就交给NMR测试人员吧。 图片来源：J. Org. Chem. 应用这个技术，作者对多个化合物进行了定量分析，并且比较了用CDCl3中氯仿做内标和直接用TMB做内标得到的结果差异。 图片来源：J. Org. Chem. 作者进一步将这个技术用于了反应条件的优化筛选，并且证明其实用性。 图片来源：J. Org. Chem. 本君强烈推荐对此技术感兴趣的同学阅读原文，里面有详细的操作注意事项。更为重要的，是一些作者摸索的用该方法做定量氢谱的核磁参数设置。本君觉得这篇文章最精妙的思路莫过于定量溶剂残留做内标物——搞清楚氯仿的浓度了，那每瓶CDCl3岂不是自带内标。沿着人家的思路有的同学也许会说，测氯仿浓度不一定也要用定量氢谱吧，用气相不也照样解决。没错，就看哪个仪器用着方便了。至于其他氘代试剂的溶剂残留能不能做内标，有兴趣的同学不妨也试一试。希望这个巧妙的想法能提高大家的工作效率。
Residual Solvent Signal of CDCl3 as a qNMR Internal Standard for Application in Organic Chemistry Laboratory Ruslan Muhamadejev, Renate Melngaile, Paula Paegle, Ieva Zibarte, Marina Petrova, Kristaps Jaudzems, Janis Veliks* J. Org. Chem., 2021, 86, 3890–3896, DOI: 10.1021/acs.joc.0c02744
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