کدام حلال را می توان برای آنالیز NMR انتخاب کرد؟

در هر روش آنالیزی، یک حلال باید به گونه ای انتخاب شود که در مطالعه نمونه ایجاد مزاحمت نکند، به راحتی در دسترس باشد ، نمونه را کامل حل کند، بی اثر باشد و البته گران هم نباشد. البته هنوز هم می توانیم لیستی از نیازهای ایده آل برای یک حلال را داشته باشیم اما ممکن است به طور عملی همه آن ها حاصل نشوند. بنابراین ما باید یک حلال را انتخاب کنیم که با حداکثر معیارهای قابل توجه لازم برای یک حلال ایده آل مطابقت داشته باشد.

بنابراین ، کدام حلال را می توان برای NMR انتخاب کرد؟

قبل از هرچیز ، باید بدانیم که NMR  چگونه کار می کند تا بتوانیم حلال مناسب را انتخاب کنیم .

طیف سنجی NMR بر پایه این حقیقت که هسته اتم ها ویژگی های مغناطیسی دارند استواراست بنابراین همه هسته ها ممکن است در آنالیز NMR امکان استفاده نداشته باشند و تعداد کمی از هسته ها مانند 1H,13C یا 19F در NMR فعال باشند. اگر ما یک حلال را انتخاب کنیم که شامل هیچ یک از هسته های مشخص شده در بالا نباشد ، می توانیم هرگونه تداخل حلال را بر روی طیف NMR نمونه مورد بررسی از بین ببریم.

آبا حلال بدون پروتون حلال های مناسبی برای طیف سنجی  NMR می باشد؟

به عنوان مثال تتراکلرید کربن (CCl4) که فقط دارای اتم های کربن و کلر است، در اینجا گزینه مناسبی است، اما نکته قابل توجه آن است که یکی دیگر از ویژگی های مهم مورد نیاز حلال در NMR را از دست بدهیم.  تتراکلرید کربن یک حلال غیر قطبی است که می تواند با آنالیت های غیر قطبی استفاده شود اما برای نمونه های قطبی مناسب نیست. بنابراین باید به دنبال حلال قطبی باشیم. ام در حقیقت ما نمی توانیم هیچ حلال قطبی بدون هیدروژن (پروتون) پیدا کنیم زیرا هیدروژن بخشی از بیشتر حلال های قطبی است.

پس چاره کار چه می باشد؟!

حلال دوتره 

در اینجا گزینه دیگری مطرح است. همانطور که قبلاً بحث کردیم، طیف سنجی NMR برای هسته هایی که عدد کوانتومی اسپین آن ها برابر با 1/2 نیست غیرفعال است. این امر باعث ایجاد تفاوت در رفتار ایزوتوپ ها در NMR می شود. 

به عنوان مثال هیدروژن دارای عدد اسپینی 1/2 می باشد در حالیکه ایزوتوپ دوتریم (D) آن دارای عدد اسپینی 0 می باشد. بنابراین اگر هیدروژن را با دوتریم جایگزین کنیم ، می توانیم یک حلال قطبی مناسب و بدون مزاحمت بدست آوریم. به عبارت ساده تر این ترکیب دوتره در دستگاه طیف سنج NMR نامرئی است. تركيبات دوتره كاربردهاي زيادي براي تحقيقات پيشرفته دانشگاهي دارا مي باشند و برخي كاربردهاي ديگر نظير، رديابي مسير پيشرفت واكنش‌هاي پيچيده شيميايي، بهينه‌سازي خواص داروها، ساخت پليمرهاي بسيار پيشرفته تا فيبرهاي نوري  و.... را می توان نام برد.

در ادامه تعدادی از حلال های پرکاربرد در NMR  را مشاهده می نمایید:

آب سنگین یا دوتریوم اکساید 

کلروفرم (Chloroform-d) دوتره

کلروفرمی که به جای هیدروژن های آن اتم دوتریم (ايزوتوپ سنگين هيدروژن) جایگزین شده است يكي از پر استفاده ترين حلال هاي NMR  است که برای ترکیبات غیر قطبی مورد استفاده قرار می گیرد. به طور کلی به عنوان حلال خوب عمل می کند و طبیعتا از فرم نشان دار شده آن نیز می توان به عنوان حلال در NMR استفاده کرد.

دی متیل سولفوکساید دوتره (DMSO-D6)

دو ویژگی منحصر به فرد (DMSO)  یعنی قطبیت بالا و همچنین ثابت دی الکتریک بالا این ترکیب را به یک حلال عالی برای انواع ترکیبات آلی و معدنی تبدیل کرده است؛ همچنین DMSO به خاطر سمیت پایین و عدم آلایندگی زیست محیطی و بالا بودن نقطه اشتعال آن به عنوان یک حلال مطمئن و بی خطر در فرآیندهای سنتزی و عمومی کاربرد دارد. یک ویژگی خاصی که DMSO را از سایر حلال ها بارزتر نشان می دهد، خاصیت امتزاج پذیری آن با سایر حلال های آلی و معدنی است و همچنین حلالیت فوق العاده ای که با آب دارد. از DMSO به تناوب در استخراج بیوشیمیایی و بیولوژیکی سلولی استفاده شده است و بدلیل توانایی آن در حل کردن انواع ترکیبات، DMSO نقش مهمی را در طراحی داروها بر عهده دارد . با دوتره دار شدن DMSO خاصیت جدیدی در آن ظاهر می شود که به تبع آن خواص و کاربردهای ویژه ای را پیدا می کند که از آن می توان در سنتز و کاتالیست ترکیبات آلی مخصوصا در بحث شیمی دارویی استفاده کرد و همچنین در کاربردهای آنالیزی و شناسایی ایزوتوپی H / D برای پروژه های زمین شناسی و سد سازی کاربرد دارد. به خاطر توانایی DMSO در حل کردن محدوده وسیعی ازحل شونده ها و همچنین بخاطر طیف ساده خود و دمای جوش بالا به عنوان پرکاربردترین حلال آلی مخصوصا در بحث آناليز NMR است.

برای تولیدحلال های دوتره از واکنش ترکیبات آلی با آب سنگین در حضور کاتالیست مناسب استفاده می شود، گروههای متیل دی متیل سولفوکساید به خاطر توانایی در حفظ الکترون حد واسط تولیدی(کربو آنیون) باعث تسریع واکنش تبادلH/D  می شود.

آب سنگین یا D2O

ساده ترين و در دسترس ترين حلال قطبي آب است اما در تكنيك آناليز NMRبه دليل تداخل گروه هاي هيدروژن حلال در طيف نهايي نميتوان از اين ماده ارزشمند استفاده نمود براي حل اين مشكل بايد از آب سنگين استفاده كرد آب سنگين آبي است كه اتم هاي هيدروژن آن با اتم دوتريم جايگزين شده است. آب سنگین یک ایزوتوپ پایدار است لذا خواص آن در طول یک بازه زمانی از دست نمی رود با اين روش ميتوان آب سنگين را به عنوان حلال NMRاستفاده كرد چرا كه اين حلال در طيف سنج NMR نامرئي است.