Thermo Scientific picoSpin 45 Nuclear Magnetic Resonance Aldol Condensation Reaction

Význam tématu

Spektrální analýza pomocí jaderné magnetické rezonance (NMR) je klíčovou dovedností pro studenty organické chemie. Umožňuje studium struktury a čistoty sloučenin, sledování průběhu reakcí a rozvíjí praktické laboratorní schopnosti.

Cíle a přehled studie / článku

Studie demonstruje využití benchtop NMR spektrometru Thermo Scientific picoSpin 45 v rámci výuky aldolové kondenzace. Hlavními cíli jsou:

• poskytnout studentům přímý přístup k moderním NMR měřením,
• ukázat snadnou obsluhu přístroje bez nutnosti vysokofrekvenčních NMR laboratoří,
• integrovat NMR do výukového kurikula s minimálními náklady a prostorovými nároky.

Použitá metodika a instrumentace

Pro analýzu reakcí bylo použito spektrum 1H NMR na přístroji picoSpin 45 s kapilární cartridge, která umožňuje rychlé plnění a výměnu vzorků během laboratorní výuky. Reakční soupravou byla aldolová kondenzace:

• self-kondenzace acetaldehydu,
• crossed aldol mezi benzaldehydem a acetofenonem.

Spektra byla získána při 90° pulzu, době akvizice 750 ms a odpočinku 10–20 s, průměr 9–64 skenů v závislosti na vzorku.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza 1H NMR spekter substituovaných benzaldehydů a acetofenonů potvrdila:

• jednoznačné umístění aldehydových protonů jako singletů kolem 9,9–10,1 ppm,
• posun metoxyskupiny na ~3,79 ppm deshieldováním kyslíkem,
• charakteristické rozdvojování aromatických protonů (doublet of doublets) v závislosti na poloze substituentů,
• komplexní překrývání signálů u acetofenonu a jeho zjednodušení para-substitucí,
• u trans-chalconu identifikaci vinilových protonů v oblasti 7,5–7,8 ppm s vlivem rozpuštědla na chemické posuny.

Studijní příklady ukázaly vliv elektronových a sterických efektů substituentů na posuny a štěpení signálů.

Přínosy a praktické využití metody

Benchtop NMR ve výuce nabízí:

• rychlé a opakovatelné měření čistoty a poměrů reaktantů i produktů,
• praktické sledování průběhu reakce ve více krocích během jediné laboratorní hodiny,
• rozvoj schopností interpretovat spektra a kvantifikovat integrace,
• snadné začlenění do stávajících kurzů bez potřeby drahého vysokofrekvenčního vybavení.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozšíření benchtop NMR v oblasti:

• automatizované kvantitativní analýzy a reálného času sledování kinetiky,
• vzdáleného provozu a digitálních výukových platforem,
• integrace se strojovým učením pro automatickou interpretaci spekter,
• potenciálu v zelené analýze díky minimalizaci spotřeby rozpouštědel.

Závěr

Použití picoSpin 45 ve výuce aldolové kondenzace představuje efektivní a cenově dostupné řešení pro zapojení studentů do reálné NMR analýzy. Přístroj poskytuje dostatečné spektrální rozlišení a jednoduché ovládání vhodné pro univerzitní laboratoře.

Reference

• University of Colorado at Boulder Organic Chemistry Undergraduate Laboratory.
• Galleros D. R., „Solvent-Free Synthesis,“ J. Chem. Ed., 2004, 81, 1345–1347.
• Hull L. A., „The Dibenzalacetoine Reaction Revisited,“ J. Chem. Ed., 2001, 78, 226–227.
• Wikipedia: Aldol reaction, dostupné online.
• SDBSWeb: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 2010.
• Lien J.-C., Chen S.-C., Huang L.-J., Kuo S.-C., „Solvent Effect of Dimethyl Sulfoxide on the Chemical Shifts of Phenyl Vinyl Ketones,“ J. Chinese Chem. Soc., 2004, 51, 847–852.