Vores gruppe bruger begge metoder meget, så her er nogle eksempler på, at du ud over NMR også vil bruge røntgen i organisk syntese.

Din forbindelse er ikke opløseligt nok:

Kollegaer producerer meget store aromatiske systemer til organisk elektronik, som dybest set er uopløselige i alle opløsningsmidler. Med en god NMR-maskine (600 MHz og derover) er det muligvis stadig nok til at få spektre, men fuld strukturopklaring kan være vanskelig. Da forbindelserne krystalliserer godt, er det ret nemt at få en røntgenstruktur.

Lavt antal kulstof og brint:

Jeg har producerede forbindelser med et C: H: N-forhold på 2: 3: 5. 1H er to singlets, 13C er to signaler. COZY, HSQC, HMBC, ... vil heller ikke fortælle dig meget, og det er meget lettere at bruge de pæne krystaller og få en struktur på den måde end at prøve nogle korrelerede NMR-eksperimenter inklusive nitrogen.

3D-orientering / stereokemi:

Forestil dig denne forbindelse, der ligner noget, vi producerede:

Da du har to kvaternære centre her, er det virkelig svært at fortælle konfigurationen på disse centre i forhold til hinanden ved hjælp af NMR. Der er ingen kobling til bestemmelse af stereokemi, og et NOE-eksperiment er ikke særlig afgørende her. Med røntgen er det ikke noget problem at finde ud af det.

Faktisk er disse problemer bestemt dem, vi bruger røntgen mest.

Absolut konfiguration:

Teoretisk er det også muligt at bestemme absolut konfiguration med enkeltkrystal røntgendiffraktion, mens det er ekstremt svært at gøre, hvis ikke umuligt, med NMR.

Oversigt:

Enkeltkrystal røntgendiffraktion giver dig konfigurationen af ​​dit molekyle, inklusive relativ konfiguration af stereocenter og muligvis endda absolut konfiguration, med det samme. Hvis du kun holder af konfiguration (og ikke adfærd i løsning), er røntgen bestemt overlegen i forhold til NMR, er der stort set ingen tvivl om, hvordan dit molekyle ser ud.

På den anden side har du brug for krystaller, og det er meget mere kompliceret at udføre end NMR, så dette forbliver bestemt nummer 1-metoden for syntetiske kemikere.

Kommer fra naturproduktkemi, er naturligvis strukturopklaring ved NMR den mest anvendte metode, især isoleret. NMR kræver kun et lille stof opløst i det deutererede opløsningsmiddel, du har på din hylde, og opsættes hurtigt. Den eneste ulempe er, at du i meget små mængder prøve blokerer den stærkeste NMR, som dit institut har i længere tid til at registrere alle de nødvendige eksperimenter. Røntgenstrukturer på den anden side kræver krystaller, og de, der isolerer naturlige produkter, vil ikke prøve og fejle for evigt og håbe på dem.

Den stærkeste ulempe ved NMR er, at der ikke er nogen direkte måde at bestemme på absolut stereokemi og kun et begrænset antal metoder til bestemmelse af relativ stereokemi. Mosher-estereksperimenter udføres ofte, men de spiser en ikke-ubetydelig mængde stof, der ellers kunne bruges til bioaktivitetstest osv. Hvis de naturlige produkter indeholder sidekæder med kulhydrat, finder du ud af hvilken man vil være uhyre vanskelig ved NMR alene.

På den (samlede) syntetiske side af naturprodukts kemi underkastes hvert mellemprodukt naturligvis en NMR-strukturanalyse. Dette er okay, fordi stereokemi typisk kun er bygget op i få trin med kendt stereokemisk resultat, og en optisk aktivitet ofte tages som en god nok indikator for, at chiraliteten viste sig som forventet. De fleste reaktioner berører ikke distale chirale centre, og hvis de gør det, når man frem til en blanding af diastereomerer, som let kan detekteres ved NMR. Så ved at tage denne rute kan man også til en vis grad bekræfte strukturen af ​​det syntetiserede naturlige produkt.

NMR er imidlertid ofte tvetydig og undertiden fejlbehæftet. I min tidligere gruppe og gennem hele litteraturen har jeg ofte været vidne til strukturkorrektioner efter total syntese. Måske gav den originale NMR-analyse af det naturlige produkt en forkert diastereomer, måske var enantiomeren forkert, og undertiden var ikke engang forbindelsen som foreslået. Således skal man altid tage foreslåede strukturer med et saltkorn, indtil strukturen er bevist.

Det eneste, der helt sikkert kan bevise en struktur, er en røntgenkrystalstruktur. Du får placeringen af ​​atomer og kan udlede forbindelsen. Der er ingen fejlmargen, hvis du udførte den korrekt. Mest bemærkelsesværdigt får du både den absolutte og relative stereokemi for alle stereocentre. Det eneste spørgsmål, der er tilbage, er, om et bestemt atom er kulstof, nitrogen eller ilt, men selv det kan raffineres godt nok. Endelig, hvis du har gode nok krystaller til at samle spredningen i meget store vinkler, kan du endda lokalisere hydrogenatomernes positioner.

Typisk er al strukturopklaring foreløbig, indtil der har været en krystalstruktur. Dette gælder både isolering og syntese.