Spektro interpretavimo palaikymas: BMR, IR ir masės spektrometrija

Pelnas:

• Gebėjimas suprasti, ką rodo BMR, IR ir MS, ir naudoti dirbtinį intelektą kaip hipotezės tikrintuvą, remiantis numatoma struktūra
• Galimybė patikrinti užduočių nuoseklumą pateikiant išsamią informaciją, tokią kaip integravimas, padalijimas, sprendimas ir ppm slenkstis
• Gebėjimas suprasti, kad galutinė struktūros užduotis tenka chemikui, nagrinėjančiam eksperimentinį spektrą, ir kad kartu turi būti naudojami keli metodai.

Kai sintetinate junginį, tikrasis klausimas yra: "Ar aš tikrai gavau molekulę, kurios norėjau?" Į tai atsakoma spektroskopija. Trys pagrindiniai metodai: BMR (nuskaito branduolių magnetinę aplinką ir rodo atomų kaimynystę), IR (skaito jungčių vibraciją molekulėje ir parodo funkcines grupes) ir masės spektrometrija (MS) (rodo molekulės masę ir fragmentacijos modelį). AI yra galingas asistentas interpretuojant šiuos spektrus: sugrupuoja viršūnes, siūlo galimas užduotis, tikrina nuoseklumą. Tačiau galutinę struktūros užduotį atlieka chemikas, kuris mato ir vertina eksperimentinį spektrą. Šiame skyriuje mokysimės prižiūrimai naudoti AI interpretuojant spektrą.

Ką sako trys technikos

• 1H BMR: rodo vandenilio atomų skaičių, jų kaimynus (skilimo modelis) ir cheminę aplinką (poslinkio vertė, ppm). Pavyzdžiui, esant ~ 7 ppm signalai rodo aromatinius vandenilius, o esant ~ 2 ppm - singletinei acetilo grupei.
• 13C BMR: rodo anglies skeletą; karbonilo anglis atsiranda ~170-200 ppm.
• IR: rodo funkcines grupes; ~1700 cm⁻1 karbonilas (C=O), ~3300 cm⁻1 plačiajuostis O-H arba N-H.
• MS: Molekulinės jonų smailės (M⁺) suteikia molekulinę masę, fragmentacijos suteikia struktūros užuominų. Didelės skiriamosios gebos MS (HRMS) patvirtina molekulinę formulę.

AI gerai žino tipinius šių verčių diapazonus. Taigi "Kas galėtų būti 1710 cm⁻¹?" Tai patikimai atsako į klausimą. Tai silpna, kai reikia atlikti užduotis nematant smulkių faktinio eksperimentinio spektro detalių (persidengusių smailių, priemaišų signalų).

Užuomina: suteikite AI spektrą kartu kaip „neapdoroti duomenys + numatoma struktūra“ ir paklauskite „ar šie duomenys atitinka šią struktūrą? paklausti. Naudojant AI kaip hipotezės tikrintuvą, klausiama „koks junginys yra šis spektras? Tai daug patikimiau nei prašyti nuo nulio.

Žingsnis po žingsnio: spektro interpretacija naudojant AI

1. Pateikite numatomą struktūrą: nurodykite susintetinto junginio Šypsenos. Tegul dirbtinis intelektas pirmiausia pasako, ko tikėtis.
2. Eksportuoti neapdorotus duomenis: tvarkingai įveskite smailių sąrašus (BMR poslinkiai, integracijos, padalijimas; IR juostos; MS m/z reikšmės).
3. Užduokite nuoseklumo klausimą: "Ar šie duomenys atitinka numatomą struktūrą? Kuri smailė atitinka kurį atomą?"
4. Ieškokite spragų: "Ar yra pikas, kurio tikimasi, bet nematoma? Ar yra netikėta smailė (priemaiša)?"
5. Alternatyvus testas: jei yra neatitikimų, "kokia kita struktūra geriau paaiškina šiuos duomenis?"
6. Žmogaus sprendimas: galutinę užduotį patvirtinate išnagrinėję eksperimentinį spektrą.

Keturi kopijuojami šablonai

1) 1H BMR nuoseklumo patikrinimas:

Numatomas junginys: 4-metoksiacetofenonas (Šypsenos: COc1ccc(cc1)C(C)=O).1H BMR (CDCl3) smailių sąrašas: - 7,93 ppm (2H, d) - 6,93 ppm (2H, d) - 3,87 ppm (3H, 5h6) - ppm. s)Užduotis:1) Kiekviena smailė priskiriama vandenilio grupei ata.2) Ar bendras H skaičius ir integracija atitinka?3) Ar yra kokių nors trūkstamų / netikėtų smailių? Galutinis sprendimas priklauso nuo manęs; Pateikite savo nuoseklumo analizę.

2) IR funkcinė grupė:

IR (cm^-1) reikšmingos juostos: 1675, 1600, 1258, 2840. Tikimasi junginio sudėtyje yra aromatinio ketono ir metoksi grupės. Užduotis: Priskirkite kiekvieną juostą galimam ryšiui / grupei. Paaiškinkite, kodėl 1675 cm^-1, o ne 1715 (konjugacijos efektas?).

3) MS formulės patikrinimas:

[M+H]+ = 151,0754, išmatuota pagal HRMS. Numatomas junginys: 4-metoksiacetofenonas (C9H10O2). Užduotis: Apskaičiuokite teorinę [M+H]+ masę C9H10O2, raskite skirtumą ppm nuo išmatuoto, pakomentuokite, ar jis atitinka. Pastaba: taip pat patikrinsiu tikslias monoizotopines mases.

4) kelių technikų derinys:

Šie trys duomenys priklauso junginiui:- IR: plotis 3300 cm^-1, 1710 cm^-1.- 1H BMR: 12 ppm pločio 1H, 2,4 ppm 2H t, ...- MS: M+ = 88. Užduotis: Įvertinkite šiuos tris duomenis kartu ir pasiūlykite galimą struktūrą. Atskirai parašykite, kurią struktūrinę ypatybę patvirtina kiekvienas įrodymas. Išvardykite alternatyvias struktūras ir paaiškinkite, kodėl jas pašalinote.

Silpnas raginimas / Stiprus raginimas

Silpnas:

Kas tai yra NMR? Yra smailės ties 7,9 ir 3,9 ppm.

Nėra konteksto (tirpiklis, integracija, skilimas, numatoma struktūra). AI atsitiktinai numato junginį.

Stiprus:

Numatomas junginys: anizolio darinys. 1H BMR (CDC13): 7,93 (2H, d), 6,93 (2H, d), 3,87 (3H, s), 2,56 (3H, s). Užduotis: Patikrinkite smailių nuoseklumą su šia struktūra, išmeskite kiekvieną smailę, pasiūlykite alternatyvią struktūrą, jei yra neatitikimų.

Skirtumas: numatoma struktūra, visas smailių sąrašas (integracija + skilimas + tirpiklis) ir aiški nuoseklumo užduotis. AI dabar tikrina hipotezes, o ne prognozuoja.

Technikų palyginimas

techninis

Kas rodo

Ar AI palaikymas stiprus?

patikrinimo taškas

1H BMR

H numeris, kaimynystė, aplinka

Stiprus (paskyrimas, integracija)

Integracijos suma = molekulių skaičius H

13C BMR

anglies skeletas

Galingas (slydimo intervalai)

Anglies kiekis turi sutapti

IR

Funkcinės grupės

Stiprus (grupės užduotis)

Karbonilo, OH/NH juostos

MS/HRMS

Masė, formulė

Vidutinio stiprumo (formulės skaičiavimas)

Teorinė masė ppm

mini dėklai

1 atvejis – neužbaigtas piko fiksavimas. Studentas patikrino savo produkto 1H BMR naudodamas AI. YZ pastebėjo, kad OH smailės, kuri turėjo būti numatytoje struktūroje, sąraše nėra, ir pasakė, kad „tai gali būti keičiamas protonas arba produktas yra netinkamas“. Studentas atliko D2O purtymo testą, OH tikrai buvo, bet sutapo. AI įspėjimas apie „trūkstamą viršūnę“ sukėlė teisingą klausimą.

2 atvejis – neteisingas priskyrimo taisymas. YZ iš pradžių metilketonui priskyrė 2,1 ppm singletą; bet integracija buvo 2H, o ne 3H. Vartotojas tai pareiškė, AI atnaujino priskyrimą CH2 grupei. Pamoka: padarykite aiškią integraciją AI, kitaip ji suklys.

3 atvejis – HRMS ppm klaida. Tikėtasi junginio C10H12O2 ([M+H]+ teorinis 165,0910). Išmatuota 165,0912; Skirtumas 1,2 ppm yra priimtinas (<5 ppm). AI atliko šį skaičiavimą, tačiau vartotojas taip pat patikrino monoizotopines mases naudodamas nepriklausomą įrankį; vertės sutapo. Pamoka: atlikite MS formulės patvirtinimą su ppm slenksčiu, nesakykite „arti“ iš akies.

Dažnos klaidos

• Klausia nenurodant laukiamos struktūros. Privertus AI spėti nuo nulio, padidėja klaidų dažnis; Patikrinkite hipotezę.
• Integravimo/skilimo praleidimas. Be šios BMR informacijos priskyrimas yra nepatikimas.
• Pamiršus tirpiklio piką. Junginiui priskiriami tirpiklio signalai, tokie kaip CDCl3 ~7,26 ppm, DMSO ~2,50 ppm.
• Ignoruojant izotopų modelį MS. Junginiuose, kuriuose yra chloro/bromo, M+2 modelis suteikia informacijos apie struktūrą.
• Remdamiesi viena technika. Atsižvelgiant į BMR, IR ir MS kartu, yra daug patikimiau nei pasikliauti vienu iš jų atskirai.
• Patvirtinti eksperimentinį spektrą jo nematant. AI interpretuoja piko sąrašą; Reikia pažvelgti į tikrąjį spektrą, kad būtų galima rasti tokių detalių kaip persidengimas, priemaišos ir kt.

Dėmesio: vien todėl, kad AI sako „nuoseklus“ spektro interpretacijoje, dar nereiškia, kad struktūra yra visiškai teisinga; tai tiesiog reiškia "šie duomenys neatmeta šios struktūros". Norint atlikti tikslią užduotį, reikia kelių metodų ir žmogaus sprendimo.

Apibendrinant

• BMR rodo kaimynystę, IR rodo funkcinę grupę, MS rodo masę/formulę; Jie yra galingi, kai naudojami kartu.
• Naudokite AI kaip hipotezės tikrintuvą: pateikite numatomą struktūrą + neapdorotus duomenis ir paprašykite nuoseklumo.
• Įveskite išsamią informaciją, pvz., integravimą, padalijimą, tirpiklį ir ppm slenkstį.
• Atlikti HRMS formulės patvirtinimą su skaitine ppm riba; Nepaisykite MS izotopų modelio.
• Galutinę struktūros užduotį turi atlikti chemikas, nagrinėjantis eksperimentinį spektrą.

Taikymo užduotis

Gaukite faktinius junginio, kurį susintetinote (arba iš literatūros straipsnio), NMR, IR ir MS duomenis. Pirmiausia suteikite AI SMILES ir paklauskite „ko turėčiau tikėtis? “, tada pateikite neapdorotus duomenis ir patikrinkite, ar jie yra nuoseklūs. Pabandykite rasti vieną teisingą ir vieną neteisingą / neužbaigtą AI priskyrimą kiekvienoje technikoje. Apskaičiuokite HRMS teorinį ir išmatuotą masės skirtumą ppm. Išvadas surašykite į lentelę.

kontrolinis sąrašas

• [ ] Žinau, ką rodo BMR, IR ir MS.
• [ ] Pateikiu numatomą AI struktūrą ir patikrinu hipotezę.
• [ ] Visiškai įvedu integravimo, padalijimo, tirpiklio ir piko sąrašą.
• [ ] Padarau HRMS patvirtinimą skaitmeniniu su ppm slenksčiu.
• [ ] Keletą technikų vertinu kartu.
• [ ] Galutinę užduotį patvirtinu išnagrinėjęs eksperimentinį spektrą.