Ligniini NMR. Otto Mankinen Molecular materials, NMR research group

Transkriptio

1 Ligniini NMR Otto Mankinen Molecular materials, NMR research group

2 1 H NMR Fenoliset OH voidaan havaita mittaamalla spektri ja lisäämällä D 2 O. Kahden spektrin erotuksena voidaan määritellä fenoliset OH. Vertailuarvona DMF-d1 metyyliprotonit ( ppm) Perustuu protonivaihtoon, joka on nopeaa D 2 O:n ja fenolisen hydroksyyliryhmän välillä. Aldehydin protoni ei vaihdu. Fenolisten OH tapauksessa havaittu signaalin huonoa laatua Indulin AT:ssa, mistä johtuen osuuksien arvo poikkeaa merkittävästi muihin menetelmiin verrattuna. [1] 13 C NMR Laajempi skaalaus (ppm) Spin-spin kytkentä ei häiritse, kun protonien vaikutus poissuljetaan säteilytyksellä. Alifaattiset/fenoliset -OH ja metoksi-ryhmät Sisäisten referenssien käyttäminen mahdollista (esim. C 9 ) luonnollisten ligniinien tapauksessa. Teollisten tai muunneltujen tapauksessa voidaan käyttää lisätävää referenssiä. [1] C. Cateto et al. J. Appl. Polym. Sci. 2008, 109, 3008

3 13 C NMR - liuottimet Näytteet yleensä liuotettu DMSO-d 6 :een. Referenssiliuottimien tulisi olla stabiileja ja inerttejä ligniinin funktionaalisten ryhmien kanssa. 1,3,5-trioksaani ja pentafluorobenzene Referenssiliuottimilla terävä piikki sellaisella alueella, jossa ei pitäisi olla kiinnostavia signaaleja. Ongelmana liuottimien pitkä relaksaatioaika, joka pidentää mittausaikaa useita kertaluokkia. (Kokeen toistoajan oltava ~5 kertaa suurempi kuin pisin pitkittäinen relaksaatioaika (T 1 )). Pitkää relaksaatioaikaa voidaan lyhentää lisäämällä näytteeseen pieni määrä paramagneettista ainetta ilman, että se vaikuttaa havaittavaan spektriin. Esim. kromi asetylasetonia Cr(acac) 3

4 13 C NMR - DEPT Mahdollisuus määrittää primääristen sekundääristen ja tertiääristen hiilien läsnäolo. Eri pulssin kääntökulmilla saadaan vaikutettua näiden hiiliryhmien vaiheeseen, jolloin ne voidaan tunnistaa spektristä. 135 CH ja CH 3 signaalit positiivisia. 90 CH signaalit näkyvät. 45 Kaikki signaalit positiivisia. Etuna DMSO signaalin vaimeneminen. Propyl benzoate Ylhäältä alas: 135, 90 and 45

5 pentafluorobenzene [2] Z. Xia et al., J. Agri. Food. Chem. 2001, 49, 3574

6 Inverse-gated decoupling Koe sisältää 1 H kytkennän irroittamisen havaitsemisen aikana. Tällöin poissuljetaan noeilmiö ja spektri voidaan integroida. Ilman ilmiön poissulkemista havaittavat signaalit eivät vastaa täysin oikeaa atomien lukumäärää. Ongelmana signaalien lomittuminen ja herkkyyden huonontuminen verrattuna DEPTkokeeseen.

7 13 C NMR asetylaatio Ligniiniin voidaan asetyloida, jolloin hydroksyyliryhmän vety korvataan asetyyliryhmällä. Tällöin havaittavassa hiilispektrissä nähdään karbonyyliryhmiä vastaavia signaaleja. Tästä voidaan määrittää primääristen alkoholien, sekundääristen ja fenolisten hydroksyylien osuudet. Esim: ligniinin käsittely kuivalla pyridiinillä ja etikkahapoanhydridillä (1:1 v/v). [4] J. Choi et al. J. Ind. Eng. Chem. 2011, 17, 25

8 [5] J. Wen et al. Holzforschung, 2013, 67, 613

9 HSQC Yleisin ja käyttökelpoisin 2D metodi Korrelaatio hiilen ja vedyn välillä yhden sidoksen kautta. Limittyneet hiilet voidaan erotella niihin sitoutuneiden protonien avulla, jolloin erottelukyky verrattuna 1D menetelmiin on paljon suurempi. Editoitu HSQC CH 2 signaalit negatiivisia ja CH/CH 3 signaalit positiivisia. Editoitu tarjoaa samaa informaatiota kuin DEPT-135 Columbia University, Department of Chemistry: Sakkaroosin HSQC spektri

10 HSQC [6] M. Sette et al., Comput. Struct. Biotechnol. J., 6,

11 31 P NMR Vaatii ligniinin käsittelyn fosforia sisältävällä reagenssilla. Menetelmä esitelty Hoareau et al. E. Polym. Degrad. Stab. 2004, 86, 567. Sisäisten referenssien lisäksi esim. kolesterolia voidaan käyttää referenssinä osuuksien määritykseen. Voidaan havaita karboksyyliryhmät, Alifaattiset OH Edellä mainitut voidaan myös havaita 1 H ja 13 C NMR:n avulla 2 chloro 1,3,2 dioxaphospholane (TMDP)

12