有機化合物中に含まれる微量未知成分の構造解析

概要

有機化合物中に含まれる未知成分の構造解析は、質量（MS）分析と核磁気共鳴法（NMR）による構造　解析が有効です。LC-TOF/MS（液体クロマトグラム-飛行時間型/質量分析計）及び大量分取HPLC-微量分析NMRを用いて、有機EL材料中のμgオーダーの微量未知成分を構造解析した分析例を示します。

分析内容

以下の手順で、有機EL材料に含まれる微量成分の構造解析を行いました。
1. LC-TOF/MSによる精密質量分析
2. 大量分取HPLCによる微量成分の分取
3. 微量分析NMR測定
4. NMRスペクトル解析

1. LC-TOF/MSによる精密質量分析

LC分析より、分析対象のピーク（約0.1ピーク面積％濃度）が14min付近に検出されました。TOF/MS分析で得られた精密質量より、この成分の分子量は588（分子式C₄₄H₃₂N₂）と確認されました。【図1, 2】

2. 大量分取HPLCによる微量成分の分取

分析対象（分子式C₄₄H₃₂N₂）の構造決定にはNMR分析が必要です。一般的なNMRはmgオーダー以上の試料量が必要ですが、微量分析NMRはμgオーダーの試料量で測定可能です。大量分取HPLCにより、NMR必要量（μgオーダー成分）を短時間で分取できました。【図3】

3. 微量分析NMR測定

微量分析NMRにより、大量分取HPLC分取物（μgオーダー成分）のNMR測定を行いました。【図4】
試料量2μgでH-NMR、50μgで2次元NMR（HSQC, HMBC）のスペクトルを短時間で取得できました。

装置仕様は以下資料をご参照ください
【技術資料】『微量分析NMR－μgオーダー成分の構造解析』

4. NMRスペクトル解析

大量分取HPLC分取物（μgオーダー成分）のH-NMRスペクトルを図5に示します。
H-NMRでは、ピーク位置から水素の化学結合、ピーク分裂から隣接する水素との関係、ピーク　　面積強度から水素数が解析できます。【表1】　
例えば、Ha（6.9ppm付近）は、ピーク位置より芳香族化合物であり、ピーク分裂が3本（トリプレット）のため隣接水素が2個存在すると考えられます。また、総ピーク面積強度を32（LC-TOF/MSより分子式C₄₄H₃₂N₂）としたときの面積強度比は2のため、水素数は2個と推定されました。

更に、2次元NMRを行うことで、水素－炭素の結合状態が解析可能です。
　・H-C HSQC NMR ； 直接結合した水素－炭素を交差ピークとして検出 (ex. C-H)
　・H-C HMBC NMR ； 離れた水素－炭素を交差ピークとして検出 (ex. CH-CH)
例として、大量分取HPLC分取物のH-C HSQC NMRスペクトルを図6に示します。前述したHa（6.9ppm付近）は、Ca（122ppm付近）との交差ピークが確認され、Ha-Caの直接結合が推定されました。H-NMRの結果と合わせ、Ha-Caの部分構造として図7が考えられました。

以後、H NMRと2次元NMRが整合するようにスペクトル解析を進めて、分析対象は有機EL材料の一つであるNPD(N,N -Di-1-naphthyl-N,N‘-diphenylbenzidine)と推定されました。【図8】

＜まとめ＞

LC-TOF/MS及び大量分取HPLC-微量分析NMRにより、有機EL材料中の微量成分はNPDと　　推定されました。タンデム質量分析（MS/MS分析）による部分構造の解析も可能であり、NMRスペクトルと組み合わせることで解析精度は更に向上します。
本手法は、有機化合物中に含まれるμgオーダーの微量未知成分の構造解析に有用な分析ツールです。