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저는 의약화학 실험실에서 신약개발을 위해 합성 연구를 하고 있습니다.
최근 이상한 현상을 발견했는데, 선배님들의 고견 부탁드립니다.
저희 화합물의 생성되면 고체로 떠 다녀서 걸러주면 거의 깨끗하게 적갈색 고체로 얻을 수 있습니다. 여액에도 원하는 화합물이 존재하므로 얻기 위해 농축하여 실리카겔 컬럼을 했습니다.
그런데 컬럼을 하면 보라색으로 화합물을 얻게 됩니다.
TLC로 co-spot 찍었을 때도 동일한 Rf 값을 가지고, 적갈색 고체도 실리카겔에서 보라색의 스팟으로 변해 있습니다. 두 개의 화합물을 가지고 proton NMR 을 찍으면 방향족 수소 피크가 완전히 겹치지는 않으나 찍었던 NMR 샘플을 섞어서 다시 proton NMR 을 찍으면 한 가지 물질의 피크로 보입니다...
적갈색이든 보라색이든 같은 구조의 물질로 보여지는데 신기하게도 적갈색 고체를 녹여서 실리카겔이나 핸드타올 (셀룰로오스?)에 닿게 하면 보라색이 되는데, 설명해 주실 수 있을까요?
도와주십시오.
- 유기합성
- 염료
각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
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답변
최규석님의 답변
2021-05-11- 5
결정화가 완전히 이루어진 경우에 생성물의 고체 색상과 용매에 녹여서 고체가 되는경우에 용매가 조금남아 있어서 결정에 사이즈가 작게 형성되는경우 색깔이 다르게 나타나는 경우가 있습니다.
저도 재결정해서 얻은 고체 색상과 컬럼해서 작게 만들어져서 색상이 다르게 나오는경우가 실제 있었습니다.(isomer 인경우에 TLC 차이가 생기는 경우가 있는데 그 경우는 아닌것 같아서...) 그냥 결정 사이즈에 따른 색상 차이로 보입니다
조윤환(brmdolee) 2021-05-11재결정이 아니더라도 고체 분말입자의 크기 차이만 있으면 색상이 다르게 보이기도 합니다. 예를 들어 노란색을 띠는 물질의 분말을 기계적으로 분쇄하거나 초임계유체 등을 이용해서 미세화 하면 횐색 분말이 되기도 합니다. 참고하세요
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양현모님의 답변
2021-05-11- 4
#proton NMR 을 찍으면 방향족 수소 피크가 완전히 겹치지는 않으나 --> NMR이 다르면 다른 물질 확률이 높습니다. 단 Atropisomer도 가능하니 두개라고는 장담은 못합니다. 이때는 온도 변화를 주면서 peak을 보시면 어떠실지요? 이동하는 peak이 있을 수도 있습니다.
#찍었던 NMR 샘플을 섞어서 다시 proton NMR 을 찍으면 한 가지 물질의 피크 --> 시간이 지나면 한개로 다시 돌아가는 것으로 보입니다. 이전 sample도 시간을 두고 다시 찍어보시면 어떨까요? 또는 찍은 sample을 각 농도 비로 섞으면 천천히 진행 될 수도 있을 것 같네요.
제 생각에는 실리카겔의 acidic 한 성질이 물질을 약간 변화시키지만 이녀석이 가역적이라서 다시 원래대로 돌아가는 형태가 아닐까 합니다. 만약 저라면
1. 시간을 두고 다시 찍어보면서 적걸색 고체의 NMR 변화 패턴을 보고
2. 온도 변화를 통해서 변화를 보고
3. acidic 한 NMR 용매를 한방을 정도 떨어뜨려서 (실리카겔 상태처럼) 변화를 보는 형태로 보면서 찾을 것 같습니다.
4. C13도 찍어보면 종합적으로 구조가 다른지 좀더 볼 수 있지 않을까 합니다. (된다면 H-C 2D도..)
물론 제 개인적인 생각이에요.
최지현(vashustanpid) 2021-05-11소중한 고견 감사드립니다.
언뜻 생각하면 angle 에 따라 수소의 전자 환경이 달라질 소지가 있긴 합니다..
제안해주신 시간, 온도에 따른 NMR 을 확인하는 방법이 가장 먼저 시도하기에 좋아 보입니다.
추출할 때 1N HCl을 넣어봤을 때는 색상의 변화가 없었습니다. 물론 가역적인 변화라면 색상 변화가 없을 수도 있겠지요..? 그런데 보라색이 주황색으로 변하는 경우는 아직 보지 못했네요.
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조윤환님의 답변
2021-05-11- 4
우선 본 답변은 단편적 정보를 바탕으로 하는 개인적 의견임을 밝힘니다.
전체적인 상황을 종합해서 판단할 때 두 가지 다른 색의 물질은 동일한 물질로 생각됩니다.
두 물질이 다른 색을 나타내거나 1H-NMR에서 약간의 차이가 나타나는 이유는 여러가지가 있을 수 있겠습니다. 서로 미량 불순물의 함량이 다를 수도 있고, 용매 함유량이 달라서 일수도 있겠습니다.
yymomo님의 말씀처럼 1H-NMR이 다르면 분명 다른 물질 입니다. 하지만 그 원인이 구조적 차이에서 오는 것인지, 아니면 용매를 포함하는 불순물 때문인지 명확하게 판단하기 어렵다고 생각합니다. 주피크들이 모두 일치하는데 작은 피크(불순물)들이 일부 일치하지 않는 경우라면 불순물이 원인일 가능성이 높습니다. 하지만 그렇지 않다면 서로 다른 물질일 가능성이 더 높은 것이죠.
실리카나 핸드타올과 접촉시 변색되는 현상도 정확히 어떤 현상인지 판단하기 어렵네요. 핸드타올도 실험실에서 사용하는 킴와이프를 말씀하시는 것이라면 부식포이기 때문에 셀룰로오스는 아닙니다.
1st crop이 적갈색이고, 여액을 컬럼해서 얻은 2nd crop이 보라색 이라면 서로 비슷한 붉은색 계열이고 seed77님의 말씀처럼 입자크기 차이가 원인일 수 있습니다.
간혹 온도, pH, 빛, 이온, 용매 같은 특정 화합물 때문에 색이 바뀌는 경우도 있는데 이런 현상을 chromism 이라고 하고 이런 특성을 가진 물질은 chemosensor로 사용하곤 합니다. pH지시약 같은 것이 대표적이죠.
실리카는 약산성을 띠기 때문에 산에 약한 물질은 컴럼을 통해 변질되기도 합니다. 경우에 따라선 농축할 때 가해지는 열 때문에 물질이 바뀌기도 합니다. 이런 경우엔 어느 단계에서 물질이 바뀌는지 확인을 해야 변화 원인을 특정할 수 있습니다.
두서 없이 생각나는데로 몇 자 적었습니다. 참고하시길.
최지현(vashustanpid) 2021-07-27조윤환 선생님 , 답변 감사드립니다. (chroism을 알아갑니다..)
핸드타올은 화장실 등에 비치된 일반적으로 사용하는 휴지입니다. 킴와이프스에는 확인을 안 해 본 것 같습니다.
여액을 농축했을 때는 붉은 색 계열이기 때문에 열에 의해 변하는 것 같지는 않습니다.
이 crude를 용매에 녹여 컬럼에 로딩한 다음 내려오는 밴드를 봤을 때 보라색이 되어 있습니다.
보라색 용출액이 붉은 고체와 동일한 Rf임을 확인하였고요.
그래서 실리카겔이 색 변화에 기여한 것은 확실하다고 생각하고 있네요. -
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장세호님의 답변
2021-05-12- 1
윗분들 의견처럼 1H NMR의 일부분이 일치하지 않는 이유는 여러가지가 있습니다.
약간의 shift 차이는 같은 물질을 계속 반복적으로 찍었을 때도 종종 발생하기도 합니다.
다만 이경우처럼 단순 shift 차이로 볼 정도로의 ppm 차이인지, NMR이나 TLC rf에 영향을 주지 않는 다른 불순물의 함유로 인한 문제인지는 정확한 판단이 어렵네요.
여액을 농축해서 정제 했다면 다른 불순물이 섞여서 색이 달라 보일 수도 있습니다.
Silica나 MC 같은 약간의 산성에 의한 pH 때문인가 싶었으나 답글을 보니 그런것도 아닌거 같네요.
발색능이 강한 미량의 물질이 함유된게 아닌가 조심스레 생각해봅니다.
고체화(Precipitation) 방법으로 고체화합물을 얻었을 때 보라색을 띄는 물질이 100% 제거됐는지 미미하게 섞여 있는지 모르겠는데, 아주 조금 섞여 있다면 보라색이 아닌 적갈색을 띄지만 농축된 여액에는 양이 상대적으로 많아지기 때문에 보라색으로 보일 수 도 있을거 같습니다.
또한 여액을 농축하면 성분 비율이 달라지기 때문에 형상이나 색깔이 달라지고 고체화조건도 달라지기도 합니다.
어떤 물질이 색깔을 달리 보이게 하는지 알 수 없는 거 같은데 윗분들 의견을 참고해 보시고 정제로도 제거가 어렵다면 활성탄을 사용해 보는 것은 어떨까요? 제약회사에서도 색깔을 제거하기 위해 많이 사용하는 것으로 알고 있는데 단점은 화합물의 loss가 있고 경우에 따라 사용 후 기자재에서 활성탄 제거가 까다로울수도 있습니다.
여액에서 완벽하게 회수해야만 하는 경우가 아니라면, 얻어진 고체화합물 대비 여액에 있는 화합물의 양이 적어(1~5%) 전체 합성단가에 미치는 영향이 미미하다면 과감하게 버리는 방법도 정신건강에 좋을 수 있습니다. ^^;
최지현(vashustanpid) 2021-07-27장세호 선생님, 답변 감사드립니다.
생각해보니 반응을 HCl에서 돌리는 것이라 pH는 아닌 것 같습니다.
미량의 발색능이 강한 불순물일 가능성이 의심되네요. 활성탄으로 시도해 보고 답을 달겠습니다.
선생님, 고견 감사드립니다.
적갈색 고체를 얻은 방법이 재결정은 아니고 용해도 차이에 의해 원하는 물질은 덜 녹이고 불순물을 더 잘 녹여서 여액으로 내려줘 깨끗한 고체를 얻는 방법이었는데요. 고체 표면이 어떤지 분석은 안 해 봤지만 육안으로는 고운 파우더입니다. (이런 가루가 amorphorous 한 것인가요?)
재결정으로 얻지 않았을 때도 색상 차이가 나온 경험이 있으신지 궁금합니다.