揭示分子间氢键在结构相似化合物分离纯化中的重要作用

曾经被认为是废物的煤焦油已经成为一个巨大的宝库，因为可以从中分离出数百种化合物。大多数这些化合物往往是芳烃、多环芳烃和杂环化合物。

咔唑和蒽是煤焦油中含有的两种芳香烃成分，是合成各种咔唑衍生物和蒽醌类化合物必不可少的有机中间体。咔唑和蒽的有效分离利用了它们在溶剂中的不同溶解度。在这个过程中，溶剂筛选和性能优化必不可少，其优化主要遵循试错原则。因此，有必要使用通用的检测技术在分子水平上理解这种分离过程。

由于咔唑在DMF中的高溶解度，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)已被开发为分离咔唑和蒽的有效溶剂;此外，研究人员发现咔唑和蒽的分离可能得益于咔唑和DMF之间的分子间氢键。然而，没有关于咔唑/蒽与能够形成氢键的溶剂之间的相互作用机制的详细研究。重要的是使用一种通用的检测技术来分析氢键相互作用，从而在分子水平上通过氢键解释咔唑/蒽和DMF之间的相互作用机制。

近日，中国科学院煤炭化学研究所煤炭转化国家重点实验室教授乔岩课题组利用多种先进的液态核磁共振技术研究了DMF与咔唑/蒽的分子间相互作用机理。他们观察到咔唑的NH化学位移在1HNMR滴定和VT-NMR实验中发生显着变化，表明咔唑和DMF之间存在很强的分子间氢键，这进一步得到了咔唑分子自扩散系数(D)降低的支持和DMF根据扩散有序光谱(DOSY)测量。

此外，核奥弗豪瑟效应光谱(NOESY)实验表明，DMF的醛氢与咔唑的NH之间的距离小于5Å。据此，提出了咔唑和DMF之间以C=O···HN形式存在的分子间氢键。

“溶剂筛选仍然缺乏理论指导，大多数工作都是基于‘相似溶解’，缺乏直接的光谱证据，”乔说，“我们的研究有助于研究人员了解咔唑/蒽与DMF在此过程中的相互作用机制从分子乃至原子水平上，也将引导替代溶剂介质的进一步拓展和分离工艺的优化，对煤焦油分离行业的发展起到重要的推动作用。”