¹⁵N-NMRによる含窒素有機化合物の構造解析

核磁気共鳴分析（NMR）は、有機化合物の構造解析に非常に有効な分析方法です。通常、¹H-NMR、¹³C-NMR及び各種二次元NMRのスペクトルを解析することにより、構造解析が行われます。しかし、これらの測定だけでは構造解析が困難な場合もあります。そのような場合、目的とする有機化合物に窒素が含まれていれば、窒素のNMR測定から、窒素を含む部分構造の推定を行うことができ、構造解析が可能となることがあります。例として、図1にニトロメタン、アセトニトリル、ジメチルアセトアミド及びエタノールアミンの¹⁵N-NMRスペクトルを示します。このように、窒素を含む部分構造によってケミカルシフトが異なるため、含窒素有機化合物の構造解析において、有益な情報を得ることが出来ます。

図1：各試料の¹⁵N-NMRスペクトル

¹⁵N−NMRを用いた構造解析の一例を以下に示します。¹H-NMR、¹³C-NMR及び各種二次元NMRによる構造解析によって、図2の構造のいずれかであることを推定出来たとします。このいずれかであることを判別する方法として、¹⁵N-NMRが有効となります。この化合物Aの¹⁵N-NMR測定結果を図1（最下段）に示します。その結果、この化合物Aのシグナルは、110ppm付近に検出され、エタノールアミン（10ppm）よりもジメチルアセトアミド（90ppm付近）に近いケミカルシフトであることが分かります。よって、この化合物A中の窒素を含む部分構造は、アミンではなくアミドである可能性が高いと推定され、この化合物Aの構造は、右記のアセトアミドエタノールと推定することが出来ます。

図2：化合物Aの候補構造

以上のように、NMRによる構造解析においては、¹H核及び¹³C核による構造解析だけではなく、場合によっては¹⁵N核の測定も有効であることがあります。ただし、¹⁵N核は感度が低いため、高濃度（数十％以上）に試料調製する必要があり、試料量として数百mg以上、かつ、重溶媒への溶解性が高いことが測定を行うための条件となります。