核磁共振（NMR）实验时，我们常常把注意力集中在样品分子本身，却忽略了一位至关重要的“隐形向导”——氘代试剂。它不仅溶解我们的样品，更肩负着提供锁场信号和作为内标的重任。选错溶剂，轻则图谱信噪比差，重则导致谱图无法解析，甚至得出错误结论。
这篇教学贴将带你从零开始，彻底搞懂如何为你的实验选择最合适的氘代试剂。
一、 为什么必须用氘代试剂？
- 锁场
- 氘（²H）原子核有核磁活性，但其共振频率与 ¹H 和 ¹³C 完全不同。仪器可以识别氘信号并利用它来实时校正和稳定磁场，这个过程就是“锁场”。没有锁场，磁场会在采集过程中漂移，具体表现是原本尖锐的信号会在一个区域内重叠，得到的谱图又宽又丑。这一现象在需要长时间扫描的核磁实验比如碳谱中尤其显著。
- 匀场
- 核磁对磁场均匀度有极高要求。为了实现这个目标，除了磁体本身“底子”要好之外，低温匀场和室温匀场电流产生补偿磁场也起了关键作用。而匀场所依赖的“眼睛”就是氘代溶剂中的氘信号。
- 氘代率与内标
- 商业氘代试剂的氘代率通常不是100%（例如99.8%）。那未被氘代的少量质子就会在谱图中留下一个信号，这就是残留溶剂峰。经常做液体核磁的同学都知道，即使氘代率达到99.8%的氘代试剂，所残留的溶剂峰有时候都和样品的目标峰在同一个强度级别；那假如溶剂没有被氘代，那样品峰基本就会淹没在溶剂信号的“汪洋大海”之中了，对目标化合物的识别和解析产生非常大的干扰!
- 这个残留峰还有一个非常重要的用途：作为化学位移的内标。我们报告的所有化学位移（如 δ 7.26 ppm for CDCl₃）都是相对于这个内标峰来确定的。
二、 选择氘代试剂的“黄金法则”
核心原则：相似相溶原理。
你的样品必须能充分溶解在所选溶剂中。溶解度不足会导致信号弱、信噪比差，甚至根本测不出。这是所有选择的基石。
三、 选择时的关键考量因素
在选择时，请依次思考以下四个问题：
1. 溶解度（首要问题）
- 低极性有机物（如烷烃、芳香烃）：
- CDCl₃（氘代氯仿）：它能溶解绝大多数中低极性的有机化合物，价格相对便宜，是实验室的“万金油”。
- C₆D₆（氘代苯） ：它们对非极性分子溶解性好。此外，由于苯环的磁各向异性，它能够引起溶质分子的信号发生显著的位移，有些时候对于一些在其他溶剂中重叠信号的识别有特效。
- 极性大、水溶性强的化合物（如糖、氨基酸、无机盐）：
- D₂O（重水）：首选。注意，活泼氢（如-OH, -NH₂）会与D₂O发生交换，其信号会减弱或消失。
- 化合物溶解性不明时
- DMSO-d6（氘代二甲亚砜）：溶解能力极强，号称“万能溶剂”。能溶解很多CDCl₃和D₂O难溶的物质。但它粘度大，可能导致峰变宽，且沸点高不易回收样品。
2. 化学惰性
- 确保你的样品不会与溶剂发生反应。
- 特别注意：
- CDCl₃：久置会分解产生少量DCl（氘代盐酸），呈酸性。对于对酸敏感的物质，使用前需用碳酸钾干燥。
- D₂O：和活泼氢会发生氢氘交换，从而使结构中的活泼氢不可见。
- 丙酮-d6：具有羰基，可能会与某些亲核试剂反应。
3. 溶剂峰的干扰
- 每种氘代溶剂都有其残留质子峰，它们会出现在谱图的特定位置。你需要确保这些溶剂峰不会与你样品的关键信号峰重叠。
- 常见溶剂峰化学位移（¹H NMR，以TMS为0 ppm）:
- CDCl₃: ~7.26 ppm (单峰)
- DMSO-d6: ~2.50 ppm (五重峰)
- 丙酮-d6: ~2.05 ppm (五重峰)
- D₂O: ~4.79 ppm (单峰，受温度和pH影响)
- 甲醇-d4: ~3.31 ppm (五重峰) 和 ~4.87 ppm (单峰，OH可交换)
- 乙腈-d3: ~1.94 ppm (五重峰)
- 苯-d6: ~7.16 ppm (单峰)
4. 特殊需求
- 低温实验：需要低凝固点的溶剂，如 甲醇-d4/氘代DMF混合物 或 氘代丙酮。
- 氢键研究：选择非极性溶剂如 CDCl₃ 或 C₆D₆，因为它们对样品的氢键干扰最小。
- 粘度：高粘度溶剂（如DMSO-d6）会导致谱线增宽，降低分辨率。在可能的情况下，优先选择低粘度溶剂（如CDCl₃, 丙酮-d6）。
四、 实战选择指南（流程图）
这是一个简化的决策流程：
开始
↓
我的样品是什么极性？
↓
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弱极性/中极性 中/强极性，含N杂环 强极性/水溶性
(大部分有机分子) (多羟基化合物、某些药物分子) (糖、氨基酸、盐)
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↓ ↓ ↓
首选: CDCl₃ 首选: DMSO-d6 首选: D₂O
价格便宜，通用 溶解力超强 天然溶剂
↓ ↓ ↓
如果溶解度不好 如果太粘或想避开 如果需要看活泼氢
考虑: 氘代DMSO，氘苯，丙酮-d6 溶剂峰重叠 考虑: DMSO-d6
考虑: CDCl₃，氘代甲醇
↓
检查溶剂峰是否干扰我的样品关键信号峰？
↓
检查我的样品是否与溶剂发生化学反应？
↓
确定最终选择！
五、 实用小贴士与常见陷阱
- 水的干扰：
- 氘代DMSO溶剂容易吸水，如果是大瓶装，要及时密封保存。
- 酸的干扰：
- 氘代氯仿久置会产生氘代盐酸，一些对酸敏感样品要特别留意用新鲜氘氯。
- “三芳烃”现象：
- 当使用氘代苯（C₆D₆）时，如果样品分子含有极性官能团，苯分子可能会与样品发生微弱的方向性相互作用，导致同一样品分子中不同位置的质子化学位移发生显著变化。这有时可以用来解析拥挤的谱图。
- 样品浓度：
- 浓度太低，信噪比差；浓度太高，可能导致分子间聚集或粘度增加，使峰形变差。通常 5-20 mg/mL 是常见的浓度配置选择。
- 氘代试剂的节约使用：
- 在选择氘代试剂之前，建议阅读文献了解化合物的溶解性质。如果样品比较多，可以先在非氘代溶剂中测试溶解度，而避免用昂贵的氘代试剂来“试”溶解。核磁管通常只需要约 0.6 mL 的溶剂。
总结
选择氘代试剂不是一个随意的决定，而是一个基于溶解度、化学相容性和谱图解析需求的战略性选择。
- 新手入门套装：CDCl₃, DMSO-d6, D₂O。这三瓶试剂可以解决你90%的问题。
- 进阶探索：根据具体样品特性，尝试 丙酮-d6, 甲醇-d4, 乙腈-d3, 苯-d6 等，可能会得到更符合你化合物的谱图。
一张高质量的核磁谱图始于一个正确的溶剂选择。希望这篇指南能成为你在实验室里的得力助手。