19.3: Поділ або роздільна здатність енантіомерів
- Page ID
- 106082
Оскільки фізичні властивості енантіомерів ідентичні, їх рідко можна розділити простими фізичними методами, такими як фракційна кристалізація або дистиляція. Тільки під впливом іншого хірального речовини енантіомери поводяться по-різному, і практично всі методи дозволу енантіомерів засновані на цьому факті. Ми включаємо сюди обговорення основних методів вирішення.
Хіральні аміни як розсмоктуючі агенти. Роздільна здатність рацемічних кислот
Найбільш часто використовувана процедура поділу енантіомерів полягає в перетворенні їх в суміш діастереомерів, які матимуть різні фізичні властивості: температуру плавлення, температуру кипіння, розчинність і так далі (розділ 5-5). Наприклад, якщо у вас є рацемічна або\(D\)\(L\) суміш енантіомерів кислоти і перетворити це на сіль з хіральною основою, що має\(D\) конфігурацію, сіль буде сумішшю двох діастереомерів, (\(D\)кислотна\(\cdot\)\(D\) основа) і (\(L\)кислота \(\cdot\)\(D\)база). Ці діастереомерні солі не ідентичні і вони не є дзеркальними відображеннями. Тому вони будуть в деякій мірі відрізнятися своїми фізичними властивостями, і може бути можливим поділ фізичними методами, такими як кристалізація. Якщо діастереомерні солі можуть бути повністю відокремлені, кислота, регенерується з кожної солі, буде або виключно,\(D\) або\(L\) енантіомером:
Дозвіл хіральних кислот за рахунок утворення діастереомерних солей вимагає адекватних запасів відповідних хіральних підстав. Бруцин, стрихнін та хінін часто використовуються для цієї мети, оскільки вони легко доступні, природно зустрічаються хіральні основи. Також можна використовувати більш прості аміни синтетичного походження, такі як 2-аміно-1-бутанол, амфетамін та 1-фенілетанамін, але спочатку вони повинні бути вирішені самі.
Дозвіл рацемічних основ
Хіральні кислоти, такі як\(\left( + \right)\) -винна кислота,\(\left( - \right)\) -яблучна кислота,\(\left( - \right)\) -мигдальна кислота, і\(\left( + \right)\) -камфор-10-сульфонова кислота, використовуються для дозволу рацемічної основи.
Принцип такий же, як і для дозволу рацеміновой кислоти з хіральною основою, причому вибір кислоти буде залежати як від легкості відділення діастереомерних солей, так і, звичайно ж, від доступності кислоти для шкали задіяного дозволу. Методи дозволу такого роду можуть бути стомлюючими, оскільки численні перекристалізації в різних розчинниках можуть знадобитися для поступового збагачення кристалів у менш розчинному діастереомері. Щоб визначити, коли роздільна здатність завершена, суміш діастереомерів перекристалізується до подальшої зміни вимірюваного оптичного обертання кристалів. На цьому етапі можна сподіватися, що кристалічна сіль є чистим діастереомером, з якого можна витягти один чистий енантіомер. Оптичне обертання цього енантіомера буде максимальним значенням, якщо воно «оптично» чисте, оскільки будь-яка кількість іншого енантіомера може лише зменшити величину вимірюваного обертання\(\alpha\).
Роздільна здатність рацемічних спиртів
Для розчинення рацемічного спирту можна використовувати хіральну кислоту для перетворення спирту в суміш діастереомерних ефірів. Це не так взагалі корисно, як можна подумати, оскільки ефіри, як правило, є рідинами, якщо вони не є дуже високомолекулярними сполуками. Якщо діастереомерні ефіри не є кристалічними, вони повинні бути розділені іншим способом, ніж фракційна кристалізація (наприклад, методами хроматографії, розділ 9-2). Дві хіральні кислоти, які є корисними розчинниками для спиртів, є:
Найпоширенішим методом розчинення спирту є перетворення його в напів-ефір дикарбонової кислоти, наприклад бутандіової (бурштинової) або 1,2-бензолдикарбонової (фталевої) кислоти, з відповідним ангідридом. Отриманий напівефір має вільну карбоксильну функцію і потім може бути розчинний з хіральною основою, як правило, бруцином:
Інші способи вирішення
Однією з основних цілей у галузі органічної хімії є розробка реагентів з властивістю «хірального розпізнавання» таким чином, що вони можуть впливати на чисте поділ енантіомерів за одну операцію, не руйнуючи жодного з енантіомерів. Ми ще не досягли цього ідеалу, але це може бути не далеко в майбутньому. Хроматографічні методи (розділ 9-2), за допомогою яких стаціонарна фаза є хіральним реагентом, який адсорбує один енантіомер сильніше, ніж інший, були використані для розчинення рацемічних сполук, але такі дозволи рідко призвели до того, що обидва чисті енантіомери в препаративному масштабі.
Інші методи, звані кінетичними дозволами, відмінні, коли вони застосовні. Процедура використовує відмінності в швидкості реакції енантіомерів з хіральними реагентами. Один енантіомер може реагувати швидше, тим самим залишаючи надлишок іншого енантіомеру позаду. Наприклад, рацемічна винна кислота може бути вирішена за допомогою певних пеніцилінових форм, які споживають декстроротаторний енантіомер швидше, ніж леворотаторний енантіомер. В результаті з суміші можна витягти майже чисту\(\left( - \right)\) винну кислоту:
\ (+\) більше цвілі</p">
Недоліком дозволів цього типу є те, що більш реактивний енантіомер зазвичай не підлягає відновленню з реакційної суміші.
Процедура кристалізації, яку застосовував Пастер для його класичної роздільної здатності\(\left( \pm \right)\) -винної кислоти (Розділ 5-1C), була успішною лише в дуже небагатьох випадках. Ця процедура залежить від утворення окремих кристалів кожного енантіомера. Таким чином, якщо кристалізація тартрату натрію амонію проводиться нижче\(27^\text{o}\), звичайна сіль рацемата не утворюється; замість них утворюється суміш кристалів\(\left( + \right)\) і\(\left( - \right)\) солей. Два різних види кристалів, які пов'язані як об'єкт з його дзеркальним відображенням, можуть бути розділені вручну за допомогою мікроскопа і згодом можуть бути перетворені в енантіомери винної кислоти сильною кислотою. Варіацією цього способу дозволу є посів насиченого розчину рацемічної суміші кристалами одного чистого енантіомера в надії викликати кристалізацію якраз того одного енантіомера, тим самим залишивши інший в розчині. На жаль, таким чином було досягнуто дуже мало практичних рішень.
Навіть коли досягнуто успішного вирішення, залишаються деякі істотні проблеми. Наприклад, сама роздільна здатність не надає інформації про фактичну конфігурацію\(\left( - \right)\) енантіомера\(\left( + \right)\) або. Це необхідно визначити іншими способами (див. Розділ 19-5). Також неможливо сказати енантіомерную чистоту (оптичну чистоту) дозволених енантіомерів без додаткової інформації. Цей момент розглядається далі в наступному розділі.