19.4: Енантіомерна чистота

Last updated
Save as PDF

Page ID: 106067

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Термін енантіомерная чистота (або оптична чистота) визначається як дробове перевищення одного енантіомера над іншим. Це виражається в рівнянні 19-4 через молі (або ваги) двох енантіомерів\(n_1\), і\(n_2\), і дорівнює відношенню спостережуваного оптичного обертання\(\alpha_\text{obs}\), і до оптичного обертання або чистого енантіомеру,\(\alpha_0\):

\[\text{enantiomeric purity of } n_1 = \dfrac{n_1-n_2}{n_1+n_2} = \dfrac{\alpha_\text{obs}}{\alpha_0} \tag{19-4}\]

Таким чином, рацемічна суміш (\(n_1 = n_2\)) має енантіомерную чистоту нуль. Будь-який інший енантіомерний склад в принципі можна визначити за умови, що суміш має вимірюване обертання і обертання чистого енантіомера\(\alpha_0\), відомо. На жаль, не існує простого методу розрахунку\(\alpha_0\), заздалегідь. Фактично, питомі обертання оптично чистих сполук визначаються найбільш достовірно з Рівняння 19-4 після вимірювання енантіомерної чистоти незалежними методами.

Практично всі методи визначення енантіомерной чистоти спираються на відмінності в хімічних, фізичних або спектроскопічних властивостях діастереомерів, отриманих з енантіомерних сумішей. Ми згадаємо тут два найбільш простих методу, заснованих на газорідинної хроматографії і ядерному магнітному резонансі.

Визначення енантіомерної чистоти методом газової хроматографії

Цей метод становить повну роздільну здатність типу, описаного в розділі 19-3D, але в аналітичному масштабі. Наприклад, припустимо, що у вас є частково дозволене з'єднання\(A\), що складається з нерівних кількостей енантіомерів\(A_+\) і\(A_-\). За реакцією з другим хіральним енантіомерно чистою речовиною\(B_+\), А перетворюється в суміш діастереомерів\(A_+B_+\) і\(A_-B_+\). Оскільки ці діастереомери хімічно та фізично відрізняються, суміш зазвичай можна проаналізувати за допомогою газорідинної хроматографії (Розділ 9-2А). Якщо реакція\(B_+\) з\(A_+\) і\(A_-\) була кількісною, відносні площі двох піків, що елююють з колони, відповідають співвідношенню діастереомерів\(A_+B_+/A_-B_+\), і, отже, співвідношенню енантіомерів\(A_+/A_-\), з яких енантіомерная чистота частково розчинену суміш можна розрахувати.

Альтернативним і дуже прямим підходом є поділ енантіомерів на колоні, в якому стаціонарна рідка фаза є хіральним з'єднанням. Діастереомерна взаємодія між\(A_+\) або\(A_-\) хіральною рідкою фазою і може бути досить різною, щоб дозволити відокремлення\(A_+\) від\(A_-\). Співвідношення кількості\(A_+\) і\(A_-\) відповідає енантіомерной чистоті.

Визначення енантіомерної чистоти методом ЯМР-спектроскопії

ЯМР хімічні зрушення ядер енантіомерних сполук\(A_+\) і\(A_-\) ідентичні в ахіральних розчинниках. Однак в хіральному розчиннику (енантіомерно чистому)\(A_+\) і\(A_-\) будуть ефективно перетворені в діастереомери в результаті хіральної сольватації і, відповідно, їх ядра матимуть неідентичні хімічні зрушення. За умови, що різниці зсуву досить великі, щоб дозволити вирішувати резонанси одного хірально сольвованого енантіомеру від резонансів іншого, співвідношення енантіомерів\(A_+/A_-\) можна визначити за співвідношенням їх відповідних інтенсивностей сигналу ЯМР.

Крім того, з чистим хіральним реагентом енантіомерная суміш може бути перетворена (кількісно) в діастереомери. Очікується, що ядра діастереомерних сполук матимуть невеликі відмінності в хімічних зрушеннях навіть у ахіральних розчинниках, а інтеграція їх відповідних інтенсивностей сигналу повинна відповідати співвідношенню діастереомерів, а отже, і співвідношенню енантіомерів у вихідній суміші.

Застосування вищеописаних методів ЯМР для визначення енантіомерного складу утруднено, якщо не неможливо, якщо хіміко-зсувні відмінності занадто малі\(\left( 0.02 \: \text{ppm} \right)\) або якщо резонанси широко перекриваються. Цю проблему часто можна вирішити, використовуючи здатність певних хелатів рідкоземельних металів (лантанідних металів) комплексуватися з органічними сполуками, особливо зі спиртами, кетонами, амінами та іншими основами Льюїса. Хімічні зрушення в присутності навіть невеликих кількостей лантаноїдних хелатів зазвичай поширюються на набагато ширший діапазон напруженості поля, ніж для чистих сполук. Як обговорювалося раніше в розділах 9-10D та 9-10K, збільшення хімічних зрушень може значно спростити в іншому випадку складні спектри ЯМР. Зсуви виробляються цими лантаноїдними сполуками, оскільки електрони на атомах металу не всі парні, так що атоми металу є парамагнітними (мають чистий електронний спін). У застосованому магнітному полі непарні електрони циркулюють навколо атомів металу і виробляють індуковане поле (рис. 9-26), яке в залежності від природи металу може діяти або на збільшення, або зменшення прикладеного магнітного поля,\(H_0\).

У комплексі, утвореному між реагентом лантаноїду та органічним субстратом, хімічні зрушення найбільш сильно впливають на ядра, близькі до атома парамагнітного металу. Резонанси цих ядер також розширені парамагнітним металом (Секція 27-1), і це небажано. Лантаноїдні комплекси, які виробляють ці великі зміни зсуву, називаються реагентами зсуву. Більшість з них - хелатні солі заміщених 2,4-пентандіонів, особливо 2,2,6,6-тетраметил-3,5-гептандіона (Розділ 17-8).

Існує кілька корисних зсувних реагентів, як правило, європію, в яких органічні ліганди є хіральними. Прикладом є\(1\):