Кіріспе
Химиялық қосылысты хиральды туындыға айналдыру реагенті Аналитикалық химияда, хиральды туындыландырушы реагент (CDA), сонымен қатар хиральды ажырату реагенті деп аталады, ол энантиомерлердің қоспасын диастереомерлерге айналдыру үшін қолданылатын хиральдық көмекші реагент, әр энантиомердің мөлшерін талдау және үлгідің оптикалық тазалығын анықтау үшін. Талдауды спектроскопия немесе хроматография арқылы жүргізу мүмкін. Кейбір талдау әдістері, мысалы, HPLC және NMR, олардың ең көп таралған түрлерінде, үлгіде энантиомерлерді ажырата алмайды, бірақ диастереомерлерді ажырата алады. Сондықтан энантиомерлер қоспасын диастереомерлердің тиісті қоспасына түрлендіру талдауды қамтамасыз етеді. Хиралды деривативтеуші препараттарды қолдану хиралды HPLC-ның кең таралуымен бірге азайды. Анализден басқа, хиральдық дериватизация хиральдық ажырату үшін де қолданылады, бұл энантиомерлердің нақты физикалық бөлінуі.
In analytical chemistry, a chiral derivatizing agent (CDA), also known as a chiral resolving reagent, is a derivatization reagent that is a chiral auxiliary used to convert a mixture of enantiomers into diastereomers in order to analyze the quantities of each enantiomer present and determine the optical purity of a sample. Analysis can be conducted by spectroscopy or by chromatography. Some analytical techniques such as HPLC and NMR, in their most commons forms, cannot distinguish enantiomers within a sample, but can distinguish diastereomers. Therefore, converting a mixture of enantiomers to a corresponding mixture of diastereomers can allow analysis. The use of chiral derivatizing agents has declined with the popularization of chiral HPLC. Besides analysis, chiral derivatization is also used for chiral resolution, the actual physical separation of the enantiomers.
Тарих
NMR спектроскопиясы химиктерге қолжетімді болғандықтан, бұл техниканың қолданылуы туралы көптеген зерттеулер жүргізілді. Олардың бірі екі диастереомердің химиялық ауысуындағы айырмашылықты (яғни шыңдардың арасындағы қашықтық) атап өтті. Керісінше, энантиомерлер болып табылатын екі қосылыстың НМР спектрлік қасиеттері бірдей болады. Егер энантиомерлердің қоспасын диастереомерлердің қоспасына айналдырып, оларды басқа химиялық заттармен байланыстыру арқылы өзгертуге болатын болса, онда бұл жаңа қоспаны NMR көмегімен ажырату мүмкін болады, сондықтан бастапқы энантиомерлік қоспа туралы білуге болады. Бұл техниканың алғашқы танымал мысалын 1969 жылы Гарри С. Мошер жариялады. Хиралды препарат - МТПА (α метокси α (трифлюорометил) фенил ацет қышқылының) моноэнантиомері, Мошер қышқылы деп те аталады. Тиісті қышқыл хлориді Мошер қышқылы хлориді деп те аталады, ал алынған диастереомерлік эфирлер Мошер эфирлері деп аталады. 1977 жылы жасалған тағы бір жүйе - Пиркл спирті.
Мошер әдісі
Мошер қышқылы қышқыл хлориді туындысы арқылы спирттермен және аминдермен тез реакцияға келіп, сәйкесінше эфирлер мен амидтер береді. Қышқылда альфа-протонның болмауы реакция жағдайында стереохимиялық адалдықты жоғалтудың алдын алады. Осылайша, энантиомерлік таза Мошер қышқылын пайдалану қарапайым хиральды аминдер мен спирттердің конфигурациясын анықтауға мүмкіндік береді. Мысалы, 1 фенилэтанолдың (R) және (S) энантиомерлері (S) Мошер қышқылы хлоридімен әрекеттесіп, NMR-де ажыратылатын (R,S) және (S,S) диастереомерлерін береді.
CFNA (Мошер қышқылының баламасы)
Киральды деривативтеуші агент (CDA), α циано α фторлы (2 нафтил) уксус қышқылы (2 CFNA) рацемиялық 2 CFNA метил эфирін киральды HPLC арқылы оптикалық таза түрінде дайындалды. Бұл эфир метил α циано (2 нафтил) ацетатын FClO3 фторлау арқылы алынған. 2 CFNA негізгі спирттің энантиомерлік артықшылығын анықтау үшін Мошер агентіне қарағанда жақсы CDA болып табылады.
Гельмхеннің постулаттары
Гельменнің постулаттары - бетке сіңірілген диастереомерлердің элюция тәртібі мен бөліну дәрежесін (оның ішінде CDA-дан түзілгендер) болжау үшін қолданылатын теориялық модельдер. Гельмшеннің постулаттары сұйық хроматографияны қолдана отырып, кремний геліне арналған амидтер үшін ерекше болса да, постулаттар басқа молекулалар үшін негізгі нұсқауларды ұсынады. Гельменнің постулаттары: ерітіндіде және адсорбцияланғанда конформациялар бірдей. Диастереомерлер беттерге (қалыпты фазалық хроматографияда кремний гелі) негізінен сутекті байланыстар арқылы байланады. Диастереомерлердің айтарлықтай ажыратылуы молекулалар кремний қышқылына екі байланыс нүктесі (екі сутекті байланыс) арқылы адсорбцияланатын жағдайда ғана күтіледі. Бұл өзара әрекеттесуді алмастырушылар бұза алады. Альфа-көміртектегі (R2) және азоттағы (R1) ірі алмастырғыштары бар диастереомерлер сутекті бетпен байланыстыруды қорғай алады, осылайша молекула кішірек алмастырғыштары бар ұқсас молекулалардан бұрын элютацияланады. Хелмкеннің постулаттары басқа функционалдық топтарға, мысалы: карбаматтар мен эпоксидтерге қатысты екені дәлелденді.
Conformations are the same in solution and when adsorbed. Diastereomers bind to surfaces (silica gel in normal phase chromatography) mainly with hydrogen bonding. Significant resolution of diastereomers is only expected when molecules can adsorb to silica through two contact points (two hydrogen bonds). This interaction can be perturbed by substituents. Diastereomers with bulky substituents on the alpha carbon (R2) and on the nitrogen (R1) can shield the hydrogen bonding with the surface, thus the molecule will be eluted before similar molecules with smaller substituents. Helmchen's postulates have been proven to be applicable to other functional groups such as: carbamates, and epoxides.
Хиральдық стационарлық фазалар
Стационарлық фазалар CDA-мен реакцияға түсіп, хиральды молекулаларды ажырата алатын хиральды стационарлық фазаларды қалыптастырады. Силикат стационарлық фазадағы спирттермен әрекеттесу арқылы CDA-лар стационарлық фазаға хиральдық орталықты қосады, бұл хиральдық молекулаларды бөлуге мүмкіндік береді.
NMR спектроскопиясындағы CDA
КДА-лар NMR спектроскопиялық талдауымен бірге энантиомерлік артықшылықты және субстраттың абсолютті конфигурациясын анықтау үшін қолданылады. Хиралды ажыратушы заттарды кейде хиралды сольвациялаушы заттардан (CSA) ажырату қиын, ал кейбір заттарды екеуі де қолдануға болады. Субстрат пен металл орталығының алмасу жылдамдығы - қоспаны CDA немесе CSA ретінде пайдаланудың айырмашылығын анықтайтын ең маңызды фактор. Жалпы, CDA-да алмасу баяу, ал CSA-да тез өтеді. CDA абсолютті конфигурацияларды анықтау үшін CSA-ға қарағанда кеңінен қолданылады, өйткені субстрат пен көмекші реагентке коваленттік байланысу NMR спектрлерінде үлкен айырмашылықтар тудыратын конформациялық қаттылығы жоғары түрлерді тудырады. CDA және CSA хиралды тануды жақсарту үшін бірге қолданылуы мүмкін, бірақ бұл кең таралған емес. ЕуФОД, Пиркль спирті және ТРИСФАТ сияқты NMR ауысу реагенттері ауысу реагенті мен талдау үлгісі арасындағы диастереомерлік кешендердің пайда болуын пайдаланады.
CDA-ны пайдалану кезіндегі басты мәселелер
КДҚ-ны НМР спектроскопиясында пайдалану кезінде ең алдымен кинетикалық ажыратылым, деривациялау реакциясы кезінде рацемизация және реагенттің 100% оптикалық тазалығы болуы керек. Кинетикалық ажыратылым оптикалық тазалықты анықтау кезінде ерекше маңызды, бірақ CDA оптикалық таза субстраттың абсолютті конфигурациясын белгілеу үшін пайдаланылғанда ол біршама елемеуге болады. Рацемизация CDA немесе субстратқа болуы мүмкін және екі жағдайда да нәтижелерге елеулі әсер етуі мүмкін.
NMR талдаудың стратегиялары
NMR талдаудың негізгі екі әдісі - бір және екілік дериватизация. Екілік дериватизация әдетте дәлдірек болып саналады, бірақ бірлік дериватизация әдетте аз реагенттерді қажет етеді және осылайша, тиімдірек.
Қос дериватизациялау әдістері
Субстраттың энантиомері CDA-ның екі энантиомерімен немесе субстраттың екі энантиомері CDA-ның бір энантиомерімен алынады. Екі жағдайда да екі диастереомер пайда болады және олардың ядроларының химиялық ауысулары субстраттың конфигурациясын белгілеу үшін бағаланады.
NMR әдістері
Хиральды қосылыстарды ажырату кезінде қолданылатын ең көп таралған NMR әдістері 1H NMR, 19F NMR және 13C NMR болып табылады. 1H NMR абсолютті конфигурацияны белгілеу үшін қолданылатын негізгі әдіс болып табылады. 19F NMR тек қана оптикалық тазалық зерттеулеріне қолданылады, ал 13C NMR негізінен асимметриялық көміртек атомына тікелей байланысқан протондары жоқ субстраттарды сипаттауға қолданылады.