Введение

Реагент для преобразования химического соединения в хиральный производный В аналитической химии, хиральный производный агент (CDA), также известный как хиральный разрешающий реагент, является хиральным вспомогательным реагентом, используемым для преобразования смеси энантиомеров в диастереомеры для анализа количества каждого присутствующего энантиомера и определения оптической чистоты образца. Анализ может проводиться с помощью спектроскопии или хроматографии. Некоторые аналитические методы, такие как HPLC и NMR, в их наиболее распространенных формах, не могут различать энантиомеры в образце, но могут различать диастереомеры. Поэтому преобразование смеси энантиомеров в соответствующую смесь диастереомеров может позволить провести анализ. Использование хиральных производных агентов сократилось с популяризацией хиральной HPLC. Помимо анализа, хиральная дериватизация также используется для хирального разрешения, фактического физического разделения энантиомеров.

История

Поскольку спектроскопия NMR стала доступна химикам, было проведено многочисленные исследования применения этой техники. В одном из них отмечалась разница в химическом сдвиге (т. е. расстоянии между пиками) двух диастереомеров. И наоборот, два соединения, которые являются энантиомерами, имеют одинаковые спектральные свойства МРТ. Было высказано предположение, что если смесь энантиомеров может быть преобразована в смесь диастереомеров путем связывания их с другим химическим веществом, которое само по себе является хиральным, то можно будет отличить эту новую смесь с использованием НМР и, следовательно, узнать об оригинальной энантиомерной смеси. Первый популярный пример этой техники был опубликован в 1969 году Гарри С. Мошером. Хиральным средством был использован один энантиомер МТПА (α-метокси-α (трифлюорометил) фенилоцетной кислоты), также известный как кислота Мошера. Соответствующий хлорид кислоты также известен как хлорид кислоты Мошера, а полученные диастереомерные эфиры известны как эфиры Мошера. Другая система - Пиркл Алкоголь, разработанный в 1977 году.

Метод Мошера

Мошерская кислота, через свой производный хлорид кислоты, легко реагирует с спиртами и аминами, давая соответственно эфиры и амиды. Отсутствие альфа-протона на кислоте предотвращает потерю стереохимической точности в условиях реакции. Таким образом, использование энантиомерно чистой Мошерской кислоты позволяет определить конфигурацию простых хиральных аминов и спиртов. Например, (R) и (S) энантиомеры 1 фенилетанола реагируют с (S) хлоридом кислоты Мошера, получая соответственно (R,S) и (S,S) диастереомеры, которые отличаются при НМР.

CFNA (альтернатива кислоте Мошера)

Новый хиральный дериватизирующий агент (CDA), α циано α фтористое (2-нафтил) уксусное (2 CFNA) было получено в оптически чистом виде путем хирального HPLC-сепарации рацемического 2- CFNA метилового эфира. Этот эфир получают фторированием ацетата метил-α-циано (2-нафтил) с FClO3. 2 CFNA, как было показано, является превосходным CDA, чем агент Мошера для определения энантиомерного избытка первичного спирта.

Постулаты Гельмхена

Постулаты Гельмхена - это теоретические модели, используемые для прогнозирования порядка элюирования и степени разделения диастереомеров (включая те, которые образуются из CDA), которые адсорбируются на поверхности. Хотя постулаты Гельмхена специфичны для амидов на кремниевом геле с использованием жидкой хроматографии, постулаты обеспечивают фундаментальные руководящие принципы для других молекул. Постулаты Гельмхена: Конформации одинаковы в растворе и при адсорбции. Диастереомеры связываются с поверхностями (кремнезелем в нормальной фазовой хроматографии) в основном с помощью водородных связей. Значительное разрешение диастереомеров ожидается только тогда, когда молекулы могут адсорбироваться к кремниевой кислоте через две точки контакта (две водородные связи). Это взаимодействие может быть нарушено заместителями. Диастереомеры с громоздкими заместителями на альфа-углероде (R2) и на азоте (R1) могут защищать водородное связывание с поверхностью, таким образом, молекула будет элюироваться до аналогичных молекул с меньшими заместителями. Постулаты Гельмхена были доказаны применимыми к другим функциональным группам, таким как: карбамиды и эпоксиды.

Хиральные стационарные фазы

Стационарные фазы могут реагировать с CDA для образования хиральных стационарных фаз, которые могут разрешать хиральные молекулы. Реагируя с спиртами на силикатной стационарной фазе, CDA добавляют хиральный центр к стационарной фазе, что позволяет разделить хиральные молекулы.

CDA в спектроскопии МРТ

CDA используются при спектроскопическом анализе NMR для определения энантиомерного избытка и абсолютной конфигурации субстрата. Хиральные дискриминирующие агенты иногда трудно отличить от хиральных сольваторных агентов (CSA), а некоторые агенты могут использоваться как оба. Скорость обмена между подложкой и металлическим центром является наиболее важным определяющим фактором для различения использования соединения в качестве CDA или CSA. Как правило, CDA имеет медленный обмен, тогда как CSA имеет быстрый обмен. CDA более широко используются, чем CSA, для определения абсолютных конфигураций, потому что ковалентная связь с субстратом и вспомогательным реагентом создает виды с большей конформационной жесткостью, что создает большие различия в спектрах МРТ. CDA и CSA могут использоваться вместе для улучшения хирального распознавания, хотя это не является распространенным явлением. Реагенты сдвига NMR, такие как EuFOD, спирт Пиркла и TRISPHAT, используют возможность образования диастереомерных комплексов между реагентом сдвига и аналитическим образцом.

Основные проблемы при использовании CDA

Основными проблемами, которые следует учитывать при использовании CDA в спектроскопии NMR, являются кинетическое разрешение, рацемизация во время реакции дериватизации и то, что реагент должен иметь 100% оптическую чистоту. Кинетическое разрешение особенно важно при определении оптической чистоты, но оно несколько незначительно, когда CDA используется для присвоения абсолютной конфигурации оптически чистой подложки. Рацемизация может произойти как с CDA, так и с субстратом, и в обоих случаях она может существенно повлиять на результаты.

Стратегии анализа МРТ

Два основных метода анализа МРТ - одно и двойная дериватизация. Двойная дериватизация обычно считается более точной, но однократная дериватизация обычно требует меньше реагентов и, таким образом, более экономична.

Методы двойной дериватизации

Либо энантиомер субстрата дериватизируется двумя энантиомерами CDA, либо оба энантиомера субстрата дериватизируются одним энантиомером CDA. В обоих случаях образуются два диастереомера, и химические сдвиги их ядер оцениваются для определения конфигурации субстрата.

Методы МРТ

Наиболее распространенными методами МРТ, используемыми при выявлении хиральных соединений, являются 1H МРТ, 19F МРТ и 13C МРТ. 1H NMR является основным методом, используемым для назначения абсолютной конфигурации. 19F НМР почти исключительно применяется к исследованиям оптической чистоты, а 13C НМР в основном используется для характеристики субстратов, которые не имеют протонов, непосредственно связанных с асимметричным атомом углерода.