Определение энантиомерного состава
Хроматография и ЯМР
Энантиомеры различает только хиральное окружение: хиральная колонка, хиральный реагент или хиральная добавка.
Как измерить ee
- Хиральная ВЭЖХ или ГХ: хиральная неподвижная фаза по-разному удерживает энантиомеры; ee = \((S_1 - S_2)/(S_1 + S_2)\) по площадям пиков.
- Хиральный дериватизирующий агент: энантиомерно чистый реагент (MTPA-Cl — хлорангидрид кислоты Мошера) превращает спирт или амин в пару диастереомеров; их сигналы в ЯМР различаются (группа \(\ce{CF3}\) — в спектре ¹⁹F, фосфор реагента Андерсона — Шапиро — в спектре ³¹P).
- Условия: агент энантиомерно чист, реакция идёт до конца.
- Хиральный сольватирующий агент (1-фенилэтиламин, BINOL) или реагент сдвига (комплекс европия) образуют быстрые обратимые комплексы — сигналы энантиомеров расходятся без химической реакции.
- Хиральные кетоны переводят в кетали с (R,R)-бутан-2,3-диолом и сравнивают сигналы в спектре ¹³C.
Примеры
1. Хиральная ВЭЖХ: площади пиков 96 и 4 → ee = (96 − 4)/(96 + 4) = 92 %.
2. (S)-MTPA-Cl + 1-фенилэтиламин неизвестного состава → амиды (R,R) и (R,S); отношение интегралов сигналов \(\ce{CF3}\) в спектре ¹⁹F равно отношению энантиомеров амина.
errorХлорангидрид (S) даёт амид (R)
При замене Cl на NHR старшинство заместителей меняется: группа \(\ce{CF3}\) обгоняет \(\ce{C(O)NHR}\). Геометрия атома не меняется — меняется только дескриптор.
edit_noteПопробуйте сами
Почему спектры ЯМР двух энантиомеров в \(\ce{CDCl3}\) совпадают?
expand_moreПоказать решение
В ахиральной среде все взаимодействия энантиомеров одинаковы; различия появляются только в хиральном окружении.
Оптическое вращение и оптическая чистота
Самый старый способ — поляриметр. Он прост, но требует знать вращение чистого энантиомера и доверять линейности.
Как найти ee по вращению
- Удельное вращение \([\alpha] = \alpha/(l \cdot c)\): l — в дециметрах, c — в г/мл (глава 6).
- Оптическая чистота = \([\alpha]_{\text{набл}}/[\alpha]_{\text{чист}}\) · 100 %; обычно её принимают равной ee.
- Состав: главный энантиомер (100 + ee)/2 %, минорный (100 − ee)/2 %.
- Ограничения: нужно знать \([\alpha]\) чистого вещества; примесь с большим вращением искажает результат; иногда вращение не пропорционально составу (молекулы ассоциируют в растворе) — тогда надёжнее хроматография.
- Диастереомерный избыток de считают так же, как ee: разность долей диастереомеров.
Примеры
1. \([\alpha]\) чистого (S)-вещества +40,0°, образца +34,0° → оптическая чистота 85 %; состав 92,5 % S и 7,5 % R.
2. Смесь диастереомеров 95 : 5 → de = 90 %.
errorЗнак вращения ничего не говорит о конфигурации
(+) и (−) — экспериментальные величины, R и S — правило старшинства. Связь между ними устанавливают только опытом или расчётом.
edit_noteПопробуйте сами
Вещество с ee 50 % вращает на −10°. Сколько даст чистый энантиомер при тех же условиях?
expand_moreПоказать решение
−20°.
push_pinГлавное
Энантиомеры в ахиральной среде неразличимы: одинаковые спектры, температуры кипения, времена удерживания. Различает их только хиральное окружение. Хиральная ВЭЖХ или ГХ: неподвижная фаза хиральна, энантиомеры выходят раздельно, ee — по площадям пиков. ЯМР: хиральный дериватизирующий агент (хлорангидрид кислоты Мошера MTPA-Cl, реагент Андерсона — Шапиро) превращает энантиомеры в диастереомеры с разными сдвигами (удобно по ¹⁹F или ³¹P); агент должен быть энантиомерно чистым (иначе измеренный ee = истинный ee × ee агента), а реакция — идти до конца (иначе кинетическое расщепление исказит состав). Хиральные сольватирующие агенты и лантанидные реагенты сдвига дают быстрые обратимые комплексы — сигналы энантиомеров расходятся без химической модификации; кетоны анализируют через кетали с (R,R)-бутан-2,3-диолом. Оптическая чистота — отношение наблюдаемого удельного вращения к вращению чистого энантиомера; она равна ee, только если вращение линейно зависит от состава. de считают так же, как ee, но для диастереомеров.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.