Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek

Transkript

1 Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek Garant předmětu: doc. Ing. Bohumil Dolenský, Ph.D. A28, linka 40, Nukleární Magnetická Rezonance II. Příprava předmětu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.7/..00/25

2 Signál v NMR spektru, který je složen z více píků (má jemnou strukturu) nazýváme multiplet. Signál mající jediný pík nazýváme singlet (s). Signál mající dva píky nazýváme dublet (d), tři píky triplet (t), čtyři píky kvartet (q), signál složený ze čtyř píků (linií) nazýváme kvartet (q) signál složený ze dvou píků (linií) nazýváme dublet (d),56 = ca. H,249 = ca. H

3 Multiplicita signálu je důsledek vzájemné interakce jader nenulového jaderného magnetického spinu prostřednictvím vazebných elektronů. Též nazývána interakcí přes vazby či skalární interakce. Počet a intenzita píků multipletu má přímou spojitost s druhem a počtem okolních jader. Počet chemicky ekvivalentních jader intenzita signálu Atomy a skupiny v okolí Jádra s nenulovým spinem v okolí chemický posun signálu multiplicita signálu = jemná struktura signálu = signál je složen z více linií

4 příklad: CH CHBr 2 Protony CH jsou chemicky ekvivalentní = budou mít jeden signál o intenzitě H. Jaderný spin CHR 2 může být vůči CH buď nebo s pravděpodobností ca. : J HH = 7,0 Hz Protony CH absorbují při dvou různých frekvencích, jejichž rozdíl je interakční konstantou uváděnou v Hz. Chemický posun leží v těžišti signálu (multipletu). U spekter prvního řádu je těžiště shodné se středem.

5 Multiplicita signálu Interakční konstanta Interakce přes vazby je charakterizována interakční konstantou J (Hz). n J AB [ Hz ] Hodnota může být kladná i záporná ( běžné měření absolutní hodnota ) n... počet vazeb (nejčastěji až ) mezi interagujícími jádry A, B... interagující jádra (homonukleární, heteronukleární) Velikost interakční konstanty závisí zejména na: * druhu interagujících jader * počtu vazeb mezi nimi * jádrech, která je oddělují * prostorovém uspořádání tabulky predikce návrh struktury

6 Počet píků signálu jádra A je ve spektrech prvního řádu roven ( 2 I n + ), kde n je počet interagujících jader B (chemicky ekvivalentních) I je jaderný spin interagujících jader B Pro jádra s jaderným spinem ½ je počet linií roven ( n + ) chemicky ekvivalentních n+ pravidlo Počet linií multipletu = Počet interagujících jader + Počet interagujících jader = Počet linií multipletu - chemicky ekvivalentních

7 !!! Interakce je vzájemná (angl. coupling)!!! Interakční konstanta je shodná (angl. coupling constants)!!! Multiplicita může být rozdílná!!! Integrální intenzita může být různá!!! Multiplicita a integrální intenzita jsou v přímém vztahu 7,0 Hz kvartet J HH = J HH = 7,0 Hz - + interakce s H 7,0 Hz J HH CH CHR 2 - dublet + J HH interakce s H H H

8 příklad: CH CHR 2 Signál protonu CHR 2 skupiny bude mít intenzitu H a důsledkem interakce s protony CH skupiny bude mít čtyři linie (2 ½ + ). Jaderné spiny CH protonů mohou vůči CHR 2 zaujmout osm různých pozic, přičemž některé jsou energeticky shodné. J HH = 7,0 Hz Energeticky shodné, ale trojnásobná pravděpodobnost. jádro CHR 2 absorbuje při čtyřech různých frekvencích s pravděpodobností : : :, kde rozdíl mezi nimi je interakční konstantou. Chemický posun leží v těžišti signálu (u spekter prvního řádu je těžiště shodné se středem).

9 Mějme na počátku signál mající absolutní intenzitu 8. Interakcí s jedním jádrem mající jaderný spin ½ dojde k rozštěpení tohoto signálu na dvě linie (píky) v poměru :, vzdálené o sebe o interakční konstantu J. J Interakcí s dalším chemicky ekvivalentním jádrem jádrem dojde ke stejnému rozštěpení (stejná J) každé linie na dvě v poměru :, kde dvě linie jsou na stejné pozici dojde k jejich součtu a dostáváme triplet 2:4:2 (:2: relativně). J J Interakcí s dalším chemicky ekvivalentním jádrem jádrem dojde ke stejnému rozštěpení (stejná J) každé linie na dvě o intenzitě :, kde některé linie jsou na stejné pozici dojde k jejich součtu a dostáváme kvartet :::. J J J Integrální intenzita celého signálu je zachována, ale je rozdělena mezi jednotlivé linie (píky) multipletu.

10 Pouze pro jádra s I = ½ Poměry linií multipletu se rovnají koeficientům binomického rozvoje Pascalův trojúhelník dublet triplet kvartet : :2: ::: kombinační čísla 2 singlet dublet triplet kvartet kvintet sextet septet oktet nonet dekaplet

11 kvintet kvartet triplet dublet Poměry linií multipletu dekaplet nonet oktet septet sextet

12 Interakce jádra A s dvěmi chemicky neekvivalentními jádry B a C Multiplicita A = ( 2 I B n B + ) ( 2 I C n C + ) pro jádra s jaderným spinem I B = I C = ½ Multiplicita A = ( n B + ) ( n C + ) pro případ n B = n C = Multiplicita A = 4 J J J dublet dubletů :::

13 J BC = J CB = 9 Hz Interakce s různými jádry JBA = J AB = 2 Hz H H b a H R c Multiplicita H a = ( n(h b ) + ) ( n(h c ) + ) = 4 Multiplicita H b = ( n(h a ) + ) ( n(h c ) + ) = 4 Multiplicita H c = ( n(h a ) + ) ( n(h b ) + ) = 4 H H a b H c J AC = J CA = 4 Hz

14 počet signálů / integrální poměr signálů / multiplicita Uvažujme interakce pouze přes vazby a uvažujme všechny interakční konstanty budou mít stejnou hodnotu, neuvažujme interakci s protonem hydroxylové skupiny. O H C O CH H C CH H C OH 2 : 2 t q 4 : 2 : 2 : t sex t s 5 : 2 : 2 : 2 : t sex qui q t C H CH O CH C H CH OH CH H C OH H C 6 : : d sep s 4 6 : : 2 : d non t t 2 9 : s s

15 C NMR... Počet signálů CH H C CH Kolik signálů bude mít látka v C NMR spektru? Deset. Stejné principy jako u H NMR. Methyly i-pr skupiny jsou diastereotopní. Budou všechny signály od jedné látky? Ne. Přirozený výskyt C je,07 % CH CH CH CH CH H C CH H C CH H C CH H C CH H C CH Isotopology se liší isotopovým složením CH CH CH CH CH H C CH H C CH H C CH H C CH H C CH Isotopomery se liší pozicí isotopů

16 Homonukleární interakce H- H (00 %), 9 F- 9 F (00 %), P- P (00 %) C- C (0,0 %), 5 N- 5 N (0,0000 %) obtížně měřitelné neměřitelné Neplatí pro izotopově obohacené látky.

17 Heteronukleární interakce H- 9 F (00 %), H- P (00 %), P- 9 F (00 %) v H, 9 F a P je interakce s C pouze u,07 % atomů, s 5 N pouze 0,7 % obvykle překryto šumem. ale v Cči 5 N je interakce s H, 9 Fči P vždy přítomna! Interakce C- 5 N je neměřitelná (0,00004 %).

18 Standardně se C NMR spektra měří s šumovým dekaplinkem H Interakce s H jsou potlačeny CH Spektrum prvního řádu C NMR H C CH nedekaplované Nárůst intensity signálů oproti CDCl Spektrum nultého řádu C{ H} NMR H dekaplované Při dekaplingu H zůstanou ostatní interakce zachovány, např. s 2 H, 9 F či P)