Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek

Transkript

1 Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek Garant předmětu: Vyučující: doc. Ing. Bohumil Dolenský, Ph.D. prof. RNDr. Pavel Matějka, Ph.D., A136, linka 3687, doc. Ing. Bohumil Dolenský, Ph.D., A28, linka 4110, Ramanova spektroskopie - Tabulky Příprava předmětu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253 INTERPRETACE RAMANOVÝCH SPEKTER Frekvence jednotlivých vibračních modů jsou nezávislé na tom, zda je sledujeme pomocí infračervené či Ramanovy spektrometrie. Odlišnosti v obou typech spekter jsou v intenzitách pásů, které souvisejí s odlišnými výběrovými pravidly pro tyto dva typy vibrační spektroskopie. V níže uvedené Tabulce I je přehled vybraných pásů významných typů látek s údaji o relativních intenzitách v Ramanových spektrech. Při hledání v tabulce se předpokládá postup od vyšších vlnočtů k nižším. V rubrice "Další charakteristický pás" je uvedena oblast, ve které se musí vyskytovat spektrální pás (či více pásů) charakteristický pro danou funkční skupinu. V některých případech je odkaz na širší oblast, která je rozdělena na dílčí podoblasti například s ohledem na vliv okolních skupin, větvení skeletu apod. Pokud odkaz na další vlnočet (vlnočtový interval) uveden není, je tím seznam typických pásů významných pro charakterizaci dané funkční skupiny vyčerpán. V případech, kdy se v dané oblasti překrývají pásy více funkčních skupin, je samozřejmě nutné zkoumat všechny možnosti, které pro přiřazení přicházejí v úvahu. Je třeba zvažovat vzájemné překryvy pásů a brát v potaz zastoupení různých funkčních skupin v molekule. Jestliže je daná funkční skupina málo zastoupená v molekule, veškeré její pásy budou slabší vůči dominantnímu typu skeletu či převažujícímu typu funkční skupiny. -1-

2 Tabulka I byla sestavena na základě údajů převzatých z níže uvedených publikací. Při sestavování byl brán zřetel na významné typy funkčních skupin resp. hlavní typy skeletu organických molekul a řada detailních informací byla vynechána. Tato tabulka není určena pro detailní interpretaci Ramanových spekter, jejím účelem je shrnutí pouze základních charakteristik důležitých pro výuku principů Ramanovy spektroskopie, a to však nejen v rámci uvedené laboratorní úlohy. 1/ G. Socrates: Infrared and Raman Characteristic Group Frequencies, J.Wiley, Chichester Third Edition / N. P. G. Roeges: A Guide to the Complete Interpretation of Infrared Spectra of Organic Structures, J.Wiley, Chichester / Spectool for Windows 2.1, A Hypermedia Book for Structure Elucidation of Organic Compounds with Spectroscopic Methods, Chemical Concepts, Weinheim Tabulka I. Vlnočty charakteristických vibrací některých vazeb a skupin v Ramanových spektrech Vlnočet, cm 1 Intenzita Přiřazení Funkční skupina Další charakteristický pás voda v organickém rozpouštědle vw-w ν as (H 2 O) H 2 O w-m, br ν s (H 2 O) H 2 O vw δ(h 2 O) H 2 O - voda krystalová, rozpouštědlo m,br ν(oh) H 2 O v δ(h 2 O) H 2 O, - alkoholy, fenoly vw-w, ν(oh) -OH, izolované bez vlivu vodíkových můstků, úzký vw ν(oh) -OH, intramol. H-vazba významný vliv intramolekulárních vodíkových můstků, vlnočet koncentračně nezávislý, širší než pro izolované OH, užší než v případě intermolekulárních můstků vw-w,br ν(oh) -OH, pevné či kapal. l významný vliv intermolekulárních vodíkových můstků, vlnočet s rostoucí koncentrací klesá w, br ν(oh) -OH, pevné či kapal. l chelatovaná OH skupina m-w δ(coh) terc.-oh, Ar-OH (pozor na překryv pásů) m-w δ(coh) ROH, R 2 OH, (prim. a sek.) m-w ν(co) Ar-OH m-s ν(co) R 3 C-OH, (terc.) s-m ν(co) R 2 CH-OH, (sekund.) s-m ν(co) R-OH, (primar.)

3 s-m ν(cco) R-OH, (primar.) s ν(cco) R-OH, (sekund.) s δ (CO) R 3 C-OH, (terc.) - karboxylové kyseliny nedisociovaná forma, izolované molekuly vw ν(oh) -COOH, monomer neasociované molekuly w-m ν(c=o) -COOH, monomerní m-w δ(oh) -COOH, monomerní w ν(co) -COOH, monomerní forma - karboxylové kyseliny nedisociovaná forma, asociované molekuly vw-w, br ν(oh) -COOH, dimerní, asoc vlnočet s rostoucí koncentrací klesá, intermol. H-vazba w-m ν(c=o) -COOH, dimerní forma nasycené kys., nenasycené a Ar kys w-m δ(oh)+ ν(co) -COOH, dimerní forma v (m-s) ν(co) -COOH, dimerní forma dimerní forma, někdy dublet m,br γ(oh) -COOH, dimerní forma - karboxylové kyseliny disociovaná forma (anion), asociované molekuly w ν as (COO - ) -COO m-s ν s (COO - ) -COO - - širší pás s raménky (dva až tří píky) aminy primární m-w ν as (NH 2 ) -NH vlnočet s rostoucí koncentrací klesá, intermol. H-vazba, vliv menší než u OH širší pás v případě chemicky čisté látky v kondenzované fázi vw-w ν s (NH 2 ) -NH vlnočet s rostoucí koncentrací klesá, intermol. H-vazba, vliv menší než u OH širší pás v případě chemicky čisté látky v kondenzované fázi w δ(nh 2 ) -NH 2 Ar: R : m-w ν(cn) ArNH m-w ρ(nh 2 ) RNH 2, často překryv pásů m-s ν(cn) RNH 2, často překryv pásů m-w ρ(nh 2 ) ArNH 2, často překryv pásů aminy sekundární w ν(nh) -NH w δ(nh) -NH - R: pro ArNH riziko překryvů Ar: m-w ν(cn) Ar 2 NH, Ar-NH-R m-w ν(c R N) Ar-NH-R m ν as (CNC) R 2 NH m-w ν s (CNC) R 2 NH w,br ω(nh) -NH

4 amidy - primární m-w ν as(nh 2 ) -CO-NH nižší vlnočet při vlivu H-vazby, širší pás v případě chemicky čisté látky v kondenzované fázi m-w ν s (NH 2 ) -CO-NH nižší vlnočet při vlivu H-vazby, širší pás v případě chemicky čisté látky v kondenzované fázi m-w ν(c=o) -CO-NH 2, amid I w-m δ(nh 2 ) -CO-NH 2, amid II m ν(cn) -CO-NH 2, amid III vw ρ(nh 2 ) -CO-NH 2, nezřetelný m δ(n-c=o) -CO-NH 2 - amidy - sekundární m-w ν(nh) -CO-NH-, trans , širší pás v případě chemicky čisté látky v kondenzované fázi m-w ν(nh) -CO-NH-, cis vw svrchní tón -CO-NH-, trans od amid.p.ii, velmi slabý, často nezřetelný w-m ν (C=O) -CO-NH-, amid I m-w δ(nh) -CO-NH-, amid II s ν(cn) -CO-NH-, amid III, cis s ν(cn) -CO-NH-, amid III, trans obvykle okolo 1260 cm m-s,br γ(nh) -NH-CO-, cis w,br γ(nh) -NH-CO-, trans - amidy - terciární w-m ν(c=o) -CO-N< s ν as (C-N-C) -CO-N<C m δ(n-c=o) -CO-N<C - alkyny (alkiny) alkylacetylény w-m ν(ch) -C C-H s-m ν(c C) -C C-H w-m ν (C-C C) H-C C-C w-m δ(-c C-H) -C C-H - alkyny (alkiny) dialkylacetylény vs-s ν(c C) -C Cu symetrické molekuly vs někdy doprovázen pásem okolo 2310 cm -1 alkeny vinyl a vinyliden deriváty (koncová dvojná vazba) m ν as(ch 2 ) >C=CH m ν s(ch 2 ) >C=CH s ν(c=c) >C=CH m-s δ(ch 2 ) >C=CH pozor na překryvy pásů m-w δ(ch) >C=CH m δ (CH) >CH=CH w γ(ch) >CH=CH

5 alkeny, cykloalkeny a jejich deriváty (vnitřní dvojná vazba, dvojné vazby) m ν(ch) =CH- izolované: konjugované: s-vs ν(c=c) >C=C<,izolované s-m ν(c=c) -C=C, konjugované poloha pásu klesá se stupněm konjugace, konjugace s C=C, Ar, C=O s-m ν(c=c) cyklické, více C=C vazeb - vibrace nenasycených kruhů w δ(ch) >C=CH-, trisub w-vw δ(ch) -HC=CH-, trans s-m ρ(ch) -HC=CH-,cis m γ(ch) R-CH=CH-R, trans m γ(ch) R-CH=CH-R, cis w γ(ch) RR'>C=CH-R'' w γ(ch) R-CH=CH-R, cis w γ(ch) δ(ch) R-CH=CH-R, trans - aromatické uhlovodíky m-s ν(ch) Ar několik pásů, počet klesá s růstem substituce jádra pro Ar-NO 2 deriváty 1. maximum i nad m-s ν(c=c) Ar, obvykle v ν(c=c) Ar, w ν(c=c) Ar, obvykle okolo w ν(c=c) Ar interval závisí na typu subst., pro Ar, 1,2,4,5-tetrasubstit., penta- a hexasub.přímý odkaz do oblastí v celkovém intervalu m δ(ch) Ar, 1,4-disubstit m δ(ch) Ar, 1,2,4-trisubstit w δ(ch) Ar, 1,2,3,4-tetrasubstit m δ(ch) Ar, 1,2,3,5-tetrasubstit m-s δ(ch) Ar, 1,2,3-trisubstit m-s δ(ch) Ar, 1,2-disubstit m-vs δ(ch) Ar, monosubstit vs δ(ch) Ar, 1,3-disubstit., Ar, 1,3,5-trisubstit s γ(ch) Ar, 1,4-disubstit m-s γ(ch)γ(cc) Ar, 1,3-disubstit s γ(ch)γ(cc) Ar, 1,2-disubstit m-w γ(cc),γ(ch)ar, monosubstit m-s γ(cc) Ar, 1,2,4-trisubstit s γ(cc) Ar, 1,2,3-trisubstit m-s γ(cc) Ar, 1,2-disubstit s γ(cc) Ar, 1,2,3,4-tetrasubstit v γ(cc) Ar, 1,2,3,5-tetrasubstit s-vs γ(cc) Ar, pentasubstit m-s γ(cc) Ar, 1,3,5-trisubstit s-m γ(cc) Ar, 1,2,4,5-tetrasubstit s-m γ(cc) Ar, hexasubstit m-s γ(cc) Ar, 1,3,5-trisubstit

6 alkany, alkylové řetězce m ν as (CH 3 ) -CH m ν as(ch 2 ) -CH m-s ν s (CH 3 ) -CH m-s ν s (CH 2 ) -CH w-m δ(ch 2 ) -(C)-CH 2, -(O)-CH (může se překrývat s pásem Ar, -CH 3 ) (odkaz platí pouze pro (CH 2 ) n - n>2) m δ d (CH 3 ) -(C)-CH 3, -(O)-CH (může se překrývat s pásem Ar, -CH 2 -) w δ d (CH 3 ) CH 3 -(C=O)-O-, CH 3 -N<, CH 3 -(C=O)-C-, CH 3 -(S=O)-C m δ(ch 2 ) - CH 2 -X, X:-(C=O)-, COOR, -C=C-, -C C-, Ar, -CN, NO 2, Cl, Br w-m δ s (CH 3 ) CH 3 -(C)-,CH 3 -(O) dublet typický pro rozvětvení (odkaz platí pouze pro dublet) w-m δ s (CH 3 ) CH 3 -(C=O)-, CH 3 -(C=O)-O w-m δ s (CH 3 ) CH 3 -(N<) w δ(ch) -C-H, nasyc w δ s (CH 3 ) CH 3 -(S=O)-C m δ(ch 2 ) (CH 2 ) n n>2, intenzita roste s n m ν(cc) -C(CH 3 ) m ν(cc) -C(CH 3 ) w ν(cc) -CH(CH 3 ) w -CH(CH 3 ) m-s ν(ccc) - (CH 2 ) n m-s ν(cc) -C(CH 3 ) m -C(CH 3 ) m ν(cc), δ(cch) -CH(CH 3 ) m-s skeletální (CH 2 ) n m skeletální -CH(CH 3 ) vw ρ(ch 2 ) -CH 2 -CH x, x vw ρ(ch 2 ) propyl, (CH 2 ) n -(O)-, n> vw ρ(ch 2 ) (CH 2 ) n -(C)-, n> m skeletální -CH(CH 3 ) m -C(CH 3 ) 3 - aldehydy w ν(ch) -CHO někdy raménko pásu pod 2745 cm s-m ν(ch) -CHO efekt Fermiho resonance w-m ν(c=o) -CHO vyšší hodnota vlnočtu pro nasycené alifatické aldehydy hodnota vlnočtu se snižuje vlivem konjugace C=O vazby s C=C, Ar apod. v okolí s-m δ(ch) -CHO m γ(ch) -CHO - -6-

7 thioly s ν(sh) -SH s ν(cs) -C-SH v δ(cs) -C-SH - fosfiny m-w ν(ph) -PH m-w δ(ph) -PH - isokyanáty w ν as (N=C=O) -N=C=O, s ν s (N=C=O) -N=C=O w δ(n=c=o) -N=C=O - nitrily s ν(c N) -C N velmi úzký pás odkaz platí pouze pro alifatické nitrily s δ (C-C N) -C-C N skeletální -C-C N - thiokyanáty m-s ν(c N) -S-C N velmi úzký pás m-s ν s (S-C N) -S-C N s ν as (-C-S-C) -C-S-C N s ν s (-C-S-C) -C-S-C N - isothiokyanáty m,br ν as (N=C S) -N=C=S s ν s (N=C S) -N=C=S s δ s (N=C S) -N=C=S - β,γ- laktony m-w ν(c=o) β,γ-laktony w ν(co) β,γ-laktony - estery m-w ν(c=o) vinyl a fenylestery m-w ν(c=o) nasycené estery m-w ν(c=o) -CO-O-, α,β-nenas. estery m-w ν(c=o) Ar-CO-O-R, estery aromátů m-s ν as (COC) -CO-O-, α,β-nenas. estery, pás širší než u ketonů m-s ν as (COC) Ar-CO-O-R, širší než u ketonů v (w-s) ν as (COC) R-CO-O-R, nasyc (obvykle širší než u ketonů) w ν s (COC) R-CO-O-R', α,β-nenasyc m-s ν as (COC) HCOOR w ν s (COC) HCOOR w ν s (COC) R-CO-O-R', nasyc w ν s (COC) Ar-CO-O-R m δ(oco) HCOOR - -7-

8 ketony m ν(c=o) R-CO-R,' nasycené ketony m-w ν(c=o) ArCO-, α,β-nenas. ketony m-w ν(cc) R-CO-R' (často obtížně rozpoznatelný) m δ(c-co-c) Ar-CO-Ar(-R), obecně několik pásů m ν(c Ar C) Ar-CO m-w ν as (CC(=O)C) R-CO-R', několik pásů při delších řetězcích m-s ν s (CC(=O)C) R-CO-R' s-m δ(cc(=o)c) R-CO-R' - nitrosloučeniny m-w ν as (NO 2 ) -NO s-vs ν s (NO 2 ) -NO s-m ν(cn) -C-NO Poznámka: (1) Valenční vibrace ν as (CH 3 ) by měla být správně označena ν d (CH 3 ). Označení ν as se však běžně používá, a bylo proto zachováno i v této tabulce. Použité zkratky: Intenzita: vs - velmi silná, s - silná, m - střední, w - slabá, vw velmi slabá, v - proměnná, br - široký pás, sh - raménko (anglicky shoulder). Popis vibračních kmitů: ν - valenční, δ - deformační, γ - mimorovinný, ω - kývavý (anglicky wagging), ρ - kolébavý (angl. rocking), as - antisymetrický, s - symetrický, d - degenerovaný, amid I - III - označení amidických pásů I - III, vystihující silné spřažení vibrací v amidech, komb.p. - kombinační pásy. R - alkyl, Ar - aryl. -8-