LEKCE 2b. NMR a chiralita, posunová činidla. Interpretace 13 C NMR spekter

Transkript

1 LEKCE 2b NMR a chiralita, posunová činidla Interpretace 13 C NMR spekter

2 Stanovení optické čistoty Enantiomery jsou nerozlišitelné v NMR spektroskopii není možné rozlišit enantiomer od racemátu!!! Enantiotopické protony mohou být v NMR rozlišitelné jen v přítomnosti chirálního okolí. chirální činidlo + (R)-substrát chirální činidlo (R)-substrát chirální činidlo + (S)-substrát chirální činidlo (S)-substrát diastereomery rozlišitelné v NMR Možnosti tvorby diastereomerních komplexů: posunová činidla (LSR, Pirklovo činidlo) chirální rozpouštědla derivatizace (Mosherova metoda)

3 Chirální lantanoidová posunová činidla (LSR) využití tvorby diastereomerních komplexů: S(+) + LSR(-) S(+) LSR(-) S(-) + LSR(-) S(-) LSR(-) rozlišitelné v NMR S(+), S(-)... substrát (racemická směs) LSR(-)... chirální posunové činidlo chirální paramagnetické LSR: Sůl nebo komplex lanthanoidového kationtu s organickým ligandem Eu(tfc) 3 Eu(hfc) 3

4 Stanovení optické čistoty - chirální LSR 80% L, 20% D + chirální LSR racemát + chirální LSR optická čistota??? Horst Friebolin: Basic One- and Two-Dimensional NMR Spectroscopy, Wiley VCH, 2005

5 Stanovení optické čistoty - Pirklovo činidlo optická čistota??? racemát + Pirklovo činidlo Nerozšiřuje čáry!!!!! Pirklovo činidlo NMR spektra před a po chirální solvataci racemického 6,7-dimethoxy-1-(3,4,5-trimethoxybenzyl)-1,2,3,4-tetrahydroisochinolinu Pirklovým alkoholem (1-(9-Antryl)-2,2,2-trifluorethanol)), Chem. Listy 105, (2011)

6 Použití chirálních posunových činidel nevede vždy k úspěchu Každý problém se řeší separátně (změna typu činidla, rozpouštědla, ). Komplex LSR není vždy dostatečně silný (síla komplexu závisí na schopnosti substrátu být Lewisovou bází). Některé silné kyseliny a fenoly rozkládají komplex s LSR. Nevýhoda LSR: Vzhledem k obsahu paramagnetického lanthanoidového kationtu dochází k rozšíření signálů. Výhoda Pirklova činidla: Nedochází k rozšíření signálů.

7 Chirální rozpouštědla 2,2,2-Trifluoro-1-phenylethanol 1-Phenylethylamin tvorba nekovalentních interakcí mezi opticky čistým rozpouštědlem a příslušnou látkou vzniklé látky jsou diastereomery rozpouštědla nejsou deuterovaná je zapotřebí přidat (externě) látku na zalockování

8 Mosherova metoda - určení absolutní konfigurace (??) R nebo S? (R) (R) (R, S) (S) (R) (S, S) v NMR nerozlišitelné v NMR rozlišitelné!!! Mosherovo činidlo - chirální derivatizační činidlo Thomas R Hoye, Christopher S Jeffrey, Feng Shao, Nature Protocols 2007, 2,

9 Mosherova metoda - určení absolutní konfigurace (??) Předpoklad: Mosherův ester zaujímá preferovanou konformace s minimální sterickou interakcí Ring current efekt fenylové skupiny ovlivňuje chemické posuny skupin R 1 a R 2 odstínění R 2 stínění R 2 stínění R 1 odstínění R 1 Thomas R Hoye, Christopher S Jeffrey, Feng Shao, Nature Protocols 2007, 2,

10 Mosherova metoda - určení absolutní konfigurace (??) (R) nebo (S) CH CH 3 CH 3 musí být na straně OCH 3, tedy směřuje dozadu (R) konfigurace CH 3 (R) (S) CH 3 (stíněna) musí být na straně Ph, tedy směřuje dopředu CH 3 (S) konfigurace (S) (S) Analýzou znamének rozdílů chemických posunů (Dd SR ) řady analogických diastereomerních párů protonů v diastereomerních esterech (nebo amidech) lze spolehlivě určit absolutní konfiguraci na stereogenních centrech původních alkoholů (nebo aminů). Thomas R Hoye, Christopher S Jeffrey, Feng Shao, Nature Protocols 2007, 2,

11 Magnetická ekvivalence Jádra jsou magneticky ekvivalentní, jestliže jsou chemicky ekvivalentní mají identické interakční konstanty se všemi dalšími jádry v molekule (nebo nejsou v molekule žádná další magneticky aktivní jádra) magneticky ekvivalentní 3 J(4, 5) = 3 J(6, 5) Mezi magneticky ekvivalentními jádry se neprojevuje J vazba. magneticky neekvivalentní 3 J(2, 3) 5 J(6, 3) Spektra chemicky ekvivalentních, přitom magneticky neekvivalentních jader nelze analyzovat dle pravidel pro spektra 1. řádu.

12 Magnetická neekvivalence

13 Interpretace 13 C NMR spekter rozsah chemických posunů: ppm vzhledem k většímu rozsahu lépe rozlišitelné než 1 H spektra chemické posuny závisí více na hybridizaci daného C (sp 3 < sp <sp 2 ) než na povaze sousedních skupin C=O v ketonech Aromatika, alkeny Alifatické CH 3, CH 2, CH Alkyny C=O kyselin, aldehydů, esterů TMS ppm

14 Interpretace 13 C NMR spekter Přirozené zastoupení: 13 C: 1.11% ( 1 H: 99.98%) Citlivost: 13 C, g ( 1 H) 4 g (13C) 1 H je 64x citlivější jen z důvodu g 1 H je tedy 6400x citlivější, měření na více scanů interakce 13 C - 13 C nepozorovatelné (1:10000) interakce 1 H - 13 C komplikují vzhled spektra užití dekaplinku (saturace, vyrovnání obsazenosti hladin) odstranění interakce s protony 90 detekce 13 C: t D1 1 H: ozařování dekapling

15 Interpretace 13 C NMR spekter - dekaplink 90 detekce 13 C: t D1 1 H: ozařování dekapling Intenzity signálů v dekaplovaném spektru nejsou úměrné počtu odpovídajících jader C!!! vzhledem k NOE dochází až na 200% navýšení intenzity signálu: NOE = 1+ g 1H / 2g 13C během následných pulsů se spinový systém není schopen dostat do rovnováhy (T 1 relaxace) oba efekty se nejvíc projevují na nízké intenzitě kvartérních uhlíků

16 J interakce v 13 C 1 H 13 C spektrum J interakce v 13 C 2 H 13 C spektrum CCl 4 počet čar v multipletu 2 n I +1 deuterované rozpouštědlo I = 1 CHCl 3 CDCl 3 CH 2 Cl 2 CD 2 Cl 2 CH 3 Cl (CD 3 ) 2 SO

17 13 C spektra ( 1 H dekaplink) nedekaplovaná: zachování multiplicity, ale značné snížení intenzity dekaplovaná: odstranění interakce s protony, přehlednější spektrum, zvýšení intenzity signálů

18 APT (attached proton test) Využívá přenosu polarizace přes 1 J(C,H). Předpoklad: 1 J(C,H) jsou podobné a hodnota t D je nastavena na 1 / J. Modulace amplitudy CH CH 2,3 CH CH 3 1 J(C,H) je závislá na hybridizaci: ethan ethylen acetylen 1 J(C,H) [Hz] hybridizace sp 3 sp 2 sp

19 13 C spektra dekaplovaná: odstranění interakce s protony, přehlednější spektrum, zvýšení intenzity signálů J-modulovaná (APT): podle počtu připojených protonů pozitivní (C, CH 2 ) nebo negativní (CH, CH 3 ) amplituda C, CH 2 CH, CH 3

20 DEPT (Distortionles Enhancement by Polarization Transfer) Využití přenosu polarizace (předání polarizace citlivého jádra ( 1 H) méně citlivému ( 13 C)). Editace signálů dle posledního pulsu získáme separátní spektra pro primární (CH 3 ), sekundární (CH 2 ), a terciární (CH) uhlíky. Měří se 3 experimenty pro různé hodnoty úhlu f (45, 90, 135) přenos polarizace 13 C: 1/2J 1/2J f 1 H: 1/2J { 1 H}

21 DEPT - závislosti intenzit signálů na úhlu f 1 H pulsu CH CH 2 CH 3 Horst Friebolin: Basic One- and Two-Dimensional NMR Spectroscopy, Wiley VCH, 2005

22 DEPT 13 C dec. C, CH, CH 2 a CH 3 DEPT 45 CH, CH 2 a CH 3 DEPT 90 CH DEPT 135 CH + CH 3 CH 2 Horst Friebolin: Basic One- and Two-Dimensional NMR Spectroscopy, Wiley VCH, 2005