1HNMR测定手性化合物ee值的新方法

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HNMR 测定手性化合物ee 值的新方法

江向东1, 苏克曼2, 蔡水洪3

(1.华东理工大学石化学院;上海201512;2.华东理工大学化学系;3.化工系上海200237)

摘 要:报道了(±)-2-溴-2-甲基丁酸在光学活性的(-)-α-苯乙胺/氘代氯仿溶液中,其甲基1H N M R 化学位移不等价(Δδ/Hz)与(-)-α-苯乙胺的ee 值成线性关系。此法用于测定(-)-α-苯乙胺的ee 值,平均绝对误差为1.1%。

关键词:核磁共振;手性化合物;对映体过量收稿日期:2000-08-23

1HNMR测定手性化合物ee值的新方法

基金项目:国家自然科学基金资助课题(29976016)

手性化合物的对映体纯度常以对映体过量(enantiom eric excess,简称ee)来衡量。设样品中两对映体的含量分别为R 和S ,则ee =[(R -S )/(R +S )]×100%。手性研究的深入和手性技术的兴起对ee 值的测定提出了更多要求。通常核磁共振测定ee 值的原理是直接或间接地使被测对映体产生化学位移不等价,当代表被测对映体的NM R 两(组)吸收峰分离后,根据它们的吸收峰强度来计算出被测对映体的ee 值[1]

。本文则是根据在一定条件下,外消旋体助剂的化学位移不等价(ΔW /Hz)与被测对映体的ee 值成正比关系这一原理[2]

,测定了(-)-T -苯乙胺的ee 值。并考察了外消旋助剂浓度、助剂与被测物的摩尔比等测定条件的影响。1 实验部分

1.1 仪器与试剂

德国Sartorius BS 110S 电子天平;瑞士Bruker AC 200P FT-NM R 光谱仪。

(±)-2-溴-2-甲基丁酸,1;不同ee 值的(-)-α-苯

乙胺,2;氘代氯仿。1.2 实验方法及参数

称取若干份所需量的1,溶于0.50m L 氘代氯仿中,分别加入所需量的2,测1

H N M R 谱,记录1中甲基的ΔW ,以确定2的ee 值、1的浓度以及二者物质的量浓度之比(以下简称摩尔比)对ΔW 的影响,找出最佳摩尔比范围和1的适宜浓度范围。在适宜浓度范围内,配制相同浓度1的系列氘代氯仿标准溶液,在最佳摩尔比范围内,加入不同

ee 值的2,测1

H NM R 谱,确定ΔW

与ee 值的定量关系。相同条件下测定在被测物2作用下,1中甲基的

ΔW ,然后计算出被测物2的ee 值。

主要的NM R 的实验条件如下:温度(296±1)K;1

H 共振频率200.13M Hz;脉冲宽度3.0μs;谱宽10-6

;采样时间16.3s;采样数据点64K;频域分辨率0.061Hz 。2 结果与讨论2.1 实验条件的选择

2.1.1 1的浓度 当1的浓度大于0.10mol /L 时,特别是在0.13mo l /L 到0.80mo l /L 之间变化时,浓度对ΔW 的影响很小(见图1)。

图1 1的浓度对ΔW 的影响(1H N M R )实验条件:摩尔比为 3.0,2的ee 值为98.5%

由于浓度较大时如1.5mo l /L (摩尔比为2.0),将出现沉淀现象,所以在适宜的浓度范围内选择较小些的浓度好,本文选择0.15mo l /L 。

实验发现,当摩尔比为 1.5~ 6.0时,1的适宜浓度范围基本不变。2的ee 值与1的适宜浓度范围无关。2.1.2 摩尔比 当摩尔比大于1.0时,ΔW 受摩尔比的影响很小。特别是当摩尔比为2.5~ 3.5时,ΔW 不随摩尔比的改变而改变(见图2)。实验还证明,此摩尔比范围与2的ee 值无关。这是最佳摩尔比范围。本文选择摩尔比为 3.0。

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化 学 世 界2000年

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图2 摩尔比对Δδ的影响(1

H N M R )实验条件:1浓度为0.15mol /L,2的ee 值为98.5%

2.2 方法的可靠性和准确性

图3给出了2的ee 值与1中甲基ΔW 的实验结果,二者的线性相关系数R 2为0.9988。根据最小二乘法,2的ee 值与ΔW 的线性关系式为ΔW =7.19×

ee -0.07

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。图3 ΔW 与ee 值的关系

实验条件:1浓度为0.15mol /L ,摩尔比为3.0

在相同条件下,测定了ee 值为20%~99%的5个样品,测量结果的平均绝对误差为 1.1%,与一般按峰面积定量的误差相当。

由于实验条件下,方法的灵敏度ee /ΔW =14.0%/Hz ,频域分辨率为0.061Hz ,由此产生的ee 值不确定性最大可达0.9%。若使用较高场N M R 谱仪和增加频域分辨率,则可提高测定结果的可靠

性和准确性。2.3 方法的特点

意义:(1)本法定量的依据是ΔW ,不同于基于吸收峰强度测定的一般N M R 定量方法,这就避免了后者因吸收峰不能完全分开等影响峰强度测定的因素;(2)该法既避免了旋光度测定法需大量试样量的缺点,又避免了色谱法或一般核磁共振光谱法需消耗昂贵的高对映体纯度手性试剂的缺点;(3)分析速度快。一旦ee 值与ΔW 的线性关系式确定,测定一个样品只需几分钟,因此特别适用于例行分析的场合。

局限性:(1)需有被测对映体的标样,以求线性关系式;(2)需有合适的外消旋体助剂,且其化学位移不等价与被测体对映体的ee 值成线性关系;(3)

本法不适于测定高ee 值样品。参考文献:

[1] 苏克曼,江向东,蔡水洪.光谱实验室,1999,16(6):

604.

[2] 江向东.华东理工大学硕士学位论文.2000.

(上接第143页)

实验中考察了温度对分离选择性的影响。结果发现随着温度升高,分离度及选择性下降,但试验显示分离效率随柱温升高而增加。

4 流速对分离选择性的影响

在固定流动相pH 4.0,异丙醇浓度2%,温度25°C 的情况下,改变流速分别为0.9、0.7、0.5、0.3,发现因流速越低,保留时间越长而造成拖尾越严重,尽管分离度有明显提高,但最终选择0.9m L /min 。5 标准曲线线形范围及线形关系

由实验测得N -乙酰基苯甘氨酸在0.404~

44.088μg /m L 浓度范围内峰面积(A )与其浓度(c )间呈良好的线形关系,其L 型线形回归方程为A =65.1c + 3.483,D 型线形回归方程为A =66.73c +2.468,r =0.99996;最小检测限为2.25×10-3

ng 。连续进样6次,测得相对峰面积的RSD =0.626%。6 另将该法应用于N -乙酰基苯丙氨酸的分析,也取得了良好的分离效果。

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