Spectroscopy, NMR)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân là một phương pháp phổ hiện đại và hữu hiệu nhất hiện nay được dùng để xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất hữu cơ nói chung và hợp chất thiên nhiên nói riêng. Với việc sử dụng kết hợp các kĩ thuật phổ NMR một chiều và hai chiều, các nhà nghiên cứu có thể xác định chính xác cấu trúc của hợp chất, kể cả cấu trúc lập thể của phân tử. Nguyên lí chung của các phương pháp phổ NMR (phổ proton và phổ cacbon) là sự cộng hưởng khác nhau của các hạt nhân từ (1
H và 13C) dưới tác dụng của từ trường ngoài. Sự cộng hưởng khác nhau này được biểu diễn bằng độ dịch chuyển hóa học (chemical shift). Ngoài ra, đặc trưng của phân tử còn được xác định dựa vào tương tác spin- spin giữa các hạt nhân từ với nhau (spin coupling).
a) Phổ 1H- NMR (Proton Magnetic Resonance Spectroscopy)
Trong phổ 1
H- NMR độ dịch chuyển hóa học () của các proton được xác định trong thang ppm từ 0 ppm đến 14 ppm tùy thuộc vào mức độ lai hóa của nguyên tử cũng như đặc trưng riêng của từng phân tử. Mỗi loại proton cộng hưởng ở một trường khác nhau và vì vậy chúng được biểu diễn bằng một độ dịch chuyển hóa học khác nhau. Dựa vào những đặc trưng của độ dịch chuyển hóa học cũng như tương tác spin coupling mà người ta có thể xác định được cấu trúc hóa học của hợp chất.
b) Phổ 13C- NMR (Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy)
Phổ này cho tín hiệu vạch phổ của cacbon. Mỗi nguyên tử cacbon sẽ cộng hưởng ở một trường khác nhau và cho tín hiệu phổ khác nhau. Thang đo cho phổ 13
C- NMR cũng được tính bằng ppm với dải thang đo rộng hơn so với phổ proton ( từ 0 ppm đến 240 ppm).
Trần Thị Huyền K31- Khoa Hóa Học28
c) Phổ DEPT (Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer)
Phổ này cho ta những tín hiệu phổ phân loại các loại cacbon khác nhau. Trên phổ DEPT, tín hiệu của cacbon bậc bốn biến mất. Tín hiệu phổ của CH và CH3 nằm về một phía và của CH2 về một phía trên phổ DEPT 135. Còn trên phổ DEPT 90 thì chỉ xuất hiện tín hiệu phổ của các CH.
Hiện nay việc đo phổ 13C đã đạt tới độ chính xác ± 0,01 ppm vì thế mỗi nguyên tử cacbon không tương đương trong phân tử đều cho một tín hiệu riêng, rất hiếm khi bị xen lấp bởi tín hiệu của các nguyên tử cacbon khác. Việc sử dụng phổ DEPT và các kĩ thuật khác sẽ giúp ta nhanh chóng xác định được bộ khung cacbon của phân tử, điều đó rất quan trọng trong việc xác định cấu trúc phân tử.
d) Phổ 2D- NMR (Two-Dimensional NMR)
Đây là các kĩ thuật phổ 2 chiều, cho phép xác định các tương tác của các hạt nhân từ của các phân tử trong không gian 2 chiều. Một số kĩ thuật chủ yếu thường được sử dụng như sau:
+ Phổ HMQC (Heteronuclear Multiple Quantum Coherence):
Các tương tác trực tiếp H-C được xác định nhờ vào các tương tác trên phổ này. Trên phổ, một trục là phổ 1
H- NMR còn trục kia là 13C- NMR. Các tương tác HMQC nằm trên đỉnh các ô vuông trên phổ.
+ Phổ 1
H- 1H COSY (HOMOCOSY) (1H-1H Chemical Shift Correlation Spectroscopy):
Phổ này biểu diễn các tương tác H-H, chủ yếu của các proton đính với cacbon liền kề nhau chính nhờ phổ này mà các phần của phân tử được nối ghép lại với nhau.
Trần Thị Huyền K31- Khoa Hóa Học29
Đây là phổ biểu diễn các tương tác xa của H và C trong phân tử. Nhờ vào các tương tác trên phổ này mà từng phần của phân tử cũng như toàn bộ phân tử được xác định về cấu trúc.
+ Phổ NOESY (Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy)
Phổ này biểu diễn các tương tác xa trong không gian của các proton không kể đến các liên kết mà chỉ tính đến khoảng cách nhất định trong không gian. Dựa vào kết quả phổ này, có thể xác định được cấu trúc không gian của phân tử.
Người ta còn sử dụng hiệu ứng NOE bằng kỹ thuật phổ NOE defferences để xác định cấu trúc không gian của phân tử, bằng việc đưa vào một xung đúng bằng từ trường cộng hưởng của một proton xác định thì các proton có cùng phía về không gian cũng như gần nhau về mặt không gian sẽ cộng hưởng mạnh hơn và cho tín hiệu phổ với cường độ mạnh hơn.
Ngày nay người ta còn sử dụng nhiều kỹ thuật phổ 2 chiều rất hiện đại khác, ví dụ như kỹ thuật xóa tương tác trên các phổ nhất định (decoupling), ví dụ như trên phổ proton, xóa tương tác của một proton nào đó xác định, có thể xác định được vị trí của các proton bên cạnh. v.v…
Ngoài các phương pháp phổ nêu trên, trên thế giới người ta còn sử dụng phổ X- RAY (nhiễu xạ Rơnghen) để xác định cấu trúc không gian của toàn bộ phân tử. Tuy nhiên phạm vi sử dụng của phổ này rất hạn chế, bởi vì yêu cầu tiên quyết là cần phải có đơn tinh thể. Đây là một điều kiện không phổ biến đối với các hợp chất hữu cơ.
Như trên đã đề cập, ngoài việc sử dụng các loại phổ, người ta còn phải sử dụng kết hợp với các chuyển hóa hóa học cũng như các phương pháp phân tích, so sánh, kết hợp. Đặc biệt đối với các phân tử nhiều mạch nhánh dài tín hiệu phổ NMR bị chồng lấp nhiều khó xác định chính xác được chiều dài các mạch, cũng như đối với các phân tử có các đơn vị đường thì việc xác định
Trần Thị Huyền K31- Khoa Hóa Học30
chính xác loại đường cũng như cấu hình đường thông thường phải sử dụng phương pháp thủy phân rồi xác định bằng phương pháp so sánh bằng LC- MS hoặc GC- MS với các đường chuẩn dự kiến. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chƣơng 2:
Thực nghiệm và phƣơng pháp nghiên cứu
2.1. Dụng cụ và thiết bị