CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.5. Phương pháp vật lý hiện đại xác định cấu trúc phân tử
Quá trình xác định cấu trúc của một chất là một q trình tập hợp và phân tích các dữ liệu từ nhiều phương pháp khác nhau, mỗi cách cung cấp một số thông tin về cấu trúc của chất. Hiện nay, các phương pháp phân tích cấu trúc hiện đại đã được sử dụng để xác định cấu trúc gồm có: các phương pháp phổ hấp thụ như phổ tử ngoại (UV)/khả kiến (Vis) và phổ hồng ngoại (IR), các phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối lượng (MS).
Các phương pháp phổ biến nhất là các phương pháp đo phổ: phổ hồng ngoại (IR), phổ khối (MS), phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1 chiều và 2 chiều (1H-NMR,
13C-NMR, DEPT, HSQC, HMBC…).
2.5.1. Phân tích cấu trúc hợp bằng phở cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) Phổ cộng hưởng từ hạt nhân viết tắt là NMR (Nuclear Magnetic Resonance), là một phương pháp phân tích cấu trúc các hợp chất hiện đại và hữu hiệu nhất hiện nay. Với việc sử dụng kết hợp các kỹ thuật phổ NMR một chiều và hai chiều, các nhà nghiên cứu có thể xác định chính xác cấu trúc của các hợp chất kể cả cấu trúc lập thể của phân tử.
Nguyên lý chung của phương pháp phổ NMR (phổ proton và phổ carbon) là sự cộng hưởng khác nhau của các hạt nhân từ (1H và 13C) dưới tác dụng của từ trường ngoài. Sự cộng hưởng khác nhau này được biểu diễn bằng độ chuyển dịch hóa học. Trong phổ NMR có hai thơng số có đặc trưng liên quan đến cấu trúc hóa học của 1 phân tử là độ dịch chuyển hóa học (δ) và hằng số tương tác spin–spin (J).
2.5.2. Phổ proton 1H-NMR
Trong phổ 1H-NMR độ chuyển dịch hoá học (δ) của các proton được xác định trong thang TMS từ 0 ppm đến 14 ppm tuỳ thuộc vào mức độ lai hóa của các
hóa học khác nhau. Dựa vào độ chuyển dịch hố học, diện tích pic cũng như tương tác spin giữa các hạt nhân từ với nhau mà người ta có thể xác định được cấu trúc hóa học của hợp chất. Dựa vào những đặc trưng của δ và tuơng tác J để có thể cung cấp các thơng tin giúp xác định cấu trúc hóa học của hợp chất.
2.5.3. Phổ 13C-NMR
Phổ này cho tín hiệu vạch carbon. Mỗi nguyên tử carbon sẽ cộng hưởng ở một trường khác nhau và cho một tín hiệu phổ khác nhau. Thang đo cho phổ 13C-NMR cũng được tính bằng ppm nhưng với dải thang đo rộng hơn so với phổ proton (từ 0 ppm đến 240 ppm). Ngồi ra phổ 13C cịn được ghi theo phương pháp DEPT
(Distortionless Enhancement by Polarization Transfer). Phổ DEPT: Phổ này cho các tín hiệu phân loại các bậc carbon khác nhau.
Phổ DEPT 135 khơng cho tín hiệu của carbon bậc 4, tín hiệu của CH và CH3 nằm về một phía, cịn tín hiệu của CH2 nằm về phía đối diện. Trên phổ DEPT 90 chỉ có duy nhất tín hiệu phổ của CH. Kết hợp phổ 13C-NMR và phổ DEPT sẽ cho ta biết chính xác số carbon bậc 1, 2, 3, 4 [4].
2.5.4. Phổ HSQC (Heteronuclear Single Quantum Coherence)
Phổ HSQC cho biết sự liên quan giữa các tín hiệu của 1H và 13C. Phổ HSQC cho biết thông tin về liên kết trực tiếp giữa proton và carbon.
2.5.5. Phổ HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Correlation)
Đây là phổ thể hiện tương tác xa (2 liên kết và 3 liên kết) giữa carbon và proton trong phân tử và nhờ đó mà từng phần của phân tử cũng như tồn bộ phân tử được xác định. Phổ này đặc biệt thích hợp trong trường hợp phân tử chứa carbon bậc bốn vì nó thể hiện mối liên quan của tín hiệu proton 1H ở một nguyên tử 13C với tín hiệu của 13C khác ở cách xa nó 2-3 liên kết thậm chí trong một số trường hợp là bốn liên kết.
2.5.6. Phổ COSY (Correlation spectroscopy)
Phổ COSY biểu diễn các tương tác giữa proton – proton. Các proton tương tác với nhau trong phổ COSY là các proton liên kết với cùng một carbon hoặc với carbon liền kề. Nhờ phổ này mà các phần của phân tử được xác định.
2.5.7. Phổ NOESY (Nuclear Overhauser Enhancement Spectroscopy)
Phổ NOESY biểu diễn các tương tác không gian của các proton không kể đến độ dài các liên kết mà chỉ tính đến khoảng cách khơng gian của chúng được phân bố trong phân tử (khoảng 4A0). Dựa vào kết quả phổ này có thể xác định cấu trúc khơng gian của phân tử.