phương pháp phổ càng cao. Trong một vài trường hợp để xác định cấu trúc hóa học của hợp chất người ta phải dựa vào các phương pháp bổ sung như chuyển hóa hóa học hay các phương pháp sắc ký so sánh…
1.4.1. Phổ hồng ngoại (IR)
Trong nghiên cứu cấu trúc các hợp chất hữu cơ thường chỉ sử dụng phổ có số sóng từ 4000 đến 400 cm-1 và biến thành năng lượng của dao động phân tử. Sự hấp thụ ấy có định lượng nhưng phổ hồng ngoại không biểu hiện thành đường thẳng mà là các dải hấp thụ với cường độ khác nhau bởi và sự biến đổi năng lượng dao động luôn đi kèm với sự biến đổi của năng lượng quay. Như vậy, phổ hồng ngoại là phổ hấp thụ của hai dạng năng lượng trong phân tử là năng lượng dao động và năng lượng quay. Dựa vào sự hấp thụ này người ta chia phổ hồng ngoại ra thành 3 vùng:
- Vùng sóng ngắn (4000-1300 cm-1) gọi là vùng các nhóm chức vì các băng hấp thụ của các nhóm chức hữu cơ như OH, NH, CO... đều xuất hiện ở đây.
- Vùng sóng dài (900-400 cm-1 ) đặc trưng cho các hấp thụ của dao động biến dạng của vòng thơm và các hấp thụ biến dạng của CH ngoài mặt phẳng.
- Vùng sóng trung bình (1300-900 cm-1 ) được gọi là vùng chỉ vân tay vì nó được dùng để so sánh hình dạng các băng hấp thụ của các mẫu xem có đồng nhất hay không về phương diện hóa học. Phương pháp phân tích này cho ta xác định các nhóm chức, vòng benzen có trong phân tử.
1.4.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân là một phương pháp phổ hiện đại và hữu hiệu nhất hiện nay. Phương pháp phổ NMR là sự cộng hưởng khác nhau của các hạt nhân từ (1H và 13C) dưới tác dụng của từ trường ngoài. Sự khác nhau này được biểu diễn bằng độ chuyển dịch hóa học. Ngoài ra, đặc trưng phân tử còn được xác định nhờ tương tác spin giữa các hạt nhân từ với nhau.
1.4.2.1. Phổ 1H-NMR
Độ dịch chuyển hóa học của các proton được so với chất chuẩn nội TMS và thường nằm trong khoảng thang ppm từ 0 – 14 ppm tùy thuộc vào mức độ lai hóa của nguyên tử cũng như đặc trưng riêng của từng phần. Dựa vào đặc trưng của độ dịch chuyển hóa học và tương tác spin mà người ta xác định được cấu trúc hóa học của hợp chất hữu cơ.
1.4.2.2. Phổ 13C-NMR
Cho tín hiệu vạch phổ cacbon. Mỗi nguyên tử cacbon cộng hưởng ở một trường khác nhau và cho tín hiệu phổ khác nhau. Thông thường tín hiệu của cacbon xuất hiện trong thang chia từ 0 tới 230 ppm.
1.4.2.3. Phổ DEPT
Cho phép phân loại các tín hiệu trên phổ cacbon thành nhóm khác nhau: cacbon không liên kết trực tiếp với hydro, nhóm CH, nhóm CH2, và nhóm CH3. Trên phổ DEPT, tín hiệu của các cacbon không liên kết trực tiếp với hydro sẽ không xuất hiện. Tín hiệu của CH và CH3 nằm về một phía (phía trên) và của CH2 về một phía (phía dưới) trên phổ DEPT135. Trên phổ DEPT90 chỉ xuất hiện tín hiệu của CH.
1.4.2.4. Phổ 2D-NMR
Đây là các kỹ thuật phổ hai chiều, cho phép xác định các tương tác của các hạt nhân từ của phân tử trong không gian hai chiều. Một số kỹ thuật chủ yếu thường được sử dụng như sau:
Phổ HSQC (Heteronuclear Single Quantum Coherence): các tương tác trực tiếp H-C được xác định nhờ vào các tương tác trên phổ này. Trên phổ,
này mà các phần tử của phân tử được nối ghép lại với nhau.
Phổ HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Connectivity): đây là phổ biểu diễn 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 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 cấu trúc không gian của phân tử.
Người ta còn sử dụng hiệu ứng NOE bằng kỹ thuật phổ NOE một chiều để xác định cấu trúc không gian của phân tử. Các proton có cùng phía cũng như gần nhau về không gian sẽ cộng hưởng mạnh hơn và cho tín hiểu phổ với cường độ mạnh hơn bằng vệc đưa chúng vào một xung đúng bằng từ trường cộng hưởng của một proton xác định.
Ngoài ra người ta còn sử dụng phổ X-RAY (nhiễu xạ Ronghen) để xác định cấu trúc không gian của toàn bộ phân tử của hợp chất kết tinh ở dạng đơn tinh thể. Vì yêu cầu tiên quyết là cần phải có đơn tinh thể nên phạm vi sử dụng của phổ này hạn chế. Đây là điều kiện không phổ biến đối với các hợp chất hữu cơ.
Ngoài việc sử dụng các loại phổ, người ta còn sử dụng các phương pháp chuyển hóa hóa học cũng như các phương pháp phân tích, so sánh, kết hợp khác. 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 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 LC-MS hoặc GC-MS với các đường chuẩn dự kiến.
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU