Визначення алкалоїдів за допомогою ЯМР-спектроскопії

Визначення алкалоїдів за допомогою ЯМР-спектроскопії

Зміст

Загальна інформація про алкалоїди

Методи виявлення алкалоїдів

ЯМР-спектроскопія

Список використаної літератури

Загальна інформація про алкалоїди

Алкалоїдами називають групу азотовмісних органічних сполук, частіше рослинного походження, що виявляють основні властивості та високу біологічну активність.

За хімічною будовою більшість алкалоїдів є гетероциклічними сполуками.

Алкалоїди широко розповсюджені в рослинному світі. Особливо багаті алкалоїдами рослини родини макових, жовтневих, бобових. Багато які алкалоїди виявляють сильну біологічну дію; у великих дозах вони часто є отрутами, а в малих дозах - застосовуються як лікарські засоби.

За фізичними властивостями алкалоїди являють собою здебільшого безбарвні кристалічні речовини, гіркі на смак, практично не розчинні у воді, але добре розчинні в органічних розчинниках - хлороформі, діетиловому ефірі та бензолі. Солі алкалоїдів, навпаки, добре розчинні у воді та нерозчинні в органічних розчинниках.

Методи виявлення алкалоїдів

Для виявлення алкалоїдів у тому чи іншому об’єкті застосовують загальні, так звані групові реакції, притаманні групі алкалоїдів, і специфічні реакції, характерні для індивідуальних алкалоїдів.

Групові реакції ґрунтуються на здатності алкалоїдів як основ утворювати з деякими реагентами важкорозчинні у воді осади простих або комплексних солей. Найчастіше для осадження алкалоїдів використовують розчин йоду в йодиді калію (реактив Вагнера), розчин ртуті в йодиді калію (реактив Драгенфорда), розчини таніну, пікринової кислоти та ін..

Крім реакцій осадження, для виявлення алкалоїдів часто використовують реакції забарвлення. Так, під дією концентрованої сірчаної, азотної кислот, суміші сірчаної та азотної кислот (реактив Ердмана) а також суміші сірчаної кислоти та формальдегіду (реактив Маркі), багато які алкалоїди утворюють забарвлені речовини. Ідентифікацію конкретних алкалоїдів здійснюють за допомогою специфічних реакцій на окремі функціональні групи, що входять до складу молекули алкалоїду а також застосуванням фізико-хімічних методів (ІЧ-, УФ-, ПМР-спектроскопія, мас-спектрометрія та хроматографія).

ЯМР-спектроскопія

алкалоїд магнітний резонанс спектроскопія

ЯМР-спектроскопія - метод ідентифікації та вивчення речовин, що базується на ядерному магнітному резонансі (ЯМР). Найчастіше застосовується для органічних сполук. Для методу доступні всі ядра, що мають нецілий спін, зокрема ¹H, ¹³С, ¹⁵N ¹⁹F, ³¹P.

Визначення алкалоїдів за допомогою ЯМР-спектроскопії

Рис 1. Структурні формули гетероциклів, похідні яких є алкалоїдами

Основні параметри ЯМР-спектроскопії:

І. Хімічний зсув. Для спектру ЯМР є дуже важливим значення хімічного зсуву, який дає змогу зрозуміти природу замісника. Є 4 фактори вія яких залежить хімічний зсув:

.        Електричний вплив замісників. Електрон-акцепторні замісники відтягують на себе електронну густину, внаслідок чого відбувається зсув сигналу ЯМР у бік більших значень δ і зовнішнє магнітне поле слабшає.

.        Молекулярні магнітні поля віддалених зв’язків (зовнішнє електричне поле породжує «кільцевий» струм електронів внаслідок чого виникає індуковане магнітне поле.

.        Якщо існують дипольні групи (С=О, С-Cl, N=O), то ці групи зміщують електронну густину, тим самим діючи на атоми гідрогену.

.        Якщо атоми Гідрогену розташовані близько (2Ẳ), то вони можуть перекриватися і сигнал буде зміщуватися в сторону слабшого поля.

ІІ. Інтегральна крива, що дозволяє виміряти площу, яку займають піки сигналів кожної групи. Площа групи піків пропорційна числу протонів, що дають сигнал.

ІІІ. Мультиплетність - варіація піків (їх форми). Мультиплетність сигналу даного ядра (або групи ядер) дозволяє оцінити число ядер, сусідніх з даним ядром.

IV. Константа спін-спінової взаємодії J. Вимірюється в Герцах і обчислюється з формулою:

За значенням J можна визначити електронний стан (гібридизацію) атомів вуглецю, які несуть дані протони, та відносну стереохімію взаємодіючих протонів.

Алгоритм розшифровки ЯМР-спектра:

.        Потрібно порахувати кількість сигналів - вона відповідає кількості груп протонів у молекулі.

.        Якщо відома брутто-формула, то потрібно порахувати число еквівалентів подвійних зв’язків.

.        Знайти співвідношення інтегральної інтенсивності сигналу. Інтегральна інтенсивність сигналу - площа під кривою; пропорційна кількості протонів, що є в цій групі.

.        Правильно інтерпретувати піки на спектрі. Починати розшифровку потрібно з сильної області і рухатись в слабку зону:

а) Перше, на що варто звернути увагу, так це на триплет в зоні 0,9 м.ч. Саме в цій зоні відображається група СН₃-.

б) протони групи -СН₂- дають сигнал у зоні 2,25 м.ч. (синглет)

в) арени дають сигнал в зоні 7,9 м.ч у вигляді септету.

Особливістю алкалоїдів на спектрах ЯМР є сильний зсув у сторону слабшого поля сигналу, який дає сусідня з гетероатомом метильна група (СН₂=). Це зумовлено тим, що гетероатом (у випадку алкалоїдів це нітроген) є електрон-акцептором і відтягує на себе електронну густину внаслідок чого відбувається зсув сигналу в сторону більших δ. Наприклад, лобеліну відбувається зсув сигналу на 0,65 м.ч., а для нікотину відбувається зсув на 1,05 м.ч. (Рис 2)

Отже, характерною особливістю гетероциклічних сполук, якими є алкалоїди, є сильний хімічний зсув сигналів протонів сусідніх до гетероатома груп в сторону слабшого поля.

Рис 2. ЯМР-спектри 1) нікотину; 2) лобеліну

Список використаної літератури

1.   Органічна хімія: Підручник для вищих фармацевтичних закладів освіти. У 3 кн./ В. П. Черних, Б. С. Зименковський, І. С. Гриценко. Кн. 3. Гетероциклічні та природні сполуки. - Х.: Основа, 1997 - 256 с.

2.      Браун Д., Флойд А., Сейнзбери М. Спектроскопия органических веществ: Пер. с англ. М.: Мир, 1992 - 300 с, ил.\

.        Spectral Database for Organic Compounds SDBS (http://sdbs.db.aist.go.jp/ sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi)

4.      Спектроскопия ЯМР в органической химии. Часть I. Общая теория ЯМР. Химические сдвиги 1Н и 13С : Учебное пособие/ Ф.Х. Каратаева, В.В. Клочков. - Казань: Казанский федеральный университет, 2012. - 96 с.

.        Проф. В.С.Петросян. Спектроскопия ЯМР высокого разрешения в органической и металлорганической химии.

6.      Вікіпедія. Вільна енциклопедія (http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%93% D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%BD%D0%B0_%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%96%D0%BD%D0%BA%D0%B0)