CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ NGHIỆM XÁC ĐINH CẤU TRÚC HỢP CHẤT HỮU CƠ LÊ HOÀNG DUY

Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ 1.1. Mở đầu Cho tới nay con người đã biết và công bố hàng triệu hợp chất hữu cơ, trong đó mỗi năm có hàng ngàn hợp chất mới được xác định. Trong đó bằng con đường tổng hợp trong phòng thí nghiệm tìm ra khoảng 90% hợp chất hữu cơ, phần còn lại phân lập từ các nguồn sinh vật trong tự nhiên. Đến nửa sau của thế kỷ XX, để có thể xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ đã tổng hợp hoặc phân lập từ tự nhiên, người ta dựa vào các phản ứng hóa học.

Các nhóm chức được thử nghiệm bằng các phản ứng đặc trưng để xác định cấu trúc phân tử như các phản ứng cắt mạch cacbon, các phản ứng dẫn xuất và điều chế,...

Phương pháp cổ điển này mất rất nhiều thời gian và cần hàm lượng mẫu chất lớn mới có thể thực hiện được. Tuy nhiên hiện nay với các phương pháp phổ (spectroscopy) hiện đại đã giải quyết các trở ngại trên đây.

Các phương pháp phổ thường sử dụng nhiều trong việc xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ bao gồm: Phổ hồng ngoại (InfRared spectroscopy, IR); phổ tử ngoại-khả kiến (Ultra Violet spectroscopy-VISual, UV-VIS); phổ khối lượng hay khối phổ (Mass Spectrometry, MS) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy, NMR).

Mỗi loại phổ trên đây có đặc trưng riêng và cung cấp thông tin khác nhau về hợp chất hữu cơ cần khảo sát cấu trúc. Phổ hồng ngoại cho thông tin về các loại nhóm chức khác nhau hiện diện trong phân tử như -OH, -COR, -COOR, -CN,... nhưng không cho thông tin về vị trí của các nhóm chức này. Phổ tử ngoại-khả kiến ghi nhận các cấu trúc có chứa hệ liên hợp. Tuy nhiên trong một số trường hợp cụ thể rất khó làm sáng tỏ những thông tin này trên phổ hồng ngoại và phổ tử ngoại.

Phổ khối lượng hay khối phổ cho thông tin về khối lượng phân tử của hợp chất. Dùng khối phổ phân giải cao (High-Resolution Mass Spectrometry, HR-MS) có thể xác định công thức phân tử của hợp chất khảo sát. Ứng với mỗi công thức phân tử, có thể có nhiều công thức cấu tạo khác nhau mà dựa vào khối phổ khó có thể phân biệt các đồng phân này.

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân là kỹ thuật rất hữu dụng để phân tích và xác định cấu trúc hợp chất hữu cơ. Kỹ thuật này dựa vào hiện tượng cộng hưởng từ của các hạt nhân có số proton lẻ như 1H, 19F, 31P hay hạt nhân có số nơtron lẻ như 13C. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân cho thông tin về số lượng, chủng loại cũng như sự tương tác giữa các hạt nhân có trong phân tử, đặc biệt là proton (1H) và cacbon đồng vị 13 (13C).

Như vậy, để xác định cấu trúc của một hợp chất hữu cơ phải dựa vào sự phân tích, tổng hợp cả năm loại phổ bao gồm: IR, UV, MS, 1H-NMR và 13C-NMR. Điểm chung của các phương pháp phổ này là ghi nhận quá trình tương tác của các bức xạ điện từ đến các phân tử của hợp chất hữu cơ cần khảo sát.

1