Избирательное поглощение
При размещении рацемической смеси в хроматографической колонке, заполненной хиральными веществами, изомеры должны иметь разную скорость прохождения через нее. Появляется возможность их разделения без превращения в диастереомеры.
Подобное разделение можно провести, используя разные виды хроматографии:
- бумажной;
- тонкослойной;
- колоночной;
- газовой;
- жидкостной.
Например: колоночной хроматографией на крахмале удалось практически полностью разделить рацемическую миндальную кислоту.
В настоящее время налажено производство хроматографических колонок с хиральными абсорбентами. При этом существуют колонки для расщепления энантиомеров определенных типов соединений.
Газожидкостная хроматография
В вещество, энантиомерную чистоту которого хотят выяснить, очень часто при помощи подходящего оптически чистого реагента вводят дополнительную хиральность. Если соединение было оптически чистым, то образуется один диастереомер, два диастереомера появятся, если первое соединение содержало примесь второго антипода. Данный факт можно установить с помощью газожидкостной хроматографии (ГЖХ), спектроскопии ядерно – магнитного резонанса (ЯМР) и некоторыми другими методами.
Диастереомеры в газожидкостной хроматографии дают раздельные пики, отношение площадей которых показывает соотношение антиподов в анализируемом оптически активном соединении.
Прежде, чем использовать ГЖХ необходимо на заведомо оптически нечистом соединении убедиться, что диастереомеры действительно имеют разное время выхода на используемой колонке.
Например, метод газожидкостной хроматографии используют при определении оптической чистоты аминокислот. Для этого их переводят в $N$-трифторацетильные производные, что повышает летучесть соединений, а в карбоксильную группу добавляют остаток оптически чистого амина или спирта.
Рисунок 1. Газожидкостная хроматография. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Если рассматриваемая аминокислота не являлась оптически чистой, то полученные диастереомеры на хроматограммах дадут два пика. Оптическую чистоту можно определить по соотношению площадей пиков.
Определить оптическую чистоту энантиомеров, не переводя их в диастереомеры, можно на хиральных неподвижных фазах.
Например, использование силанизированного силикагеля с закрепленными на нем остатками аминокислот:
Рисунок 2. Газожидкостная хроматография. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Жидкостная хроматография
Соотношение диастереомеров можно определить при помощи современной жидкостной хроматографии (HPLC). Для этой цеди кислоты можно переводить в амиды с оптически активным $α$-фенилэтиламином или другими хиральными аминами. Например, определена оптическая чистота и рассчитаны максимальные удельные вращения следующих кислот
Рисунок 3. Жидкостная хроматография. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Газовая хроматография
Газовая хроматография имеет ряд достоинств: большая чувствительность, скорость, простота выполнения, высокая разрешающая способность и воспроизводимость. Условиями использования газовой хроматографии являются термостойкость, достаточная летучесть и полнота разделения. В противном случае метод применять нецелесообразно.
С помощью газовой хроматографии разделение рацемической смеси может проводиться двумя способами:
Превращение энантиомеров в диастереомерные производные при помощи химических реакций со вспомогательными энантиомерно чистыми хиральными расщепляющими агентами и дальнейшее газохроматографическое разделение полученных диастереомеров на нехиральной неподвижной фазе.
Диастереомеры образуются до хроматографического разделения.
Этот метод применяют для субстратов, имеющих по меньшей мере одну реакционноспособную функциональную группу для осуществления количественной реакции с расщепляющим реагентом.
Недостатки метода:
- В результате существования энергетически различных диастереомерных переходных состояний трудностями при проведении реакции являются рацемизация и кинетическое расщепление.
- Возможно случайное фракционирование при получении производного, обработке и хроматографировании, что приводит к изменению первоначального взаимоотношения энантиомеров в образце.
- Систематические ошибки при неполной энантиомерной чистоте расщепляющего агента, что может способствовать неправильному определению энантиомерной чистоты высокообогащенных смесей.
Прямое разделение энантиомеров на хиральной неподвижной фазе, которая содержит вспомогательный расщепляющий агент высокой энантиомерной чистоты.
Прямое разделение возможно благодаря быстрому и обратимому диастереомерному взаимодействию между рацемическим растворенным соединением и оптически активной неподвижной фазой.
Метод требует эффективную систему растворенное вещество – растворитель, которая была бы способна к хиральному распознаванию с помощью ассоциации молекул. Соотношение энантиомеров в образце не должно меняться в процессе разделения в результате аналитических, химических, физических реакций.
Соотношение энантиомеров в субстрате не зависит от энантиомерной чистоты используемой хиральной неподвижной фазы.
Низкая энантиомерная чистота расщепляющего агента приводит к небольшим значениям фактора разделения.
Метод в основном применяется в таких случаях асимметрического синтеза, когда не нужно модифицировать образец газохроматографическим анализом.
При анализе высокополярных или нелетучих субстратов типа α-аминокислот необходимо их модифицировать в соответствующие производные.
Иногда соответствующий метод модификации используют для улучшения расщепления, вводя соответствующие функциональные группы.
Данные методы являются производными классического подхода Пастера к разделению диастереомеров кристаллизацией диастереомерных солей.
Прямое разделение энантиомеров является более надежным методом.
Разделение уже образованных диастереомеров на энантиомерные пары на хиральной неподвижной фазе помогает предотвратить недостатки, связанные с неполной энантиомерной чистотой расщепляющего агента и рацемизацией образца.
