Хроматографический способ выделения энантиомера хиральной структуры из рацемической смеси Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

28

AZЭRBAYCAN К1МУА JURNALI № 1 2012

УДК 543.547

ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ЭНАНТИОМЕРА ХИРАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ИЗ РАЦЕМИЧЕСКОЙ СМЕСИ

П.Ф.Гусейнова, А.Л.Шабанов, У.А.Гасанова, З.О.Гахраманова, М.М.Гасанова

Осуществлено хроматографическое выделение ..-энантиомера из рацемической смеси, полученной этерификацией 6-метил- 15-гидрокси-1,4,7,10,13 -пентаокса-2,3,11,12-дибензоцикло-гексадекана с Ь-аланином. ^.-изомер остается в хроматографической колонке в связанном виде с крахмалом. Разделение обусловливается образованием сильной водородной связи аминной группы ..-изомера с краун-эфирным кольцом. Наоборот, ^.-изомер слабо связывается с кольцом краун-эфира и сильно удерживается адсорбентом.

Ключевые слова: рацемическая смесь, энантиомеры, хиральность, краун-эфиры, диастерео-меры.

Несмотря на трудности, некоторые успехи достигнуты при хроматографическом разделении рацемической смеси. Через хроматографическую колонку, заполненную хиральными веществами, энантиомеры проходят с разными скоростями. В результате этого предоставляется возможность их разделения без химического превращения в диастереомеры. Подобное разделение было успешно осуществлено с помощью бумажной, колоночной, тонкослойной [1], газовой и жидкостной хроматографии [2]. Этими методами рацемическую миндальную кислоту удалось разделить почти полностью колоночной хроматографией на крахмале. Известно много примеров разделения газовой и жидкостной хроматографией на колонках с хиральными адсорбентами. В последние годы большие успехи были достигнуты лауреатом Нобелевской премии Д. Крамом [2], который применил хиральные краун-эфиры (II) для разделения энантиомеров. Впервые хираль-ные корананды он использовал для разделения оптически активных аминокислот. Такие коранан-ды (I) содержали тиольные нуклеофилы, расположенные над и под плоскостью макроцикла.

Коранандное разделение аминов было сравнено с разделением их ациклических аналогов. Результаты совпали. Схематические структуры соединений I и II представлены ниже схемой, показывающей хиральные особенности макрогетероцикла II:

Крамом показано, что корананды такого типа образуют с катионами аммония водородные связи N-№--0 с участием зарядов. Хозяин комплементарен такому органическому катиону из-за отсутствия симметрии третьего порядка аммониевой группы. В случае хиральных гостей наблюдается хиральное распознавание как следствие стерических взаимодействий между заместителями нафталиновых фрагментов (СН3БН) и заместителями гостя.

НИИ "Геотехнологические проблемы нефти, газа и химия " при Азербайджанской государственной нефтяной академии

[email protected]

Поступила в редакцию 23.02.2012

хиральныи центр

БЫ

I .-изомер

II

Основываясь на работе Д.Крама [2] по разделению хиральных краун-соединений, методом колоночной хроматографии нами показано, что более простые хиральные краун-эфиры также могут применяться для разделения предложенным Крамом [2] методом. Исходя из гидроксилзаме-щенного краун-эфира (III) с хиральным центром, содержащего в боковой цепи аланиновый фрагмент, нами синтезировано макроциклическое соединение (IV) по схеме:

CH3

ос

O

O

O

O

Yj)

+ HOOC-CH-CH3

I

nh2

H2SO4 / бензол

OI

III

O

Ol

CI

O O

;c

O-C-CH-CH3

I

NI2

IV

+ H2O;

O

ЧЛ

O

II3

OOC-CH-CH3

I +

NH3Cr

V

Выход полученного продукта IV составил 43%. Индивидуальность и чистота его установлены методом тонкослойной хроматографии на пластинке '^ИийэГ'. Строение соединения определено на основании ИК-спектральных данных и элементного анализа. В ИК-спектре этого соединения имеется интенсивная полоса поглощения при 1728 см-1, характеризующая наличие сложноэфирного фрагмента. Полоса поглощения аминной группы проявляется при 1655 см-1. Следует отметить, что полоса поглощения исходной гидроксильной группы отсутствует. В ИК-спектре этого соединения содержатся полосы связей и групп макроциклического кольца. Разделение полученного вещества IV на оптические изомеры осуществлено на хроматографической колонке, заполненной адсорбентом -раздробленным на маленькие горошины сухим крахмалом. В качестве элюента использован этиловый спирт. Перед хроматографированием 500 мг смеси из энантиомеров хирального соединения IV превращали в хлоридную соль V. Нами выделены 210 мг ««-изомера в виде хлоридной соли V с температурой плавления 1360С. Механизм разделения смеси хлоридных солей, по-видимому, заключается в том, что .«-четвертичная соль V не превращается во внутренний комплекс и сильно удерживается в колонке за счет взаимодействия аммониевого катиона с адсорбентом. Однако, как и следовало ожидать, превратившийся во внутренний комплекс ««-изомер V, слабо взаимодействует с адсорбентом, и поэтому скорость его выхода из колонки большая. Благодаря этому происходит отделение ««-изомера от .«-изомера, который остается в колонке.

Мы предполагаем, что ««-изомер образует внутренний комплекс (VI) связыванием аммониевого фрагмента с макроциклическим кольцом за счет внутриводородных связей. В ИК-спектре VI обнаружена внутримолекулярная водородная связь при 3587 см-1. Естественно, взаимодействие этого энантиомера с адсорбентом в колонке сильно ограничено.

Для подтверждения «-хиральной структуры макроциклического кольца в соединении VI нами проведено восстановление его тетраборгидридом натрия, при этом макроциклическое коль-

30

П.Ф.ГУСЕЙНОВА и др.

цо не затрагивается. В результате выделено гидроксилзамещенное макроциклическое соединение, являющееся «-энантиомером (VII), [а]2° = -67.60:

сн3

о ^С .

^ - нН\ Н- -

сн3

сг

ЧА

- N -

КаВН4 / Н20

О со-сн-сн о

сг

О VI

он

VII

«-изомер

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

6-метил-15-гидрокси-1,4,7,10,13-пентаокса-2,3,11,12-дибензоциклогексадекан III получен по методике А.ЛШабанова, Тонг Кань Шон [3], исходя из бисфенола (VIII) и 1,3-дихлор-2-пропанола (IX):

сн3

о

он

Он

о

но

Т)

с1 с1

VIII

IX

Синтез сложного эфира Ь-аланина (IV). Для получения этого соединения нами проведена этерификация гидроксилзамещенного краун-эфира с Ь-аланином. К 0.89 г (0.01 моля) Ь-аланина в 25 мл безводного бензола добавляли 3.6 г (0.01 моля) гидроксилзамещенного краун-эфира III. К полученной смеси прикапывали 3 капли концентрированной серной кислоты. При перемешивании смесь кипятили до полного выделения азеотропной воды.

После удаления бензола в вакууме, создаваемом водоструйным насосом, получена густая масса темно-коричневого цвета, которую нейтрализовали содой. Нейтральную массу экстрагировали безводным этиловым спиртом, через экстракт пропускали 0.36 г (0.01 моля) хлористого водорода. Полученную соль V отделяли, перекристаллизовывали из абсолютного этилового спирта. Соль V имеет Тш 158-1600С, выход - 2.6 г (60.33%).

Хроматографирование соли V осуществляли в стеклянной колонке, заполненной сушенным раздробленным крахмалом (45 г). Элюент - безводный этиловый спирт. Выделено 210 мг «,«-энан-тиомера VI, имеющего Тпл 151-1530С.

Найдено, %: С 59.24, Н 6.15, N 3.11, с1 7.35. С23Н30О7^1. Вычислено, %: С 59.03, Н 6.46, N 2.99, с1 7.58.

В ИК-спектре обнаружена внутримолекулярная водородная связь при 3587 см-1.

Восстановление энантиомера (VI). 100 мг полученного энантиомера VI смешивали с 10 мл дистиллированной воды и при перемешивании порциями добавляли 35 мг тетраборгидрида натрия. По окончании реакции многократно смесь экстрагировали эфиром, экстракт сушили над №28о4, экстрагент удаляли, остаток перекристаллизовывали из хлороформа. Выделено 63 мг хи-рального краун-эфира VII, который имеет Тпл 680С, [а]2° = -67.60.

и

Найдено, %: С 66.72, Н 6.3. С2оН24О6. Вычислено, % С 66.65, Н 6.71.

Таким образом, в результате хроматографирования смеси энантиомерных солей R,S и S,S-изомеров 6-метил-15-гидрокси-1,4,7Д0Д3-пентаокса-2,3,11Д2-дибензо^-аланилциклогексадекана в стеклянной колонке, заполненной крахмалом в качестве адсорбента (элюент - этиловый спирт), выделен SS-изомер, RS-изомер не вышел из колонки. Установлено, что при восстановлении выделенного SS-изомера тетраборгидридом натрия получен S-изомер краун-соединения VII.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дж. Марч. Органическая химия. М.: Мир, 1987. С. 129-197.

2. Cram D.T., Cram T.M. Container molecules and their guests. London: Royal Society of Chemistry, 1994. P.65-77.

3. Тонг Кань Шон. Дисс....канд. хим. наук. Баку: ИХП АН Азербайджанской Республики. 1990. 112 с.

XlRAL QURULU§LU ENANTiOMERiN RASEMlK QARI§IQDAN XROMATOQRAFiK

USULLA AYRILMASI

P.F.Huseynova, B.L.§abanov, U.B.Hasanova, Z.O.Qahramanova, M.M.Hasanova

6-metil- 15-hidroksi-1,4,7,10,13-pentaoksa-2,3,11,12-dibenzotsikloheksadekan L-alaninin esterla^masindan ali-nan 5,5-enantiomerin rasemik qari§iqdan xromatoqrafik usulla ayrilmasi yerina yetirilmi§dir. Миэууэп edil-mi§dir ki, ^,.-izomer xromatoqrafiya kalonkasinda kraxmal ila birlikda qalir. Xromatoqrafik ayrilma S,S-izomerin amin qrupunun kraun efir halqasi ila guclu hidrogen rabitasinin amala galmasi hesabina ba§ verir. ^,.-izomer kraun efirla zaif birb§ir, adsorbent isa onu ^skib saxlayir.

Agar sozlzr: rasemik qarigiq, enantiomerhr, xiralliq, kraun efirhr, diastereomerbr.

CHROMATOGRAPHIC METHOD OF SEPARATING ENANTIOMER OF A CHIRAL

STRUCTURE OF THE RACEMIC MIXTURE

P.F.Guseynova, A.L.Shabanov, U.A.Gasanova, Z.O.Gahramanova, M.M.Gasanova

There has been carried out chromatographycal separation of ..-enantiomer from racemic mixture, prepared by esterification of 6-methyl-15-hydroxy-1,4,7,10,13-pentaoxa-2,3,11,12-dibenzocyclohexadecane ether with L-ala-nine. ^.-izomer remains in cromatographic column bonded with starch. Separation is conditioned by the formation of strong hydrogen bond of amine group of ..-izomer with crown ether ring. On the contrary, R,S-izomer is weakly linked with the crown ether ring and is heawily retained by adsorpbent.

Keywords: racemik mixture, enantiomers, chiral structure, crown ethers, diastereomers.