Luận án tiến sĩ về tách chất hóa học: Chưng cất và sắc ký lỏng hiệu năng cao chiral

• Tác giả: Qiqing (Max) Zhong
• Người hướng dẫn: Walter S. Trahanovsky, Co-major Professor
• Trường học: Iowa State University
• Chuyên ngành: Chemistry
• Đề tài: Tách Chất Hóa Học Bằng Chưng Cất Và Sắc Ký Lỏng Hiệu Năng Cao Chiral
• Loại tài liệu: dissertation
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Ames

• ABSTRACT
• 1. GENERAL INTRODUCTION
• 1.1. Distillation
• 1.2. Quantitative 13C NMR Analysis
• 1.3. Chromatography
• 1.4. Chirality
• 1.5. Chiral Liquid Chromatography
• 1.5.1. Macrocyclic chiral selectors
• 1.5.2. Polymeric chiral selectors
• 1.5.3. π-π Association chiral selectors
• 1.5.4. Ligand exchange chiral selectors
• 1.5.5. Miscellaneous and hybrid chiral selectors
• 2. UNUSUAL DISTILLATION BEHAVIOR OF A MIXTURE OF VOLATILE FATTY ACIDS IN DILUTE AQUEOUS SOLUTION
• 2.1. ANALYSIS BY QUANTITATIVE 13 C NMR
• 2.2. Chemicals and instruments
• 2.3. Fractional distillation of dilute aqueous solution of three acids
• 2.4. Results and Discussion
• 2.4.1. Quantitative 13C NMR analysis method development
• 2.4.2. Distillation of three acids
• 2.5. Additional distillation data
• 3. CHROMATOGRAPHIC EVALUATION OF THE POLY (TRANS-1,2- CYCLOHEXANEDIYL-BIS ACRYLAMIDE) AS A CHIRAL STATIONARY PHASE FOR HPLC
• 3.1. Results and discussion
• 3.1.1. The structure of P-CAP chiral selectors
• 3.1.3. Reversal of elution order
• 3.1.4. Interactions for chiral recognition
• 4. DEVELOPMENT OF DINITROPHENYLATED CYCLODEXTRIN DERIVATIVES FOR ENHANCED ENANTIOMERIC SEPARATIONS BY HIGH PERFORMANCE LIQUID CHROMATOGRAPHY
• 4.1. Results and Discussion
• 4.1.1. Structures of the CSPs
• 4.1.3. Interactions for chiral recognition
• 5. OPTIMIZATION OF THE SYNTHESIS OF 2,6-DINITRO-4- TRIFLUOROMETHYLPHENYL ETHER SUBSTITUTED CYCLODEXTRIN BONDED CHIRAL STATIONARY PHASES
• 5.1. Results and Discussion
• 5.1.1. Structures of the CSPs
• REFERENCES

I. Giới thiệu chung

Nghiên cứu về tách chất hóa học thông qua chưng cất và sắc ký lỏng hiệu năng cao chiral đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong hóa học. Chưng cất là phương pháp tách chất dựa trên sự khác biệt về điểm sôi của các thành phần trong hỗn hợp. Phương pháp này được ưa chuộng do quy trình đơn giản và chi phí đầu tư thấp. Theo thống kê, khoảng 90% đến 95% các quá trình tách trong ngành công nghiệp hóa chất được thực hiện bằng chưng cất. Tuy nhiên, sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) đã nổi lên như một phương pháp hiệu quả để tách các đồng phân quang học, đặc biệt là trong ngành dược phẩm. Sự phát triển của các pha tĩnh chiral đã mở ra nhiều cơ hội cho việc tách biệt các đồng phân enantiomer, điều này rất quan trọng trong việc phát triển thuốc mới.

II. Tách chất bằng chưng cất

Chưng cất là một phương pháp tách chất hóa học dựa trên sự khác biệt về điểm sôi. Phương pháp này cho phép tách các thành phần trong hỗn hợp lỏng có điểm sôi khác nhau. Chưng cất azeotropic là một kỹ thuật đặc biệt cho phép tách các hỗn hợp có điểm sôi gần nhau. Trong nghiên cứu, việc tách các axit béo bay hơi như axit axetic, axit propionic và axit butyric đã được thực hiện thành công. Kết quả cho thấy axit butyric, mặc dù có điểm sôi cao nhất, lại là axit đầu tiên được tách ra. Điều này cho thấy sự phức tạp trong quá trình tách và yêu cầu về kỹ thuật chưng cất. Việc sử dụng phân tích NMR carbon-13 đã chứng minh là một phương pháp hiệu quả để xác định thành phần trong hỗn hợp axit.

2.1. Phân tích NMR carbon 13

Phân tích NMR carbon-13 là một kỹ thuật mạnh mẽ trong việc xác định cấu trúc và thành phần của các hợp chất hóa học. Kỹ thuật này cho phép phát hiện sự tương tác giữa các nguyên tử trong phân tử, từ đó cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc phân tử. Việc sử dụng các thuốc thử paramagnetic có thể cải thiện độ chính xác của phân tích, giúp giảm thiểu ảnh hưởng của hiệu ứng Overhauser. Kết quả từ phân tích NMR cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong các loại carbon, điều này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả phân tích. Do đó, việc tối ưu hóa quy trình phân tích là rất cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất.

III. Sắc ký lỏng hiệu năng cao chiral

Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) là một phương pháp tách chất quan trọng trong hóa học phân tích. Đặc biệt, sắc ký lỏng chiral đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong việc tách các đồng phân quang học. Các pha tĩnh chiral được phát triển để cải thiện khả năng tách biệt các enantiomer. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các pha tĩnh như poly (trans-1,2-cyclohexanediyl-bis acrylamide) có khả năng tách biệt hiệu quả các đồng phân enantiomer trong các điều kiện khác nhau. Sự tương tác giữa các pha tĩnh và các phân tử phân tích là yếu tố quyết định trong quá trình tách. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc tối ưu hóa cấu trúc của các pha tĩnh có thể dẫn đến hiệu suất tách cao hơn.

3.1. Cơ chế nhận diện chiral

Cơ chế nhận diện chiral trong HPLC phụ thuộc vào sự tương tác giữa các pha tĩnh chiral và các enantiomer. Để đạt được sự nhận diện chiral hiệu quả, cần có ít nhất ba điểm tương tác giữa pha tĩnh và enantiomer. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các tương tác như liên kết hydro và tương tác dipole-dipole đóng vai trò quan trọng trong quá trình tách. Việc phát triển các pha tĩnh mới với khả năng nhận diện chiral tốt hơn là một thách thức lớn trong nghiên cứu hiện nay. Sự phát triển này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất tách mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong ngành công nghiệp dược phẩm.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu về tách chất hóa học bằng chưng cất và sắc ký lỏng hiệu năng cao chiral đã chứng minh được tầm quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành dược phẩm. Việc phát triển các phương pháp tách chất hiệu quả không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất. Các kỹ thuật như sắc ký lỏng chiral đang ngày càng được ưa chuộng trong việc sản xuất các thuốc có độ tinh khiết cao. Sự phát triển của các pha tĩnh chiral mới sẽ tiếp tục thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng trong tương lai, mở ra nhiều cơ hội cho các nhà khoa học và ngành công nghiệp.