PHỔ HIẾM

Nhân tiện bạn NTTâm có gửi câu hỏi nêu trên mục #100 Diễn đàn NMR về phổ 2D INADEQUATE, NMRHanoi viết bài mới này để giới thiệu ngắn gọn về một dạng "phổ NMR hiếm".

Đúng là chưa lần nào NMRHanoi nói đến phổ INADEQUATE. Một phần vì có đến hơn 200 dạng phổ NMR khác nhau, nên sẽ có rất nhiều dạng phổ NMR không được đề cập đến, lý do thứ hai là mặc dù phổ INADEQUATE có ý nghĩa rất quan trọng trong xác định các cấu trúc phức tạp, nhưng loại phổ này lại rất ít được đo. Các lý do vì sao INADEQUATE ít được đo, ít được phổ biến sẽ được giải thích dưới đây.

INADEQUATE (Incredible NAtural DoublE QUAntum Transfer Experiment) là một loại phổ 13C NMR, cho thông tin chủ yếu về liên kết Các-bon (1JC-C). INADEQUATE bao gồm 2 dạng: Phổ INADEQUATE 1 chiều và phổ INADEQUATE 2 chiều. Dưới đây sẽ giới thiệu ngắn gọn về phổ INADEQUATE 2 chiều (2D INADEQUATE hay 13C-13C INADEQUATE).

Phổ 2D INADEQUATE cho thông tin về liên kết trực tiếp, tức là nguyên tử C nào có liên kết trực tiếp (1J) với nguyên tử hay các nguyên tử C nào (1JC-C). Vì ý nghĩa này nên đôi khi người ta xem phổ 2D INADEQUATE như là phổ COSY, nhưng là COSY cho C, không phải cho H. Dù vậy, giữa phổ H-H COSY và phổ 13C-13C INADEQUATE có khá nhiều điểm khác biệt cơ bản như sẽ tóm tắt thành 4 điểm chính dưới đây:

1. Phổ 2D INADEQUATE được đánh giá là dạng phổ rất, rất kém nhạy. Một trong các lý do chính là do 13C chỉ chiếm 1,07% tổng C trong phân bố tự nhiên. Cứ 100C mới có 01C cho tín hiệu 13C NMR. Để có 1 cặp 13C-13C tương tác với nhau, phát ra tín tín hiệu INADEQUATE thì tỷ lệ sẽ chỉ là cỡ 0,01%, tức là cứ 10.000C trong phân tử thì chỉ có 01 cặp C-C tương tác với nhau sinh ra tín hiệu 2D INADEQUATE, còn lại 9.998C "câm lặng". Nếu làm giàu 13C theo kỹ thuật 13C-Labelled trong BioNMR lên 10% thì sẽ có thể đo phổ 2D INADEQUATE như đo phổ 13C NMR, nghĩa là cũng khó đo nhưng không quá khó. Một cách làm khác là tăng lượng mẫu lên cỡ 100 -500mg, nhưng thực tế sẽ rất khó hòa tan 500mg mẫu trong 0,6-0,8mL dung mội. Khi đó phải tăng dung môi lên 2,5-3,0mL để hòa tan mẫu rồi cho vào ống đo 10mm thay cho ống đo 5mm thông dụng và phải đo trên máy NMR khe từ rộng (rất hiếm). Cách cuối cùng là tăng thời gian đo, tùy lượng mẫu nhiều hay ít mà thời gian quét phổ sẽ phải cỡ 24-36 tiếng/1 phổ. Đây chính là lý do khiến cho INADEQUATE trở thành Phổ Hiếm.
2. Về bản chất, các pic trên phổ H-H COSY cho thông tin về liên kết 3J (H-H), trong khi các pic của phổ 13C-13C INADEQUATE là 1J (C-C).
3. Hai trục F1 và F2 của phổ 2D INADEQUATE không tương đương nhau như 2 trục F1-F2 của phổ H-H COSY. Trục F2 (trục nằm ngang) của phổ 2D INADEQUATE là độ dịch chuyển 13C, giống như phổ 13C NMR, còn trục F1 (trục đứng) cũng là độ dịch chuyển, nhưng là 2Q (Lượng tử kép - Giaỉ thích khá dài dòng và phức tạp nên không viết ra ở đây).
4. Các pic trên phổ 2D INADWQUATE có dạng pic kép (2 píc sát nhau theo phương ngang). Phổ 2D INADEQUATE không có các pic đường chéo như phổ H-H COSY, thay vào đó, nếu nối các điểm giữa của các đường nối 2 Carbon kề nhau, ta cũng sẽ nhận được một đường chéo (xem hình 2).

Minh họa phổ 2D INADEQUATE. Mạch liên kết C1-C2-C7-C4-C5-C3-C1 ứng với vòng sáu, còn 03 mạch nhánh là C5-C8, C6-C9 và C6-C10.

Minh họa phổ 2D INADEQUATE của mẫu Menthol/CDCl3.

Chính vì INADEQUATE rất rất kém nhạy, nên nó chỉ là giải pháp bần cùng, khi các giải pháp khác hoàn toàn bó tay. Phổ 2D INADEQUATE đã được đo thử nghiệm một số lần tại Viện Hóa học, nhưng kết quả mang lại chưa được như ý, phổ tồi, nhiều nhiễu (Artifacts). Do vậy, chúng tôi thường khuyên khách hàng, đồng nghiệp hãy cùng nhau tìm con đường dễ đi hơn. "All Roads to Rome !"

Xin lưu ý rằng: INADEQUATE không phải là tên viết tắt tiếng Anh, gồm các chữ cái đầu (Abbreviation) mà là Acronym tiếng Anh, tức là cách viết tắt cũng gồm các chữ cái đầu nhưng kèm theo các chữ trong thân từ sao cho cả tên sẽ đánh vần được và có nghĩa càng tốt. Trong trường hợp phổ Incredible NAtural DoublE QUAntum Transfer Experiment, cộng đồng NMR đã chọn acronym INADEQUATE, nghĩa là khó nhằn, xương xẩu, phản ánh đúng ý nghĩa của dạng phổ "Hiếm" này.