Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2 (4,6 diclo 8 metyl quinolin 2 yl) 4,5,6,7 tetraclo 1,3 tropolon bằng một số phương pháp phân tích hóa lý hiện đại

Sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp phổ đã giúp cho việc nghiên cứu trong các ngành Khoa học đặc biệt là Tổng hợp hữu cơ trở nên dễ dàng hơn, phát triển nhanh hơn.. phương pháp qua

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HÀ THỊ THÁI LINH

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG CỦA

MỘT SỐ DẪN XUẤT 2-(4,6-DICLO-8-METYLQUINOLIN- 2-YL)-4,5,6,7 -TETRACLO -1,3 TROPOLON BẰNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HÀ THỊ THÁI LINH

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG CỦA

MỘT SỐ DẪN XUẤT 2-(4,6-DICLO-8-METYLQUINOLIN- 2-YL)-4,5,6,7 -TETRACLO -1,3 TROPOLON BẰNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh, ủng hộ và động viên em trong những lúc gặp phải khó khăn để em có thể hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả luận văn

HÀ THỊ THÁI LINH

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN a MỤC LỤC b DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT d DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ e DANH MỤC CÁC HÌNH f

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về các phương pháp xác đi ̣nh cấu trúc 3

1.1.1 Phương pháp phổ tử ngoại 3

1.1.2 Phương pháp phổ hồng ngoại 5

1.1.3 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 6

1.1.4 Phương pháp phổ khối lượng 10

1.2 Tổng quan về quinolin và tropolon 12

1.2.1 Quinolin 12

1.2.2 Tropolon 16

Chương 2 THỰC NGHIỆM 20

2.1 Dụng cụ, hóa chất và phương pháp thực hiện 20

2.2 Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu quinolin 20

2.2.1 Tổng hợp 6- clo - 2,8 - dimetyl quinolin- 4 - on 20

2.2.2 Tổng hợp 4,6 - diclo - 2,8 dimetylquinolin 21

2.2.3 Tổng hợp và kết quả phân tích 4,6 - điclo - 2,8 - đimetyl - 5-nitro quinolin 22

2.3 Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu tropolon 23

2.3.1 Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2-(4,6-điclo-8- metyl quinolin -2- yl)- 4,5,6,7- tetraclo -1,3-troplon 23

2.3.2 Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2- (4,6 - điclo - 5 nitro- 8 - metyl quinolin -2 yl) - 4,5,6,7 - tetraclo -1,3 troplon 24

2.4 Phân tích hàm lượng chất thu được bằng phương pháp LC-MS 25

2.4.1 Hóa chất, thiết bị 25

2.4.2 Thiết lập các thông số cho hệ thống LC/MS 25

2.4.3 Chuẩn bị mẫu 26

2.4.4 Kết quả phân tích 26

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

3.1 Tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu quinolin 27

3.1.1 Tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu 4,6-điclo- 2,8-đimetylquinolin 27

3.1.2 Tổng hợp và phân tích cấu trúc 5-nitro-4,6 điclo - 2,8-dimetylquinolin 28

3.2 Kết quả tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu 4,5,6,7-tetraclo-1,3-tropolon 29

3.2.1 Kết quả phân tích cấu trúc của 2-(4,6-điclo-8-metylquinolin-2-yl)-4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon 31

3.2.2 Kết quả phân tích cấu trúc của 2-(5-nitro-4,6-điclo-8-metylquinolin-2-yl)-4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon 33

3.3 Kết quả phân tích hàm lượng 35

KẾT LUẬN 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ Bảng

Bảng 1.1 Tỷ lệ cường độ tín hiệu 7

Sơ đồ Sơ đồ 2.1: 20

Sơ đồ 2.2: 21

Sơ đồ 2.3: 22

Sơ đồ 2.4: 23

Sơ đồ 3.1: 27

Sơ đồ 3.2: 28

Sơ đồ 3.3: 29

Sơ đồ 3.4: 29

Sơ đồ 3.5: 30

Sơ đồ 3.6: 30

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1: Tropolon và một số dẫn xuất tiêu biểu 1

Hình 2: Một số dẫn xuất quinolin tiêu biểu 2

Hình 1.1 Phổ tử ngoại của -carotene trong dungmôi n-hexan, etanol 5

Hình 1.2 Phổ hồng ngoại của benzyl ancol 6

Hình 1.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat 8

Hình 1.4 Phổ khối lượng của benzamit (C6H5CONH2) 12

Hình 3.1: Mật độ electron trên hệ quinolin 28

Hình 3.2: Phổ 1H-NMR của hợp chất 5 31

Hình 3.3: Phổ 13C-NMR của hợp chất 5 32

Hình 3.4: Phổ 1H-NMR của hợp chất 6 33

Hình 3.5: Phổ 13C-NMR của hợp chất 6 34

Hình 3.6 Phổ MS của hợp chất 6( LINH4) 35

Hình 3.7 Phổ HPCL của hợp chất LINH4 36

MỞ ĐẦU

Hiện nay ở nước ta việc ứng du ̣ng các phương pháp phổ trong giảng da ̣y, học tập, nghiên cứu khoa học và trong đờ i sống sản xuất là rất phổ biến Các phương pháp phổ không chỉ ứng dụng trong phạm vi ngành hóa học mà còn ở nhiều ngành khác nhau như hóa sinh, y dược, dầu khí, vâ ̣t liê ̣u, môi trường

Sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp phổ đã giúp cho việc nghiên cứu trong các ngành Khoa học đặc biệt là Tổng hợp hữu cơ trở nên dễ dàng hơn, phát triển nhanh hơn Trước đây, để chứng minh cấu tạo của một chất có thể mất hàng năm hoặc có khi kéo dài nhiều năm thì nay có thể thực hiện sau vài giờ , sở dĩ làm được như vâ ̣y là nhờ sự hỗ trợ của các phương pháp vật lý hiện đa ̣i

Để phân tích cấu trúc của các hợp chất hữu cơ có thể sử du ̣ng các phương pháp phổ như phổ hồ ng ngoại, phổ tử ngoa ̣i khả kiến, phổ cô ̣ng hưởng từ ha ̣t nhân, phổ khối lươ ̣ng Mỗi phương pháp cho phép xác đi ̣nh mô ̣t số thông tin khác nhau của cấu trúc phân tử và hỗ trợ lẫn nhau trong việc xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ

Tropon và tropolon được các nhà hoá học hữu cơ biết đến từ thập kỉ 40 của thế kỉ XX, nguyên nhân chính là do hệ tropolon là một trong những hệ chính trong một số hợp chất thiên nhiên, đa số những hợp chất đó (Hình 1) thể hiện những hoạt tính sinh học quí giá [1] như làm thuốc kháng sinh, chống ung thư, chống oxi hóa, kháng khuẩn [2] v.v

Colchicine R1 =H, R 2 =COMe Colxamine R1=R2=Me

OMe

O OMe

NR1R2H MeO

MeO

Axit Stipitat R=H Axit Pyberul R=OH

R

Kolsamin được sử dụng trong y học như thuốc chống mụn nhọt, chống các khối u, colchicin thể hiện hoạt tính chống khuẩn Mito[3] Trong tài liệu [4] cho biết về tổng hợp các dẫn xuất của Colchicin có thể hiện các hoạt tính kháng khuẩn lao và chống các loại khuẩn gây mụn nhọt Khoa học đã chứng minh được hoạt tính sinh học của o-alkyl tropolon và các hợp chất tương tự

đang được sử dụng làm thành phần chất ức chế tế bào ung thư [4]

Ngoài ra Quinolin và các dẫn xuất của chúng là những hợp chất hết sức quen thuộc và có ứng dụng rộng rãi Một số ancaloit chứa nhân quinolin có hoạt tính sinh học mạnh đã được sử dụng làm thuốc như quinin được sử dụng làm thành phần thuốc chống sốt rét, sopcain là chất gây mê thuộc loại mạnh

nhất, plasmoxin và acrikhin đều có tác dụng chống sốt rét rất hiệu quả [5,6]

Hình 2: Một số dẫn xuất quinolin tiêu biểu

Xét về các phương diện trên thì việc nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất của quinolin là một nhiệm vụ hết sức quan trọng đặc biệt là các dẫn xuất quinolin của tropolon Đã có rất nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu tổng hợp các hợp chất trên, nhưng kết quả còn nhiều hạn chế Việc tổng hợp dẫn xuất quinolin của tropolon mới chỉ xuất hiện trên các tạp chí khoa học từ những năm đầu của thế kỉ 21

Từ những lý do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài “ Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2-(4,6-Diclo-8-metyl quinolin-2-yl)-4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon bằng một số phương pháp phân tích hóa lý hiện đại”

Mục tiêu chính của đề tài là sử dụng các phương pháp phổ hiê ̣n đa ̣i như 1NMR, 13C-NMR và phương pháp phổ khối lượng MS để phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất 2-(4,6-Diclo-8-metyl quinolin-2-yl)-4,5,6,7- tetraclo -1,3-

H-tropolon tổng hợp được Sử dụng phương pháp phân tích sắc ký lỏng hiệu năng

cao HPLC để xác định hàm lượng của sản phẩm trong các mẫu thu được

Chương 1

TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về các phương pháp xác đi ̣nh cấu trúc [7, 8]

1.1.1 Phương pháp phổ tử ngoại (UV)

Phổ tử ngoại, viết tắt là UV (ultraviolet) là phương pháp phân tích được

sử dụng rộng rãi từ lâu Vùng sóng tử ngoại (UV) 200 - 400 nm

Phổ tử ngoại của các chất hữu cơ gắn liền với bước chuyển electron giữa mức năng lượng electron trong phân tử khi các electron chuyển từ các obitan liên kết hoặc không liên kết lên các obitan phản liên kết có mức năng lượng cao hơn, đòi hỏi phải hấp thụ năng lượng từ bên ngoài

Phổ tử ngoại được ứng dụng rộng rãi trong việc xác định nối đôi liên hợp và vòng thơm

a Nhóm mang màu và sự liên hợp của các nhóm mang màu

Các chất có màu là do trong phân tử của các chất chứa các nhóm nối đôi hay nối ba như C=C, C=O, C=N, N=N, C≡C, N ≡N, -NO2… Do vậy, chúng được gọi là nhóm mang màu Trong phân tử có càng nhiều nhóm mang màu liên hợp thì màu của chất sẽ càng đậm Các chất màu đậm khi đo phổ tử ngoại khả kiến cho λ max nằm ở vùng có bước sóng dài Do đó, những hợp chất hữu cơ có mạch liên hợp dài thì cực đại nằm ở phía sóng dài

- Liên hợp π - π

Loại này xuất hiện khi trong hợp chất có chứa các nối đôi liên hợp, các cực đại hấp thụ chuyển dịch mạnh về phía sóng dài và cường độ hấp thụ tăng khi số nối đôi liên hợp tăng

- Liên hợp π - p

Đây là sự liên hợp của nối đôi và cặp electron tự do ở các dị tố trong các liên kết đôi C=Z (Z=O, N, S…) và C-X (X=Cl, Br, I…) tương ứng với bước chuyển electron n  π* Sự liên hợp này dẫn đến sự chuyển dịch cực đại

- Liên hợp π - σ hay còn gọi là siêu liên hợp

Nhóm ankyl thế ở liên kết π gây ra hiệu ứng siêu liên hợp Hiệu ứng này làm cực đại hấp thụ chuyển dịch về phía sóng dài một ít nhưng không lớn như hai hiệu ứng trên, ε max không tăng hoặc tăng không đáng kể

Chuyển dịch bước sóng λ max về phía sóng dài: π p > π π > π σ

Sự tăng cường độ hấp thụ εmax: π π > π p > π σ

b Các yếu tố ảnh hưởng đến cực đại hấp thụ λ max và cường độ hấp thụ λ max

Trong phổ UV, đại lượng đặc trưng là λ max (εmax) và được xem xét căn

cứ trên sự liên hợp của phân tử

Khi tính đồng phẳng của phân tử bị mất đi thì sự liên hợp của phân tử

bị phá vỡ, làm λ max giảm đi một ít nhưng ε max giảm nhiều, vì vậy có thể xem

ε max là căn cứ để so sánh tính đồng phẳng của một dạng phân tử cho trước

- Ảnh hưởng của dung môi

Tùy theo bản chất phân cực của dung môi và chất tan mà phổ tử ngoại của chất tan thay đổi theo các cách khác nhau Khi tăng độ phân cực của dung môi thì dải K chuyển dịch về phía sóng dài còn dải R (n  π*) lại chuyển dịch về phía sóng ngắn

c Ứng dụng phổ tử ngoại

Phương pháp phổ tử ngoại có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực phân tích định tính, phân tích cấu trúc phân tử và phân tích định lượng Nguyên tắc của phương pháp phân tích định lượng là dựa vào mối quan hệ giữa mật độ quang và nồng độ dung dịch theo định luật Lambert - Beer Ưu điểm của

phương pháp quang phổ tử ngoại trong phân tích định lượng là có độ nhạy cao, có thể phát hiện được một lượng nhỏ chất hữu cơ hoặc ion vô cơ trong dung dịch, sai số tương đối nhỏ (chỉ 1 đến 3%)

Hình 1.1 Phổ tử ngoại của -carotene trong dungmôi n-hexan, etanol

1.1.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)

Trong số các phương pháp phân tích cấu trúc, phổ hồng ngoại cho nhiều thông tin quan trọng về cấu trúc của hợp chất hữu cơ, thông tin quan trọng nhất của phương pháp phổ này là các nhóm chức hữu cơ

Bức xạ hồng ngoại bao gồm một phần của phổ điện từ, đó là vùng bước sóng khoảng 10-4 đến 10-6 m Nó nằm giữa vi sóng và ánh sáng khả kiến Phần của vùng hồng ngoại được sử dụng nhiều nhất để xác định cấu trúc nằm trong giữa 2,5x10-4 và 16x10-6 m Đại lượng được sử dụng nhiều trong phổ hồng ngoại là số sóng (cm-1), ưu điểm của việc dùng số sóng là là chúng tỷ lệ thuận với năng lượng Khi chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử các hợp chất, bức xạ hồng ngoại sẽ kích thích phân tử từ trạng thái dao động cơ bản lên trạng thái dao động cao hơn Có hai lại dao động khi phân tử bị kích thích là dao động hóa trị và biến dạng, dao động hóa trị (ν) là dao động làm thay đổi độ dài

Đường cong biểu diễn cường độ hấp thụ với số sóng của bức xạ hồng ngoại được gọi là phổ hồng ngoại, trên phổ biểu diễn các cực đại hấp thụ ứng với những dao động đặc trưng của nhóm nguyên tử hay liên kết nhất định

Hình 1.2 Phổ hồng ngoại của benzyl ancol

Căn cứ vào phổ hồng ngoại đo được đối chiếu với các dao động đặc trưng của các liên kết, ta có thể nhận ra sự có mặt của các liên kết trong phân

tử Một phân tử có thể có nhiều dao động khác nhau và phổ hồng ngoại của các phân tử khác nhau thì khác nhau, tương tự như sự khác nhau của các vân ngón tay Sự chồng khít lên nhau của phổ hồng ngoại thường được làm dẫn chứng cho hai hợp chất giống nhau

Khi sử dụng phổ hồng ngoại để xác định cấu trúc, thông tin thu được chủ yếu là xác định các nhóm chức hữu cơ và những liên kết đặc trưng Các pic nằm trong vùng từ 4000 - 1600 cm-1 thường được quan tâm đặc biệt, vì vùng này chứa các dải hấp thụ của các nhóm chức, như OH, NH, C=O, C≡N… nên được gọi là vùng nhóm chức Vùng phổ từ 1300 - 626 cm-1 phức tạp hơn và thường được dùng để nhận dạng toàn phân tử hơn là để xác định nhóm chức Chính ở đây các dạng pic thay đổi nhiều nhất từ hợp chất này đến hợp chất khác, vì thế vùng phổ từ 1500 cm-1 được gọi là vùng vân ngón tay

1.1.3 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân viết tắt của tiếng Anh là NMR (nuclear Magnetic Resonance) là một phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu cấu tạo

của các hợp chất hữu cơ, nó có ý nghĩa quan trọng để xác định cấu tạo các phân tử phức tạp như các hợp chất thiên nhiên Phương pháp phổ biến được

sử dụng là là phổ 1H-NMR và 13C-NMR Hạt nhân của nguyên tử 1H và 13C

có momen từ Nếu đặt proton trong từ trường không đổi thì moment từ của nó

có thể định hướng cùng chiều hay ngược chiều với từ trường Đó là spin hạt nhân có tính chất lượng tử với các số lượng tử +1/2 và -1/2

Ngoài ra khoảng cách giữa hai đỉnh liền nhau ở mỗi nhóm được đo bằng Hertz (Hz) và được gọi là hằng số tương tác spin-spin J Đây là một thông số phổ quan trọng như độ chuyển dịch hoá học

b Độ chuyển dịch hoá học:

Độ chuyển dịch hóa học : Do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt

nhân 1H và 13C trong phân tử có tần số cộng hưởng khác nhau Đặc trưng cho các hạt nhân 1H và 13C trong phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối với hạt nhân 1H thì:

)(10 6 ppm o

x TMS

o

x chuan

Hình 1.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat

Hằng số chắn σ xuất hiện do ảnh hưởng của đám mây electron bao quanh hạt nhân nguyên tử, do đó tùy thuộc vào vị trí của hạt nhân 1H và 13C trong phân tử khác nhau mà mật độ electron bao quanh nó khác nhau dẫn đến chúng có giá trị hằng số chắn σ khác nhau và do đó độ chuyển dịch hóa học của mỗi hạt nhân khác nhau Theo đó proton nào cộng hưởng ở trường yếu hơn sẽ có độ chuyển dịnh hóa học lớn hơn [9]

c Tương tác spin- spin J:

Đối với mỗi hạt nhân hoặc một nhóm hạt nhân, người ta nhận được một tín hiệu đặc trưng chỉ có một đỉnh nhưng cũng có khi gồm một nhóm 2, 3, 4,

5 đỉnh khác nhau trường riêng biệt Hai từ trường này tác dụng lên hạt nhân bên cạnh làm phân tách mức năng lượng chính của nó thành hai mức năng lượng khác nhau Trường hợp 2, 3 hạt nhân cùng tác động từ trường riêng của minh lên cùng một hạt nhân khác thì năng lượng cộng hưởng của hạt nhân đó

bị phân tách thành nhiều mức năng lượng khác nhau mà mỗi mức năng lượng cộng hưởng này cho một đỉnh trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton

Hằng số tương tác spin-spin J được xác định bằng khoảng cách giữa các hợp phần của một vân phổ Dựa vào hằng số tương tác spin-spin J ta có thể rút ra kết luận về vị trí trương đối của các hạt nhân có tương tác với nhau

d Ứng dụng của phổ cộng hưởng từ hạt nhân

- Ứng dụng trong hóa hữu cơ rất rộng lớn Tuy nhiên, ứng dụng chủ yếu là để xác định cấu tạo hợp chất hữu cơ tinh khiết và phân tích định tính,

định lượng hợp chất hữu cơ

- Xác định cấu tạo hợp chất hữu cơ

- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân đặc biệt quan trọng đối với việc nghiên cứu cấu hình mạch chính, đồng phân và dạng hình học không gian của phân

tử Dạng hình học không gian của phân tử có liên hệ với sự có mặt ở trong các phân tử hợp chất hữu cơ những nhóm từ tính không đẳng hướng mà sự phân

bố không gian của chúng ảnh hưởng mạnh đến dạng phổ Thuộc vào những nhóm như là các vòng thơm, vòng béo, các nhóm cacbonyl, axetilen và nitrin

Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân có thể xem là vô giá để xác định các đồng phân hình học, thành phần hỗn hợp xeto - enol và những tautome khác

- Ứng dụng trong của phổ cộng hưởng từ hạt nhân trong phân tích hữu

cơ Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân cũng được ứng dụng trong cả phân tích định tính và định lượng hợp chất hữu cơ

- Với mục đích định tính, phổ cộng hưởng từ hạt nhân được sử dụng để đồng nhát hóa (kiểm tra độ tinh khiết) chất phân tích với một giả định bằng cách so sánh phổ của mẫu nghiên cứu với phổ chuẩn trong bản đồ tra cứu (atlas) ghi trong cùng điều kiện

- Nếu dạng của hai phổ đồng nhất với nhau thì có thể xem hai hợp chất cùng một loại hoặc cùng một hợp chất Việc phát hiện các nhóm chức bằng cộng hưởng từ hạt nhân khá đơn giản đối với các nhóm có chứa các hạt nhân từ như các nhóm amino, hidroxi, cacboxyl, anđehit, cũng như các nhóm có chứa flo, photpho Trong trường hợp không chứa các hạt nhân từ (nhóm cacbonyl, một số nhóm chứa oxi và lưu huỳnh hoặc các halogen không phải là flo) thì có thể dựa vào sự biến đổi sinh ra trong đặc tính của những proton ở gần hoặc xa hơn Mặc

dù có sự trùng lặp đáng kể về độ dịch hóa học, nhưng sự phân biệt các vùng hấp thụ vẫn có thể nhận biết được đối với từng nhóm chức Việc nghiên cứu đồng thời phổ hồng ngoại và phổ cộng hưởng từ hạt nhân cũng như phổ khối lượng để phân tích nhóm chức sẽ cho kết quả chắc chắn hơn

- Việc áp dụng phổ cộng hưởng từ hạt nhân trong phân tích hữu cơ định lượng là dựa vào diện tích của vạch hấp thụ (cường độ tín hiệu cộng hưởng) tỉ

lệ với số hạt nhân tạo ra sự hấp thụ đó Việc tính hàm lượng chất nghiên cứu

có thể được thực hiện theo phương pháp thêm hoặc đường chuẩn

1.1.4 Phương pháp phổ khối lượng (MS)

Phương pháp phổ khối lượng viết tắt là MS (Mass Spectrometry) có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc nghiên cứu xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ Dựa trên các số khối thu được trên phổ có thể xây dựng cấu trúc phân

tử hoặc chứng minh sự đúng đắn của công thức cấu tạo dự kiến

a Nguyên tắc chung

Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là phá vỡ phân tử trung hoà thành ion phân tử và các ion dương mảnh có số khối z = m/e (m là khối lượng còn e là điện tích ion) Sau đó phân tách các ion này theo số khối

và ghi nhân thu được phổ khối lượng Dựa vào phổ khối này có thể xác định phân tử khối và cấu tạo phân tử của chất nghiên cứu

Khi bắn phá các phân tử hợp chất hữu cơ trung hoà bằng các phân tử mang năng lượng cao sẽ trở thành các ion phân tử mang điện tích dương hoặc phá vỡ thành mảnh ion và các gốc theo sơ đồ sau:

(2)

(1) 3e

2

ABC

2e ABC e

B A

B AB ABC

BC A

b Ứng dụng của Phương pháp phổ khối lượng

- Xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của phân tử hợp chất hay từng phần tách riêng của nó

- Xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất

- Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách quan sát từng phần tách riêng của nó

- Định lượng lượng hợp chất trong một mẫu dùng các phương pháp khác (phương pháp phổ khối vốn không phải là định lượng)

- Nghiên cứu cơ sở của hóa học ion thể khí (ngành hóa học về ion và chất trung tính trong chân không)

Hình 1.4 Phổ khối lượng của benzamit (C 6 H 5 CONH 2 )

1.2 Tổng quan về quinolin và tropolon

1.2.1 Quinolin

a Giới thiệu chung về quinolin

Quinolin đã được biết đến từ năm 1834 khi Runge tách được từ nhựa than đá Từ đó đến nay, hoá học các hợp chất chứa vòng quinolin phát triển mạnh và đem lại nhiều kết quả đáng quan tâm, đặc biệt là trong hoá dược Các nghiên cứu về tổng hợp khung quinolin đã được tổng hợp thành những cuốn sách tham khảo cả bằng tiếng Việt và tiếng nước ngoài

Quinolin là bộ khung chính trong một số ancaloit có hoạt tính sinh học cao như Quinin (tách từ cây thanh hao làm thuốc chống sốt rét), Sopcain (làm thuốc gây mê), plasmoxin và acrikhin (đều làm thuốc chống sốt rét hiệu quả)[10], saquinavir (thuốc điều trị HIV)[11]

Quinin N

OH N

t-Bu

H CONH 2

H O

+

N R

R R

NH2

Phản ứng ngưng tụ đóng vòng xảy ra khi đun nóng hỗn hợp arylamin

và hợp chất 1,3-đicacbonyl tới khoảng 1000C, có mặt axit mạnh

- Tổng hợp Friedlander (bằng phản ứng của o-axylanilin và hợp chất

cacbonyl có nhóm  -metylen)

NH2

R3

O R

R2

+

bazo hoac axit

R2

R3R

Hợp chất cacbonyl có thể là anđehit hoặc xeton ( R1 = H, ankyl, aryl, …) hoặc xeto este, xeto nitrin, xeto amit (R2 = H, ankyl, aryl, COOC2H5, COCH3,

CN, CONHCH3, …) Nhóm o-axyl của anilin có thể là fomyl, axetyl, aroyl, …

- Tổng hợp Pfitzinger (Đi từ isatin và hợp chất cacbonyl có nhóm -metylen)

NH O

O R

Isatin

KOH, H2O

NH2

COOK O

R2COOH

R R

R2

H+, toKali isatogenat

Dựa theo phương pháp này, nhiều dẫn xuất của axit cacboxylic không có hoặc có nhóm thế trong vòng benzen đã được tổng hợp với mục đích chuyển hoá tiếp theo thành các hợp chất giống quinin về mặt cấu tạo để thực hiện mục đích nghiên cứu dược học và hoá dược

quinolin-4-Dựa vào các phương pháp trên nhiều nhà Khoa học trong và ngoài nước đã tổng hợp được rất nhiều dẫn xuất của quinolin Tuy nhiên, dẫn xuất tropolon của chúng thì phải tới năm 2003 Komissarov V N [13] cùng các cộng sự mới tìm ra phương pháp tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ không dung môi với xúc tác axít ở nhiệt độ 160-170o C theo sơ đồ sau:

Việc nghiên cứu tổng hợp các hợp chất dị vòng có hoạt tính sinh học được các nhà hoá học trong nước bắt đầu nghiên cứu từ lâu Trong thời gian gần đây họ rất chú trọng nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất của các hợp chất

dị vòng chứa nitơ, đặc biệt là quinolin Trong số đó có rất nhiều giáo sư có uy tín trong làng hoá học hữu cơ nước ta như GS.TSKH Nguyễn Minh Thảo, GS.TSKH Nguyễn Đình Triệu, GS TSKH Ngô Thị Thuận, v.v

Năm 2000, GS.TSKH Nguyễn Đình Triệu cùng nhóm nghiên cứu Khoa Hóa học trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tổng hợp được một số fomazan chứa dị vòng quinolin và chứng minh nhiều tính chất lý thú của hợp chất này [17]

Năm 2001, GS.TSKH Nguyễn Minh Thảo cùng nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu tổng hợp được một số 3-axetyl-4-hiđroxi-N-phenyl-quinolin-2-on, ông đã nghiên cứu cấu trúc và hoạt tính sinh học của một số hợp chất tiêu biểu và đóng góp nhiều kết quả lý thú

OH

N N Ph Ind

Kết quả cho biết, đa số dẫn xuất quinolin tương tự flavon trên có hoạt tính kháng khuẩn cao và ở nhiều nồng độ khác nhau đối với các chủng loại khuẩn Escherichia coli, Pseudomonas roginorz (trực khuẩn mủ xanh) và staphylococcus aureus [18]

Sau đó, nhóm nghiên cứu của GS.TSKH Nguyễn Minh Thảo còn tổng hợp được thêm nhiều dẫn xuất của quinolon-2, hidroquinon và đặc biệt là một

số dẫn xuất cảu 3-axetyl-4-hiđroxi-N-phenyl-quinolin-2-on [19-21]

1.2.2 Tropolon

a Giới thiệu chung về tropolon

Tropon và tropolon được các nhà hoá học hữu cơ biết đến từ thập kỉ 40 của thế kỉ 20 Chúng tồn tại trong tự nhiên chủ yếu dưới dạng các ancaloit (troponoit, tropolonoit) có trong thực vật, nấm, v.v Đa số những hợp chất đó thể hiện những hoạt tính sinh học quí giá và đã được sử dụng làm thành phần một số loại thuôc kháng sinh, thuốc chống ung thư, kháng khuẩn [22] Ngoài ra, colchicin được sử dụng trong các bệnh ngoài da ví dụ như actinic keratoses, bệnh vẩy nến…Chính vì vậy, từ các thập niên 60-70 đến nay nhiều công trình nghiên cứu về cấu trúc cũng như hoạt tính sinh học của các hợp chất hữu cơ có chứa hệ tropolon đã được đăng tải trên các tạp chí quốc tế uy tín [23,24] Dưới đây là một số ví dụ về các hợp chất có chứa hệ tropon và tropolon đã biết

O R

Tropon R=H Tropolon R=OH R=HR=CH3

O OR HO

O RO

OH R=H R=CH 3

R=H R=CH 3

O HO

OR

O

OR HO

OH HO

O

OH HOOC

R

Axit Stipitat R=H Axit Pyberul R=OH

OMe

O OMe

NR 1 R 2

H MeO

MeO

Colchicine R1=H, R2=COMe Colxamine R 1 =R 2 =Me

Gần đây, một số nghiên cứu đã khẳng định một số phức bạc (I), nhôm (III) và coban (II) với 4-isopropyltropolon có khả năng kháng khuẩn rất tốt [25] Hinokitiol (β-thujaplicin) là một tropolon tự nhiên có trong cây tùng bách có khả năng chống ung thư và thiếu máu cục bộ Nhóm các nhà khoa

học Hy lạp Maria Koufaki, Elissavet Theodorou tại Institute of Organic and Pharmaceutical Chemistry Athens tổng hợp và nghiên cứu khả năng bảo vệ thần kinh của một số dẫn xuất β-Thujaplicin (4-isopropyl-1,2-tropolon) và

đã có kết luận chỉ có dẫn xuất piperazin của β-Thujaplicin có khả năng bảo

vệ tế bào thần kinh khỏi sự oxi hóa do stress gây ra [26]

O HO

thujaplicin

 

Ngoài ra tropolon có tác dụng ức chế mạnh mẽ tới tăng trưởng thực vật,

có tác dụng ức chế chống bệnh viêm gan C [27] và có hoạt tính kháng khuẩn

và côn trùng, kháng virus, kháng nấm Chúng đã được biết và sử dụng rộng

rãi trong nông nghiệp, sản phẩm lâm sàng, mỹ phẩm và các khu vực khác[28]

b Phương pháp tổng hợp α-tropolon

Phương pháp đầu tiên để điều chế 1,2-tropolon xây dựng trên nền tảng biến đổi từ xicloheptan-1,2-đion [29] Xicloheptan-1,2-đion thu được từ phản ứng oxi hoá xicloheptanon bằng SeO2 Brom hoá bằng Brom [30] hoặc N-Bromsucxinimit [31] sau đó thực hiện phản ứng tách HBr trong điều kiện có chất xúc tác ở nhiệt độ cao hay có mặt của bazơ sẽ tạo ra 1,2-tropolon Phản ứng này cũng có thể áp dụng một số dẫn xuất khác của 1,2-tropolon nhưng do giai đoạn brom hoá và giai đoạn đehiđrobrom hoá xảy ra với hiệu suất rất thấp cho nên hiệu suất tổng thể cũng rất thấp

H 2 , HBr Pd-C

O OH

1 [Br]

2 OH

Br

O O

O O SeO 2

COOH (CH 2 ) 6 COOH

-HCl H

COCH3OH

OH

Cl Cl

Cl Cl

O

O Cl

Cl

Cl

Cl

CH3COCH3H

O

Cl Cl

Cl Cl

OH CHCOCH3H

O

Cl Cl

OH

H COCH3

Cl

Cách đây không lâu một số nhà khoa học đưa ra phương pháp tổng thể dùng

để tổng hợp 4-nitrin-1,2-tropolon theo sơ đồ dưới đây từ dẫn xuất của furan [34]

c Phương pháp tổng hợp β-tropolon

Năm 1954 một số nhà khoa học đã lần đầu tiên thu được 1,3-tropolon ở trạng thái picrat với hiệu suất vô cùng nhỏ từ phản ứng đeccacboxyl axit 3,5-đimetoxihepta-1,3,5-trien [33]

Sau đó xuất hiện nhiều hơn các phương pháp tổng hợp các dẫn xuất của 1,3-tropolon Một trong những phương pháp nổi bật là bắt nguồn từ 3,4,5-trimetoxi-axit-benzoic trải qua rất nhiều giai đoạn đã thu được 1,3-tropolon [35] theo sơ đồ dưới đây:

OMe MeO

OMe MeO

MeOH TsCl, Py

O OMe

HO

O NaOH

OMe

OH MeO

Cách đây không lâu một số tác giả [37] đưa ra phương pháp tổng hợp dẫn xuất 1,3-tropolon chỉ qua 4 giai đoạn có thể thu được các 2-alkoxi-1,3-tropolon với hiệu suất từ 20-37% bắt đầu từ 2-alkyl-furan theo sơ đồ sau:

O Cl

Cl Cl

O R

O OMe OMe

O R

O Cl

Cl

Cl

O R

O MeO MeO

MeONa

Zn, MeCOOH

KOH

Chương 2

THỰC NGHIỆM

2.1 Dụng cụ, hóa chất và phương pháp thực hiện

• Sắc kí bản mỏng thực hiện trên bản mỏng silicagel tráng sẵn trên bản nhôm mỏng (Merck), Sắc kí cột sử dụng bột silicagel (Merck) trên cột thủy tinh

• Hóa chất thực hiện được cung cấp bởi hãng Sigma - Aldrich, Merck, Trung Quốc, Việt Nam, tùy vào phản ứng cụ thể

• Nhiệt độ nóng chảy thực hiện trong ống capila đo trong glixerol

• Phổ NMR - 1H và NMR - 13C thực hiện trên máy “Bruker-Advance 500 MHz” tại Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

• Phổ MS được đo trên máy Agilent 1260 Series Single Quadrupole LC/MS Systems

• Phân tích hàm lượng các chất bằng máy sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC “Agilent 1260 Series Single Quadrupole LC/MS Systems” với cột sắc

ký “Zorbax Eclipse XDB C18 (250 x 4.6 mm, 5μm) và cột bảo vệ C18 của hãng Agilent” tại Viện Hóa sinh biển - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

• Thực nghiệm làm tại phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ của nhà Trường Đại học Khoa học - ĐHTN

2.2 Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu quinolin

2.2.1 Tổng hợp 6- clo - 2,8 - dimetyl quinolin- 4 - on

Cho vào bình nón dung tích 200 ml, 10 gam (0,07 mol)

4-clo-2-metylanilin (1), 25 ml etylaxetoaxetatat và thêm 0,1 ml HCl đặc làm xúc tác

thì thấy hiện tượng có kết tủa nổi lên Sau khoảng 30 phút, khi thấy những giọt hơi nước ngưng tụ trên thành bình, cho thêm Na2SO4 (để hút nước) đến khi không thấy nước xuất hiện trên thành bình Hỗn hợp giữ ở nhiệt độ phòng khoảng 12 giờ, sau đó chuyển sang bình cầu 3 cổ và đổ thêm vào bình khoảng

30 ml PPA (Axit PoliPhotphoric) Lắp thêm sinh hàn, nhiệt kế và máy khuấy Sau đó đun tới khi hỗn hợp ở nhiệt độ 140o C thì bắt đầu tính giờ Sau khoảng1,5h thấy hỗn hợp không còn sủi bọt khí thì ngừng đun để nguội và rót sang cốc thuỷ tinh dung tích 1lít, thả nhẹ vài viên H2O đá Trung hoà hỗn hợp bằng dung dịch NaOH 40% cho đến môi trường trung tính Lọc kết tủa, rửa bằng nước, sấy khô thu được 8,7 g sản phẩm (H=59,2%)

2.2.2 Tổng hợp 4,6 - diclo - 2,8 dimetylquinolin

Sơ đồ 2.2

POCl3N

CH3

CH3O

Cho vào bình cầu dung tích 250 ml, 8,3 g (0,04 mol)

6-clo-2,8-đimetylquinolin-4(1H)-on (2) Thêm từng phần nhỏ 25 ml POCl3 Sau đó lắp sinh hàn và đun sôi trong vòng 2 h Hỗn hợp được làm nguội, chuyển từ từ sang cốc thuỷ tinh dung tích 1 lít có chứa sẵn 0,2kg H2O đá Trung hoà hỗn hợp bằng NaOH 40% đến môi trường trung tính Lọc lấy kết tủa, sấy khô, tinh chế qua cột sắc kí chứa silicagen bằng dung môi CHCl3 Thu được 6,8 gam tinh thể màu

vàng nhạt chính là 4,6-điclo-2,8-đimetylquinolin (3) ( H= 75,6%)

Phân tích 4,6-diclo- 2,8-đimetylquinolin bằng phương pháp NMR:

Lấy 25 mg mẫu chất 3 hòa tan vào 0,8 ml CDCl3 trong ống NMR loại

vào dung môi tạo thành hệ đồng nhất Mẫu được đo trên máy Bruker-Advance

500 MHz với TMS là chất chuẩn, tại Viện Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học

& Công nghệ Việt Nam

Hòa tan 4,5 gam (0,02 mol) 4,6-điclo-2,8-đimetylquinolin (3) vào 5ml

H2SO4 đặc ở nhiệt độ từ 10-150C Dung dịch được làm lạnh tới -5 0C và thêm từng giọt hỗn hợp (5,0 ml H2SO4 + 5,0 ml HNO3 đặc) Giữ nhiệt độ trong thời gian phản ứng không quá -50C Thu bỏ hệ thống làm lạnh, hệ thống được giữ

ở nhiệt độ 20-250C trong thời gian 3h Dung dịch được trung hòa bằng NaOH 40% Lọc lấy kết tủa rửa bằng nước ấm, làm khô, tinh chế bằng phương pháp sắc ký cột bằng dung môi CHCl3 ( thu phân đoạn đầu tiên màu vàng) Loại

bỏ dung môi, kết tinh lại bằng isopropylic, thu được 3,8 g tinh thể màu vàng

500 MHz với TMS là chất chuẩn, tại Viện Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học

& Công nghệ Việt Nam

1 H-NMR (CDCl3, δ, ppm, J/Hz): 2,72 (s, 3H, 8-Me), 2.79(s, 3H,

2-Me), 7.49 (s, 1H, 3-H), 7.62 (s, 1H, 7-H,)

2.3 Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu tropolon

2.3.1 Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2-(4,6-điclo-8- metyl quinolin -2- yl)- 4,5,6,7- tetraclo -1,3-troplon

CH3

O

O H

Cl

Cl Cl Cl

Cl

O

O

Cl Cl

Cl Cl

CH3COOH 25-30 oC

3

5 7

Hò a tan quinolin 3 (0,28 g, 1,25 mmol) và o-cloranil

(3,4,5,6-tetraclo-1,2-benzoquinon) 7 (0,62 g, 2,5 mmol) trong 5 ml axit axetic (99,9%) Hỗn

hợp phản ứng được giữ ở nhiệt độ từ 25-30oC trong thời gian 24h Làm lạnh

và lọc lấy kết tủa, rửa lần lượt bằng axit axetic, nước cất, cồn, ete dầu lửa (tất

cả các dung môi đều làm lạnh) Sản phẩm được kết tinh lại bằng benzen thu được 0,43 g (69,4%) tinh thể màu vàng sáng

Phân tích4,6 - điclo - 2,8 - đimetyl - 5-nitro quinolin bằng phương pháp NMR:

Lấy 25 mg mẫu chất 5 (LINH3) hòa tan vào 0,8 ml CDCl3 trong ống NMR loại (tubes NMR của Aldrich) dài 20,3 mm, rộng 5 mm Lắc đều cho mẫu tan hết vào dung môi tạo thành hệ đồng nhất Mẫu được đo trên máy Bruker-Advance 500 MHz với TMS là chất chuẩn, tại Viện Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam

1 H-NMR (CDCl3, δ, ppm, J/Hz): 2,80 (s, 3H, 8’-Me), 7.69 (s, 1H,

3’-H), 8.07 (d, 1H, 5’-H, J=1,0) 8.50 (d, 1H, 7’-H, J=1,0), 17.62 (s, 1H, OH)

13 C-NMR (CDCl3, 125 MHz) δ ppm: 184,6 (C=O); 153,8 (C-3); 151,1

(C-2’); 146,9 (C-9’); 134,6 (C-7); 134.5 (C-6’); 133,5 (C-6); 130,7 (C-4’); 130,3 (C-4); 129,6 (C-5); 124,6 (C-2); 123,8 (C-3’); 122,1 (C-5’); 119,9 (C-7’); 115,0 (C-8’); 110,8 (C-10’); 17,50 (C-C8’)

Phân tích 4,6 - điclo - 2,8 - đimetyl - 5-nitro quinolin cấu trúc của bằng phổ MS

Lấy 1 mg chất mẫu chất 5 (LINH3) ở trên được pha trong 1 ml dung

dịch DMSO, lắc đều để tạo thể thống nhất Sau đó mẫu được đưa vào máy Agilent 1260 Series Single Quadrupole LC/MS Systems tại phòng hoạt tính sinh học, Viện Hóa sinh biển - Viện Hàn Lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam để ghi phổ MS

CH3

O

O H

Cl

Cl Cl

Cl Cl

CH3COOH 25-30 oC

6

Hò a tan quinolin 4 (0,34 g, 1,25 mmol) và o-cloranil

(3,4,5,6-tetraclo-1,2-benzoquinon) 7 (0,62 g, 2,5 mmol) trong 5 ml axit axetic (99,9%) Hỗn

hợp phản ứng được giữ ở nhiệt độ từ 25-30oC trong thời gian 24h Làm lạnh

và lọc lấy kết tủa, rửa lần lượt bằng axit axetic, nước cất, cồn, ete dầu lửa (tất

cả các dung môi đều làm lạnh) Sản phẩm được kết tinh lại bằng benzen thu được 0,48 g (75%) tinh thể màu vàng sáng

Phân tích cấu trúc của 2- (4,6 - điclo - 5 nitro- 8 - metyl quinolin -2 yl) - 4,5,6,7 - tetraclo -1,3 troplonbằng phương pháp NMR:

Lấy 25 mg mẫu chất 6 (LINH4) hòa tan vào 0,8 ml CDCl3 trong ống NMR loại (tubes NMR của Aldrich) dài 20,3 mm, rộng 5 mm Lắc đều cho mẫu tan hết vào dung môi tạo thành hệ đồng nhất Mẫu được đo trên máy Bruker-Advance 500 MHz với TMS là chất chuẩn, tại Viện Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam

1 H-NMR (CDCl3, δ, ppm, J/Hz): 2,78 (s, 3H, 8’-Me), 7.76 (s, 1H,

3’-H), 8.40 (s, 1H, 7’-3’-H), 18.60 (s, 1H, OH)

13 C-NMR (CDCl3, 125 MHz) δ ppm: 188,5 (C=O); 171,8 (C-3); 154,9

(C-2’); 150,8 (C-9’); 140,1 (C-7); 139.8 (C-6’); 138,7 (C-5’); 137,1 (C-6); 136,6 (C-4’); 133,4 (C-4); 132,1 (C-5); 130,5 (C-2); 126,1 (C-3’); 124,7 (C-7’); 116,1 (C-8’); 112,7 (C-10’); 18,80 (C-C8’)

Phân tích cấu trúc của 2- (4,6 - điclo - 5 nitro- 8 - metyl quinolin -2 yl)

- 4,5,6,7 - tetraclo -1,3 troplon bằng phổ MS:

Lấy 1 mg chất mẫu chất 6 (LINH4) hòa tan trong 1 ml dung dịch DMSO,

lắc đều để tạo thể thống nhất Sau đó mẫu được đưa vào máy Agilent 1260 Series Single Quadrupole LC/MS Systems tại phòng hoạt tính sinh học, Viện Hóa sinh

biển - Viện Hàn Lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam để ghi phổ MS

- Màng lọc cho kim bơm mẫu dùng để lọc mẫu trước khi bơm vào hệ thống LC

2.4.2 Thiết lập các thông số cho hệ thống LC/MS

- Pha động sử dụng hệ dung môi: MeOH/H2O chạy đẳng hệ với tỉ lệ là 92/8

- Bước sóng phân tích: 254nm

- Lượng mẫu bơm: 5 µL

- Hệ thống LC/MS được kết nối với phần mềm Agilent OpenLAB Control Panel Khí nitơ được bơm với tốc độ dòng 5,0 L/phút, áp suất đầu phun đạt 40 psi, nhiệt độ làm khô đạt 250oC Chế độ bắn mảnh phổ khối lựa chọn ở ESI mode positive và ESI mode negative