Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2AZAAnthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)

Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2AZAAnthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2AZAAnthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2AZAAnthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2AZAAnthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2AZAAnthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2AZAAnthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2AZAAnthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2AZAAnthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2AZAAnthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2AZAAnthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2AZAAnthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2AZAAnthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2AZAAnthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN ĐÌNH LONG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT 2-AZA-ANTHRAQUINON BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN ĐÌNH LONG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT 2-AZA-ANTHRAQUINON BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI

Chuyên ngành: Hóa phân tích

LỜI CẢM ƠN

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn GS.TS Nguyễn Văn Tuyến, T.S Phạm Thế Chính và T.S Phạm Thị Thắm đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn các cán bộ phòng Hóa Dược, thuộc Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn em trong quá trình học tập, thực nghiệm và thực hiện đề tài

Em xin cảm ơn các thầy cô khoa Hóa Học - Trường Đại Học Khoa Học Thái Nguyên đã trang bị cho em kiến thức để tiếp cận với các vấn đề nghiên cứu khoa học và các bạn học viên lớp K9B - lớp Cao học Hóa đã trao đổi và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình em, bạn bè và đồng nghiệp của em - những người đã luôn bên cạnh động viên và giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này

Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2017

Tác giả luận văn

Nguyễn Đình Long

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN a MỤC LỤC b DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT d DANH MỤC CÁC 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 hồng ngoại (IR) 3

1.1.2 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) 4

1.1.3 Phương pháp phổ khối lượng (MS) 6

1.2 Phân tích các đồng phân đối quang 8

1.2.1 Phương pháp tách các đồng phân đối quang bằng enzym 9

1.2.2 Tách các đồng phân đối quang nhờ tác nhân bất đối bổ trợ 9

1.2.3 Tách đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý hiện đại 10

1.2.4 Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR 11

Chương 2 THỰC NGHIỆM 17

2.1 Hóa chất và thiết bị 17

2.1.1 Hóa chất và dung môi 17

2.1.2 Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc 17

2.1.3 Phân tích xác định cấu trúc, định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các sản phẩm tổng hợp được 18

2.2 Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2-aza-anthraquinon 18

2.2.1 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc 5,10-dion (39a) 182.2.2 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc 3-isopropyl-benz[g]isoquinolin-5,10-dion (39b) 202.2.3 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc 3-phenylbenz[g]isoquinolin (39c) 212.2.4 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc 3-(4’-florophenyl)-benz[g] isoquinolin-5,10-dion (39d) 23

3-metyl-benz[g]isoquinolin-Chương 3 KẾT QUẢ THẢO LUẬN 26

3.1 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc 5,10-dion (39a) 263.2 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc 3-isopropyl-benz[g]isoquinolin-5,10-dion (39b) 303.3 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc 3-phenylbenz[g]isoquinolin (39c) 323.4 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc 3-(4’-florophenyl)-benz [g] isoquinolin-5,10-dion (39d) 36

3-metyl-benz[g]isoquinolin-KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

13C- NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13

(13C Nuclear Magnetic Resonance) DMSO Dimethyl sulfoxide

1H- NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H

Nuclear Magnetic Resonance) HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao

IR Phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy)

MS Phổ khối lượng va chạm điện tử (Electron

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1.1: 9

Sơ đồ 1.2: 9

Sơ đồ 1.3: 10

Sơ đồ 1.4: 12

Sơ đồ 3.1: Chuẩn bị mẫu hợp chất 39a 27

Sơ đồ 3.2: Chuẩn bị mẫu hợp chất 39b 30

Sơ đồ 3.3: Chuẩn bị mẫu hợp chất 39c 33

Sơ đồ 3.4: Chuẩn bị mẫu hợp chất 39d 37

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Phổ hồng ngoại của toluen 4

Hình 1.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của etanal 6

Hình 1.3 Phổ khối lượng của 2,4 đimethylpentane 8

Hình 1.4 Phổ 1H-NMR của hỗn hợp este Mosher (S)-1-phenylbutan-1-ol và (R)-1-phenylbutan-1-ol 12

Hình 1.5 Phổ 1H-NMR của este Mosher (R)-1-phenylbutan-1-ol và (S)-1-phenylbutan-1-ol 13

Hình 1.6 Phổ 1H-NMR của (-)-enriched và hỗn hợp (-)-enriched với CSA 14

Hình 1.7 Tín hiệu 1H-NMR của CH3 trong một số trường hợp 16

Hình 3.1 Phổ IR của hợp chất 39a 27

Hình 3.2 Phổ 1H-NMR của hợp chất 39a 28

Hình 3.3 Phổ 1H-NMR giãn của hợp chất 39a 28

Hình 3.4 Phổ MS của hợp chất 39a 29

Hình 3.5 Phổ 1H-NMR của hợp chất 39b 31

Hình 3.6 Phổ 1H-NMR giãn của chất 39b 31

Hình 3.7 Phổ 13C-NMR của hợp chất 39b 32

Hình 3.8 Phổ 1H-NMR của hợp chất 39c 33

Hình 3.9 Phổ 1H-NMR giãn của hợp chất 39c 34

Hình 3.10 Phổ 13C-NMR của hợp chất 39c 34

Hình 3.11 Phổ 13C-NMR giãn của hợp chất 39c 35

Hình 3.12 Phổ MS của hợp chất 39c 36

Hình 3.13 Phổ 1H-NMR của hợp chất 39d 38

Hình 3.14 Phổ 13C-NMR của hợp chất 39d 38

Hình 3.15 Phổ HSQC của hợp chất 39d 39

Hình 3.16 Phổ MS của hợp chất 39d 40

MỞ ĐẦU

Pyranonaphthoquinon là lớp chất kháng sinh thiên nhiên có khung

1H-naphtho[2,3-c]pyran-5,10-dion như eleutherin (1), nanaomycin A (2) và

frenolycin B (3), psychorubrin (4) được chiết tách từ Psychotria rubra Các

hợp chất thiên nhiên thuộc lớp chất này có hoạt tính sinh học rất lý thú như kháng khuẩn, kháng nấm, chống ung thư và chống virut

Mặc dù pyranonaphthoquinon là lớp chất được tìm thấy rất nhiều trong

tự nhiên, nhưng dẫn chất 2-aza-anthraquinon của nó lại rất ít gặp trong tự nhiên Cho đến nay, mới chỉ có 8 chất thuộc khung này được tìm thấy, chủ yếu được phát hiện từ nấm Hợp chất 2-aza-anthraquinon đầu tiên được tách

ra từ Fusarium bostricoidin, vào năm 1953 Nó là chất mầu đỏ và được đặt

tên là bostricoidin Nghiên cứu hoạt tính sinh học của chất này đã xác định rằng bostricoidin có hoạt tính kháng lao (Mycobacterium tuborculosis) [44]

Chất 9-O-metylbotricoidin (5) là dẫn chất 2-aza-anthraquinon tiếp theo được

tách ra trong quá trình nuôi cấy chủng Fusarium moniliformate Nghiên cứu

hoạt tính sinh học đã xác định, chất này (5) có hoạt tính kháng khuẩn Gram

(+) rất mạnh [45,46] Tolypocladin (6) tách được từ nấm Tolypocladium

inflatum Chất này thể hiện hoạt tính metal-chelating [47]

2-Aza-anthraquinon có hoạt tính gắn kết của DNA topoisomerases và được xem như là những tác nhân chống ung thư (intercalating DNA binding agents) [51] Những tác nhân intercalating DNA như ametantrone (7) và mitoxantrone (8) là hai ví dụ về các chất đang được sử dụng trong lâm

sàng để chữa bệnh ung thư Trong quá trình nghiên cứu, người ta nhận thấy rằng cấu trúc của lớp chất 2-aza-anthraquinon có ảnh hưởng lớn đến hoạt tính của chúng Vì vậy, việc xác định cấu trúc lớp chất này rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Do đó đề tài này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2-aza-anthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại như phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và phổ khối lượng (MS)

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về các phương pháp xa ́ c đi ̣nh cấu trúc

1.1.1 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

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 [3]

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 2 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 liên kết, dao động biến dạng (δ) là dao động làm thay đổi góc liên kết

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 1.1)

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

Hình 1.1 Phổ hồng ngoại của toluen

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 [3]

Ví dụ trên hình 1.1 ta thấy giao động liên kết của nhóm Benzen là 3000 cm-1, giao động liên kết của nhóm -CH3 là 2900 cm-1, giao động liên kết của nhóm CH=CH là 1600 and 1475 cm-1

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

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (CHTHN) là phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu cấu trúc của các hợp chất hữu cơ Phương pháp phổ biến được sử dụng 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 [2]

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

Dựa vào độ chuyển dịch hóa học  ta biết được loại proton nào có mặt trong chất được khảo sát Giá trị độ chuyển dịch hóa học không có thứ nguyên

mà được tính bằng phần triệu (ppm) Đối với 1H-NMR thì δ có giá trị từ 0-12 ppm, đối với 13C-NMR thì δ có giá trị từ 0-230 ppm

Hình 1.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của etanal

Hằng số tương tác spin-spin J: Trên phổ NMR, mỗi nhóm hạt nhân

không tương đương sẽ thể hiện bởi một cụm tín hiệu gọi và vân phổ, mỗi vân phổ có thể bao gồm một hoặc nhiều hợp phần Nguyên nhân gây nên sự tách tín hiệu cộng hưởng thành nhiều hợp phần là do tương tác của các hạt nhân có

từ tính ở cạnh nhau Tương tác đó thể hiện qua các electron liên kết Giá trị J

phụ thuộc vào bản chất của hạt nhân tương tác, số liên kết và bản chất các liên kết ngăn giữa các tương tác [1]

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 [2] Ví dụ hình 1.2 ta thấy tín hiệu đặc trưng của nguyên tử C (kí hiệu C1) trong nhóm CO

là 200 ppm, nguyên tử C (kí hiệu C2) trong nhóm -CH3 là 31 ppm

1.1.3 Phương pháp phổ khối lượng (MS)

Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là phá vỡ phân

tử trung hòa thành ion phân tử và các mảnh ion dương có số khối z=m/e Sau đó phân tách các ion này theo số khối và ghi nhận 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 [3,4]

Để phá vỡ phân tử người ta có nhiều phương pháp: bắn phá bằng dòng electron (EI), phương pháp ion hóa hóa học (CI), phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh (FAB)… Dùng dòng eclectron có năng lượng cao để bắn phá phân tử là phương pháp hay được sử dụng nhất Khi bắn phá các phân tử hợp chất hữu cơ trung hòa sẽ trở thành các ion phân tử mang điện tích dương hoặc bị phá vỡ thành các ion và các gốc theo sơ đồ:

(2)

(1) 3e

2

ABC

2e ABC

e ABC

> 95%

ABC

-Sự hình thành các ion mang điện tích +1 chiếm hơn 95%, còn lại là các ion mang điện tích +2 và điện tích âm (-) Năng lượng bắn phá các phân tử thành ion phân tử khoảng 10 eV Nhưng với năng lượng cao thì ion phân tử

có thể phá vỡ thành các mảnh ion dương (+), hoặc các ion gốc, các gốc, hoặc phân tử trung hòa nhỏ hơn, nên người ta thường thực hiện bắn phá các phân

tử ở mức năng lượng 70 eV [3]

BA

BAB

ABC

BCA

ABC

AB

Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo chất, phương pháp bắn phá và năng lượng bắn phá Quá trình này gọi là quá trình ion hóa

Các ion ion dương hình thành đều có khối lượng m và mang điện tích e,

tỉ số m/e được gọi là số khối z Bằng cách nào đó tách các ion có số khối khác nhau ra khỏi nhau và xác định được xác suất có mặt của chúng, rồi vẽ đồ thị biểu diễn mối liên quan giữa xác suất có mặt (hay cường độ I) và số khối z thì

đồ thị này được gọi là phổ khối lượng (Hình 1.3)

Hình 1.3 Phổ khối lượng của 2,4 đimethylpentane

Như vậy, khi phân tích phổ khối lượng người ta thu được khối lượng phân tử của chất nghiên cứu, từ các pic mảnh ion trên phổ đồ có thể xác định được cấu trúc phân tử và tìm ra qui luật phân mảnh Đây là một trong những thông số quan trọng để qui kết chính xác cấu trúc phân tử của một chất cần nghiên cứu khi kết hợp nhiều phương pháp phổ với nhau Trên hình 1.3 ta thấy pic ion phân tử của chất 2,4 đimethylpentane là 100

1.2 Phân tích các đồng phân đối quang

Phân tích các đồng phân đối quang là tách một hỗn hợp raxemic bằng

các phương pháp vật lý và hóa học Thông thường, sự tách được thực hiện sau

khi chuyển từ đồng phân đối quang sang đồng phân “dia”; do các đồng phân

đối quang có các tính chất vật lý và hóa học giống nhau nên chúng không thể

tách bằng cách trực tiếp Trong khi đó, các đồng phân “dia” có thể tách được

bằng các phương pháp kết tinh chọn lọc, phương pháp sắc ký hoặc phương pháp NMR

1.2.1 Phương pháp tách các đồng phân đối quang bằng enzym

Hầu hết các enzym có tính đặc hiệu với một loại cơ chất nhất định Dựa vào tính chất này, người ta đã sử dụng các enzym để chuyển hóa chọn lọc một trong hai đối quang trong hỗn hợp Ví dụ phản ứng thủy phân hỗn hợp

raxemic của este bằng enzym pig liver estease Dưới tác dụng của enzym này,

chỉ có đồng phân S được thủy phân Nhờ đó mà người ta tách được hai đồng

phân này ra khỏi nhau

Sơ đồ 1.1 1.2.2 Tách các đồng phân đối quang nhờ tác nhân bất đối bổ trợ

Hỗn hợp raxemic hoặc hai đồng phân của các hợp chất đối quang có một

tâm bất đối thường không thể tách ra khỏi nhau Tuy nhiên, khi tham gia phản

ứng với các chất bổ trợ chiral có từ một hoặc nhiều tâm bất đối, tạo thành sản

phẩm có từ hai tâm bất đối trở lên, có thể tách được bằng các phương pháp hóa

lý khác nhau Dựa vào tính chất quan trong này năm 1953, Pasteur đã tách

được đôi đồng phân đối quang của axit tactaric nhờ sự tạo muối “dia” của hỗn

hợp hai đối quang với (+)-cinchotoxin, có độ tan khác nhau nên có thể tách ra khỏi nhau bằng phương pháp kết tinh Phương pháp này vẫn được sử dụng hiệu quả để tách hỗn hợp hai đồng phân đối quang ra khỏi nhau

Ngoài ra, có thể chuyển hóa các đối quang của các hợp chất có một tâm

bất đối thành các đồng phân “dia” nhờ phản ứng với tác nhân bất đối bổ trợ khác Các đồng phân “dia” nhận được có thể tách ra bằng các phương pháp

hóa lý khác nhau Cuối cùng các tác nhân bất đối bổ trợ được loại bỏ, thu được các đồng phân đối quang tinh khiết

Sơ đồ 1.3 1.2.3 Tách đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý hiện đại

Các đối quang có thể được tách nhờ các phương pháp sắc ký khí (GC),

sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) có sử dụng các cột chiral Bản chất của

các phương pháp này là các hỗn hợp đối quang tương tác với pha tĩnh (tâm

bất đối trên cột chiral), nghĩa là chỉ một trong các đối quang có tương tác

mạnh hơn với tâm bất đối của cột Đối quang có tương tác yếu sẽ được rửa giải nhanh nhờ pha động, kết quả là hai đối quang được tách ra khỏi nhau Phương pháp này thường được sử dụng để xác định độ chọn lọc đối quang trong của các phản ứng Nếu phản ứng nhận được hỗn hợp có hai đồng phân

đối quang A và B (ee=enantiomer excess, de=diasteroisomer excess), độ

chọn lọc đối quang được xác định theo công thức:

1.2.4 Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR

Để xác định tỉ lệ các đồng phân lập thể có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng phổ NMR là một phương pháp hữu ích và phổ biến, vì

nó không làm thay đổi tỉ lệ của các đồng phân trong hỗn hợp và chỉ cần lượng nhỏ hỗn hợp hai đồng phân đối quang Các đồng phân khác nhau được xác

định nhờ độ dịch chuyển hóa học và hằng số tương tác spin-spin của những

nguyên tử hydro trong từ trường

Trong phổ NMR, phần lớn hạt nhân của 1H và 13C của hai đồng phân

“dia” sẽ có tín hiệu chuyển dịch hóa học khác nhau Tỉ lệ của các đồng phân

có mặt trong hỗn hợp có thể tính toán được bằng sự phân tích các tín hiệu

này Nếu trong hỗn hợp có nhiều hơn hai đồng phân “dia” thì việc xác định tỉ

lệ các đồng phân bằng phổ NMR sẽ gặp khó khăn hơn, đặc biệt là các đồng phân chiếm tỉ lệ nhỏ

a) Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch (Shift reagent) Mosher

Đối với các hợp chất có một tâm bất đối thì hai cấu hình của chúng

sẽ không phân biệt được bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân,

do tín hiệu của chúng không được phân tách trong từ trường Để phân biệt được hai cấu hình của các hợp chất có một tâm bất đối, người ta phải

chuyển hợp chất nghiên cứu thành đồng phân dia Cơ sở của phương pháp Mosher là chuyển hợp chất có một tâm bất đối thành đồng phân dia bằng cách thực hiện phản ứng của hợp chất nghiên cứu với axit R-Mosher để

tạo thành este hoặc thành amit… Sau đó, nghiên cứu cấu hình của các hợp

chất dia này sẽ đưa ra được cấu hình của chất ban đầu Ví dụ, để xác định

cấu hình tuyệt đối của hợp chất 1-phenylbutan-1-ol có một tâm bất đối,

Mosher đã tổng hợp este của nó với axit R-Mosher để tạo ra hai đồng phân dia như mô tả trong sơ đồ dưới đây

Sơ đồ 1.4

Hai đồng phân dia này sẽ được phân biệt rõ trên phổ cộng hưởng từ hạt

nhân proton Tín hiệu của proton bậc ba tại trung tâm bất đối của dẫn xuất este

Mosher của (R)-1-phenylbutan-1-ol sẽ dịch chuyển về phía trường cao, trong khi tín hiệu proton bậc ba tại tâm bất đối của dẫn xuất (S)-1-phenylbutan-1-ol sẽ dịch

chuyển về phía trường thấp Như vậy, người ta có thể xác định được cấu hình tuyệt đối của hợp chất 1-phenylbutan-1-ol ban đầu

Hình 1.4 Phổ 1 H-NMR của hỗn hợp este Mosher (S)-1-phenylbutan-1-ol

và (R)-1-phenylbutan-1-ol

Hình 1.5 Phổ 1 H-NMR của este Mosher (R)-1-phenylbutan-1-ol

và (S)-1-phenylbutan-1-ol

Ngoài axit R-Mosher, hiện nay người ta đang nghiên cứu sử dụng một

số tác nhân bổ trợ khác để xác định cấu hình tuyệt đối của một số hợp chất ancol, amin và axit cacboxylic có một tâm bất đối, ví dụ như các tác nhân bổ trợ sau

b) Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch Chiral Pirkle ancol (CSA) Chiral aryltrifluorometyl carbinol (chiral Pirkle ancol) là những tác nhân hữu dụng nhất, cho phép xác đi ̣nh nhanh tỷ lê ̣ của các đồng phân lâ ̣p thể Khi có

mặt của chất này, các đối quang của lacton, amin và ancol trong từ trường tạo ra phổ không tương đương Có thể là do cả hydroxyl và các hydro cacbinyl của

này là không cần phải thực hiện các phản ứng chuyển hóa thành các dẫn xuất với

tác nhân bổ trợ nên hạn chế được quá trình raxemat hóa, đặc biệt là có thể sử

dụng để xác định cấu hình của các chất có hàm lượng nhỏ

Ví dụ, để nghiên cứu cấu hình của hai đối quang oxaziridin nhờ tác nhân bổ trợ CSA, kết quả do tương tác cầu hydro của oxazirindin với CSA tạo

thành phức dia, dẫn đến một số tín hiệu của hai đối quang được tách biệt

trong từ trường Nghiên cứu của phổ 1H-NMR của hỗn hợp hai đồng phân oxaziridin khi không có tác nhân chuyển dịch CSA thì các tín hiệu proton

(-)-không phân biệt được trong từ trường, nhưng khi cho kết hợp với

(S)-(+)-CSA thì các tín hiệu của metyl, metin được tách ra Dựa vào phổ này, người

ta có thể xác định được tỷ lệ hai đồng phân đối quang của oxaziridin

Hình 1.6 Phổ 1 H-NMR của (-)-enriched và hỗn hợp (-)-enriched với CSA

c) Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch Eu(hfc) 3 )

Tác nhân Eu(hfc)3 là phức của kim loại thuận từ với ligand hữu cơ có tâm bất đối Khi tác nhân Eu(hfc)3 kết hợp với nhóm chức (NH2, OH, SH …)

trong phân tử có một trung tâm bất đối sẽ tạo thành đồng phân “dia” Phức

dia tạo thành có một số proton được tách ra trong từ trường và chuyển về

trường thấp Sự tách biệt và độ chuyển dịch về phía trường thấp của một số proton phụ thuộc vào nồng độ của tác nhân phức Eu(hfc)3

Ví dụ, nghiên cứu phổ 1H-NMR của hỗn hợp hai đối quang

(R,S)-1-axetyl-1-phenylbutan, các tín hiệu proton của hai đối quang không phân biệt được trong từ trường Tuy nhiên, khi được tạo phức với tác nhân chuyển dịch Eu(hfc)3 thì có sự tách tín hiệu Nhóm metyl (triplet) được tách thành hai triplet có cường độ tương đương nhau Sự tách tín hiệu của proton trong từ trường phụ thuộc vào bản chất của chất nghiên cứu và nồng độ của tác nhân chuyển dịch

Qua ví dụ trên ta thấy, tín hiệu proton ở nhóm CH3 của hỗn hợp

(R,S)-1-axetyl-1-phenylbutan khi tạo phức với Eu(hfc)3 đều được tách ra và có độ chuyển dịch hóa học chuyển về phía trường thấp Sự tách tín hiệu và độ chuyển dịch hóa học proton ở nhóm CH3 của hai đối quang có sự khác biệt rõ

ràng Đối với (R)-1-axetyl-1-phenylbutan, tín hiệu proton của nhóm CH3 được

chuyển dịch về phía trường cao so với (S)-1-axetyl-1-phenylbutan Như vậy,

có thể phân biệt và xác định được tỷ lệ hai đồng phân

(37)

phenylbutan và (S)-1-axetyl-1-phenylbutan nhờ 1H-NMR của chúng khi tạo phức với tác nhân chuyển dịch Eu(hfc)3 (xem hình 5)

Hình 1.7 Tín hiệu 1 H-NMR của CH 3 trong một số trường hợp

Chương 2 THỰC NGHIỆM

2.1 Hóa chất và thiết bị

2.1.1 Hóa chất và dung môi

Các hoá chất dùng cho tổng hợp hữu cơ và dung môi được mua của hãng Merck, hãng Sigma Aldrich và hãng Fluka và thuộc loại phân tích dùng cho phân tích

Bột silica gel cho sắc ký cột 100 - 200 mesh (Merck), bản mỏng sắc ký silica gel đế nhôm Art 5554 DC - Alufolien Kiesel 60F254(Merck)

2.1.2 Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc

Để xác định và phân tích cấu trúc các chất hữu cơ tổng hợp được, chúng tôi tiến hành các phương pháp sau:

- Xác định nhiệt độ nóng chảy

Nhiệt độ nóng chảy của các chất tổng hợp được đo trên máy đo trên máy Gallenkeamp của Anh tại phòng thí nghiệm Tổng hợp hữu cơ - Viện hóa học - Viện Hàn Lâm khoa học & Công nghệ Việt Nam

- Phổ hồng ngoại (IR)

Phổ IR của các chất nghiên cứu được ghi trên máy Impact 410 - Nicolet, tại phòng thí nghiệm Phổ hồng ngoại Viện Hóa học - Viện Hàn Lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam, đo ở dạng ép viên với KBr rắn

- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)

Phổ 1H-NMR (500MHz) và 13C-NMR (125MHz) của các chất nghiên cứu được đo trên máy Bruker XL-500 tần số 500MHz với dung môi CDCl3 và TMS là chất chuẩn, tại phòng Phổ cộng hưởng từ hạt nhân - Viện Hóa học -

- Phổ khối lượng (MS)

Phổ khối của các chất nghiên cứu được ghi trên LC - MSD - Trap -

SL tại phòng Cấu trúc, Viện Hóa học - Viện Hàn Lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam

2.1.3 Phân tích xác định cấu trúc, định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các sản phẩm tổng hợp được

Cấu trúc của các sản phẩm phản ứng được xác định nhờ các phương pháp phổ khối lượng (MS), phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR, 13C-NMR, phổ hồng ngoại (IR)

Các sản phẩm phản ứng được kiểm tra độ sạch bằng các phương pháp sắc kí lớp mỏng, sắc khí lỏng ghép nối khối phổ (LC/MS)

Sắc kí lớp mỏng (SKLM) được sử dụng để định tính chất đầu và sản phẩm Thông thường chất đầu và sản phẩm có giá trị Rf khác nhau, màu sắc

và sự phát quang khác nhau Dùng sắc kí lớp mỏng để biết được phản ứng đã xảy ra hay không xảy ra, phản ứng đã kết thúc hay chưa kết thúc là dựa vào các vết trên bản mỏng, cùng các giá trị Rf tương ứng Giá trị Rf của các chất phụ thuộc vào bản chất và phụ thuộc vào dung môi làm pha động Dựa trên tính chất đó, chúng ta có thể tìm được dung môi hay hỗn hợp dung môi để tách các chất ra xa nhau (Rf khác xa nhau) hay tìm được hệ dung môi cần thiết

để tinh chế các chất

2.2 Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2-aza-anthraquinon

2.2.1 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc dion (39a)

7 8

9

10

1'

39a

a, Chuẩn bị mẫu

300 mg (0,94 mmol) chất 2-axylmetyl-3-phenoxymetyl-1,4-

napthoquinon (38a), trong 5 ml etanol và 3ml NH3 (25%) được tiến hành ở nhiệt độ thường, trong khoảng 48 giờ Khi phản ứng kết thúc, etanol được cất loại dưới áp suất thấp, sau đó xử lý hỗn hợp còn lại với nước và chiết nhiều lần với CH2Cl2 Dịch chiết được rửa bằng nước, làm khan bằng

Na2SO4, sau đó loại bỏ dung môi nhận được sản phẩm thô Sản phẩm thô được làm sạch trên cột silica gel với hệ dung môi hexan/EtOAc (9:1) nhận

được 178 mg sản phẩm 39a (hiệu suất đạt 68%)

Sản phẩm 39a là chất rắn màu vàng, điểm chảy 176-1770C

b, Phân tích cấu trúc 3-metyl-benz[g]isoquinolin-5,10-dion (39a) bằng phổ IR

Cân 2 mg chất (39a) và 100 mg KBr vào cối mã não, trộn đều và được

nghiền mịn thành hỗn hợp đồng nhất bằng chày của cối mã não Hỗn hợp này được đưa vào thiết bị ép viên thủy lực 50 tấn của hãng HP, sau đó mẫu được

đo trên máy Impact 410 - Nicolet, tại phòng thí nghiệm Phổ hồng ngoại Viện Hóa học - Viện Hàn Lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam, đo ở dạng viên

ép KBr rắn

IR (KBr) cm-1: 1677, 1585, 1332, 1302, 923, 715

c Phân tích cấu trúc 3-metyl-benz[g]isoquinolin-5,10-dion (39a ) bằng phổ NMR

35 gam chất (39a) ở trên được cho vào ống nghiệm NMR loại (tubes

NMR của Aldrich) dài 20,3 mm, rộng 5 mm sau đó cho 0,8 ml CDCl3 và lắc đều cho mẫu tan hết vào dung môi tạo thành hệ đồng nhất Mẫu được đo trên máy Bruker XL-500 tần số 500 MHz với TMS là chất chuẩn tại Trung tâm phân tích Cấu trúc - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam

1 H NMR ( 500MHz, CDCl 3 ): 2,79 (3H, s, H-1’); 7,82-7,89 (2H, m, H-7

và H-8); 7,92 (1H, s, H-4); 8,30-8,35 (2H, m, H-6 và H-9); 9,46 (1H, s, H-1)

d Phân tích cấu trúc 3-metyl-benz[g]isoquinolin-5,10-dion (39a)bằng phổ MS

1 mg chất (39a) ở trên pha loãng trong 1 ml dung dịch CDCl3, lắc đều tạo thể thống nhất Sau đó mẫu được đưa vào máy trên LC - MSD - Trap - SL tại phòng Cấu trúc, Viện Hóa học - Viện Hàn Lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam để ghi phổ MS

MS m/z 223 [M+H] +

2.2.2 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc 5,10-dion (39b)

3-isopropyl-benz[g]isoquinolin-a, Chuẩn bị mẫu

Dung dịch của 100 mg (0,287 mmol)

2-(2-oxo-3-metylbutyl)-3-phenoxymetyl-1,4-naphthoquinon (38b) trong etanol và 1 ml NH3 (25%) được tiến hành ở nhiệt độ thường, trong khoảng 48h Khi phản ứng kết thúc, etanol được cất loại dưới áp suất thấp, sau đó xử lý hỗn hợp còn lại với nước

và chiết nhiều lần bằng CH2Cl2 Dịch chiết được rửa bằng nước, làm khan bằng MgSO4, sau đó loại bỏ dung môi nhận được sản phẩm thô Sản phẩm thô được làm sạch trên cột silica gel với hệ dung môi n-hexan/EtOAc (85/15) nhận được 55 mg (84%)

Sản phẩm 39b là chất rắn màu vàng, điểm chảy 137-138oC

b, Phân tích cấu trúc 3-metyl-benz[g]isoquinolin-5,10-dion (39b) bằng phổ NMR

35 mg chất (39b) ở trên được cho vào ống nghiệm NMR loại (tubes

NMR của Aldrich) dài 20,3 mm, rộng 5 mm sau đó cho 0,8 ml CDCl3 và lắc

7 8

9 10

2' 3' 1'

39b

đều cho mẫu tan hết vào dung môi tạo thành hệ đồng nhất Mẫu được đo trên máy Bruker XL-500 tần số 500 MHz với TMS là chất chuẩn tại Trung tâm phân tích Cấu trúc - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam

1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ) ppm: 9,48 (1H, s, H-1); 8,30-8,34 (2H,

m, H-6 và H-9); 7,94 (1H, s, H-4); 7,88-7,81 (2H, m, H-7 và H-8); 3,28 (1H,

m, H-1’); 1,4 (6H, d, J=6,5Hz, 2CH3)

13 C-NMR (125 MHz, CDCl 3 ) ppm: 183,08 (C=O); 182,46 (C=O); 174,64 (Cq); 149,46(=CH); 138,93 (Cq); 134,92 (=CH); 134,36 (=CH); 133,27 (Cq); 133,23 (Cq); 127,35 (=CH); 127,27 (=CH); 124,38 (Cq); 115,92 (=CH); 37,17(CH); 22,64 (2xMe)

c, Phân tích cấu trúc 3-metyl-benz[g]isoquinolin-5,10-dion (39b) bằng phổ MS

1 mg chất (39b) ở trên pha loãng trong 1 ml dung dịch CDCl3, lắc đều tạo thể thống nhất Sau đó mẫu được đưa vào máy trên LC - MSD - Trap - SL tại phòng Cấu trúc, Viện Hóa học - Viện Hàn Lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam để ghi phổ MS

tiến hành ở nhiệt độ thường, trong khoảng 48h Khi phản ứng kết thúc, etanol được cất loại dưới áp suất thấp, sau đó xử lý hỗn hợp còn lại với nước và chiết nhiều lần bằng CH2Cl2 Dịch chiết được rửa bằng nước, làm khan bằng MgSO4, sau đó loại bỏ dung môi rồi làm sạch trên cột silica gel với hệ dung môi hexan/EtOAc (85/15) nhận được 0,58g sản

phẩm (39c) Hiệu suất phản ứng đạt 78%

Sản phẩm 39c là chất rắn màu vàng, điểm chảy 140-141oC

b.Phân tích cấu trúc 3-phenylbenz[g]isoquinolin (39c) bằng phổ NMR

35 mg chất (39c) ở trên được cho vào ống nghiệm NMR loại (tubes

NMR của Aldrich) dài 20,3 mm, rộng 5 mm sau đó cho 0,8 ml CDCl3 và lắc đều cho mẫu tan hết vào dung môi tạo thành hệ đồng nhất Mẫu được đo trên máy Bruker XL-500 tần số 500 MHz với TMS là chất chuẩn tại Trung tâm phân tích Cấu trúc - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam

1 H- NMR (500 MHz, CDCl 3 ):  7,51-7,57 (3H, m, H-3’, H-4’ và H-5’);

8,21 (2H, dd, J=8,4 Hz, 2,0 Hz, H-2’ và H-6’); 7,84-7,91(2H, m, H-7 và H-8);

8,34-8,38 (2H, m, H-6 và H-9); 8,52 (1H, s, H-4); 9,62 (1H, s, H-1)

13 C NMR (125 MHz, CDCl 3 ): 115,11 (C-4); 124,60 (=Cq); 127,31 và 127,41 (C-6 và C-9); 127,6 (C-2’ và C-6’); 129,09 (C-3’ và C-5’); 130,74 (C-4’); 133,21 (=Cq); 133,33 (=Cq); 134,43 và 135,04 (C-7 và C-8); 137,66 (=Cq); 139,26 (Cq); 150,02 (C-1); 162,84 (C-3); 182,30 (C=O); 182,82 (C=O)

c.Phân tích cấu trúc 3-phenylbenz[g]isoquinolin (39c) bằng phổ MS

1 mg chất (39c) ở trên pha loãng trong 1 ml dung dịch CDCl3, lắc đều tạo thể thống nhất Sau đó mẫu được đưa vào máy trên LC - MSD - Trap - SL tại phòng Cấu trúc, Viện Hóa học - Viện Hàn Lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam để ghi phổ MS

MS m/z 285[M+H]+

d.Phân tích cấu trúc 3-phenylbenz[g]isoquinolin (39c) bằng phổ IR

Cân 2 mg chất (39c) và 100 mg KBr vào cối mã não, trộn đều và được

nghiền mịn thành hỗn hợp đồng nhất bằng chày của cối mã não Hỗn hợp này được đưa vào thiết bị ép viên thủy lực 50 tấn của hãng HP, sau đó mẫu được

đo trên máy Impact 410 - Nicolet, tại phòng thí nghiệm Phổ hồng ngoại Viện Hóa học - Viện Hàn Lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam, đo ở dạng viên

Lấy 100 mg (0,25 mmol) 2-(2-(4-fluorophenyl)-2-oxoetyl)- 3-phenoxy

metyl-1,4- naphthoquinon (38d) hoà trong dung môi etanol, nhỏ 1ml dd NH3(25%) khuấy và duy trì ở nhiệt độ thường, trong khoảng 24h Khi phản ứng kết thúc, etanol được cất loại dưới áp suất thấp, sau đó xử lý hỗn hợp còn lại với nước và chiết nhiều lần bằng CH2Cl2 Dịch chiết được rửa bằng nước, làm khan bằng MgSO4, sau đó loại bỏ dung môi nhận được sản phẩm thô Sản phẩm thô được làm sạch trên cột silica gel với hệ dung môi hexan/EtOAc (85/15) nhận được 63,6mg (84%)

39d