Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)

Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)

THÁI NGUYÊN - 2017

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

TRẦN THỊ KIM NGỌC

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT 6-ARYL PIPERAZINDION BẰNG CÁC PHƯƠNG

PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠIChuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60 44 01 18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM THẾ CHÍNH

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn:

Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn TS Phạm Thế Chính ngườithầy đã giao đề tài, tận tình chỉ bảo và truyền đam mê nghiên cứu cho emtrong suốt quá trình hoàn thành luận văn, người thầy đã tận tình hướng dẫn để

em hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn GS.TS Nguyễn Văn Tuyến, TS Phạm ThịThắm và các bạn HVCH phòng Hóa dược Viện Hóa học đã giúp đỡ em rấtnhiều về thực nghiệm trong suốt thời gian làm luận văn

Em xin chân thành cám ơn PGS.TS Dương Nghĩa Bang và các bạnHVCH phòng Hóa hữu cơ khoa Hóa học trường Đại học Khoa học - ĐHTN

đã giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình làm luận văn

Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo khoa Hóa học trường Đại họcKhoa học - ĐHTN, tập thể các thầy cô, anh chị và các bạn tại khoa Hóa họctrường Đại học Khoa học - ĐHTN đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quátrình hoàn thành luận văn

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu cùng toàn thể cán bộ giáoviên Trường THPT Marie Curie - Hải Phòng đã tạo điều kiện thuận lợi về thờigian và công việc để em hoàn thành luận văn

Em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô đã dạy dỗ em nên người!Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã giúp

đỡ em hoàn thành luận văn

Tác giả luận văn

Trần Thị Kim Ngọc

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN a MỤC LỤC b DANH MỤC SƠ ĐỒ e DANH MỤC HÌNH f DANH MỤC PHỤ LỤC g

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan về các phương pháp xác điṇ h cấu trú c 2

1.1.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) [1] 2

1.1.2 Phương pháp phổ khối lượng (MS) [1,4] 3

1.1.3 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) [4] 5

1.2 Tách và phân tích các đồng phân đối quang [5] 8

1.2.1 Phương pháp tách các đồng phân đối quang bằng enzym 8 1.2.2 Tách và phân tích đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý hiện đại 8

1.2.3 Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR 9

1.2.4 Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch (Shift reagent) Mosher 9 1.3 Hợp chất PIPERAZINEDION 11

1.3.1 Cấu trúc của piperazinedion 11

1.3.2 Hoạt tính sinh học của piperazinedion 12

1.4 Mục tiêu của luận văn 16

Chương 2: THỰC NGHIỆM 17

2.1 Phương pháp nghiên cứu, nguyên liệu và thiết bị 17

2.1.1 Phương pháp nghiên cứu 17 2.1.2 Hóa chất và dung môi 17

2.1.3 Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất

bằng sắc kí lớp mỏng 17

2.1.4 Xác nhận cấu trúc 17

2.2 Phân tích cấu trúc hợp chất trung gian 5a,b 18

2.2.1 Tổng hợp ethyl (1S,3S)-1-(3-methoxyphenyl)-2,3,4,9-tetrahydro- 1H-pyrido[3,4-b]indole-3-carboxylate 18

2.2.2 Phân tích cấu trúc của hợp chất 5a,b 19

2.3 Tổng hợp chất trung gian 6a,b 20

2.4 Phân tích cấu trúc của các piperazinedion 7a,b 20

2.4.1 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ 7a,b 20

2.4.2 Phân tích cấu trúc của 7a bằng phổ IR 21

2.4.3 Phân tích cấu trúc của 7a,b bằng phương pháp phổ NMR 21

2.4.4 Phân tích cấu trúc của 7a,b bằng phương pháp phổ MS 22

2.5 Phân tích cấu trúc của các piperazinedion 8a,8b 23

2.5.1 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ 8a,b 23

2.5.2 Phân tích cấu trúc của 8a,b bằng phương pháp phổ NMR 23

2.6 Phân tích cấu trúc của các piperazinedion 9a,b 24

2.6.1 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ 9a,b 24

2.6.2 Phân tích cấu trúc của 9a,b bằng phương pháp phổ NMR 25

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

3.1 Mục tiêu của luận văn 27

3.2 Phân tích cấu trúc của các hợp chất trung gian 5a,b 28

3.2.1 Chuẩn bị mẫu nguyên liệu trung gian 5a,b 28

3.2.2 Phân tích cấu trúc của trung gian 5a,b bằng phổ NMR 28

3.3 Chuẩn bị các hợp chất trung gian 6a,b 31

3.4 Phân tích cấu trúc của các piperazinedion 7a và 7b 32

3.5 Phân tích cấu trúc của các piperazinedion 8a và 8b 36

3.6 Phân tích cấu trúc của các piperazinedion 9a và 9b 38

KẾT LUẬN 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

MS Phương pháp phổ khối lượng

EI Phương pháp bắn phá bằng dòng electron

CI Phương pháp ion hóa hóa học

FAB Phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh

mCPBA meta-Chloroperoxybenzoic acid

NMR Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 3.1 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn 27

Sơ đồ 3.2 Tổng hợp chất trung gian 5a, 5b 28

Sơ đồ 3.3 Tổng hợp chất trung gian 6a,b 31

Sơ đồ 3.4 Tổng hợp hợp chất piperazinedion 7a 33

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Phổ hồng ngoại của hept- 1-in 2

Hình 1.2 Thiết bị phân tích phổ khối lượng (MS) 3

Hình 1.3 Phổ khối lượng của 3,4-Dimethoxyacetophenone 5

Hình 1.4 Hệ thống phân tích phổ hạt nhân 6

Hình 1.5 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của 1-etoxy-4-metoxynaphthalen7 Hình 1.6 Phổ 1H-NMR của hỗn hợp (R,S)-1-phenylbutan-1-ol 10

Hình 1.7 Phổ 1H-NMR của (R)-1-phenylbutan-1-ol và (R)-1-phenylbutan-1- ol 11

Hình 1.8: Hợp chất piperazinedion đơn giản 12

Hình 1.9 Các hợp chất tryprostatin 13

Hình 1.10 Cấu trúc của các cyclotryprostatins A-D 13

Hình 1.11 Tác nhân ức chế trùng hợp Tubulin 14

Hình 1.12 Cấu trúc của một số hợp chất ức chế PDE-5 14

Hình 1.13 Các chất đối kháng oxytoxin 15

Hình 3.1 Phổ 1H-NMR của hợp chất cis-5a 29

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

Hình 3.3 Phổ IR của hợp chất 7a 33

Hình 3.4 Phổ MS của hợp chất 7a 34

Hình 3.5: Phổ 1H-NMR của hợp chất 7a 35

Hình 3.6 Phổ 13C-NMR của hợp chất 7a 36

Hình 3.7: Phổ 1H-NMR của hợp chất 7b 36

Hình 3.8 Phổ 1H-NMR của hợp chất 8a 37

Hình 3.9 Phổ 1H-NMR của hợp chất 8b 38

Hình 3.10 Phổ 1H-NMR của hợp chất 9a 39

Hình 3.11 Phổ 1H-NMR của hợp chất 9b 40

Phụ lục 12: Phổ 1H-NMR của hợp chất 7a 6- PL

Phụ lục 13: Phổ 13C-NMR của hợp chất 7a 7- PL Phụ lục 14: Phổ IR của hợp chất 7a 7- PL Phụ lục 15: Phổ MS của hợp chất 7a 8- PL

MỞ ĐẦU

Phân tích cấu trúc các hợp chất hữu cơ là một trong số các nhiệm vụquan trọng của Hóa học vì chỉ khi biết chính xác cấu trúc, chúng ta mới cócâu trả lời chính xác cho việc định tính, định lượng và phân tích chúngtrong các mẫu nghiên cứu thực cũng như trong đời sống và công nghệ

g các phương pháp phô

như phổ hồng ngoại, phổ tử ngoaị khả kiến, phổ công hưở ng từ haṭ nhân, phôkhối lươn g Mỗi phương pháp cho phép xác định

môt

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

Piperazinedion là lớp cấu trúc phổ biến nhất được tìm thấy trong tự

nhiên có hoạt tính chống ung thư như tryprostatins A (1) và B (2), trong đó

cyclotryprostatin A-D có hoạt tính ức chế chu kỳ phát triển của tế bào động

vật có vú, phenylahistin (8) có hoạt tính chống ưng thư nhờ ức chế quá

trình trùng hợp tubulin Ngoài ra các hợp chất piperazinedion còn có hoạttính kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virut Do có hoạt tính sinh học quýnên các hợp chất này được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tổnghợp nhằm tìm kiếm các hợp chất mới có hoạt tính sinh học lý thú

Các hợp chất thiên nhiên có nguồn gốc sinh vật biển nhưpiperazinedion thường có cấu trúc rất phức tạp với phân tử có nhiều nhânthơm, có nhiều trung tâm bất đối xứng nên việc phân tích cấu trúc của cáchợp chất này gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi phải có sự kết hợp nhiều phương

pháp phân tích cấu trúc Do đó đề tài “Phân tích cấu trúc của một số hợp

chất 6-aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại” rất có ý

nghĩa khoa học và thực tiễn

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về các phương pháp xá c điṇ h cấ u trú c

1.1.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) [1]

Trong số các phương pháp phân tích cấu trúc, phổ hồng ngoại chonhiều thông tin quan trọng về cấu trúc của hợp chất, đặc biệt là nhóm chứccác hợp chất hữu cơ Nguyên tắc chung của phương pháp phổ hồng ngoại

là khi ta chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử các hợp chất, bức xạhồng ngoại sẽ kích thích phân tử từ trạng thái dao động cơ bản lên trạngthái dao động cao hơn Có hai loại dao động khi phân tử bị kích thích làdao động hóa trị và biến dạng, dao động hóa trị (ν) là dao động làm thay) là dao động làm thayđổi độ dài liên kết, dao động biến dạng (δ) là dao động làm thay đổi góc) là dao động làm thay đổi gócliên kết

Đường cong biểu diễn cường độ hấp thụ với số sóng của bức xạhồng ngoại được gọi là phổ hồng ngoại, trên phổ biểu diễn các cực đại hấpthụ ứng với những dao động đặc trưng của nhóm nguyên tử hay liên kếtnhất định (Hình 1.1)

Hình 1.1 Phổ hồng ngoại của hept- 1-in

Căn cứ vào phổ hồng ngoại đo được đối chiếu với các dao động đặctrưng của các liên kết, ta có thể nhận ra sự có mặt của các liên kết trongphân 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 nhaucủa 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 đượcchủ yếu là xác định các nhóm chức hữu cơ và những liên kết đặc trưng Cácpic nằm trong vùng từ 4000 - 1600 cm-1 thường được quan tâm đặc biệt, vìvùng 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 đểxác định nhóm chức Chính ở đây các dạng pic thay đổi nhiều nhất từ hợpchất này đến hợp chất khác, vì thế vùng phổ từ 1500 cm-1 được gọi là vùngvân ngón tay

1.1.2 Phương pháp phổ khối lượng (MS) [1,4]

Phương pháp khối phổ (MS) là một kỹ thuật phân tích hóa học giúpxác định hàm lượng và loại chất hóa học có trong một mẫu bằng cách đo tỷ

lệ khối lượng trên điện tích và số lượng của các ion pha khí Đây là phươngpháp phân tích hiện đại được sử dụng phổ biến trong các phép phân tíchcấu trúc và phân tích hàm lượng các hợp chất hóa học

Hình 1.2 Thiết bị phân tích 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 khốilượng Dựa vào phổ khối này có thể xác định phân tử khối và cấu tạo phân

tử của chất nghiên cứu

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

> 95%

Sự hình thành các ion mang điện tích +1 chiếm hơn 95%, còn lại làcác ion mang điện tích +2 và điện tích âm (-) Năng lượng bắn phá cácphân tử thành ion phân tử khoảng 10 eV Nhưng với năng lượng cao thì ionphân tử có thể phá vỡ thành các mảnh ion dương (+), hoặc các ion gốc, cácgốc, hoặc phân tử trung hòa nhỏ hơn, nên người ta thường thực hiện bắnphá các phân tử ở mức năng lượng 70 eV

ABC ABC AB

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 3,4-Dimethoxyacetophenone

Như vậy, khi phân tích phổ khối lượng người ta thu được khối lượngphân tử của chất nghiên cứu, từ các pic mảnh ion trên phổ đồ có thể xácđịnh được cấu trúc phân tử và tìm ra qui luật phân mảnh Đây là một trongnhững thông số quan trọng để qui kết chính xác cấu trúc phân tử của mộtchất cần nghiên cứu khi kết hợp nhiều phương pháp phổ với nhau

1.1.3 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) [4]

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân, viết tắt là NMR (Nuclear MagneticResonance), là phương pháp hiện đại và được sử dụng rộng rãi trongnghiên cứu Hóa học Trong phương pháp phân tích cấu trúc này, chỉ cácnguyên tố có spin hạt nhân I≠0 mới được nhận diện và phân tích Ngàynay, có nhiều hạt nhân có thể nghiên cứu bằng kĩ thuật NMR, tuy nhiênphổ biến nhất là H, C, N, P và F được ứng dụng hiệu quả trong xác địnhcấu trúc phân tử Trong đó phổ biến nhất là phương pháp phổ 1H-NMR và

13C-NMR Hạt nhân của nguyên tử 1H và 13C có momen từ Nếu đặt protontrong từ trường không đổi thì moment từ của nó có thể định hướng cùngchiều hay ngược chiều với từ trường Đó là spin hạt nhân có tính chấtlượng tử với các số lượng tử +1/2 và -1/2 [2]

Hình 1.4 Hệ thống phân tích phổ hạt nhân

Giá trị quan trọng nhất trong phân tích NMR là độ chuyển dịch hóahọc  Giá trị này có được là do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạtnhân 1H và 13C trong phân tử có tần số cộng hưởng khác nhau Đặc trưngcho các hạt nhân 1H và 13C trong phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ) là dao động làm thay đổi góc; đốivới hạt nhân 1H thì:

Hằng số chắn σ xuất hiện do ảnh hưởng của đám mây electron baoquanh hạt nhân nguyên tử, do đó tùy thuộc vào vị trí của hạt nhân 1H và 13Ctrong phân tử khác nhau mà mật độ electron bao quanh nó khác nhau dẫnđến chúng có giá trị hằng số chắn σ khác nhau và do đó độ chuyển dịch hóahọc của mỗi hạt nhân khác nhau Theo đó proton nào cộng hưởng ở trườngyếu hơn sẽ có độ chuyển dịnh hóa học lớn hơn [3].

Dựa vào độ chuyển dịch hóa học  ta biết được loại proton nào cómặt trong chất được khảo sát Giá trị độ chuyển dịch hóa học không có thứnguyên mà được tính bằng phần triệu (ppm) Đối với 1H-NMR thì δ) là dao động làm thay đổi góc có giátrị từ 0-12 ppm, đối với 13C-NMR thì δ) là dao động làm thay đổi góc có giá trị từ 0-230 ppm

Hình 1.5 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của 1-etoxy-4-metoxynaphthalen

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, mỗivân 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 cáchạt 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 [3]

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 vớinhau, đặc biệt là cho biết các thông tin về cấu trúc không gian của phân tử

như: cấu hình cis-trans, Z-E, syn-anti, R-S, a-e…[2].

1.2 Tách và phân tích các đồng phân đối quang [5]

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 nênchúng không thể tách khỏi nhau 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

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 chọnlọc 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

1.2.2 Tách và phân tích 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 sẽđược rửa giải nhanh nhờ pha động, kết quả là hai đối quang được tách rakhỏi nhau

Phương pháp này thường được sử dụng để xác định độ chọn lọc đối quangtrong 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:

ee  %enantiomerA  %enantiomerB %enantiomerA  %enantiomerB

de  %diasteroisomerA  %diasteroisomerB %diasteroisomerA  %diasteroisomerB

1.2.3 Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR.

Để xác định tỉ lệ các đồng phân lập thể có thể sử dụng nhiều phươngpháp 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 cầnlượng 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 làcác đồng phân chiếm tỉ lệ nhỏ

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

Mosher.

Đối với các hợp chất có một tâm bất đối thì hai đối quang 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 biệtđược hai đối quang 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 Ví dụ, để xác định cấu hình tuyệt đối của hợp chất phenylbutan-1-ol có một tâm bất đối, Mosher đã tổng hợp este của nó với

1-axit R-Mosher để tạo ra hai đồng phân dia như mô tả trong sơ đồ dưới đây.

Hình 1.6 Phổ 1 H-NMR của hỗn hợp (R,S)-1-phenylbutan-1-ol

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 cóthể xác định được cấu hình tuyệt đối của hợp chất 1 - phenylbutan-1-ol banđầu

Hình 1.7 Phổ 1 H-NMR của (R)-1-phenylbutan-1-ol và (R)-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 hợpchất ancol, amin và axit cacboxylic có một tâm bất đối, ví dụ như các tácnhân bổ trợ sau

1.3 Hợp chất PIPERAZINEDION

1.3.1 Cấu trúc của piperazinedion

Piperazinedion (diketopiperazin) là vòng dipeptit thu được bằng cáchngưng tụ hai α-amino axít Các hợp chất này có rất nhiều trong tự nhiênnhư là sản phẩm của sự thoái hóa các polypeptit, đặc biệt là trong chế biếnthực phẩm và đồ uống Các tiểu đơn vị này thường được tìm thấy riêng rẽhoặc được gắn vào cấu trúc lớn hơn, phức tạp hơn trong một loạt các hợpchất tự nhiên phân lập từ: nấm, địa y, vi khuẩn, thực vật và động vật có vú[6]

Hình 1.8: Hợp chất piperazinedion đơn giản

Các hợp chất piperazinedion không chỉ là một lớp cấu trúc phổ biếncủa tự nhiên mà còn có khả năng liên kết với một phạm vi rộng với các thụthể Nhờ tính chất đó các piperazinedion là đối tượng cho việc nghiên cứuphát triển thuốc Cấu trúc của piperazinedion đơn giản nhất là một bộkhung dị vòng 6 cạnh, có thể đưa các nhóm thế vào sáu vị trí khác nhau vàkiểm soát lập thể lên tới bốn vị trí [6]

1.3.2 Hoạt tính sinh học của piperazinedion

Có rất nhiều chất có hoạt tính sinh học chứa khung piperazinedionbắt nguồn từ các hợp chất tự nhiên cũng như tổng hợp Những phân tử nhỏ,

có cấu hình cứng nhắc và khung bất đối có cả chức năng là chất nhận vàchất cho liên kết H, có nhiều vị trí cho sự phát sinh cấu trúc của các nhómchức đa dạng với lập thể xác định

a, Hoạt tính ức chế ung thư

Trên thế giới có rất nhiều các công trình nghiên cứu tổng hợp và táchchiết các dẫn xuất piperazinedion nhân tryptophan-prolin piperazinedionđược công bố như: tryprostatin A và B, fumitremorgin C, spirotryprostatin

A và B, cyclotryprostatin A-D, đây là các hợp chất ban đầu cho sự pháttriển của các loại thuốc chống ung thư

Năm 1995, Cheng-Bin Cui và cộng sự đã phân lập các tryprostatin A

(1) và B (2) (hình 1.3) từ chủng nấm biển Aspergillus fumigatus có hoạt

tính kháng u mạnh Tryprostatin B là một chất ức chế chu kỳ tế bào độngvật có vú, trong khi tryprostatin A là một chất ức chế các protein kháng đathuốc

(BCRP/ABCG2) trong hóa trị liệu điều trị ung thư vú [7,8] Tryprostatin A

và B ức chế hoàn toàn chu kỳ phát triển tế bào tsFT210 trong giai đoạn G2/

M ở nồng độ tương ứng là 50µg/ml và 12,5µg/ml [7].

Hình 1.9 Các hợp chất tryprostatin.

Năm 1997, Cheng-Bin Cui và cộng sự đã phân lập được 4 hợp chất

piperazinedion khác là Cyclotryprostatin A-D (3-6) (hình 1.5) từ nấm

Aspergillus fumigatus và thăm dò hoạt tính sinh học của chúng Kết quả

cho thấy, cả 4 hợp chất này đều có tác dụng ức chế giai đoạn G2/M của chu

kỳ tế bào động vật có vú [9]

Hình 1.10 Cấu trúc của các cyclotryprostatins A-D

Một hợp chất có khung piperazinedion khác là Phenylahistin (8)

(Hình 1.8), được phân lập từ Aspergillus ustus và có khả năng gắn kết với microtubule, biểu hiện các hoạt tính gây độc tế bào chống lại một loạt các

dòng tế bào khối u ở ngưỡng nM [10,11] Ngược lại, đồng phân đối quang

R biểu hiện hoạt tính gây độc tế bào thấp và hợp chất tương tự có nhóm thế

isopropyl là (-)-aurantiamine (25) có hoạt tính thấp hơn 8 40 lần trong việc

chống lại sự phát triển tế bào P388 [12]

Hình 1.11 Tác nhân ức chế trùng hợp Tubulin

Một loạt các dẫn chất của 22 được tổng hợp để loại bỏ tính bất đối và

tối ưu hóa hoạt tính sinh học Trong đó, hợp chất có nhóm tert-butyl là

plinabulin (NPI-2358/KPU-2) (26), một chất kháng u mạnh, hoạt tính thể

hiện trên nhiều dòng tế bào khối u [12] Hiện nay, plinabulin đang tronggiai đoạn II thử nghiệm lâm sàng để điều trị ung thư [13]

b, Hoạt tính ức chế PDE5

Tadalafil là hợp chất piperazinedion đã được tổng hợp toàn phần,dược phẩm thương mại có tên Cialis là thuốc mới nhất được sử dụng tạinhiều nước Cơ chế tác dụng của tadalafil là ức chế chọn lọc có hồi phụcguanosin monophosphat vòng (cGMP), đặc biệt là trên enzymPhosphodiestease týp 5 (PDE-5) Khi có kích thích tình dục dẫn đến phóngthích Nitric oxit tại chỗ, sự ức chế PDE-5 của tadalafil làm tăng nồng độcGMP ở thể hang dẫn tới làm giãn cơ trơn và làm tăng lưu lượng máu vàotrong mô dương vật, từ đó gây cương dương vật [14-15] Khi không cókích thích tình dục, tadalafil không có tác dụng gì

Hình 1.12 Cấu trúc của một số hợp chất ức chế PDE-5

Ngoài tác dụng chữa rối loạn cương dương, tadalafil dưới tên thươngmại là Adcirca được sử dụng để điều trị tăng huyết áp động mạch phổi từnăm 2009 Tăng huyết áp động mạch phổi là nguyên nhân chính gây bệnhsuy tim Ở bệnh nhân tăng huyết áp động mạch phổi, trong lòng mạch máuphổi có sự giảm sự co mạch và tái tạo mạch máu, dẫn đến tăng áp lực độngmạch phổi Tadalafil có tác dụng giãn mạch động mạch phổi và ức chế táitạo mạch máu, do đó làm giảm áp lực động mạch phổi [16,17,18].

c, Hoạt tính ức chế hocmon oxytoxin

Từ trình sàng lọc, các nhà nghiên cứu đã xác định được các hợp chất

piperazinedion mới như hợp chất Retosiban (29), Epelsiban (30) (hình

1.10) là chất ức chế hócmôn oxytoxin Hợp chất Retosiban sử dụng bằng

đường uống tốt nhất và có sinh khả dụng cao ở chuột (≈100%) Retosiban

có ái lực ở ngưỡng nM (0,65nM) với hócmôn oxytoxin và đồng thời chọnlọc trên các hócmôn vasopressin của con người Retosiban có độ tan tốt(>0,22 mg/ml), liên kết với protein thấp (<80%), ức chế enzym CYP450với mức độ không đáng kể (IC50 > 100μM)M) và ít thâm nhập vào thần kinhtrung ương Retosiban có hiệu lực ức chế hócmôn oxytoxin mạnh hơn sovới atosiban 15 lần Nó được lựa chọn để điều trị lâm sàng cho những cadọa sinh non [19,20]

hiện đặc tính dược lý và tiềm năng điều trị bệnh, đặc biệt là bệnh ung thư.Điều này đã mở ra một hướng nghiên cứu cho các nhà khoa học là nghiêncứu tổng hợp các hợp chất piperazinedion mới có nhiều hoạt tính sinh họcquý.

1.4 Mục tiêu của luận văn

Như vậy, qua phân tích tổng quan, piperazinedion là lớp cấu trúc phổbiến được tìm thấy trong tự nhiên, có nhiều hoạt tính sinh học quý nhưtryprostatin A-B, cyclotryprostatin A-D, fumitremorgin C Ngoài ra, cáchợp chất piperazinedion còn là các synthon quan trọng trong tổng hợp một

số hợp chất có hoạt tính sinh học cao như saframycin, eteinascindin Đây lànhững hợp chất thiên nhiên rất lí thú, có hoạt tính sinh học mạnh cuốn hútđược nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Mặt khác, do có cấu trúc rấtphức tạp, chứa nhiều trung tâm bất đối, nên việc phân tích cấu trúc của cáchợp chất này gặp nhiều khó khăn đòi hỏi phải sử dụng nhiều phương phápphân tích phổ hiện đại Luận văn này tập trung các phương pháp hóa phổhiện đại để nghiên cứu cấu trúc của các hợp chất piperazinedion

Chương 2 THỰC NGHIỆM

2.1 Phương pháp nghiên cứu, nguyên liệu và thiết bị

2.1.1 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp phân tích cấu trúc hiện đại và phương pháp tổnghợp hữu cơ được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ Trường Đạihọc Khoa học - Đại học Thái Nguyên và Phòng thí nghiệm Hoá dược -Viện Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam Nhằmphân tích cấu trúc của các hợp chất 6-aryl piperazindion bằng các phươngpháp phổ hiện đại

2.1.2 Hóa chất và dung môi

Các hóa chất phục vụ cho việc tổng hợp các hợp chất để nghiên cứuphân tích cấu trúc được mua của hãng Merck (Đức) và Aldrich (Mỹ) Silicagel cho sắc ký cột là loại 100 - 200 mesh (Merck), bản mỏng sắc ký silicagel là bản nhôm tráng sẵn Art 5554 DC - Alufolien Kiesel 60 F254 (Merck)

2.1.3 Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất bằng sắc kí lớp mỏng

Sắc kí lớp mỏng (SKLM) được sử dụng để phân tích tiến trình phảnứng nhờ định tính chất đầu và sản phẩm Thông thường chất đầu và sảnphẩm có giá trị Rf khác nhau, màu sắc và sự phát quang khác nhau Dùngsắc kí lớp mỏng để kiểm tra phản ứng Giá trị Rf của các chất phụ thuộc vàobản chất của các chất và phụ thuộc vào dung môi làm pha động Dựa trêntính chất đó, chúng ta có thể tìm được dung môi hay hỗn hợp dung môi đểtách các chất ra xa nhau (Rf khác xa nhau) hay tìm được hệ dung môi cầnthiết để tinh chế các chất

2.1.4 Xác nhận cấu trúc

Để xác định cấu trúc các chất hữu cơ tổng hợp được, luận văn tiếnhành các phương pháp sau:

Xác định nhiệt độ nóng chảy

Nhiệt độ nóng chảy của các chất tổng hợp được đo trên máyGallenkamp của Anh tại phòng thí nghiệm Tổng hợp hữu cơ - Viện Hoáhọc

- Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)

Phổ 1H-NMR (500MHz) và 13C-NMR (125MHz) của các chấtnghiên cứu được đo trên máy Bruker XL-500 tần số 500 MHz với dungmôi thích hợp và TMS là chất chuẩn, tại Trung tâm Phân tích cấu trúc -Viện Hoá học

- Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam

Phổ khối lượng (MS)

Phổ khối của các chất nghiên cứu được ghi trên máy HewlettPackard Mass Spectrometer 5989 MS hoặc LC- MSD- Trap- SL tại Trungtâm Phân tích cấu trúc - Viện Hoá học- Viện Hàn lâm Khoa học & Côngnghệ Việt Nam

2.2 Phân tích cấu trúc hợp chất trung gian 5a,b

2.2.1 Tổng hợp ethyl 1H- pyrido[3,4-b]indole-3-carboxylate

(1S,3S)-1-(methoxyphenyl)-2,3,4,9-tetrahydro-Dung dịch etyl este của L-trytophan 3 (2,9 g, 12,50 mmol) và

3-metoxybenzandehit 4 (1,70 g, 1,25 mmol) trong 50 mL benzen được đun

hồi lưu trong thời gian 24h Kết thúc phản ứng hỗn hợp được cô đuổi dungmôi, sau đó cho thêm nước và chiết 3 lần bằng EtOAc Dịch hữu cơ được

rửa nhiều lần bằng dung dịch NaHCO3 sau đó làm khan bằng MgSO4 vàloại bỏ

dung môi nhận được sản phẩm thô Sản phẩm thô được làm sạch trên cột

sắc ký silica gel với hệ dung môi (n-hexane/EtOAc, 4/6) nhận được đồng

phân cis-isomer 5a (26%) và trans-isomer 5b (60%).

Hợp chất 5a là chất rắn có điểm chảy 136-138oC Hợp chất 5b là

chất rắn màu trắng có điểm chảy 187-188 oC

2.2.2 Phân tích cấu trúc của hợp chất 5a,b

35 mg hợp chất 5a hoặc 5b ở trên được cho vào trong ống NMR loại

dài 20 mm, rộng 5 mm (tubes NMR của Aldrich) 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, tạiTrung tâm Phân tích cấu trúc - Viện Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học &Công nghệ Việt Nam

Hợp chất 5a 1H NMR-500 MHz (CDCl3):  1,34 (3H, t, J= 7,0 Hz, Me), 3,00 (1H, ddd, J= 2,0, 11,0, 14,5 Hz, H-4a), 3,22 (1H, ddd, J = 1,5,

15,

4,4 Hz, H-4b), 3,78 (3H, s, OMe), 3,95 (1H, dd, J = 11,0, 4,50, H-3),

4,24-4,31 (2H, m, OCH2), 5,22 (1H, s, H-1), 6,89 (1H, dd, J = 2,0, 8,0 Hz, H-4´), 6,94 (1H, s, H-2´), 6,98 (1H, d, J = 7,5 Hz, H-6´), 7,12 (2H, m, H-6,7), 7,21 (1H, d, J = 8,5 Hz, H-5´), 7,29 (1H, t, J = 8,0 Hz, H-8), 7,54 (1H, d, J = 7,5

Hz, H-5)

Hợp chất 5b 1H NMR-500 MHz (CDCl3):  1,26 (3H, t, J=7,0 Hz, Me), 3,12 (1H, ddd, J=1,5, 7,0, 8,00 Hz, H-4a), 3,27 (1H, dd, J = 5,5, 15,5

Hz,

H-4b), 3,76 (3H, s, OMe), 3,97 (1H, t, J = 6,5 Hz, H-3), 4,11-4,22 (2H, m,

OCH2), 5,39 (1H, s, H-1), 6,85 (3H, t, J = 7,5 Hz, H-2´, H-4´, H-6´),

7,10-7,17

(2H, m, H-6,7), 7,24 (2H, m, H-5´, H-8), 7,55 (1H, d, J=8,0, H-5).

2.3 Tổng hợp chất trung gian 6a,b

Hỗn hợp phản ứng của chất 6a,b (2,5 mmol), dung dịch bão hòa của

NaHCO3 (20 ml) và dung môi EtOAc (20 ml) được cho thêm cloaxetylclorua (3,0 mmol) và khuấy ở nhiệt độ phòng trong 30 phút Kết thúc phảnứng, dung môi được loại bỏ ở áp suất thấp sau đó cho thêm nước và chiết 3lần bằng CH2Cl2 Dịch hữu cơ được rửa ba lần bằng dung dịch NaHCO3

5%, sau đó làm khan với Na2SO4 và loại bỏ dung môi ở áp suất thấp thuđược sản phẩm thô Sản phẩm thô được làm sạch trên cột sắc ký silica gel

với hệ dung môi rửa giải (n-hexane/EtOAc, 3/7) nhận được chất 6a-b sạch

với hiệu suất 85% và 93% tương ứng

2.4 Phân tích cấu trúc của các piperazinedion 7a,b

2.4.1 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ 7a,b

Hợp chất 7a (100 mg; 0,25mmol) và metyl amin (23,25mg;

0,75mmol) trong 10ml EtOH được khuấy ở nhiệt độ phòng trong thời gian24h Kết thúc phản ứng, cô đuổi dung môi, chiết 3 lần với EtOAc Dịchchiết hữu cơ thu được có màu trong suốt Rửa dịch chiết với nước muốisau đó

làm khan bằng Na2SO4, dung môi được bay hơi ở áp suất thấp thu được sảnphẩm thô có màu trắng Sản phẩm thô được làm sạch qua cột sắc ký

(hexan/EtOAc 1/1) thu được hợp chất 7a màu trắng với hiệu suất 95% (80 mg) Hợp chất 7a là chất rắn màu trắng có nhiệt độ nóng chảy 277oC

Hợp chất 7b được tổng hợp tương tự từ chất 6b với hiệu suất 89% (75 mg) Hợp chất 7b là chất rắn màu trắng, có nhiệt độ nóng chảy 244oC

2.4.2 Phân tích cấu trúc của 7a bằng phổ IR

Cân 2 mg chất 7a 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 hợpnày được đưa vào thiết bị ép viên thủy lực 50 tấn của hãng HP, sau đó mẫuđược đo trên máy FT-ICR Mass spectrometer Model 910-MSTQFTMS-7Tesla tại Khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐH Quốcgia Hà Nội

Hợp chất 7a IR (KBr) cm-1: 3307 (NH), 1655 (C=O), 1491, 1420,

1322, 1264, 1143, 1051, 743, 700

Hợp chất 7b IR (KBr) cm-1: 3352, 2972, 1650 (C=O), 1454, 1406,

1318, 1274, 1158, 1044, 746, 701

2.4.3 Phân tích cấu trúc của 7a,b bằng phương pháp phổ NMR

35 mg hợp chất 7a hoặc 7b ở trên được cho vào trong ống NMR loại

dài 20,3 mm, rộng 5 mm (tubes NMR của Aldrich) sau đó cho 0,8 mlCDCl3 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 chấtchuẩn, tại