Phân tích cấu trúc một số indenoisoquinolin có dị vòng no ở mạch nhánh bằng các phương pháp hóa lý hiện đại

MỞ ĐẦU Phân tích cấu trúc các hợp chất hữu cơ là một trong số nhiệm vụ quan trọng của Hóa học vì khi biết chính xác cấu trúc giúp chúng ta có câu trả lời chính xác cho việc phân tích địn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

VŨ NGỌC TÂN

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MỘT SỐ INDENOISOQUINOLIN CÓ DỊ VÒNG NO

Ở MẠCH NHÁNH BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP

HÓA LÝ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2019

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

VŨ NGỌC TÂN

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MỘT SỐ INDENOISOQUINOLIN CÓ DỊ VÒNG NO

Ở MẠCH NHÁNH BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP

HÓA LÝ HIỆN ĐẠI

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 8440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LỤC QUANG TẤN

THÁI NGUYÊN - 2019

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn TS Lục Quang Tấn – Giảng viên Phân hiệu Đại học Thái Nguyên tại tỉnh Lào Cai đã tin tưởng giao đề tài, định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn và tạo những điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này

Tôi xin gửi lời trân trọng cảm ơn tới GS.TS Nguyễn Văn Tuyến, PGS Phạm Thị Thắm, PGS.TS Phạm Thế Chính cùng các thầy cô khoa Hóa học

trường Đại học Khoa Học – Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình triển khai nghiên cứu, thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo cùng các cán bộ, kĩ thuật viên phòng Hóa Dược thuộc viện Hóa học, Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình triển khai nghiên cứu và thực hiện đề tài

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

Hà nội, ngày 18 tháng 5 năm 2019

Học viên

Vũ Ngọc Tân

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) 2

1.1.1 Phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1 H 5

1.1.2 Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13 C 12

1.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 15

1.3 Tổng quan về nhiễu xạ tia X đơn tinh thể 17

Chương 2 THỰC NGHIỆM 19

2.1 Hóa chất và thiết bị 19

2.1.1 Hóa chất và dung môi 19

2.1.2 Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc 19

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 20

2.2 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc các dẫn xuất indenosiquinolin 20

2.2.1 Phân tích cấu trúc hợp chất 6 21

2.2.2 Phân tích hợp chất 7 22

2.2.3 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 8 23

2.2.4 Phân tích hợp chất 9 27

2.2.5 Phân tích hợp chất 10 28

Chương 3 KẾT QUẢ THẢO LUẬN 30

3.1 Sơ đồ chuẩn bị các mẫu phân tích 30

3.2 Phân tích cấu trúc hợp chất 6 31

3.2.1 Phân tích cấu trúc hợp chất 6 bằng phổ 1 H-NMR 31

3.2.2 Phân tích cấu trúc hợp chất 6 bằng phổ 13 C-NMR 32

3.3 Phân tích cấu trúc indenoisoquinolin 7 34

3.3.1 Phân tích cấu trúc hợp chất 7 bằng phổ hồng ngoại (IR) 34

3.3.2 Phân tích cấu trúc hợp chất 7 bằng 1 H-NMR 35

3.3.3 Phân tích cấu trúc hợp chất 7 bằng 13 C-NMR 36

3.4 Phân tích cấu trúc hợp chất indenoisoquinolin 8………37

3.4.1 Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1 H-NMR 37

3.4.3 Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng nhiễu xạ tia X đơn tinh thể 40

3.5 Phân tích cấu trúc hợp chất indenoisoquinolin 9 41

3.5.1 Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng phổ hồng ngoại (IR) 41

3.5.2 Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1 H-NMR 42

3.5.3.Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng phổ 13 C-NMR 43

3.6 Phân tích cấu trúc hợp chất indenoisoquinolin 10 44

3.6.1.Phân tích cấu trúc hợp chất 10 bằng phổ hồng ngoại (IR) 45

3.6.2.Phân tích cấu trúc hợp chất 10 bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1 H-NMR 45

3.6.3.Phân tích cấu trúc hợp chất 10 bằng phổ 13C-NMR 47

KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

PHỤ LỤC CÁC PHỔ ……….54

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

13C- NMR: Nuclear Magnetic Resonance Spectroocopy

1H-NMR: Proton Nuclear Magenetic Resonance Spectroocopy

HMBC Heterronuclear Multiple Bond Correlation

HMBC: Heteronuclear Multiple-Bond Correlation

TOCSY: Total Correlation Spectroscopy

HMQC-TOCSY: Heteronuclear Multiple-Quantum Correlation with

additional TOCSY transfer

NOESY Nuclear Overhauser effect spectroscopy

ROESY Rotational frame nuclear Overhauser effect spectroscopy COLOC Correlation spectroscopy for Long- Rang Couplings

DEPT Distortioness Enhancement by Polarization Transfer

Sơ đồ 3.1 Sơ đồ chuẩn bị các mẫu phân tích 30

Sơ đồ 3.2 Chuẩn bị mẫu indeno [1,2-c] isochromen-5,11-đion 6 31

Sơ đồ 3.3 Sơ đồ tổng hợp indenoisoquinolin 7 34

Sơ đồ 3.4 Sơ đồ chuẩn bị mẫu indenoisoquinolin 8 37

Sơ đồ 3.5 Sơ đồ chuẩn bị mẫu indenoisoquinolin 9 41

Sơ đồ 3.6 Sơ đồ chuẩn bị mẫu indenoisoquinolin 10 44

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Phổ 1 H NMR của 1-xiclopentylbut-1-en-3-on 5

Hình 1.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của etylbenzen Chiều cao bậc thang đường cong tích phân tỷ lệ với số proton ở mỗi nhóm 6

Hình 1.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của một số hợp chất 8

Hình 1.4 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của 3-brom-2-tert-butoxithiophen 9

Hình 1.5 Phổ lý thuyết A 2 B 9

Hình 1.6 Phổ 1 H-NMR của 1,3,4-tribrombut-1-in 10

Hình 1.7 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của stirenoxit 10

Hình 1.8 Phổ lí thuyết hệ ABX với J AX và J BX a) ngược dấu, b) cùng dấu 11

Hình 1.9 Phổ lý thuyết A 2 B 2 12

Hình 1.10 Phổ CHTN– 13 C có tương tác C–H (a) và xóa tương tác C–H (b) 14

Hình 1.11 Phổ hấp thụ hồng ngoai của but-2 en-1 ol 16

Hình 3.1 Phổ 1H-NMR của hợp chất 6 31

Hình 3.2 Phổ 1 H-NMR giãn rộng của hợp chất 6 32

Hình 3.3 Phổ 13 C-NMR của hợp chất 6 33

Hình 3.4 Phổ 13 C-NMR giãn rộng của hợp chất 6 33

Hình 3.5 Phổ IR của hợp chất 7 35

Hình 3.6 Phổ 1 H-NMR của hợp chất 7 35

Hình 3.7 Phổ 13 C-NMR của hợp chất 8 37

Hình 3.8 Phổ 1 H-NMR của hợp chất 8 38

Hình 3.9 Phổ 1 H-NMR giãn rộng của hợp chất 8 39

Hình 3.10 Phổ 13 C-NMR của hợp chất 8 39

Hình 3.11 Mô hình cấu trúc phân tử của hợp chất 8 theo phương pháp X-ray tinh thể 40

Hình 3.12 Phổ IR của hợp chất 9 41

Hình 3.13 Phổ 1 H-NMR của hợp chất 9 43

Hình 3.14 Phổ 1 H-NMR giãn rộng của hợp chất 9 43

Hình 3.14 Phổ 13 C-NMR của hợp chất 9 44

Hình 3.15 Phổ IR của hợp chất 10 45

Hình 3.16 Phổ 1 H-NMR của hợp chất 10 46

Hình 3.17 Phổ 13 C-NMR của hợp chất 10 47

MỞ ĐẦU

Phân tích cấu trúc các hợp chất hữu cơ là một trong số nhiệm vụ quan trọng của Hóa học vì khi biết chính xác cấu trúc giúp chúng ta có câu trả lời chính xác cho việc phân tích định tính, định lượng các chất, góp phần làm sáng

tỏ các ứng dụng của hợp chất đó trong đời sống và công nghệ Để phân tích cấu trúc của các hợp chất hữu cơ có thể sử dụng kết hợp các phương pháp hóa lý hiện đại khác nhau Mỗi phương pháp cho phép xác định một số thông tin khác nhau của cấu trúc phân tử và hỗ trợ lẫn nhau trong việc xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ

Ngày nay, với việc ứng dụng các phương pháp hóa lý hiện đại vào xác định cấu trúc của các hợp chất phức tạp đã góp phần làm sáng tỏ những hoạt tính sinh học của chúng [6÷26] Indenoisoquinolin là nhóm chất đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tổng hợp, phân tích cấu trúc và xác định hoạt tính sinh học trong thời gian gần đây do có khả năng ức chế sự phát triển

tế bào ung thư theo cơ chế ức chế topoisomerase I Indenoisoquinoline có đặc tính ổn định, không bị thủy phân, không gây độc giống như Camptothecin, một

số dẫn chất như Indotecan (1) và Indimitecan (2) đã được đưa vào nghiên cứu

thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II Các hợp chất này có hoạt tính cao hơn so với thuốc hệ camptothecin nhưng không gây hiệu ứng phụ, đặc biệt bền, không bị thủy phân vì không có vòng lacton [6,9,10,12, 14, 15] Do đó, luận văn này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số hợp chất indenoisoquinolin có

dị vòng no ở mạnh nhánh bằng các phương pháp hóa lý hiện đại, đây sẽ là cơ

sở khoa học giá trị cho việc nghiên cứu mối liên quan giữa cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học của chúng

Chương 1 TỔNG QUAN

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

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (phổ CHTHN) 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 hợp chất hữu cơ phức tạp như các hợp chất thiên nhiên, các thuốc chữa bệnh, các chất trong thành phần dầu mỏ Phương pháp phổ biến được sử dụng

là CHTHN- 1H và phổ CHTHN- 13C 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 hoá học

Hằng số chắn và từ trường hiệu dụng:

Hằng số chắn xuất hiện do hai nguyên nhân:

- Hiệu ứng nghịch từ: các điện tử bao quanh nguyên tử sinh ra một từ trường riêng, ngược chiều với từ trường ngoài nên làm giảm tác dụng của nó lên hạt nhân nguyên tử Lớp vỏ điện tử càng dày đặc thì từ trường riêng ngược chiều với từ trường ngoài càng lớn tức hằng số chắn càng lớn

- Hiệu ứng thuận từ: bao quanh phân tử là lớp vỏ điện tử, các điện tử này chuyển động sinh ra một dòng điện vòng, do đó xuất diện một từ trường riêng

có hướng thay đổi ngược hướng hoặc cùng hướng với từ trường ngoài Tập hợp tất cả các điểm trên các đường sức mà tại đó tiếp tuyến vuông góc với từ trường ngoài sẽ tạo nên một mặt parabol Phía trong mặt parabol, từ trường tổng hợp nhỏ hơn B0 vì từ trường riêng ngược hướng với từ trường ngoài, còn phía ngoài parabol thì từ trường tổng hợp lớn hơn B0 vì từ trường riêng cùng hướng với từ trường ngoài Do đó hằng số chắn phía ngoài parabol nhỏ còn phía trong thì có hằng số chắn lớn nghĩa là độ chuyển dịch học cùng các proton nằm phía ngoài parabol sẽ lớn còn phía trong sẽ nhỏ

Độ chuyển dịch hóa học : Đối với các hạt nhân trong phân tử càng phức

tạp trong nguyên tử do ảnh hưỏng của các đám mây electron của các nguyên tử bên cạnh Độ chuyển dịch hóa học của 13C trong các hợp chất hữu cơ biến đổi trong khoảng từ 0-230ppm (so với TMS) tức là lớn gấp 20 lần so với sự biến đổi độ chuyển dịch hóa học của 1H

TMS là chất có hằng số chắn lớn nhất nên dùng nó làm chất chuẩn để đo

độ chuyển dịch hoá học.Đối với hạt nhân 1H thì: 0 H TMS TMS H

 Ở đây, σ TMS là hằng số chắn của chất chuẩn TMS (tetrametylsilan), σH là hằng số chắn của hạt nhân mẫu đo, ν TMS ν H là tần số cộng hưởng của chất chuẩn và của hạt nhân mẫu đo Hằng số chắn σ xuất hiện

do ảnh hưởng của đám mây electron bao quanh hạt nhân nguyên tử, do đó tuỳ 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 hoá học của mỗi hạt nhân khác nhau Tổng quát:

δ = σTMS – σX σX: hằng số chắn của chất cần đo δ không có thứ nguyên mà được tính bằng phần triệu (ppm) Đối với phổ CHTHN 1H thì δ có giá trị từ 1 đến 12 ppm còn phổ 13C thì δ có giá trị từ 0 đến 220ppm Vậy độ chuyển dịch hoá học δ là đại lượng đặc trưng cho những hạt nhân cùng loại của một đồng vị

bị che chắn tương đương nhau trong một hợp chất Nó không phụ thuộc vào thiết bị bên ngoài (cường độ từ trường hay tần số sóng) không có thứ nguyên

và được tính bằng ppm

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

o

x TMS

) ( 10

o

x chuan

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 [1]

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

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]

Ở hợp chất VIII, hai proton Hc và Hd ứng với kí hiệu A và B, proton Hb ứng với kí hiệu X Vân cộng hưởng của proton Hd ở 6,67 ppm bị tách thành 4 hợp phần với Jcd=16Hz và Jbd= 8Hz Proton Hc cộng hưởng ở trường mạnh hơn ,6,05 ppm Tín hiệu của Hc cũng là một vân bốn Ở vân này cũng xác định được Jcd=16

Hz và Jbc= 1Hz Sở dĩ giá trị Jbc nhỏ vì đó là tương tác truyền qua 4 liên kết (trong

đó có một liên kết đôi) Proton Hb không những tương tác với Hc, Hd mà còn

tương tac với hai nhóm metylen trong vòng xiclopentan Tín hiệu của Hb thể hiện

ở vân bội ở khoảng 2,6 ppm.Tín hiệu của proton khác trong vòng xiclopentan thể hiện bởi một vân “béo” ở khoảng 1,7 ppm Tín hiệu của nhóm metyl (a) thể hiện bởi một vân đơn ở 2,23 ppm.(hình bên dưới)

Hình 1.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của etylbenzen Chiều cao bậc

thang đường cong tích phân tỷ lệ với số proton ở mỗi nhóm

Các phổ cộng hưởng từ nhân 1H hiện nay, thay vì đường cong tích phân cho số liệu tỷ lệ proton của mỗi nhóm ở chân mỗi tín hiệu phía dưới phổ, nhìn các số liệu này có thể dự đoán được số proton có mặt ở mỗi nhóm trong phân

tử và xác định tổng số proton trên phổ có phù hợp với tổng số proton trong công thức dự đoán không

Các chữ số ở phía dưới phổ chỉ số proton tương ứng của mỗi nhóm tín

hiệu phổ, tương đương với tỷ lệ chiều cao bậc thang ở đường cong tích phân Các chữ số phía trên cho các giá trị độ chuyển dịch hóa học của các tín hiệu, các nhóm tín hiệu cộng hưởng trên phổ đều là multiplet (bội đỉnh) do sự tương tác của các nhóm proton ở nguyên tử cacbon gần nhau gây ra

1.1.1.2 Phân loại phổ

Khi trong phân tử có các nhóm hạt nhân tương tác với nhau, người ta kí hiệu các hạt nhân đó bằng các chữ cái A, B, C, , M, X Các hạt nhân có độ chuyển dịch hoá học như nhau gọi là các hạt nhân tương đương và được kí hiệu bằng một loại chữ cái, có chỉ số ở dưới bên phi chữ cái đó để chỉ số hạt tương đương

Nếu tỷ số A B

AB

J



 1 thì các hạt nhân được kí hiệu bằng các chữ cái cách

xa nhau, như AX, AX2, còn trường hợp khác được kí hiệu bằng các chữ cái liền nhau như AB, A2B, ABC,

Trường hợp 

J  6 thì xếp vào phổ bậc 1, còn lại xếp vào phổ bậc cao Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân là để tìm các giá trị độ chuyển dịch hoá học và hằng số tương tác J cho mỗi proton

a) Phân tích phổ bậc 1

Đối với phổ bậc 1, có thể áp dụng quy tắc số vạch tối đa bằng n + 1 (n là

số hạt nhân nhóm bên cạnh tương tác) và tỷ lệ chiều cao các đỉnh trong một nhóm tuân theo quy tắc Pascan:

Hệ phổ bậc 1 thường gặp có dạng AmXn và AmMnXy Các hệ phổ AX có thể tìm thấy số đỉnh của mỗi nhóm dễ dàng và hằng số tương tác J (khoảng cách giữa hai đỉnh liền nhau), và tần số A hay X (điểm giữa hai đỉnh xa nhau nhất trong nhóm) Dưới đây là một số ví dụ (hình 1.5)

Sè v¹ch trong nhãm

cã t-¬ng t¸c

3 4 5

0 1 2

Hình 1.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của một số hợp chất

b) Phổ bậc cao AB, AB 2 , và ABX

Phổ AB

Các phổ được xếp vào hệ phổ bậc cao có 

J  6 đơn giản nhất là hệ AB

và ABX Để tìm các thông số  và J trực tiếp trên phổ như hệ phổ bậc 1, ta xét

ví dụ phổ cộng hưởng từ nhân proton của 3–brom–2-tert–butoxitiophen (hình 1.6) thuộc hệ phổ AB gồm hai cặp nhóm đỉnh, các thông số được tính theo công thức:

AB = 0,5(2 + 3 ) AB  ( 1   4)( 2  3)

A = AB + AB / 2 (Hz) A = AB – AB / 2 (Hz)

Hình 1.4 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của

3-brom-2-tert-butoxithiophen Phổ A 2 B

Hình 1.6 Phổ 1 H-NMR của 1,3,4-tribrombut-1-in

Phổ ABX

Phổ ABX thường gặp trong phổ cộng hưởng proton đặc biệt các hợp chất thơm và anken cũng như các hợp chất chứa hạt nhân từ khác (19F, 31P) gồm ba hạt nhân không tương đương tương tác với nhau phân tách phổ thành hai phần riêng biệt Để phân tích phổ cần tách riêng biệt phần AB và phần X, ví dụ phổ 1H-NMR của stirenoxit ở dưới, phần AB có 8 đỉnh và phần X có 4 đỉnh (hình 1.9)

Hình 1.7 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của stirenoxit

Về lý thuyết hệ phổ ABX gồm hai phần, phần AB có 8 đỉnh còn phần X

có 6 đỉnh, để thực hiện ta tạm chia phần AB thành AB’ và AB’’, từ phần này có thể tìm được JAB và các giá trị:

’A =  A + ½JAX ’B = B + ½JBX

’’A = A + ½JAX ’’B= B + ½JBX Tuỳ theo sự cùng dấu hay trái dấu của JAX và JBX mà dạng phổ thay đổi như ở hình 1.10

Hình 1.8 Phổ lí thuyết hệ ABX với J AX và J BX a) ngược dấu, b) cùng dấu

Trong phần AB có hai nhóm bốn đỉnh, từ đây tìm được A, B, JAB, JAX và

JBX , trong phần X chỉ tìm được X

Phổ A 2 B 2

Hệ phổ A2B2 của các hệ gồm bốn hạt nhân tương tác với nhau trong đó có hai cặp hạt nhân tương đương nhau Về lý thuyết hệ phổ A2B2 có cấu trúc phụ thuộc vào tỷ số J/ (hình 1.11) Về lý thuyết phổ A2B2 có tất cả 14 đỉnh chia làm hai phần đối xứng, khoảng cách hai đỉnh ngoài của mỗi phần là 2JAB còn hai đỉnh phía ngoài có cường độ cao nhất là A và B

Hình 1.9 Phổ lý thuyết A 2 B 2

1.1.2 Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13 C

Vì tất cả các hợp chất hữu cơ đều chứa nguyên tử cacbon mà trong tự nhiên, nguyên tử cacbon-13 chiếm tỷ lệ 1,1% nên phổ cộng hưởng từ nhân 13C (CHTN–13C) hiện nay có ý nghĩa quan trọng, nó cho nhiều thông tin hơn phổ CHTN–1H, ví dụ ở hợp chất hữu cơ không chứa hiđro thì không có tín hiệu trong phổ CHTN–1H nhưng nó cho tín hiệu của phổ CHTN–13C Vì tỷ lệ của

13C nhỏ và hằng số tỷ lệ gyromagnetic thấp nên tín hiệu cộng hưởng từ thường

nhỏ, người ta phải đo trên phổ kế cộng hưởng từ biến đổi Fourier (FT) Khi dùng máy này có thể ghi phổ CHTN–13C theo một số cách khác nhau, nhưng quan trọng nhất là phương pháp phổ 13C tương tác 1H và xóa tương tác 1H Cả hai phương pháp đều cho các thông tin có giá trị trong việc phân tích cấu trúc các hợp chất hữu cơ [4]

1.1.2.1 Phổ 13 C tương tác 1 H

Trên phổ tương tác 13C–1H nhận được các nhóm đỉnh khác nhau có thể là đỉnh đơn hay bội đỉnh Vì 13C và 1H đều có I = 1/2 nên quy tắc đa vạch được áp dụng giống như ở tương tác 1H–1H của phổ CHTN–1H:

Tương tác C và H ở cách xa nhau hơn 1 liên kết thường rất nhỏ, ví dụ 2JC–H

= 5 Hz, thường không thấy

Tương tác giữa 13C và 13C cạnh nhau ít có ý nghĩa cho việc chứng minh cấu tạo

1.1.2.2 Phương pháp phổ 13 C xóa tương tác 1 H

Phổ 13C tương tác 1H cho nhiều nhóm đỉnh do sự khác nhau về số proton trong các nhóm CH, CH2 và CH3, nhưng cường độ của nhiều đỉnh quá nhỏ lẫn với cả nhiễu của máy, do đó việc giải phổ gặp khó khăn, vì vậy người ta đã đưa

ra cách làm đơn giản hoá bản phổ để chọn một số thông tin cần thiết, bằng cách xóa đi các vạch tương tác C–H Bây giờ ứng với mỗi nguyên tử cacbon chỉ có 1 vạch phổ Ví dụ:

Hình 1.10 Phổ CHTN– 13 C có tương tác C–H (a) và xóa tương tác C–H (b)

Trong tạp chí, loại phổ CHTN–13C xóa tương tác C–H được kí hiệu là

13C{1H} Thực tế phổ CHTN–13C tương tác C–H ngày nay ít đo Thay cho phương pháp đó, người ta dùng các phương pháp kĩ thuật hiện đại như APT (Attached Proton Test) có thể phân biệt được C, CH, CH2 và CH3

Khi dùng kĩ thuật này thì tín hiệu của nhóm C và CH2 nằm ở phía trên, còn tín hiệu của nhóm CH và CH3 nằm ở phía dưới đường nằm ngang như hình 4.19

Ngoài ra còn sử dụng phương pháp DEPT (Distortioness Enhancement by

Polarization Transfer) để ghi phổ, theo phương pháp này tín hiệu CH3 và CH ở phía trên còn CH2 ở phía dưới Ví dụ phổ CHTN–13C ghi theo DEPT của 2-butanol ở dưới:

b) a)

OH CH

CH2

CH3 CH3

Cường độ các vạch phổ trong phổ xóa tương tác 13C–1H tỷ lệ với:

1- Số nguyên tử hiđro gắn với nguyên tử cacbon

2- Số nguyên tử cacbon tương đương

Thường thì nhóm CH3 và CH2 cho cường độ vạch phổ như nhau, nhưng nhóm CH và C cho cường độ yếu hơn

1.2.Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)

Khi các phân tử hấp thụ năng lượng từ bên ngoài có thể dẫn đến quá trình quay, dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó Tùy theo năng lượng kích thích lớn hay nhỏ có thể xảy ra quá trình quay, dao động hay cả quay và dao động đồng thời Để kích thích các quá trình trên có thể sử dụng tia sáng vùng

hồng ngoại (phổ hồng ngoại) hoặc tia khuyếch tán Raman (phổ Raman)

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 sự phụ thuộc của cường độ hấp thụ bức xạ hồng ngoại của một chất vào số sóng hoặc bước sóng chính được gọi là phổ hấp thụ hồng ngoại

Máy phổ hồng ngoại có thể đo được các mẫu ở thể khí, lỏng, rắn nhưng thông thường nhất được chuẩn bị là dạng rắn và dạng lỏng Chất rắn thường được nghiền nhỏ với KBr rồi ép thành viên mỏng Chất lỏng được đo ở dạng màng lỏng hoặc pha trong dung môi như CCl4, CHCl3

Ở phổ hồng ngoại, trục nằm ngang biểu diễn bước sóng (tính ra µm) hoặc số sóng tính ra cm-1 Ở hình, trục nằm ngang phía trên biểu diễn bước sóng, trục nằm ngang phía dưới biểu biễn số sóng, trục thẳng đứng biểu diễn phần trăm truyền qua

Hình 1.11:Phổ hấp thụ hồng ngoai của but-2 en-1 ol

Sự hấp thụ hồng ngoại của một chất thường tập trung vào những vùng hẹp tạo ra các vân hấp thụ ( hình 1.2) có rất nhiều vân hấp thụ như vân a, b, c, d, e, g, h Vân phổ hồng ngoại có ba đặc trưng cần được mô tả là: vị trí của vân phổ được chỉ bởi bước sóng hoặc số sóng của đỉnh phổ; cường độ của vân phổ hồng ngoại

thường được đánh giá theo diện tích của vân phổ: vân phổ càng rộng và càng cao thì có cường độ càng lớn; hình dáng vân phổ: để mô tả người ta cần chỉ rõ đó là vân phổ rộng(tù) hay hẹp (mảnh), chỉ có một đỉnh hay có nhiều đỉnh phổ

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[3]

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]

1.3 Tổng quan về nhiễu xạ tia X đơn tinh thể

Phương pháp lâu đời nhất và chính xác nhất của tinh thể học tia X là nhiễu xạ tia X đơn tinh thể, trong đó chùm tia X bị bản hồi từ các mặt phẳng có khoảng cách đều nhau của một đơn tinh thể, tạo ra một mẫu nhiễu xạ gồm các điểm gọi là nhiễu xạ Mỗi nhiễu xạ tương ứng với một tập các mặt phẳng có khoảng cách đều nhau bên trong tinh thể Mật độ các electron bên trong tinh thể được xác định từ vị trí và độ sáng của các nhiễu xạ khác nhau quan sát được khi tinh thể từ từ xoay quanh chùm tia X; mật độ này, cùng với dữ liệu bổ sung (về thành phần hóa học), cho phép ta xác định vị trí của các nguyên tử bên trong tinh thể Nó có thể xác định lực liên kết hóa học trung bình giữa các nguyên tử và góc giữa chúng trong khoảng vài ngàn Angston và vài chục độ

Kĩ thuật nhiễu xạ tia X đơn tinh thể có 3 bước chính Đầu tiên - khó nhất

- là thu thập một tinh thể tốt Tinh thể phải đủ lớn (thường là lớn hơn

100 micron ở mọi chiều), không có tạp chất và có cấu trúc ổn định, không bị nứt nẻ Bước hai, đặt tinh thể vào trong đường đi của chùm tia X cực mạnh,

thường có bước sóng đơn (monochromatic X-rays), để tạo ra các mẫu nhiễu

sắc Tinh thể từ từ xoay và dữ liệu được thu thập lại Mỗi ảnh chứa hàng chục ngàn điểm nhiễu xạ với các cường độ khác nhau Bước ba, dùng kĩ thuật tính toán và dữ liệu hóa học bổ sung để đưa ra mô hình về sự sắp xếp các nguyên tử bên trong tinh thể Kết quả có thể được lưu trữ ở các cơ sở dữ liệu công cộng

Các tinh thể là các mảng cố định của các nguyên tử và tia X có thể được xem là các sóng điện từ Các nguyên tử làm phân tán tia X, chủ yếu dựa vào các electron của nguyên tử; nó cũng giống như sóng biển đánh vào một ngọn hải đăng có các gờ đá bao quanh thì tạo ra một làn sóng nhỏ khác tỏa ra theo mọi hướng từ ngọn hải đăng đó, thì tia X đánh vào một electron bao quanh nguyên tử cũng tạo ra một sóng cầu tỏa ra từ electron đó Hiện tượng này gọi là

tán xạ (scatterer) Một mảng không thay đổi các tán xạ tạo ra một mảng cố

định các sóng cầu Mặc dù các sóng này triệt tiêu nhau theo hầu hết các hướng, chúng vẫn cộng lẫn nhau theo một vài hướng, tuân theo định luật Bragg:

2d sin = n

với n là số nguyên Những hướng chọn lựa sẽ xuất hiện là các điểm trên mẫu nhiễu xạ, hay còn gọi là sự phản xạ (reflection) [5]

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

- Kết quả X-ray tinh thể

Kết quả X- ray tinh thể được chụp trên máy Brucker D8-Quest tại khoa Hóa học- Đại học khoa học tự nhiên Hà Nội Được được tính toán và

tối ưu hóa cấu trúc bằng phương pháp Direct Method & SHEXT 2008 bởi tác giả Nguyễn Hùng Huy

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 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc các dẫn xuất indenosiquinolin

Sơ đồ chuẩn bị mẫu các indenoisoquinolin có dị vòng no ở mạch nhánh

2.2.1 Phân tích cấu trúc hợp chất 6

2.2.1.1 Chuẩn bị mẫu hợp chất 6

Dung dịch của phtalit 4 (10g; 67 mmol) và 2-cacboxybenzanđehit 3 (8,9

g; 67 mmol) trong dung môi EtOAc (300ml) được thêm NaOMe (58g; 266 mmol) trong 600ml MeOH Phản ứng được đun hồi lưu tại 65oC trong 6 giờ Kết thúc phản ứng, dung môi được loại bỏ bằng áp suất thấp, sau đó nhỏ giọt dung dịch HCl 37% (25ml) đến khi dung dịch chuyển từ mầu đỏ sang màu

vàng nhạt, loại bỏ nước nhận được sản phẩm thô 5 Hòa tan 5 trong toluen

(200ml) và thêm p-TsOH (0,92 g; 5,3 mmol) đun hồi lưu (Dean-Stark) trong 6

giờ Kết thúc phản ứng, loại bỏ dung môi toluen nhận được sản phẩm thô Sản phẩm được hòa tan trong CHCl3 (1 lít), rửa bằng dung dịch muối NaCl (3x1 lít), làm khan bằng MgSO4, cất loại dung môi bằng máy cất quay nhận được

hợp chất 6, kết tinh trong dung môi EtOAc thu được sản phẩm sạch 6 (9,6 g), hiệu suất phản ứng đạt 58% Hợp chất 6 là chất rắn có màu vàng cam, có nhiệt

độ nóng chảy là 258-259 oC

2.2.1.2 Phân tích cấu trúc hợp chất 6

35 mg chất 6 ở trên được cho vào trong ống NMR loại (tubes NMR của

Aldrich) dài 20,3 cm, 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 Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam Dữ liệu

phân tích của hợp chất 7 thu được:

1 H NMR (500 MHz, CDCl3) δH ppm: 8,37 (1H, d, J = 8,0 Hz); 8,29 (1H,

dd, J = 1,0; 8,0 Hz); 7,59 (1H, d, J = 7,0 Hz); 7,80 (1H, dt, J = 1,0; 8,0 Hz); δH

7,52 (1H, dt, J = 1,0; 8,0 Hz); δH 7,47 (2H, m); 7,41 (1H, dt, J= 2,0; 7,0 Hz)

13 C NMR (125 MHz, CDCl3) δc ppm: 189,96; 170,59; 160,81; 136,38 ; 135,99; 133,66; 132,81; 132,67; 131,64; 130,87; 128,39 ; 123,30; 123,15; 119,82; 118,97; 107,71

2.2.2 Phân tích hợp chất 7

2.2.2.1 Chuẩn bị mẫu hợp chất 7

Hòa tan hoàn toàn chất 6 (90 mg; 0,36 mmol) trong 5ml CH2Cl2, sau đó

bổ sung 3-aminoprop-1-en (22,58 mg, 0,396 mmol) vào hỗn hợp trên Hỗn hợp được khuấy và duy trì ở nhiệt độ 20 oC trong 22 giờ Kết thúc phản ứng, bổ sung 45 ml CH2Cl2 (3 lần × 15 ml) vào hỗn hợp, chiết với 25 ml nước, làm khô bằng Na2SO4, cất loại dung môi bằng máy cất quay chân không thu được sản phẩm thô Sản phẩm thô được làm sạch bằng sắc ký cột silica gel với hệ dung

môi rửa giải hexan/EtOAc (8:2) thu được sản phẩm 7 (96,68 mg) có màu đỏ

cam với hiệu suất phản ứng 92 %

Hợp chất 7 là chất rắn có màu đỏ thẫm, có nhiệt độ nóng chảy là 154-155 oC

2.2.2.2 Phân tích cấu trúc hợp chất 7

* Phân tích cấu trúc hợp chất 7 bằng phổ IR

Cân 2 mg chất 7 và 80 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 ép viên với KBr rắn

IR (KBr): 3061; 2924; 2852; 1766; 1689; 1662; 1606; 1571; 1546;

1498; 1421; 1377; 1313; 1068; 960; 798; 750 cm-1

* Phân tích cấu trúc hợp chất 7 bằng phổ NMR

Cân 35 mg chất 8 cho vào trong ống NMR loại (tubes NMR của Aldrich)

dài 20,3 cm, 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 Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam Các dữ kiện phân tích thu được:

1 H NMR (500 MHz, CDCl3) δH ppm: 8,68 (1H, d, J = 8,0Hz); 8,32 (1H,

d, J = 8,0 Hz); 7,71 (1H, t, J = 8,0 Hz); 7,58 (1H, d, J = 7,0 Hz); 7,45-7,33 (4H, m); 6,11 (1H, m); 5,30 (1H, td, J = 1,5; 10,5Hz); 5,21-5,15 (3H, m)

13 C NMR (125 MHz, CDCl3) δc ppm: 190,43; 163,10; 155,79; 136,89; 134,47 ; 133,93; 133,08; 132,30; 131,39 ; 130,92; 128,57; 127,18; 123,49; 123,10; 122,92; 122,65 (C-10); 117,40;108,99; 46,41

2.2.3 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 8

đều trong vòng 5 phút rồi chiết bằng CH2Cl2, làm khô bằng Na2SO4, quay khô thu được sản phẩm thô Sản phẩm thô được làm sạch bằng sắc ký cột silica gel với hệ dung môi rửa giải hexan/EtOAc (9:1) thu được 15 mg sản phẩm đồng phân với hiệu suất phản ứng 10% và hệ dung môi rửa giải hexan/EtOAc (7:3)

thu đươc sản phẩm 8 (99,3 mg) với hiệu suất phản ứng 77 % Hợp chất 8 là

chất rắn có màu đỏ, có nhiệt độ nóng chảy 176-177 oC

2.2.3.2 Phân tích cấu trúc hợp chất 8

* Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng phổ IR

Cân 2 mg chất 8 và 80 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 ép viên với KBr rắn

IR (KBr): 3412; 2970; 2931; 1695; 1641; 1608; 1573; 1546; 1496; 1413;

1311; 1261; 1192; 1047; 1004; 796; 746; 692; 578 cm-1

* Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng phổ NMR

Cân 10 mg chất 8 cho vào trong ống NMR loại (tubes NMR của Aldrich)

dài 20,3 cm, 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 Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam Các dữ kiện phân tích thu được:

1 H NMR (500 MHz, CDCl3) δH ppm: 8,71 (1H, d, J = 8,0 Hz); 8,31 (1H, dd, J = 1,0; 8,0 Hz); 7,83 (1H, d, J = 7,5 Hz); 7,65 (1H, t, J = 8,0 Hz); 7,52 (1H, t, J = 8,0 Hz); 7,37-7,42 (2H, m); 7,31 (1H, t, J=7,5 Hz); 4,70 (1H,

dd, J= 4,5, 14,5 Hz); 4,60 (1H, dd, J = 8,0, 14,5 Hz); 4,36-4,40 (1H, m); 3,67 (2H, dd, J=6,5, 11,5 Hz)

13 C NMR (125 MHz, CDCl3& MeOD) δc ppm: 190,81; 164,49; 156,07; 137,19 ; 134,70; 134,14; 133,28; 132,27; 130,89; 128,18; 127,26; 123,67; 123,43; 123,09; 122,57; 109,02; 69,07; 48,86; 36,60

2.2.3.2 Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng tia X đơn tinh thể

Tinh thể hợp chất 8 được chụp trên máy Brucker D8-Quest tại khoa Hóa

học- Đại học khoa học tự nhiên Hà Nội Được được tính toán và tối ưu hóa cấu trúc bằng phương pháp Direct Method & SHEXT 2008 bởi tác giả Nguyễn

Hùng Huy cho các kết quả:

Hình 2.3.1 Cấu trúc X-ray đơn tinh thể của hợp chất 8

Bảng 2.1 Độ dài các liên kết trong hợp chất 8 Nguyên tử Nguyên tử Độ dài ( 0 A) Nguyên tử Nguyên tử Độ dài ( 0 A)

2.2.4 Phân tích hợp chất 9

2.2.4.1 Chuẩn bị mẫu hợp chất 9

Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 8 (50 mg; 0,13 mmol) trong 3ml

Axeton trong khoảng 5 phút, sau đó bổ sung morpholin (17 mg; 0,195 mmol)

và K2CO3 (36 mg; 0,26mmol) vào hỗn hợp trên Hỗn hợp được khuấy và duy trì ở nhiệt độ 60 oC trong 28h Kết thúc phản ứng, quay khô cô đuổi dung môi, sau đó chiết hỗn hợp bằng CH2Cl2, làm khô bằng Na2SO4, quay khô thu được sản phẩm thô Sản phẩm thô được làm sạch bằng sắc ký cột silica gel với hệ

dung môi rửa giải hexan/EtOAc (1:9) thu được sản phẩm 9 (37 mg) với hiệu suất phản ứng 73% Hợp chất 9 là chất rắn có màu vàng chanh, có nhiệt độ

nóng chảy 227-228 oC

* Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng phổ IR

Cân 2 mg chất 9 và 80 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 ép viên với KBr rắn, thu được các dữ liệu:

IR (KBr): 3444; 3080; 2947; 2848; 2808; 1734; 1685; 1639; 1608; 1548;

1502; 1456; 1411; 1261; 1112; 1008; 964; 864; 763 cm-1

* Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng phổ NMR

Cân 10 mg chất 9 cho vào trong ống NMR loại (tubes NMR của Aldrich)

dài 20,3 cm, 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 Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam Các dữ kiện phân tích thu được:

1 H NMR (500 MHz, CDCl3) δH ppm: 8,70 (1H, d, J = 8,0 Hz); 8,30 (1H,

d, J = 8,0 Hz; 7,93 (1H, d, J = 7,5 Hz); 7,72 (1H, t, J = 1,0, 8,0 Hz); 7,61 (1H,

d, J = 7,0 Hz); 7,45 (1H, dt, J = 1,0, 8,0 Hz); 7,44 (1H, dt, J = 1,0, 7,5 Hz); 7,37 (1H, t, J= 7,5 Hz); 4,75 (1H, dd, J = 5,0, 14,5 Hz); 4,51 (1H, dd, J = 6,5,

14,5 Hz); 4,20 (1H, m); 3,79-3,68 (4H, m); 2,67-2,60 (4H); 2,51-2,49 (2H, m)

13 C NMR (125 MHz, CDCl3& MeOD) δc ppm: 190,65; 164,38; 156,10; 137,53; 135,04; 134,10; 133,14; 132,41; 130,90; 128,42; 127,27 ; 123,71; 123,60; 123,31; 123,14; 108,94; 67,03; 66,60; 62,77; 53,88; 48,69

2.2.5 Phân tích hợp chất 10

2.2.5.1 Chuẩn bị mẫu hợp chất 10

Hòa tan hoàn toàn 8 (50 mg; 0,13 mmol) trong 3ml Axeton trong

khoảng 5 phút, sau đó bổ sung piperidin (16,6 mg; 0,195 mmol) và K2CO3 (36 mg; 0,26 mmol) vào hỗn hợp trên Hỗn hợp được khuấy và duy trì ở nhiệt độ

60 oC trong 23h Kết thúc phản ứng, quay khô cô đuổi dung môi, sau đó hỗn hợp sản phẩm được thêm 30ml nước và chiết 3 lần với dung môi CH2Cl2

(310ml), làm khô bằng Na2SO4, quay khô thu được sản phẩm thô Sản phẩm thô được làm sạch bằng sắc ký cột silica gel với hệ dung môi rửa giải hexan/EtOAc

(15:85) thu được sản phẩm 10 (38,3 mg) với hiệu suất phản ứng 76%

Hợp chất 10 là chất rắn có màu vàng chanh, có nhiệt độ nóng chảy

229-230 oC

* Phân tích cấu trúc hợp chất 10 bằng phổ IR

Cân 2 mg chất 8 và 80 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 ép viên với KBr rắn, thu được các dữ liệu:

IR (KBr):3415; 2935; 2848; 1689; 1662; 1639; 1606; 1544; 1502; 1454;

1406; 1340; 1315; 1261; 1197; 1111; 1091; 1020; 968; 754 cm-1

* Phân tích cấu trúc hợp chất 10 bằng phổ NMR

Cân 10 mg chất 10 cho vào trong ống NMR loại (tubes NMR của

Aldrich) dài 20,3 cm, 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 Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam Các dữ kiện phân tích thu được:

1 H NMR (500 MHz, CDCl3) δH ppm: 8,73 (1H, d, J = 8,0 Hz); 8,31(1H,

dd, J = 0,5, 8,0Hz); 7,95 (1H, d, J = 8,0 Hz); 7,74 (1H, dt, J = 1,0, 8,0 Hz); 7,63 (1H, d, J = 7,0 Hz); 7,48 (1H, dt, J = 1,0, 8,0 Hz); 7,46-7,50 (2H, m); 7,38 (1H, t, J = 7,5 Hz); 4,83 (1H, dd, J = 6,0; 14,0 Hz); 4,45 (1H, dd, J=5,5; 14,5 Hz); 4,35-4,32 (1H, m); 2,90 (1H, dd, J= 3,5; 13,0 Hz); 2,79-2,74 (5H, m);

1,73-1,67 (4H, m); 1,52-1,50 (2H, m)

13 C NMR (125 MHz, CDCl3) δc ppm: 190,75; 164,20; 156,16; 137,33; 134,93; 134,11; 133,51; 132,49; 130,92; 128,41; 127,23; 123,85; 123,65 ; 123,29; 123,12; 108,93; 66,33; 62,57; 54,85; 48,84; 24,52; 23,24

Chương 3 KẾT QUẢ THẢO LUẬN

Phân tích cấu trúc các hợp chất hữu cơ là một trong số nhiệm vụ quan trọng của Hóa học vì chỉ khi biết chính xác cấu trúc, chúng ta mới có câu trả lời chính xác cho việc xác định định tính, định lượng và phân tích chúng trong các mẫu nghiên cứu thực cũng như trong đời sống và công nghệ Để phân tích cấu trúc của các hợp chất hữu cơ có thể sử dụng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân, phổ hồng ngoại, phổ khối lượng Mỗi phương pháp cho phép xác định một số thông tin khác nhau của cấu trúc phân tử và hỗ trợ lẫn nhau trong việc xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ Đôi khi, với những phân tử có cấu trúc phức tạp hoặc xác định các đồng phân của chúng ta phải sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại khác nhau như sử dụng tia X chụp đơn tinh thể

3.1 Sơ đồ chuẩn bị các mẫu phân tích

Các hợp chất indenoisoquinolin được chuẩn bị theo sơ đồ sau:

Sơ đồ 3.1: Sơ đồ chuẩn bị các mẫu phân tích