Phân tích cấu trúc của một số hợp chất hexahydropyrazin 1 2b isoquinolin bằng các phương pháp phổ hiện đại

Đề tài này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số hợp chất hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin bằng các phương pháp phổ hiện đại như phổ hồng ngoại IR, cộng hưởng từ hạt nhâ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM THỊ THANH DUNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT

HEXAHYDROPYRAZIN-[1,2b]-ISOQUINOLIN

BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI

THÁI NGUYÊN – 2017

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM THỊ THANH DUNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT

HEXAHYDROPYRAZIN-[1,2b]-ISOQUINOLIN

BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI

Chuyên nga ̀nh: Hoá Phân tích

Ma ̃ số: 60 44 01 18

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS NGUYỄN VĂN TUYẾN

THÁI NGUYÊN - 2017

a

LỜI CẢM ƠN

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn GS.TS Nguyễn Văn Tuyến – viện trưởng Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tin tưởng giao đề tài, định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn và tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành luận văn thạc sỹ này

Em xin gửi lời trân trọng cảm ơn tới TS Dương Nghĩa Bang, TS Phạm Thế Chính cùng các thầy cô khoa Hóa Học, Trường Đại Học Khoa Học - ĐH Thái Nguyên đã tạo điều kiện, giúp đỡ em trong quá trình triển khai nghiên cứu, thực hiện đề tài

Em xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo cùng các thầy, cô, cán bộ, kĩ thuật viên phòng Hóa Dược, thuộc Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học

và Công Nghệ Việt Nam đã tận tình chỉ dạy và hướng dẫn em trong quá trình học tập, thực nghiệm và thực hiện đề tài

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè lớp Cao học khóa 2015 – 2017 đã giúp đỡ và động viên em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Tác giả luận văn

Phạm Thị Thanh Dung

b

MỤC LỤC

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

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc 2

1.1.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 2

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

1.1.3 Phương pháp phổ khối lượng (MMS) 6

1.2 Phân tích các đồng phân đối quang 7

1.2.1 Phương pháp phân tách các đồng phân đối quang bằng enzym 8

1.2.2 Tách các đồng phân đối quang nhờ tác nhân bất đối bổ trợ 8

1.2.3 Tách đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý hiện đại 9 1.2.4 Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR 10

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 16

2.1 Hóa chất và thiết bị 16

2.1.1 Hóa chất và dung môi 16

2.1.2 Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc 16

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 17

c

2.2 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc 17 2.2.1 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất

2,3-bis(bromometyl)-1,4-dimetoxinaphtale 17 2.2.2 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất

etyl 5,10-dimetoxi-1,2,3,4-tetrahidrobenzo[g]isoquinolin-3-carboxylat 18 2.2.3 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất etyl 2-(2-cloroaxetyl) -5,10-dimetoxy-1,2,3,4-tetrahidrobenzo[g]isoquinolin-3-carboxylat 20 2.2.4 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của các hợp chất piperazinedion

có khung hexahidropyrazin-[1,2b]-isoqiunolin 21

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25

3.1 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của hợp chất

2,3-bis(bromometyl)-1,4-dimetoxinaphtale (38) 25 3.1.1 Chuẩn bị hợp chất 38 25 3.1.2 Phân tích cấu trúc của hợp chất 38 bằng phổ NMR 26 3.2 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của hợp chất etyl 5,10-dimetoxi -1,2,3,4-tetrahidrobenzo[g]isoquinolin-3-carboxylat (39) 27 3.2.1 Chuẩn bị hợp chất 39 27 3.2.2 Phân tích cấu trúc của hợp chất 39 bằng phổ NMR 27 3.3 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất etyl 2-(2-cloroaxetyl)

-5,10-dimetoxy-1,2,3,4-tetrahidrobenzo[g]isoquinolin-3-carboxylat (40) 29 3.3.1 Chuẩn bị hợp chất trung gian 40 29 3.3.2 Phân tích cấu trúc của hợp chất trung gian 40 bằng phổ NMR 29 3.4 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của các hợp chất piperazinedion

d

có khung hexahidropyrazin-[1,2b]-isoqiunolin 30

3.4.1 Hợp chất 41a 30

3.4.2 Hợp chất 41b 34

KẾT LUẬN 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 PHỤ LỤC

e

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

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

Magnetic Resonance) DMSO Đimetyl sunfoxit (Dimethyl sulfoxide)

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

Resonance) HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid

Chromatography)

IR Phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy)

MS Phổ khối lượng va chạm điện tử (Electron Impact-Mass

Spectrometry)

H, C Độ chuyển dịch hóa học của proton và cacbon

Ppm Phần triệu ( parts per million )

f

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1.1 8

Sơ đồ 1.2 9

Sơ đồ 1.3 9

Sơ đồ 1.4 11

Sơ đồ 3.1.Tổng hợp hợp chất 38 26

Sơ đồ 3.2: Tổng hợp hợp chất 39 27

Sơ đồ 3.3: Tổng hợp hợp chất trung gian 40 29

Sơ đồ 3.4: Tổng hợp hợp chất 41a 31

Sơ đồ 3.5: Tổng hợp hợp chất 41b 34

g

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Phổ hồng ngoại của axit benzoic (C6H5COOH) 3

Hình 1.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của ethanol 5

Hình 1.3 Phổ khối lượng của hexan (C6H14) 7

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 12

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 15

Hình 3.1: Phổ 1H-NMR của hợp chất 38 26

Hình 3.2: Phổ 1H-NMR của hợp chất 39 27

Hình 3.3: Phổ 13C-NMR của hợp chất 39 28

Hình 3.4: Phổ 1H-NMR của hợp chất trung gian 40 30

Hình 3.5: Phổ 1H-NMR của hợp chất 41a 31

Hình 3.6: Phổ 13C-NMR của hợp chất 41a 32

Hình 3.7: Phổ IR của hợp chất 41a 33

Hình 3.8: Phổ MS của hợp chất 41a 33

Hình 3.9: Phổ 1H-NMR của hợp chất 41b 34

Hình 3.10: Phổ 13C-NMR của hợp chất 41b 35

1

MỞ ĐẦU

Các dẫn xuất hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin có nhiều hoạt tính

sinh học quý như chống ung thư và kháng khuẩn nên được nhiều nhà khoa

học quan tâm nghiên cứu [1-3] Trong đó, saframycin (1) được phân lập từ

loài Streptomyces lavendulae có hoạt tính ức chế mạnh tế bào ung thư [1-3], phần cấu trúc quan trọng của saframycin là khung hexahydropyrazin-[1,2b]-

isoquinolin Tương tự, ecteinascidin (2) cũng là dẫn xuất của

hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin có hoạt tính mạnh với các tế bào ung thư, được phân lập từ sinh vật biển Ecteinascidia turbinata [4-6] Do đó hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin còn là các synthon quan trọng cho tổng

hợp toàn phần và bán tổng hợp nhiều hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh

học mạnh có khung cấu trúc tương tự saframycin (1) và ecteinascidin (2)

[1-12] Các hợp chất hexahydropyrazine-[1,2b]-isoquinolin thường có cấu trúc

phức tạp việc phân tích cấu trúc của hợp chất này đòi hỏi phải có sự kết hợp của nhiều phương pháp phổ hiện đại Luận văn này tập trung nghiên cứu phân

tích cấu trúc của một số hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin, nhằm tìm kiếm

các hợp chất có cấu trúc mới rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số hợp chất

hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin bằng các phương pháp phổ hiện đại như

phổ hồng ngoại (IR), cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và phổ khối lượng (MS)

2

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 m 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 loại dao động khi phân tử bị kích thích là dao động hóa trị

và dao động 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)

3

Hình 1.1 Phổ hồng ngoại của axit bezoic ( C6 H 5 COOH ) (3)

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]

Trong phổ hồng ngoại của axit benzoic ( hình 1.1) ta thấy các pic nằm trong vùng 3400 – 2300 cm-1 là OH ( đime) , 3540 cm-1 là OH monome , 1744cm-1 là CO ( monome ), 1695cm-1 là CO ( đime )

4

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

x chuan

Hình 1.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của ethanol (4)

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]

Trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân của ethanol ( hình 1.2 ) ta thấy đối với

13C-NMR thì δ có giá trị 31ppm là C (CH3), δ có giá trị 200 ppm là C (CHO)

6

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

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]

B A

B AB ABC

BC A

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

7

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)

Hexan ( C6H14 ) MW = 86.18

Hình 1.3 Phổ khối lượng của hexan (C6 H 14 ) (5)

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 phổ khối lượng của hexan ( hình 1.3 ) cho thấy C3H7 + với m/e =

57 có cường độ lớn nhất do cắt mạch nhánh của phân tử hidrocacbon

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

8

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 trọng 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

(6)

(7)

9

Sơ đồ 1.2

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

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

(10) (11)

(12) (13) (14) (15) (16) (17)

Sơ đồ 1.3

10

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

11

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

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

Sơ đồ 1.4

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

13

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 mă ̣t 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 chất CSA tạo ra các tương tác với các tâm bazơ Ưu điểm của của phương pháp 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

14

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

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

15

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 phenylbutan và (S)-1-axetyl-1-phenylbutan nhờ 1H-NMR của chúng khi tạo phức với tác nhân chuyển dịch Eu(hfc)3 (Hình 1.7)

16

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 DMSO

và TMS là chất chuẩn, tại phòng Phổ cộng hưởng từ hạt nhân – Viện Hóa học – Viện Hàn Lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam

17

- 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 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc

2.2.1 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất 1,4-dimetoxinaphtalen

2,3-bis(bromometyl)-a Chuẩn bị mẫu

18

(38) Dung dịch của chất 37 (2,9g, 15,43 mmol) trong 15 mL HBr 33% trong

axit axetic được cho thêm parafocmanđehit (11,6, 387 mmol) Hỗn hợp phản ứng được đun hồi lưu trong thời gian 4h Kết thúc phản ứng, hỗn hợp được trung hòa về môi trường trung tính bằng NaHCO3 5%, sau đó chiết hai lần bằng EtOAc Dung môi được loại bỏ ở áp suất thấp thu được sản phẩm thô, sản phẩm thô được làm sạch trên cột sắc ký silicagel với hệ dung môi rửa giải

(n-hexan/EtOAc, 98/2) thu được chất 38 tinh khiết (4,87g, 85%)

b Phân tích cấu trúc của chất

2,3-bis(bromometyl)-1,4-dimetoxinaphtalen bằng phổ NMR

Cân 35 mg chất 2,3-bis(bromometyl)-1,4-dimetoxinaphtalen (38) ở trên

được cho vào ống 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 ), δ ppm: 4,06 (6H, s, OCH3); 5,00 (4H, s, 2CH2Br); 7,54-7,56 (2H, m, H-5, H-6); 8,07-8,09 (2H, m, H-7, H-8)

2.2.2 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất etyl 1,2,3,4-tetrahiđrobenzo[g]isoquinolin-3-carboxylat

5,10-dimetoxi-a Chuẩn bị mẫu