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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊNTRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ĐỖ VĂN HƯNG PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT YL-4,5,6,7-TETRACLO-1,3-TROPOLON BẰNG MỘT SỐ 2-4-CLO-8-METYLQUINOLIN-2-PHƯƠNG PHÁ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐỖ VĂN HƯNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG CỦA

MỘT SỐ DẪN XUẤT YL)-4,5,6,7-TETRACLO-1,3-TROPOLON BẰNG MỘT SỐ

2-(4-CLO-8-METYLQUINOLIN-2-PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2016

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐỖ VĂN HƯNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG CỦA

MỘT SỐ DẪN XUẤT YL)-4,5,6,7-TETRACLO-1,3-TROPOLON BẰNG MỘT SỐ

2-(4-CLO-8-METYLQUINOLIN-2-PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 60 44 01 18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Dương Nghĩa Bang

THÁI NGUYÊN - 2016

LỜI CẢM ƠN

Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy PGS TS Dương Nghĩa Bang Trưởng Khoa Hóa - Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Trường Đại Học TháiNguyên, đã giao đề tài và trực tiếp hướng dẫn tận tình, giúp đỡ chu đáo cả vềtinh thần lẫn vật chất cần thiết trong suốt quá trình làm luận văn này

-Tôi xin chân thành cảm ơn:

- TS Phạm Thế Chính - Phó Khoa Hóa - Trường Đại Học Khoa Học TựNhiên - Trường Đại Học Thái Nguyên, đã giúp tôi phân tích và xử lý kết quả

- Ban lãnh đạo khoa Hóa học trường Đại học Khoa học - ĐHTN, tậpthể các thầy cô, anh chị và các bạn tại khoa Hóa học trường Đại học Khoa học

- ĐHTN đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn

- Các thầy cô giáo phòng thí nghiệm Khoa Hóa - Trường Đại Học KhoaHọc Tự Nhiên - Trường Đại Học Thái Nguyên đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi

- Tất cả các thầy cô đã dạy dỗ em trong suốt quá trình học tập

Cũng nhân dịp này tôi bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến Chủ Tịch HĐQT,BGH, đồng nghiệp THPT Trần Nhân Tông - Đông Triều - Quảng Ninh, giađình, người thân, bạn bè đã động viên, tạo điều kiện giúp đỡ tôi về cả vật chấtlẫn tinh thần trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Tác giả luận văn

Đỗ Văn Hưng

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN a

MỤC LỤC b

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT d

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ e

DANH MỤC CÁC HÌNH f

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về một số phương pháp xác định cấu trúc 3

1.1.1 Phương pháp phổ tử ngoại 3

1.1.2 Phương pháp phổ hồng ngoại 6

1.1.3 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 9

1.1.4 Phương pháp phổ khối lượng 11

1.2 Tổng quan về quinolin và tropolon 16

1.2.1 Quinolin 16

1.2.2 Tropolon 20

Chương 2 THỰC NGHIỆM 25

2.1 Thiết bị, hóa chất và phương pháp phân tích 25

2.2 Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu quinolin 25

2.2.1 Tổng hợp và kết quả phân tích 2,8-đimetylquinolin-4(1H)-on 25

2.2.2 Tổng hợp và kết quả phân tích 4-clo- 2,8-đimetylquinolin 26

2.2.3 Tổng hợp 5-nitro - 4-clo-2,8-đimetylquinolin 27

2.3 Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu tropolon 27

2.3.1 Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2-(4-clo-8- metyl quinolin -2-yl)- 4,5,6,7- tetraclo -1,3-troplon 27

2.3.2 Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2-(5-nitro-4-clo-8- metyl quinolin -2- yl)- 4,5,6,7- tetraclo -1,3-troplon 29

2.4 Phân tích hàm lượng chất thu được bằng phương pháp LC-MS 30

2.4.1 Hóa chất, thiết bị 30

2.4.2 Thiết lập các thông số cho hệ thống LC/MS 30

2.4.3 Chuẩn bị mẫu 30

2.4.4 Kết quả phân tích 30

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

3.1 Tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu quinolin 31

3.1.1 Tổng hơpp̣ mẫu 7-clo-2,8- đimetylquinolin-4(1H)-on 31

3.1.2 Tổng hơpp̣ và phân tích cấu trúc mẫu 4-clo- 2,8-đimetylquinolin 31

3.1.3 Tổng hơpp̣ và phân tích cấu trúc mẫu 5-nitro-4,7-điclo - 2,8-đimetylquinolin 32

3.2 Kết quả tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu 4,5,6,7-tetraclo-1,3-tropolon .33

3.2.1 Kết quả phân tích cấu trúc của 2-(4-clo-8-metylquinolin-2-yl)-4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon 35

3.2.2 Kết quả phân tích cấu trúc của 2-(5-nitro-4-clo-8-metylquinolin-2-yl)-4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon 38

3.3 Kết quả phân tích hàm lượng 40

KẾT LUẬN 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

PHỤ LỤC

Di-iso-butyl nhôm hidrua

N,N’-Di -iso-propyletyl amin

4-DimetylaminopyridinDimetoxyetan

Dimetyl formamitDimetyl sulfoxit1-Etyl-3-(3-dimetylaminopropyl) cacbodiimitElectrospray ionization - mass spectrometry

EtanolHigh-performance liquid chromatographyHydroxybenzotriazole

Liquid chromatography - mass spectrometryLithi diisopropyl amin

Lithi bis(trimetylsilyl)amit

Metanol

NMR Nuclear magnetic resonance

-n-Butyl lithi

Axit p-toluen sunfonic

ter-Butyl đimetyl clo silan ter-Butanol

Kali ter-butylat

Axit trifloaxeticTetrahidrofuranTrimetylsilyl cyanit

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 3.1: 31

Sơ đồ 3.2: 31

Sơ đồ 3.3: 32

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1: Một số hợp chất chứa hệ quinolin đã sử dụng làm thuốc 1

Hình 2: Tropolon và một số dẫn xuất tiêu biểu 2

Hình 1.1: Phổ hồng ngoại của benzyl ancol 7

Hình 1.2: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat 10

Hình 3.1: Mật độ electron trên hệ quinolin 32

Hình 3.2: Phổ H-NMR của hợp chất 5 361 Hình 3.3: Phổ C-NMR của hợp chất 5 3713 Hình 3.4: Phổ MS của hợp chất 5 37

Hình 3.5: Phổ H-NMR của hợp chất 6 381 Hình 3.6: Phổ C-NMR của hợp chất 6 3913 Hình 3.7: Phổ MS của chất 6 40

Hình 3.8: Phổ đồ LC-MS của hợp chất 6 41

Hình 3.9: Phổ đồ MS của thành phần chính trong mẫu HUNG4 41

MỞ ĐẦU

Sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp phân tích cấu trúc đã giúpcho việc nghiên cứu trong các ngành Khoa học đặc biệt là Tổng hợp hữu cơtrở nên dễ dàng hơn, phát triển nhanh hơn Trước đây, để chứng minh cấu taọcủa một chất có thểmất hàng năm hoăcp̣ cókhi kéo dài nhiều năm thìnay cóthểthưcp̣ hiêṇ sau vài giờ, sở di ̃làm được như vâỵ lànhờ sư p̣hỗ trơ p̣của cácphương pháp phổ hiêṇ đại

Để phân tích cấu trúc của các hơpp̣ chất hữu cơ có thể sử dungp̣ các

phương pháp phổ như phổ hồng ngoại, phổ tử ngoaị khả kiến, phổ côngp̣

hưởng từ hạt nhân, phổkhối lươngp̣ Mỗi phương pháp cho phép xác đinḥ môt

số thông tin khác nhau và hỗ trợ lẫn nhau trong việc xác định cấu trúc các hợpchất hữu cơ

Quinolin là bộ khung chính trong một số ancaloit có hoạt tính sinh họccao như Quinin (thuốc chống sốt rét), Sopcain (làm thuốc gây mê), plasmoxin

và acrikhin (đều làm thuốc chống sốt rét hiệu quả)[1], saquinavir (thuốc điềutrị HIV)[2]

CHON(CH2)2N(C2H5)2

H N N

NO(CH2)3CH3 O

Sopcain

Hình 1: Một số hợp chất chứa hệ quinolin đã sử dụng làm thuốc

Trong khi đó, hệ tropolon là một trong những hệ chính trong một sốhợp chất thiên nhiên, đa số những hợp chất đó (Hình 2) thể hiện những hoạttính sinh học quí giá [3] như làm thuốc kháng sinh, chống ung thư, chống oxihóa, kháng khuẩn [4] v.v

OMe Colchicine R 1 =H, R 2 =COMe

Colxamine R 1 =R 2 =Me

Hình 2: Tropolon và một số dẫn xuất tiêu biểu

Kolsamin được sử dụng trong y học như thuốc chống mụn nhọt, chốngcác khối u, colchicin thể hiện hoạt tính chống khuẩn Mito[5] Trong tài liệu [6]cho biết về tổng hợp các dẫn xuất của Colchicin có thể hiện các hoạt tínhkháng khuẩn lao và chống các loại khuẩn gây mụn nhọt Khoa học đã chứngminh được hoạt tính sinh học của o-alkyl tropolon và các hợp chất tương tựđang được sử dụng làm thành phần chất ức chế tế bào ung thư [6]

Từ những lý do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài: “Phân tích cấu trúc,

hàm lượng của một số dẫn xuất 2-(4-clo-8-metyl tetraclo-1,3-tropolon bằng một số phương pháp hóa lý hiện đại” Mucp̣ tiêu

quinolin-2-yl)-4,5,6,7-chính của đềtài làsử dụng các phương pháp phổhiêṇ đaịnhư 1H-NMR, 13NMR và phương pháp phổ khối lượng MS đểphân tích cấu trúc của một số dẫn

C-xuất 2-(4-clo-8-metyl quinolin-2-yl)-4,5,6,7-tetraclo-1,3-tropolon tổng hợp

được Sử dụng phương pháp phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao để xác địnhhàm lượng của sản phẩm trong các mẫu thu được

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về một số phương pháp xác định cấu trúc

1.1.1 Phương pháp phổ tử ngoại (UV) [7,8]

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

sử dụng rộng rãi từ lâu Phương pháp dựa trên khả năng hấp thu chọn lọc cácbức xạ (tử ngoại) chiếu vào dung dịch chất phân tích trong 1 dung môi nhấtđịnh Vùng sóng: tử ngoại (UV) 200 - 400 nm

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

a. Bước chuyển dời năng lượng

Ở điều kiện bình thường, các electron trong phân tử nằm ở trạng thái cơ bản, khi có ánh sáng kích thích với tần số thích hợp thì các electron này sẽ hấp thụ năng lượng và chuyển lên các trạng thái kích thích có mức năng lượng cao hơn.

σ → σ*

π → π*

n →σ*, π*Hiệu số mức năng lượng giữa hai obitan chính là năng lượng hấp thụ từnguồn sáng kích thích từ bên ngoài

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

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

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

- Liên hợp π - π

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

Etilen cho đỉnh hấp thụ cực đại ở 175 nm, butadien ở 217 nm còn củahecxatrien ở 274 nm

Đối với vòng benzen còn xuất hiện dải hấp thụ ứng với bước chuyểndời của hệ thống electron có bước sóng 256 nm được gọi là dải B

- Liên hợp π - p

Đây là sự liên hợp của nối đôi và cặp electron tự do ở các dị tố trongcác liên kết đôi C=Z (Z=O, N, S…) và C-X (X=Cl, Br, I…) tương ứng vớibước chuyển electron n → π* Sự liên hợp này dẫn đến sự chuyển dịch cựcđại về phía sóng dài nhưng cường độ hấp thụ thấp

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

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

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

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

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

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

cứ trên sự liên hợp của phân tử

- Hiệu ứng thế

Khi thay thế nguyên tử H của hợp chất anken hay vòng thơm bằng cácnhóm thế khác nhau, tùy theo nhóm thế đó có liên hợp hay không liên hợp đốivới hệ nối đôi của phân tử mà ảnh hưởng nhiều hay ít đến phổ tử ngoại củaphân tử Đối với các nhóm thế không liên hợp (như CH3, CH2OH,

CH2COOH) thì ảnh hưởng ít còn các nhóm thế liên hợp (như C=CR2, COOH,

OH, NO2… ) có ảnh hưởng mạnh làm chuyển dịch cực đại hấp thụ về phíasóng dài và tăng cường độ hấp thụ

- Hiệu ứng lập thể

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

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

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

Ví dụ: Xét phân tử biphenyl thế orto: gọi là góc tạo nên giữa hai mặtphẳng chứa hai nhân phenyl, năng lượng liên hợp của phân tử được tính theo phương trình:

ΔE = Emaxcos2 ; Emax là năng lượng liên hợp khi = 0

- Ảnh hưởng của dung môi

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

d Cấu tạo của phổ kế tử ngoại

Phổ tử ngoại được thiết kế đo cả vùng phổ từ 200 - 1000 nm Nó gồmhai loại: loại 1 chùm tia đo điểm và loại hai chùm tia quét cả vùng phổ Cả hailoại này đều gồm các bộ phận sau:

1. Ngồn sáng: dùng đèn Tungsten halogen (đo vùng 350-1000nm) vàđèn đơteri hay đèn hiđro (đo vùng 200-350 nm)

2. Bộ chọn sóng: dùng kính lọc hoặc bộ đơn sắc Bộ đơn sắc dùng lăng kính chế tạo bằng thạch anh hoặc cách tử (vạch từ 2000 - 3600 vạch/mm)

3. Detectơ: phổ biến dùng tế bào nhân quang, có độ nhay và độ bền cao.Một số máy hiện nay dùng detectơ là dàn diot gồm 1024 diot cho cả vùng tửngoại và khả kiến

4. Bộ phận đọc tín hiệu: loại máy đo điểm thường có bộ phận đọc tínhiệu là đồng hồ đo điện thế hoặc bộ phận hiện số Máy hai chùm tia dùng bộphận tự ghi hoặc ghép nối với máy vi tính và máy in

e Ứng dụng phổ tử ngoại.

Phương pháp phổ tử ngoại có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực phântích định tính, phân tích cấu trúc phân tử và phân tích định lượng Nguyên tắccủa phương pháp phân tích định lượng là dựa vào mối quan hệ giữa mật độquang và nồng độ dung dịch theo định luật Lambert - Beer Ưu điểm củaphương pháp quang phổ tử ngoại trong phân tích định lượng là có độ nhạycao, có thể phát hiện được một lượng nhỏ chất hữu cơ hoặc ion vô cơ trongdung dịch, sai số tương đối nhỏ (chỉ 1 đến 3%)

1.1.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)

a Ứng dụng phương pháp phổ hồng ngoại trong phân tích cấu trúc hợp chất hữu cơ

Trong số các phương pháp phân tích cấu trúc, phổ hồng ngoại chonhiều 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 bướcsóng 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 nằmtrong giữa 2,5x10-4 và 16x10-6 m Đại lượng được sử dụng nhiều trong phổhồng ngoại là số sóng (cm-1), ưu điểm của việc dùng số sóng là là chúng tỷ lệthuận với năng lượng [9].

Khi 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 trạng tháidao động cao hơn Có 2 lại dao động khi phân tử bị kích thích là dao độnghóa trị và biến dạng, dao động hóa trị (ν) là dao động làm thay đổi độ dài liênkết, 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 hồngngoại được gọi là phổ hồng ngoại, trên phổ biểu diễn các cực đại hấp thụ ứngvới những dao động đặc trưng của nhóm nguyên tử hay liên kết nhất định,(Hình 1.1)

Hình 1.1 Phổ hồng ngoại của benzyl ancol

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 trong phân

tử Một phân tử có thể có nhiều dao động khác nhau và phổ hồng ngoại củacác phân tử khác nhau thì khác nhau, tương tự như sự khác nhau của các vânngón tay Sự chồng khít lên nhau của phổ hồng ngoại thường được làm dẫnchứng cho hai hợp chất giống nhau [9]

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 phứctạp hơn và thường được dùng để nhận dạng toàn phân tử hơn là để xác địnhnhóm chức Chính ở đây các dạng pic thay đổi nhiều nhất từ hợp chất này đếnhợp chất khác, vì thế vùng phổ từ 1500 cm-1 được gọi là vùng vân ngón tay[9].

b. Máy đo phổ hồng ngoại

Phổ kế hồng ngoại hiện nay gồm các loại: phổ kế hồng ngoại mộtchùng tia dùng kính lọc, phổ kế hồng ngoại hai chùng tia tán sắc và phổ kếhồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR)

-Phổ kế hồng ngoại một chùm tia dùng kính lọc là loại đơn giản dùngcho phân tích định lượng khí Trong máy có hệ thống quang học và một bơm

để hút mẫu khí dùng nguồn pin

-Phổ kế hồng ngoại hai chùm tia tán sắc là loại phổ biến trước đây, máyghi phổ quét cả vùng từ 4000 cm-1 đến 200 cm-1 có nối với bộ tự ghi haymáy vi tính

Sơ đồ phổ kế hồng ngoại hai chùm tia tán sắc từ nguồn sáng S1 phát ra haichùm tia song song, một đi qua mẫu, một đi qua cuvet so sánh, sau đó chập lạiqua khe vào S3 đến lăng kính (hoặc cách tử) rồi qua khe ra S4 đi đến detectơ

+ Nguồn sáng cho máy phổ hồng ngoại thường dùng đen Nernst (hỗnhợp oxit kim loại 85% ZrO2 và 15% Y2O3), đèn Globa (silic cacbua SiC2),đèn Nicrom (dây đốt niken - crom) Nhiệt độ đốt nóng khoảng 700 - 8000C

S: Lăng kính: gồm 3 cái được chế tạo từ các vật liệu KBr, NaCl và Lì vìmỗi loại chỉ cho một vùng ánh sáng hồng ngoại đi qua Cách tử chế tạo bằngthủy tinh, trên mỗi milimet được vạch từ 200 đến 300 vạch cách đều nhau

S: Detectơ: thường hay dùng là loại detectơ tế bào nhân quang, cặp nhiệt điện hoặc tỏa nhiệt.

U: Cuvet: cuvet đo phổ hồng ngoại thường có hai loại cuvet đo mẫu lỏng và cuvet đo mẫu rắn

Cuvet đo mẫu lỏng (chất tinh khiết hay dung dịch) có cấu tạo gồm haitấm cửa sổ bằng NaCl, KBr hoặc LiF, một vòng đệm ở giữa có độ dày bằng

độ dày cuvet, vòng đệm và giá đỡ bên ngoài, ở một tấm cửa sổ và giá đỡ cókhoan hai lỗ để nạp mẫu Để kiểm tra chính xác độ dày cuvet, người ta đặtmột cuvet không vào máy rồi đo trong một vùng bước sóng được tín hiệu phổhình sin rồi tính theo công thức: d = N/2(v 1 - v 2 )

Với d là chiều dày lớn mỏng ΔN là số đỉnh cực đại, 1 và 2 là số sóng Các mẫu khí được đo bằng một cuvet đặc biệt, vì độ hấp thụ của các khíthấp nên đường ánh sáng đi qua mẫu phải dài Chiều dài thực của mỗi cuvetkhí chỉ độ 10 cm nhưng đường ánh sáng đi qua phải dài hàng met, do đó cần

có một hệ thóng gương đặt trong cuvet để ánh sáng đi qua lại mẫu nhiều lần

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

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (CHTHN) là phương pháp vật lý hiện đạinghiên cứu cấu trúc của các hợp chất hữu cơ Phương pháp phổ biến được sửdụng là phổ 1H-NMR và 13C-NMR Hạt nhân của nguyên tử 1H và 13C cómomen từ Nếu đặt proton trong từ trường không đổi thì moment từ của nó cóthể 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

- Độ chuyển dịch hóa học δ:

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 13Ctrong phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối với hạt nhân 1H thì:

 = ν

TMS −ν

x .106 (ppm)

o

Trong đó: νTMS, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn TMS và của

hạt nhân mẫu đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ

Đối với các hạt nhân khác thì độ chuyển dịch hóa học được định nghĩa một các tổng quát như sau:

=ν

chuan −ν

x .106 (ppm)

o

Trong đó: νchuan, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn và của hạt

nhân mẫu đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ

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 dẫn đếnchúng có giá trị hằng số chắn σ khác nhau và do đó độ chuyển dịch hóa họccủa mỗi hạt nhân khác nhau Theo đó proton nào cộng hưởng ở trường yếuhơn sẽ có độ chuyển dịnh hóa học lớn hơn

Dựa vào độ chuyển dịch hóa học δ ta biết được loại proton nào có mặttrong 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 0-12ppm, đối với 13C-NMR thì δ có giá trị từ 0-230 ppm

Hình 1.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat

- Hằng số tương tác spin-spin J:

Trên phổ NMR, mỗi nhóm hạt nhân không tương đương sẽ thể hiện bởimột cụm tín hiệu gọi và vân phổ, mỗi vân phổ có thể bao gồm một hoặc nhiềuhợp phần Nguyên nhân gây nên sự tách tín hiệu cộng hưởng thành nhiều hợpphần 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

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

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân viết tắt của tiếng Anh là NMR (nuclearMagnetic Resonance) là một phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu cấu tạocủa các hợp chất hữu cơ, nó có ý nghĩa quan trọng để xác định cấu tạo cácphân tử phức tạp như các hợp chất thiên nhiên Phương pháp phổ biến được

sử dụng là NMR - 1H và phổ NMR - 13C [10]

1.1.4 Phương pháp phổ khối lượng (MS)

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

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

a Nguyên tắc chung

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

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

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

Sự hình thành các ion mang điện tích +1 chiếm tỉ lệ lớn, còn lại các ionmang điện tích +2 Năng lượng bắn phá các phân tử thành ion phân tử khoảng15eV Nhưng với năng lượng cao thì ion phân tử có thể phá vỡ thành cácmảnh ion dương (+), hoặc ion gốc, các gốc hoặc phân tử trung hoà nhỏ hơn:

Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo chất, phương pháp bắn phá vànăng lượng bắn phá Quá trình này là quá trình ion hoá

Các ion dương hình thành đều có khối lượng m và điện tích e, tỷ số m/eđược gọi là số khối z Bằng cách nào đó, tách các ion có số khối khác nhau rakhỏi nhau và xác định được xác suất có mặt của chúng rồi vẽ đồ thị biểu diễnmối liên quan giữa các xác suất có mặt (hay cường độ I) và số khối z thì đồthị này được gọi là phổ khối lượng

- Ion hoá mẫu

Mẫu sau khi đã hoá hơi được dẫn vào buồng ion hoá để biến các phân

tử trung hoà thành các ion Quá trình này được thực hiện theo một số phươngpháp như:

12

- Phương pháp va chạm electron: mẫu chất ở dạng hơi được dẫn vàotrong một buồng, ở đây có một dòng e mang năng lượng chuyển động vuônggóc với mẫu và xảy ra va chạm giữa chúng, biến các phân tử trung hoà thànhcác ion phân tử hoặc các ion mảnh Năng lượng của dòng e vào khoảng 10evđến 100ev Sau đó dòng ion mới được tạo ra, chạy qua một điện trường E đểlàm tăng tốc độ chuyển động, thế của điện trường được gọi là thế tăng tốc U.

- Phương pháp ion hoá hoá học: cho dòng phân tử khí va chạm với mộtdòng ion dương hoặc ion âm để biến các phân tử trung hoà thành ion Trongquá trình này, trước tiên phải biến các phân tử khí metan thành ion, sau đó cácion này mới va chạm với các phân tử mẫu

- Phương pháp ion hoá trường: cho mẫu dạng hơi đi qua giữa hai điệncực cảm ứng có một điện trường mạnh, dưới tác dụng của lực tĩnh điện, phân

tử trung hoà sẽ biến thành các ion dương

- Phương pháp ion hoá proton: cho dòng phân tử mẫu dạng hơi va đập với dòng photon có năng lượng khoảng 10ev sẽ xảy ra quá trình ion hoá

- Phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh: một dòng khí agon hayxenon được bắn ra từ một khẩu súng đập thẳng vào mẫu hoà tan trong dungmôi như glixerin Trước tiên các phân tử dung môi bị ion hoá rồi chính nó ionhoá phân tử mẫu thành các ion tiếp theo

- Detectơ

Các ion đi ra từ bộ phận tách có cường độ nhỏ nên cần khuyếch đại đểphát hiện Một trong những thiết bị này là máy nhân electron Nó tạo ra các ethứ cấp khi có e ban đầu đập vào bề mặt tấm kim loại

- Ghi nhận tín hiệu

Các tín hiệu từ bộ khuyếch đại truyền ra được nạp vào bộ nhớ máy tính

và xử lý kết quả rồi in ra phổ Các phổ được biểu diễn dưới dạng phần trămbasic (%B), đỉnh cao nhất có cường độ 100%, các đỉnh khác nhỏ hơn Dạngphổ MS có hình dạng sau:

- Nguyên lý cấu tạo khối phổ kế

-Tách ion theo khối lượng

-Nhận biết các ion bằng detectơ

c Phân loại các ion

- Ion phân tử

Ion phân tử được hình thành do mất đi 1 electron, cho nên khối lượngcủa nó chính là khối lượng của phân tử hay trọng lượng phân tử, được kí hiệu

là M+ Ion phân tử có các tính chất sau:

-M+ là ion có khối lượng lớn nhất chính là trọng lượng phân tử

-M+ là ion với thế xuất hiện nhỏ nhất

- M+ là số chẵn nếu phân tử không chứa dị tố N hay chứa một số chẵn

- Ion đồng vị

Ion phân tử của các hợp chất không phải chỉ là vạch riêng lẻ vì cácnguyên tử chứa trong hợp chất thiên nhiên đều tồn tại đồng vị như 13C bêncạnh 12C, 15N bên cạnh 14N, 17O, 18O bên cạnh 16O, 37Cl bên cạnh 35Cl

Các đồng vị tồn tại trong tự nhiên với các tỷ lệ khác nhau cho nên bêncạnh vạch chính ứng với ion M+ còn có các vạch (M+1)+ và (M+2)+… vớicường độ nhỏ hơn Chiều cao của các vạch phụ này tỷ lệ với sự có mặt củacác đồng vị trong phân tử Người ta dựa vào các đặc điểm này để tính côngthức cộng của các hợp chất nhờ phương pháp khối phổ

m* mà m* = m22/m1 Nhờ m* ta có thể khẳng định được m2 là do m1 sinh ra

d Ứng dụng của Phương pháp phổ khối lượng.

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

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

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

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

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

1.2 Tổng quan về quinolin và tropolon

1.2.1 Quinolin

a Giới thiệu chung về quinolin

Quinolin đã được biết đến từ năm 1834 khi Runge tách được từ nhựathan đá [1] Từ đó đến nay, hoá học các hợp chất dị vòng quinolin phát triểnmạnh và đem lại nhiều kết quả đáng quan tâm, đặc biệt là trong hoá dược

Mặc dù quinolin có trong nhựa than đá, song những hợp chất thiênnhiên quan trọng chứa khung quinolin là những ankaloit

Trong vỏ rễ cây Cinchona officinalis có hàng chục ankaloit, trong đó cóhai cặp đối quang đáng chú ý là cặp cinconin/ cinconiđin và cặp quinin/quiniđin

H

H R

4

Quinin là thuốc trị sốt rét, người ta biết dùng chế phẩm này từ đầu thế

kỉ XVII, nhưng phải hơn 100 năm sau (1944) Woodward mới tổng hợp toànphần

Các dẫn xuất của 8-hiđroxiquinolin thường có biểu hiện hoạt tính sinhhọc khác nhau, đặc biệt là hoạt tính diệt khuẩn, diệt nấm Đó là các phức selatcủa 8-hiđroxiquinolin, các dẫn xuất halogen và nhiều dẫn xuất khác

Phức selat của 8-hiđroxiqunolin với đồng (II) được dùng để phòng nấm

Quinin và cinconin là những hợp chất thiên nhiên chứa vòng quinolin

được dùng để trị bệnh sốt rét Phỏng theo cấu trúc của chất này, người ta đã

thành công trong việc tìm kiếm những thuốc tổng hợp có hoạt tính tương tự

mà ưu việt hơn, như cloquin, plasmoquin, pentaquin,…

Một số dẫn xuất của acriđin cũng biểu hiện hoạt tính chống sốt rét

Một số dẫn xuất khác nhau của 4-aminoquinolin có hoạt tính giảm đau,

hạ sốt, kháng viêm, hạ huyết áp,… Chẳng hạn

4-amino-6,7-ddimetoxxiquinolin (amquinsin) và sản phẩm ngưng tụ với veratranđehit

(leniquinsin) là những tác nhân làm giảm huyết áp:

3

CH O 3

NH 2

Amquinsin

Acrifavin, một hỗn hợp của 3,6-điaminoacriđin và

3,6-điamino-10-metylacriđini clorua, là một thuốc nhiễm trùng

Lí thú là p-đimetylaminostirylquinolin và muối amoni iođua bậc bốn có

tác dụng ức chế sự phát triển của các khối u và được dùng trong điều trị bệnh

Cyanin là một nhóm phẩm nhuộm quan trọng dùng trong kĩ thuật ảnhmàu, vì chúng chứa cấu trúc có khả năng hấp thụ ánh sáng ở vùng khả kiến vàhồng ngoại Hai chất tiêu biểu là cyanin và pinacynol:

b Một số phương pháp tổng hợp quinolin [1,11]

- Đi từ arylamin và hợp chất cacbonyl α , β -không no Tổng hợp

Skraup và tổng hợp Doebner-von Miller

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

NH

18

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Phương pháp chung để tổng hợp các axit quinolin-4-cacboxylic có nhóm

thế ở vị trí số 2 hoặc cả hai vị trí 2 và 3, là ngưng tụ axit isatinic mới sinh ra từ

isatin với các hợp chất metylen-xeton như tổng hợp Friedlander [11,1]

- Đi từ các dẫn xuất của inđole

Quinolin có thể được tổng hợp từ một số dị vòng khác, đặc biệt từ các

dẫn xuất của inđole Chẳng hạn inđole tác dụng với ddiclororrocacben sinh ra

Việc nghiên cứu tổng hợp các hợp chất dị vòng có hoạt tính sinh học

được các nhà hoá học trong nước bắt đầu nghiên cứu từ lâu Trong thời gian

gần đây họ rất chú trọng nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất của các hợp chất

dị vòng chứa nitơ, đặc biệt là quinolin Trong số đó có rất nhiều giáo sư có uy

tín trong làng hoá học hữu cơ nước ta như GS.TSKH Nguyễn Minh Thảo,

GS.TSKH Nguyễn Đình Triệu, GS TSKH Ngô Thị Thuận, v.v

Năm 2000, GS.TSKH Nguyễn Đình Triệu cùng nhóm nghiên cứu Khoa

tổng hợp được một số fomazan chứa dị vòng quinolin và chứng minh nhiềutính chất lý thú của hợp chất này [12].

19

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

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

và đóng góp nhiều kết quả lý thú

N

O O

Ind Ind: Indolyl-3; 2-metylindolyl-3; 2-phenylindolin-3; N-benzylindolyl-3Kết quả cho biết, đa số dẫn xuất quinolin tương tự flavon trên có hoạttính kháng khuẩn cao và ở nhiều nồng độ khác nhau đối với các chủng loạikhuẩn Escherichia coli, Pseudomonas roginorz (trực khuẩn mủ xanh) vàstaphylococcus aureus [13]

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

số dẫn xuất cảu 3-axetyl-4-hiđroxi-N-phenyl-quinolin-2-on [14-16]

1.2.2 Tropolon

a Vài nét về cấu tạo của tropolon [27]

Tropolon là một dẫn xuất của tropon, có ba đồng phân

O OH

1,2- tropolonMomen lưỡng cực của nó là 3,7D Về cơ bản troponon là một axit yếu

có Ka ≈ 10-7 Tropolon được xếp vào lớp hợp chất nonbenzenoid thơm, song

nó không tuân theo đầy đủ cấu trúc công thức được đưa ra của loại hợp chấtnày Tropolon còn có nhiều cấu trúc cộng hưởng khác mang đặc trưng riêng

Tropolon được hình thành từ sự lai ghép tất cả các cấu trúc cộng hưởng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

O O

Trong cấu trúc của tropolon có liên kết hydro nội phân tử bền vững được mô tả như sơ đồ dưới đây

O O

b Một số ứng dụng của dẫn xuất tropolon

Tropon và tropolon trong tự nhiên chủ yếu dưới dạng các ancaloit(troponoit, tropolonoit) có trong thực vật, nấm, v.v Đa số những hợp chất đóthể hiện những hoạt tính sinh học quí giá và đã được sử dụng làm thành phầnmột số loại thuôc kháng sinh, thuốc chống ung thư, kháng khuẩn [17] Trong

số đó Colchicin được chiết xuất từ hoa Colchium autumnale (mọc ở vùng núiUran, Krưm thuộc Ucraina,v.v) được sử dụng để chữa bệnh viêm khớp Hiệnnay nó được sử dụng làm thuốc chữa bệnh gout cấp tính, bệnh viêm gan C và

có hoạt tính chống khuẩn Mito [18,19] Ngoài ra, colchicin được sử dụngtrong các bệnh ngoài da ví dụ như actinic keratoses, bệnh vẩy nến…Chính vìvậy, từ các thập niên 60-70 đến nay nhiều công trình nghiên cứu về cấu trúccũng như hoạt tính sinh học của các hợp chất hữu cơ có chứa hệ tropolon đãđược đăng tải trên các tạp chí quốc tế uy tín[20,21] Dưới đây là một số ví dụ

về các hợp chất có chứa hệ tropon và tropolon đã biết

O

R RO

Tropon R=H Tropolon R=OH

O R

HOOC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

Gần đây, một số nghiên cứu đã khẳng định một số phức bạc (I), nhôm (III) và coban (II) với 4-isopropyltropolon có khả năng kháng khuẩn rất tốt[22]. Hinokitiol (β-thujaplicin) là một tropolon tự nhiên có trong cây tùngbách có khả năng chống ung thư và thiếu máu cục bộ Nhóm các nhà khoahọc Hy lạp Maria Koufaki, Elissavet Theodorou tại Institute of Organic andPharmaceutical Chemistry Athens tổng hợp và nghiên cứu khả năng bảo vệthần kinh của một số dẫn xuất β-Thujaplicin (4-isopropyl-1,2-tropolon) và đã

có kết luận chỉ có dẫn xuất piperazin của β-Thujaplicin có khả năng bảo vệ tếbào thần kinh khỏi sự oxi hóa do stress gây ra [23]

O HO

 − thujaplicin

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

có tác dụng ức chế chống bệnh viêm gan C [24] và có hoạt tính kháng khuẩn

và côn trùng, kháng virus, kháng nấm Chúng đã được biết và sử dụng rộngrãi trong nông nghiệp, sản phẩm lâm sàng, mỹ phẩm và các khu vực khác[25]

c Phương pháp tổng hợp α-tropolon

Phương pháp đầu tiên để điều chế 1,2-tropolon xây dựng trên nền tảngbiến đổi từ xicloheptan-1,2-đion [26] Xicloheptan-1,2-đion thu được từ phảnứng oxi hoá xicloheptanon bằng SeO2 Brom hoá bằng Brom [27] hoặc N-Bromsucxinimit [28] sau đó thực hiện phản ứng tách HBr trong điều kiện cóchất xúc tác ở nhiệt độ cao hay có mặt của bazơ sẽ tạo ra 1,2-tropolon Phảnứng này cũng có thể áp dụng một số dẫn xuất khác của 1,2-tropolon nhưng dogiai đoạn brom hoá và giai đoạn đehiđrobrom hoá xảy ra với hiệu suất rất thấpcho nên hiệu suất tổng thể cũng rất thấp

COOH (CH 2 ) 6 COOH

SeO 2

O O

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn