Luận văn này tập trung nghiên cứu phân tích các sản phẩm tạo thành của phản ứng giữa Bis (1- Naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động bằng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ. Mời các bạn cùng tham khảo!
Trang 1ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
LÊ THỊ THÙY DƯƠNG
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ LỎNG KHỐI PHỔ (LC- MS/MS) ĐỂ PHÂN TÍCH CÁC SẢN PHẨM TẠO THÀNH CỦA
PHẢN ỨNG GIỮA DẪN XUẤT BIS (1-NAPHTHALDEHYDE)
VÀ HỢP CHẤT CHỨA NGUYÊN TỬ HIDRO LINH ĐỘNG
Trang 2
LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu khoa học này được thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa học Hữu cơ
2 – Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội
Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Tiến Sĩ Đào Thị Nhung là giáo viên hướng dẫn đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn, truyền đạt nhiều kinh nghiệm quý báu, quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài này
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Hóa trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên nói chung và khoa Hóa phân tích nói riêng đã giảng dạy và trang bị cho em những kiến thức quý giá trong suốt quá trình học
Em xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ 2, trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã giúp đỡ em trong quá trình thực nghiệm đề tài
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn Hội đồng khoa học đã giúp đỡ em bảo
vệ thành công đề tài này
Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2018
Lê Thị Thùy Dương
Trang 4DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 1.1 Sản phẩm định hướng tổng hợp của phản ứng của dẫn xuất
Bis (1- Naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động - 20
Sơ đồ 1.2 Sản phẩm trung gian của phản ứng của dẫn xuất Bis (1- Naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động - 21
Sơ đồ 3.1 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất bis (1-naphthadehyde) - 31
Sơ đồ 3.2 Phản ứng của A3 với thioure - 34
Sơ đồ 3.3 Phản ứng của A3 và N-methylthioure - 35
Sơ đồ 3.4 Phản ứng giữa A3 và hợp chất keton - 36
Sơ đồ 3.5 Phản ứng của A3 và ethylacetoacetate - 37
Sơ đồ 3.6 Phản ứng của A3 và methylethylketone - 40
Sơ đồ 3.7 Phản ứng của A3 và dibenzylketone - 45
Sơ đồ 3.8 Phản ứng của A3 và cyclohexanone - 49
Sơ đồ 3.9 Phản ứng của A3 và acetylacetone - 50
Sơ đồ 3.10 Phản ứng của A3 và malonamide - 53
Sơ đồ 3.11 Phản ứng của A3 và Dimethythioure - 55
Sơ đồ 3.12 Phản ứng của A3 và aminoguanidine hydrochloride - 56
Sơ đồ 3.13 Phản ứng của A3 và guanidine sulfate - 58
Trang 5DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Hệ thống LC/MS - 13
Hình 1.2 Cấu tạo đầu phun ESI - 13
Hình 1.3 Chế độ ion hóa phun mù vào điện trường ESI - 14
Hình 1.4 Cấu tạo hệ thống LC-MS - 15
Hình 1.5 Cấu tạo bộ tứ cực - 16
Hình 1.6 Thiết bị khối phổ MS/MS - 17
Hình 2.1 Quy trình xử lý mẫu từ dung dịch phản ứng - 25
Hình 3.1 Phổ IR của hợp chất A3 - 31
Hình 3.2 Phổ 1H-NMRcủa A3 - 32
Hình 3.3 Phổ giãn của hợp chất A3 - 32
Hình 3.4 Phổ 13C-NMR của A3 - 33
Hình 3.5 Phổ MS của A3 - 33
Hình 3.6 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và thioure. - 35
Hình 3.7 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và N-methylthioure - 36
Hình 3.8 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và ethylacetoacetate (1) 38
Hình 3.9 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và ethylacetoacetate (2) 38
Hình 3.10 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và ethylacetoacetate (3) 39
Hình 3.11 Phổ IR sản phẩm (1-1) tách ra được - 39
Hình 3.12 Phổ 1H-NMR sản phẩm (1-1) tách ra được - 40
Hình 3.13 Phổ 13C-NMR sản phẩm (1-1) tách ra được - 41
Hình 3.14 Phổ MS sản phẩm (1-1) tách ra được - 41
Hình 3.15 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và methylethylketone (1) - 43
Hình 3.16 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và methylethylketone(2) - 43 Hình 3.17 Phổ 1H-NMR sản phẩm (2-1) tách ra được - 44
Hình 3.18 Phổ 13C-NMR sản phẩm (2-1) tách ra được - 45
Hình 3.19 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và dibenzylketone - 46
Hình 3.20 Phổ 1H-NMR sản phẩm (3-1) tách ra được - 47
Hình 3.21 Phổ 13C-NMR sản phẩm (3-1) tách ra được - 48
Hình 3.22 Phổ MS của sản phẩm (3-1) tách ra được - 48
Hình 3.23 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và cyclohexanone - 50
Trang 6Hình 3.25 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và acetylacetone (2) - 52
Hình 3.26 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và acetylacetone (3) - 52
Hình 3.27 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và acetylacetone (4) - 53
Hình 3.28 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và malonamide (1) - 54
Hình 3.29 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và malonamide (2) - 55
Hình 3.30 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và Dimethylure - 56
Hình 3.31 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và aminoguanidine hydrochloride 57
Hình 3.32 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và guanidine sulfate 58
Trang 7DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Điều kiện phân tích trên thiết bị LTQ Orbitrap XL - 26 Bảng 3.1 Số khối m/z tìm thấy và hợp chất dự đoán tạo thành của phản ứng giữa
A3 và ethylacetoacetate - 37 Bảng 3.2 Số khối m/z tìm thấy và hợp chất dự đoán tạo thành của phản ứng giữa
A3 và methylethylketone - 42 Bảng 3.3 Số khối m/z tìm thấy và hợp chất dự đoán tạo thành của phản ứng giữa A3 và đibenzylketone - 44 Bảng 3.4 Số khối m/z tìm thấy và hợp chất dự đoán tạo thành của phản ứng giữa A3 và cyclohexanone - 49 Bảng 3.5 Số khối m/z tìm thấy và hợp chất dự đoán tạo thành của phản ứng giữa A3 và acetylacetone - 50 Bảng 3.6 Số khối m/z tìm thấy và hợp chất dự đoán tạo thành của phản ứng giữa A3 và malonamide - 54 Bảng 3.7 Số khối m/z tìm thấy và hợp chất dự đoán tạo thành của phản ứng giữa
A3 và aminoguanidine hydrochloride - 57
Trang 8MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT - 3
DANH MỤC SƠ ĐỒ -4
DANH MỤC HÌNH VẼ -5
DANH MỤC BẢNG -7
MỞ ĐẦU - 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ LỎNG KHỐI PHỔ - 11
1.1 SẮC KÝ LỎNG HAI LẦN KHỐI PHỔ (LC-MS/MS) - 11
1.1.1 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) - 11
1.1.2 Khối phổ (Mass Spectrometry) - 12
1.2 PHẢN ỨNG CỦA DẪN XUẤT BIS (1-NAPHTHADEHYDE) VÀ HỢP CHẤT CHỨA NGUYÊN TỬ HIDRO LINH DỘNG - 18
CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 22
2.1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT, CHẤT CHUẨN - 22
2.1.1 Thiết bị - 22
2.1.2 Dụng cụ - 22
2.1.3 Hóa chất - 22
2.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - 22
2.1.1 Mục tiêu chung - 22
2.1.2 Mục tiêu cụ thể - 23
2.3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 23
2.3.1 Nội dung nghiên cứu - 23
2.3.2 Đối tượng nghiên cứu - 23
2.3.3 Phương pháp nghiên cứu - 23
2.4 THỰC NGHIỆM - 24
2.4.1 Tổng hợp dẫn xuất bis(1-naphthaldehyde) (A3) - 24
2.4.2 Phản ứng của bis(1-naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro
Trang 9Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN - 31
3.1 TỔNG HỢP DẪN XUẤT BIS (1-NAPHTHADEHYDE) - 31
3.2 PHẢN ỨNG GIỮA BIS (1-NAPHTHADEHYDE) VÀ HỢP CHẤT CHỨA NGUYÊN TỬ HIDRO LINH ĐỘNG - 34
3.2.1 Phản ứng với các dẫn xuất thioure - 34
3.2.1.1 Phản ứng của A3 và thioure - 34
3.2.1.2 Phản ứng của A3 và N-methylthioure - 35
3.2.2 Phản ứng giữa A3 và hợp chất keton - 36
3.2.2.1 Phản ứng của A3 và ethylacetoacetate -37
3.2.2.2 Phản ứng của A3 và methylethylketone - 42
3.2.2.3 Phản ứng của A3 và dibenzylketone - 45
3.2.2.4 Phản ứng của A3 và cyclohexanone - 49
3.2.2.5 Phản ứng của A3 và acetylacetone - 50
3.2.2.6 Phản ứng của A3 và malonamide - 53
3.2.2.7 A3 và Dimethyure - 55
3.2.3 Phản ứng của A3 và dẫn xuất guanidine - 56
3.2.3.1 Phản ứng của A3 và aminoguanidine hydrochloride - 56
3.2.3.2 Phản ứng của A3 và guanidine sulfate - 58
Chương 4: KẾT LUẬN - 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO - 61
PHỤ LỤC -66
Trang 10MỞ ĐẦU
Phương pháp sắc ký lỏng khối phổ là một kỹ thuật sắc ký hiện đại, có độ nhạy
và tính chọn lọc cao, sử dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu bao gồm cả định tính
và định lượng Thiết bị gồm hai phần ghép nối là phần sắc ký (cho phép tách chất) và phần khối phổ (phát hiện chất) Bằng việc đo đạc tỉ lệ khối lượng trên điện tích của ion (m/z), phương pháp khối phổ cho phép xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của phân tử hợp chất; xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất; xác định cấu trúc của một hợp chất dựa trên các thành phần phân mảnh…
Các hợp chất crown ether được bắt đầu nghiên cứu tổng hợp từ năm 1967 bởi nhà hóa học Charles Pedersen Pedersen đã tổng hợp thành công crown ether và chứng minh được những ứng dụng quan trọng của hợp chất này trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật Kể từ đó đến nay, hóa học các hợp chất crown ether vẫn tiếp tục phát triển, nhiều cấu trúc mới đã được thiết lập với tiềm năng ứng dụng khác, đặc biệt là các hợp chất azacrown ether với sự thay thế của nguyên tử O trong vòng crown bằng nguyên tử Nitơ Phương pháp kinh điển để tổng hợp các dẫn xuất azacrown ether là
sử dụng phản ứng ngưng tụ đa tác nhân giữa các hợp chất dialdehit hoặc xeton với các hợp chất chứa hidro linh động trong dung môi thích hợp và sự có mặt của muối amonium acetate Phương pháp này có ưu điểm là rút ngắn được giai đoạn trung gian, tạo thành các sản phẩm dị vòng 6 cạnh như định hướng, dễ dàng thay đổi tác nhân phản ứng nên tạo ra thư viện lớn các hợp chất mới Tuy nhiên, quá trình phản ứng tạo thành nhiều sản phẩm phụ khác nhau Để xác định các sản phẩm tạo thành trong phản
ứng ngưng tụ đa tác nhân, trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành phân tích
các sản phẩm tạo thành của phản ứng giữa Bis (1- Naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động bằng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ Dựa
trên số khối m/z thu được và dựa vào thời gian lưu của các chất có thể xác định được
số lượng sản phẩm tạo thành trong quá trình phản ứng, từ đó dự đoán chiều hướng ưu tiên của phản ứng trong điều kiện thí nghiệm cũng như thay đổi các điều kiện tiến
Trang 11CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ LỎNG KHỐI PHỔ
1.1 SẮC KÝ LỎNG HAI LẦN KHỐI PHỔ (LC-MS/MS)
1.1.1 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao - HPLC (High Performance Liquid Chromatography) ra đời năm 1967-1968 trên cơ sở phát triển và cải tiến từ phương pháp sắc ký cột cổ điển HPLC là một phương pháp chia tách trong đó pha động là chất lỏng và pha tĩnh chứa trong cột là chất rắn đã được phân chia dưới dạng tiểu phân hoặc một chất lỏng phủ lên một chất mang rắn, hay một chất mang đã được biến bằng liên kết hóa học với các nhóm chức hữu cơ Phương pháp này ngày càng được
sử dụng rộng rãi và phổ biến vì: có độ nhạy cao, khả năng định lượng tốt, thích hợp tách các hợp chất khó bay hơi hoặc dễ phân hủy nhiệt [8]
Trong HPLC, pha tĩnh chính là chất nhồi cột làm nhiệm vụ tách hỗn hợp chất
Dựa vào sự khác nhau về cơ chế tách chiết sử dụng trong HPLC, người ta chia HPLC thành 4 loại:
- Sắc ký hấp phụ hay sắc ký lỏng rắn (adsorption/liquid chromatography)
- Sắc ký phân bố (partition chromatography)
- Sắc ký ion (ion chromatography)
- Sắc ký rây phân tử (size exclusion/gel permeation chromatography)
Trong đó, sắc ký phân bố (SKPB) được ứng dụng nhiều nhất vì có thể phân tích được những hợp chất từ không phân cực đến những hợp chất rất phân cực, hợp chất ion có khối lượng phân tử không quá lớn (<3000đ.v.C)
Sắc ký lỏng phân bố được chia thành hai loại dựa trên độ phân cực tương đối giữa pha tĩnh và pha động: sắc ký pha thường – SKPT (normal phase chromatography) và sắc Ký pha đảo – SKPĐ (reversed phase chromatography)
Trong SKPT, pha tĩnh sử dụng có độ phân cực cao, pha động kém phân cực Pha tĩnh loại này sẽ có ái lực với các hợp chất phân cực SKPT dùng để tách và phân tích các hợp chất có độ phân cực cao với phân tử lượng không lớn lắm
Sắc ký pha động (SKPĐ) là thuật ngữ để chỉ một loại sắc ký trong đó pha tĩnh ít phân cực hơn pha động Phương pháp này dùng phân tích các hợp chất từ không phân cực đến phân cực Hầu hết các hợp chất hữu cơ có mạch carbon dài (ít
Trang 12các dung môi phân cực, trong đó dung môi nước đóng vai trò quan trọng mà lại rẻ tiền Do đó, SKPĐ được ứng dụng nhiều và phổ biến hơn SKPT
Pha động trong sắc ký lỏng nói chung có những yêu cầu sau:
- Pha động phải trơ với pha tĩnh
- Hòa tan được mẫu
- Phải có độ tinh khiết cao
- Có độ nhớt thấp và phù hợp với detector hoặc phần nối tiếp sau
- Không quá đắt
Có thể chia pha động thành hai loại:
- Pha động có độ phân cực cao: có thành phần chủ yếu là nước, tuy nhiên để phân tích các chất hữu cơ, cần thêm các dung môi khác để giảm độ phân cực Pha động loại này được dùng trong sắc ký pha đảo
- Pha động có độ phân cực thấp là các dung môi ít phân cực như xyclopentane,
một thành phần đôi khi không đáp ứng được khả năng rửa giải, nên người ta thường phối hợp 2 hay 3 dung môi để có được dung môi có độ phân cực thấp đến cao phù hợp với phép phân tích và hỗn hợp mẫu phức tạp Sự thay đổi thành phần pha động đôi khi diễn ra theo thời gian, trường hợp này gọi là rửa giải gradient nồng độ
1.1.2 Khối phổ (Mass Spectrometry)
Khối phổ là loại thiết bị phân tích dựa trên cơ sở xác định khối lượng phân tử của các hợp chất hóa học bằng việc phân tách các ion phân tử theo tỷ số giữa khối lượng và điện tích (m/z) của chúng Các ion có thể tạo ra bằng cách thêm hay bớt điện tích của chúng như loại bỏ electron, proton hóa,…Các ion tạo thành này được tách theo tỉ số m/z và phát hiện, từ đó có thể cho thông tin về khối lượng hoặc cấu trúc phân tử hợp chất
Cấu tạo của một thiết bị khối phổ gồm 3 thành phần chính: nguồn ion, bộ phận phân tích phổ và bộ phận phát hiện Trước hết các mẫu được ion hóa trong nguồn ion, sau đó đưa về bộ phận phân giải phổ để tách các ion theo tỷ số m/z Sau đó các ion đi
Trang 13- Chế độ ion hóa đầu phun điện tử (ESI)
Đầu phun điện tử (electrospray ionization – ESI)
Hình 1.2 Cấu tạo đầu phun ESI
Trong đó:
dung môi pha động của HPLC tạo dạng sương mù
5 lit/phút, thổi khô, hóa hơi toàn bộ sương mù
+ Capilary: Ống mao quản được áp thế 2,5 kV để hút các ion phân tử Phụ thuộc dạng ion phân tử là positive/negative mà chiều điện trường có chiều ngược lại
Trang 14- Tạo thành các giọt mang điện tích
- Làm giảm kích thước của hạt và phân nhỏ các hạt
- Quá trình hình thành pha hơi các ion
Khi dung dịch mẫu ra khỏi cột sắc ký, được đưa vào ống mao quản bằng kim loại Đầu mao quản này được áp điện thế cao (4-6kV) Khi điện tích dư trên đầu mao quản vượt qua sức căng bề mặt của dịch mẫu thì sẽ tạo thành các giọt mang điện tích Tiếp đó các giọt mang điện tích này được làm giảm kích thước nhờ hai quá trình liên
bắn phá của các giọt điện tích cùng dấu Cuối cùng dẫn đến sự hình thành pha hơi của các ion Nhờ lực hút tĩnh điện mà các ion này được dẫn vào bộ phận phân tích khối
Hình 1.3 Chế độ ion hóa phun mù vào điện trường ESI
Có hai kiểu ion chính là chế độ ion dương (+) và ion âm (-) Chế độ ion dương thường cho nhiều thông tin hơn về ion nghiên cứu
- Chế độ ion dương:
+ Phù hợp phân tích các loại hợp chất có tính bazơ
[M+NH4] +…
- Chế độ ion âm phù hợp
Trang 15khối phổ thu được trên sắc ký đồ thường là các pic ion giả phân tử và rất ít các phân mảnh Vì vậy kỹ thuật này rất thích hợp cho việc sàng lọc sự có mặt của nhiều hợp chất khác nhau trong dung dịch
- Chế độ ion hóa hóa học ở áp suất khí quyển (APCI)
Ion hóa hóa học ở áp suất khí quyển (atmospheric pressure chemical ionization – APCI) hoạt động theo nguyên tắc sau: Hoạt chất cần phân tích trong pha động sau khi ra khỏi cột sắc khí HPLC, qua ống mao quản kết hợp khí trơ ở áp suất cao (60 psi) Khi ra khỏi ống mao quản pha động chuyển thành ống sương mù Các hạt sương nhỏ được khí trơ ở nhiệt độ cao chuyển hóa hoàn toàn thành thể khí Ở áp suất khí quyến, tại đầu que phóng điện Corona (đặt áp suất rất lớn 3-6 kV) tập trung điện trường rất mạnh các cấu tử xảy ra ion hóa hóa học
Tại đây có sự trao đổi proton để thành ion dương MH+ và trao đổi electron
*Bộ phận phân tích khối phổ
Máy phân tích khối phổ hay chính xác hơn máy phân tích “tỉ lệ khối lượng theo điện tích (m/z) của ion là thiết bị phân tích dựa trên sự chuyển động của các ion trong môi trường chân không
Các máy phân tích khối phổ thường được phân loại tùy vào việc tách các ion mang điện theo phương pháp nào Ở đây ta chỉ xét thiết bị thông dụng là khối phổ tứ cực (quadrupole mass spectrometer) Để rõ đặc điểm của LC-MS/MS (2 lần khối
phổ) ta xét thiết bị LC-MS (một lần khối phổ) trước
Hình 1.4 Cấu tạo hệ thống LC-MS
Phần quan trọng nhất là bộ lọc tứ cực (quadrupole mass spectrometer) Sự ion hóa mẫu xảy ra tại nguồn ion hóa Các ion được phân tích bởi bộ tứ cực trước khi tới
Trang 16Hình 1.5 Cấu tạo bộ tứ cực
Bộ tứ cực gồm hai trục hình trụ đặt song song với nhau một cách chính xác hai đầu đặt lên giá đỡ Từng cặp thanh đối diện được nối điện với nhau Điện xoay chiều được áp lên cả 4 thanh, nhưng thanh gắn cực âm đối diện 180o với thanh gắn cực dương Các thanh mang điện (+) hay (-) phụ thuộc vào điện thế một chiều áp lên Mỗi
điện áp trên mỗi thanh cũng thay đổi tương ứng Do ảnh hưởng của lực điện từ trường các ion vừa di chuyển trong không gian nằm giữa các thanh trụ vừa dao động quanh trục tâm Mỗi giá trị điện áp được áp lên chỉ có những ion có tỉ số m/z thích hợp mới
đi qua bộ tứ tới detector Khi ta chọn mảnh m/z đặc trưng cho chất được nghiên cứu thì phần mềm chuyển tỷ số này thành sự thay đổi tần số và điện thế áp lên bộ tứ cực
để ion quan tâm được dao động cộng hưởng để di chuyển qua tứ cực và tới bộ phân ghi nhận tín hiệu
*Ưu điểm
Kỹ thuật MS một lần không nghiên cứu được cơ chế phân mảnh, sự khác biệt
giữa các đồng phân, xác định thêm chi tiết cấu trúc hóa học, chịu ảnh hưởng rõ rệt nền mẫu chất phân tích, do kỹ thuật ion hóa êm dịu nên khối đồ phổ chỉ cho thấy các ion phân tử…[19]
Kỹ thuật MS/MS (2 lần) khắc phục được những nhược điểm này đồng thời tăng thêm độ nhạy (cỡ fentogram), tăng độ chính xác kết quả loại bỏ ảnh hưởng của nền mẫu
Trang 17các ion thứ cấp (product ion) tiếp theo MS thứ hai sẽ phân tách các ion này Những ion mong muốn sẽ đi đến detector và chuyển thành tín hiệu [13,14]
Hình 1.6 Mô hình thiết bị khối phổ MS/MS
Trong đó:
+ Rough pump: bơm chân không sơ cấp hút loại bỏ các chất không ở dạng ion như dung môi, các cấu tử bền không bị ion hóa…
+ Turbo pump: bơm chân không thứ cấp tạo môi trường chân không sâu 2,7x
+ Collision cell: Nơi các ion bị phân mảnh do va chạm với khí Ar 99,999%
*Bộ phận phát hiện
Sau khi đi ra khỏi thiết bị phân giải phổ, các ion được đưa tới phần cuối của thiết bị khối phổ là bộ phận phát hiện ion Bộ phận phát hiện cho phép khối phổ tạo ra một tín hiệu của các ion tương ứng từ các electron thứ cấp đã được khuếch đại hoặc tạo ra một dòng điện do điện tích di chuyển Có hai loại bộ phận phát hiện phổ biến: bộ phận phát hiện nhân electron (electron multipler) và bộ phận phát hiện nhân quang (photo multipler)
Bộ phận phát hiện nhân electron là một trong những detector phổ biến nhất, có
độ nhạy cao Một ion đập vào bề mặt diot làm bật ra các electron Các electron thứ cấp sau đó được dẫn tới các diot tiếp theo và tạo ra các electron thứ cấp nhiều hơn nữa, tạo thành dòng electron (1-106)
Bộ phận phát hiện nhân quang cũng giống như thiết bị nhân electron, các ion ban đầu đập vào một diot tạo ra dòng electron Khác với detector nhân electron các electron sau đó sẽ va đập vào một màn chắn phosphorus và giải phóng ra các nhân electron Số lượng các poton tỷ lệ với cường độ tín hiệu Ưu điểm của phương pháp này là các ống nhân quang được đặt trong chân không nên loại bỏ được các khả năng nhiễm bẩn
Trang 181.2 PHẢN ỨNG CỦA DẪN XUẤT BIS (1-NAPHTHADEHYDE) VÀ HỢP CHẤT CHỨA NGUYÊN TỬ HIDRO LINH DỘNG
Phản ứng ngưng tụ đa tác nhân hiện nay được coi là một công cụ hữu hiệu trong việc tổng hợp những phân tử có cấu trúc phức tạp, với sự đa dạng và phong phú
về các nhóm chức, bởi chỉ bằng một quá trình từ các dẫn xuất chứa nhóm cacbonyl, cacboxyl, amin hay xyan … chúng ta có thể thu được sản phẩm mong muốn Với các kết quả nghiên cứu được công bố trên thế giới, chúng tôi nhận thấy rằng các phản ứng ngưng tụ đa tác nhân thường tập trung vào sử dụng các chất ban đầu có chứa nhóm cacbonyl, các amin và các dẫn xuất có chứa nguyên tử hydro linh động (các nhóm
điểm nữa của phản ứng ngưng tụ đa tác nhân đó là rút ngắn được thời gian phản ứng, giảm thiểu sản phẩm phụ thải ra môi trường, giảm lượng hóa chất cần thiết cho mục đích tổng hợp sản phẩm Có thể nói đây là một phương pháp thân thiện với môi trường và có hiệu quả kinh tế cao hơn so với phương pháp tổng hợp truyền thống
Rất nhiều các phản ứng ngưng tụ đa tác nhân sau đó đã được phát triển và trở thành các phương pháp tổng hợp kinh điển đối với hóa học ngày nay
Bảng 1.1 Một số phản ứng ngưng tụ đa tác nhân là phương pháp tổng hợp kinh điển
Trang 20hoạt tính sinh học tốt trên một số dòng ung thư [3,4,28,34,43]
Sơ đồ 1.1 Sản phẩm định hướng tổng hợp của phản ứng của dẫn xuất
Bis (1- Naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động
C=NH đều là các hidro linh động
Bên cạnh sản phẩm chính định hướng tạo thành như sơ đồ 1, còn có nhiều sản phẩm trung gian Cơ chế phản ứng tương tự như phản ứng Hantzch
Sơ đồ 1.2 Sản phẩm trung gian của phản ứng của dẫn xuất Bis (1- Naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động
Trang 21Các sản phẩm tạo thành có số khối m/z khác nhau, đo đó bằng phương pháp phổ khối lượng có thể nhận biết được sự có mặt của các sản phẩm tạo thành
Trang 22CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT, CHẤT CHUẨN
2.1.1 Thiết bị
- Hệ thống sắc ký lỏng khối phổ LTQ Orbitrap XL, ThermoScientific XL, USA
+ Phần sắc ký lỏng: Accela Autosampler và Accela pump; hệ dung môi sắc ký
+ Detectơ: Ion trap
+ Cột tách: Hypersil Gold C18, Mỹ với các thông số: chiều dài cột 5cm, đường kính trong 2,1 mm, cỡ hạt 1,9 μm
- Ống nghiệm cô đuổi dung môi Kuderna Danish: 10ml
- Dụng cụ thủy tinh: bình cầu 100ml; ống đong 100ml, 250ml, 500ml; cốc thủy tinh 100ml – 1000ml; sinh hàn hồi lưu, cột tách
- Bản mỏng sắc ký TLC: TLC Silica gel 60 F254 (Aluminium sheets 20 x 20
cm, Merck) 1 hộp 25 tấm
- Ống mao quản chấm bản mỏng
2.1.3 Hóa chất
2.1.3.1 Hóa chất dùng cho tổng hợp
methylethylketone…hãng Merk, được mua và dùng ngay không cần tinh chế
- Các dung môi DMF, n-hexane, ethylacetate, dichloromethan được mua của hãng Daejung, Hàn Quốc loại PA
2.1.3.2 Hóa chất sắc ký
Trang 23- Nước cất: nước cất deion hóa
2.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
2.1.1 Mục tiêu chung
Sử dụng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ để phân tích cấu trúc các sản phẩm tạo thành của phản ứng giữa dẫn xuất bis(1-naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động
2.1.2 Mục tiêu cụ thể
Phân tích, nghiên cứu cấu trúc của các sản phẩm tạo thành trong phản ứng của dẫn xuất bis(1-naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động bằng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ trên thiết bị LTQ Orbitrap XL
2.3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1 Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu của đề tài, các nội dung cần thực hiện bao gồm:
- Tổng quan về phản ứng giữa dẫn xuất bis(1-naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động; tầm quan trọng của việc phân tích cấu trúc các sản phẩm của phản ứng nghiên cứu
- Tổng quan về phương pháp sắc ký lỏng khối phổ trong nghiên cứu và xác định cấu trúc sản phẩm
- Nghiên cứu khảo sát các sản phẩm phản ứng trên máy sắc ký lỏng- khối phổ
để xác định cấu trúc dự kiến tạo thành:
+ Điều kiện cột
+ Chương trình pha động
+ Các tín hiệu m/z tạo thành
2.3.2 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài các sản phẩm tạo thành trong phản ứng của dẫn xuất bis(1-naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động
2.3.3 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng hợp đa tác nhân
- Phương pháp phân tích các chất hữu cơ bằng sắc ký lỏng khối phổ
Trang 242.4 THỰC NGHIỆM
2.4.1 Tổng hợp dẫn xuất bis(1-naphthaldehyde) (A3)
nhiệt độ thường trong 30 phút Sau đó thêm 3g (17,5mmol) chất (1), tăng nhiệtlên
độ phòng, làm lạnh hỗn hợp bằng nước đá Lọc chất rắn màu trắng thu được trên phễu Buchner, rửa nhiều lần bằng nước Kết tinh trong hệ dung môi DCM/EtOH=2/1 Rf=0.5 Khối lượng sản phẩm là m= 2,73 g, hiệu suất H=75%
2.4.2 Phản ứng của bis(1-naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động
*Quy trình chung:
bếp cách thủy Lấy mẫu phân tích trong quá trình phản ứng
Trang 252.4.3 Phân tích trên thiết bị LCMSMS
2.4.3.1 Xử lý mẫu
Hình 2.1 Quy trình xử lý mẫu lấy ra từ dung dịch phản ứng
1 500mL hỗn hợp DCM+ACN (4:1) (dung môi sắc ký)
Tách lấy pha hữu cơ
Trang 262.4.3.2 Kết quả phân tích
* Điều kiện phân tích
Bảng 2.1 Điều kiện phân tích trên thiết bị LTQ Orbitrap XL
A Hệ thống sắc ký lỏng (Injector)
B: Nước chứa 0,1% formic axit
B Detector MS (ESI –source)
Chế độ đo: Full scan
Trang 27-* Kết quả thực nghiệm
- Phản ứng của A3 và thioure:
cách thủy, theo dõi tiến trình phản ứng bằng TLC (H/E=1:1) Sau 6h hồi lưu, lấy mẫu phân tích trên thiết bị, xử lý mẫu theo quy trình hình 2.1
- Phản ứng của A3 và Methylthioure:
hỗn hợp trên bếp cách thủy, theo dõi tiến trình phản ứng bằng TLC (H/E=1:1) Sau 6h hồi lưu, lấy mẫu phân tích trên thiết bị, xử lý mẫu theo quy trình hình 2.1
- Phản ứng của A3 và ethylacetoacetate:
Trang 28hỗn hợp trên bếp cách thủy, theo dõi tiến trình phản ứng bằng TLC (H/E=1:1) Sau 6h hồi lưu, lấy mẫu phân tích trên thiết bị, xử lý mẫu theo quy trình hình 2.1
- Phản ứng của A3 và methylethylketone:
methylethylketone, 5ml EtOH khan vào bình cầu Đun hồi lưu hỗn hợp trên bếp cách thủy, theo dõi tiến trình phản ứng bằng TLC (H/E=1:2) Sau 4h hồi lưu, lấy mẫu phân tích trên thiết bị, xử lý mẫu theo quy trình hình 2.1
- Phản ứng củaA3 và dibenzylketone:
dibenzylketone, 5ml EtOH khan vào bình cầu Đun hồi lưu hỗn hợp trên bếp cách thủy, theo dõi tiến trình phản ứng bằng TLC (H/E=1:2) Sau 6h hồi lưu, lấy mẫu phân tích trên thiết bị, xử lý mẫu theo quy trình hình 2.1
- Phản ứng của A3 và cyclohexanone:
Trang 29Cho 0,15g (0,36mmol) chất (A3), 0,5g NH4OAc; 36mg (40µL, 0,43mmol) cyclohexanone, 5ml EtOH khan vào bình cầu Đun hồi lưu hỗn hợp trên bếp cách thủy, theo dõi tiến trình phản ứng bằng TLC (H/E=1:4) Sau 4h hồi lưu, lấy mẫu phân tích trên thiết bị, xử lý mẫu theo quy trình hình 2.1
- Phản ứng của A3 và acetylacetone:
acetylacetone, 5ml EtOH khan vào bình cầu Đun hồi lưu hỗn hợp trên bếp cách thủy, theo dõi tiến trình phản ứng bằng TLC (H/E=1:2) Sau 6h hồi lưu, lấy mẫu phân tích trên thiết bị, xử lý mẫu theo quy trình hình 2.1
- Phản ứng của A3 và malonamide:
malonamide, 5ml EtOH khan vào bình cầu Đun hồi lưu hỗn hợp trên bếp cách thủy, theo dõi tiến trình phản ứng bằng TLC (H/E=1:3) Sau 6h hồi lưu, lấy mẫu phân tích trên thiết bị, xử lý mẫu theo quy trình hình 2.1
- Phản ứng của A3 và Dimethylure:
Trang 30Cho 0,12g (0,29mmol) chất (A3), 0,5g NH4OAc; 26mg (0,35mmol) Dimethylure, 5ml EtOH khan vào bình cầu Đun hồi lưu hỗn hợp trên bếp cách thủy, theo dõi tiến trình phản ứng bằng TLC (H/E=1:2) Sau 4h hồi lưu, lấy mẫu phân tích trên thiết bị, xử lý mẫu theo quy trình hình 2.1
- Phản ứng của A3 và Aminoguanidine hydrochloride:
Aminoguanidine hydrochloride, 5ml EtOH khan vào bình cầu Đun hồi lưu hỗn hợp trên bếp cách thủy, theo dõi tiến trình phản ứng bằng TLC (H/E=1:1) Sau 4h hồi lưu, lấy mẫu phân tích trên thiết bị, xử lý mẫu theo quy trình hình 2.1
- Phản ứng của A3 và guanidine sulfate:
sulfate, 5ml EtOH khan vào bình cầu Đun hồi lưu hỗn hợp trên bếp cách thủy, theo dõi tiến trình phản ứng bằng TLC (H/E=1:1) Sau 4h hồi lưu, lấy mẫu phân tích trên thiết bị, xử lý mẫu theo quy trình hình 2.1
Trang 31CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 CHUẨN BỊ DẪN XUẤT BIS (1-NAPHTHADEHYDE)
Sơ đồ 3.1 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất bis (1-naphthadehyde)
Để tiến hành phản ứng bis(1-naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động, đã thực hiện phản ứng tổng hợp chất ban đầu 2,2'-((oxybis(ethane-
2,1-diyl))(oxy)bis)bis(1-naphthaldehyde)(A3) Có nhiều phương pháp để tổng hợp diandehyde (A3) [35,36,37,40,44,45,47] nhưng phương pháp điều chế từ andehyde
và diclođiethyl ete là đơn giản và hiệu quả nhất theo sơ đồ 3.1 Phản ứng xảy ra với
5 giờ hỗn hợp dung dịch phản ứng có màu vàng chanh và sau khi tinh chế chúng ta
thu được (A3) với hiệu suất lên tới 75%
Độ tinh khiết của sản phẩm A3 được kiểm tra bằng các phương pháp phổ IR, NMR và MS
Trên phổ IR, xuất hiện dao động đặc trưng cho nhóm C=O (andehyde) ở
Trang 32Phổ 1H-NMR cho pic của các nhóm proton đặc trưng: Proton thuộc nhóm etyl ete (-OCH2CH2-) có độ chuyển dịch hóa học đặc trưng tại vùng δ = 3,93 ppm (t; 4H; -
trí δ = 10,85 ppm với cường độ lớn tương ứng với 2H là 2 nguyên tử hyđro của hai nhóm
Trang 33Phổ 13C-NMR cho đầy đủ tín hiệu của 26 nguyên tử Cacbon trong phân tử
Phổ MS được ghi bằng phương pháp phun mù vào điện trường và ở mode dương (ESI, [M+H]bisnaphataldehit_170714123555+) cho tín hiệu pic ion giả phân tử [M+H]8/25/2017 1:22:33 PM + phù hợp với CTPT của hợp chất A3
MEOH
bisnaphataldehit_170714123555 # 320 RT: 1.28 AV: 1 NL: 3.97E5
T: ITMS + c ESI Full ms [150.00-2000.00]
m/z 0
283.13 210.27
193.18
278.16
338.42 305.31
Như vậy hợp chất A3 đã được điều chế thành công với độ tinh khiết cao, thích
hợp làm nguyên liệu đầu cho phản ứng chuyển hóa với các tác nhân chứa nguyên tử
Trang 343.2 PHẢN ỨNG GIỮA BIS (1-NAPHTHADEHYDE) VÀ HỢP CHẤT CHỨA NGUYÊN TỬ HIDRO LINH ĐỘNG
3.2.1 Phản ứng với các dẫn xuất thioure
3.2.1.1 Phản ứng của A3 và thioure
Thực hiện phản ứng của A3 và thioure Các sản phẩm dự kiến có thể tạo thành trong quá trình phản ứng như sơ đồ 3.2
Sơ đồ 3.2 Phản ứng của A3 với thioure
Sau 6h mẫu được lấy ra khỏi dung dịch phản ứng, tiến hành xử lý mẫu theo quy trình hình 2.1 Kết quả phân tích trên thiết bị LC/MS được thể hiện ở hình 3.6
Trang 35KO AXIT
RT: 0.00 - 5.06
Tim e (m in) 0
1.86 0.06 0.32 0.50 0.91 1.00 1.11 1.52 1.74
NL:
9.84E7 TIC MS A3_THIUR E_PD5_18 031508243 4
A3_THIURE_PD5_180315082434 # 503 RT: 2.98 AV: 1 NL: 5.11E6
T: ITMS + c ESI Full m s [50.00-2000.00]
m /z 0
453.16 469.03
Hình 3.6 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và thioure
Dựa trên các số khối thu được cho phép đi đến kết luận sơ bộ: trong điều kiện tiến hành phản ứng, đã không thu được các sản phẩm như dự kiến
Trang 36trình hình 2.1 Kết quả phân tích trên thiết bị LC/MS được thể hiện ở hình 3.7
0.34 0.24
4.92 2.28
NL:
2.72E6 Bas e Peak
m /z=
427.50-428.50
MS A3- NMETHYLTHIU ORE_1803101 13516
A3-NMETHYLTHIUORE_180310113516 # 331 RT: 3.27 AV: 1 NL: 6.15E5
T: ITMS + c ESI Full m s [50.00-2000.00]
m /z 0
127.00
Hình 3.7 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và N-methylthioure
Tương tự như trường hợp của thioure, sau khi phân tích dung dịch phản ứng trên thiết bị LC/MS đã không thu được các sản phẩm như dự kiến
Trang 373.2.2.1 Phản ứng của A3 và ethylacetoacetate
Phản ứng của A3 và ethylacetoacetate được thể hiện trên sơ đồ 3.5
Sơ đồ 3.5 Phản ứng của A3 và ethylacetoacetate
Sau 6h mẫu được lấy ra khỏi dung dịch phản ứng, tiến hành xử lý mẫu theo quy trình hình 2.1 Kết quả phân tích trên thiết bị LC/MS được thể hiện ở bảng 3.1 và hình 3.8, 3.9 & 3.10
Bảng 3.1 Số khối m/z tìm thấy và hợp chất dự đoán tạo thành của phản ứng giữa A3 và ethylacetoacetate
STT m/z tìm thấy Ghi chú Hợp chất dự đoán
Trang 38RT: 0.00 - 10.01 SM: 7B
Tim e (m in) 0
50
100
0 50
2.22 2.89 3.07 1.74
3.99 1.00
4.39 4.69 5.24 5.825.98 6.48
9.65 6.97 7.21 7.85 8.40 9.16 9.45
NL: 4.85E7 TIC MS DTN1
NL: 7.91E7 TIC F: ITMS + c ESI Full
m s [50.00-1000.00]
MS DTN1
NL: 3.00E7 Bas e Peak m /z= 525.50-526.50 F: ITMS + c ESI Full m s [50.00-1000.00] MS DTN1
DTN1 # 197 RT: 1.95 AV: 1 NL: 2.66E7
F: ITMS + c ESI Full m s [50.00-1000.00]
m /z 0
50
100
0 50
2.22 2.89 3.07 1.74
3.99 1.00
4.39 4.69 5.24 5.825.98 6.48
9.65 6.97 7.21 7.85 8.40 9.16 9.45
0.30
NL: 4.85E7 TIC MS DTN1
NL: 7.91E7 TIC F: ITMS + c ESI Full
m s [50.00-1000.00]
MS DTN1
NL: 2.07E5 Base Peak m /z= 508.50-509.50 F: ITMS + c ESI Full m s [50.00-1000.00] MS DTN1
Trang 39RT: 0.00 - 10.01
Time (min) 0
3.80
NL: 8.69E7 TIC MS DTN1
NL: 7.67E6 TIC F: ITMS - c ESI Full ms [50.00-2000.00] MS DTN1
NL: 8.69E7 TIC F: ITMS + c ESI Full ms [50.00-1000.00] MS DTN1
NL: 3.09E5 Base Peak m/z= 639.50-640.50 F: ITMS + c ESI Full ms [50.00-1000.00] MS DTN1
NL: 3.95E5 Base Peak m/z= 543.50-544.50 F: ITMS + c ESI Full ms [50.00-1000.00] MS DTN1
m/z 0
683.42 620.63
NL: 1.25E7
DT N1#269 RT : 2.67 AV: 1 F:
IT MS + c ESI Full
ms [50.00-1000.00]
NL: 8.52E4
DT N1#937 RT : 9.38 AV: 1 F:
IT MS + c ESI Full
ms [50.00-1000.00]
Hình 3.10 Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và ethylacetoacetate (3)
Việc xác định các sản phẩm trung gian của dung dịch phản ứng giữa A3 và
ethylacetoacetate (3) cho thấy sự hình thành các sản phẩm azacrown ether (1-1) chiếm ưu
thế Do vậy sau khi tinh chế, chúng tôi đã thu được sản phẩm định hướng này với hiệu suất
50%, cấu trúc sản phẩm (1-1) được khẳng định bằng các phương pháp phổ IR, NMR và
MS Kết quả phân tích được thể hiện ở hình 3.11, 3.12, 3.13 & 3.14
Trang 40Trong đó dao động hoá trị của nhóm NH nằm trong khoảng 3302cm-1, nhóm
trị C-O-C của nhóm ether nằm ở 2 vị trí: nhóm ete gắn với vòng thơm nằm trong
eq tại vòng piperidine rất dễ nhận ra Tín hiệu này thể hiện dưới dạng doublet-doublet tại vùng 2,75 với
hưởng tại 0,77 ppm dưới dạng triplet tương ứng 3H Tín hiệu cộng hưởng của 12