TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION TẠP CHÍ KHOA HỌC JOURNAL OF SCIENCE KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ ISSN: 1859-3100 Tập 15, Số (2018): 22-29 NATURAL SCIENCES AND TECHNOLOGY Vol 15, No (2018): 22-29 Email: tapchikhoahoc@hcmue.edu.vn; Website: http://tckh.hcmue.edu.vn TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA HỢP CHẤT 2-(4-METHYLBENZYLIDEN)IMINO-2-DEOXY-1,3,4,5-TETRA-OACETYL--D-GLUCOPYRANOSE Nguyễn Văn Quốc* Ngành Hóa học - Viện Sư phạm Tự nhiên – Trường Đại học Vinh Ngày nhận bài: 16-11-2017; ngày nhận sửa: 21-12-2018; ngày duyệt đăng: 19-6-2018 TÓM TẮT Nghiên cứu tổng hợp xác định phổ hợp chất 2-(4-methylbenzyliden)imino-2-deoxy1,3,4,6-tetra-O-acetyl--D-glucopyranose từ glucosamine hydrochloride 4-methylbenzaldehyde Trên sở kết thu được, biện luận xác định cấu trúc hợp chất 2-(4-methyl-benzyliden)imino-2deoxy-1,3,4,6-tetra-O-acetyl--D-glucopyranose dự liệu phổ IR, 1H NMR, 13C NMR, 2D NMR, COSY, HSQC, HMBC MS Từ khóa: Chitin, D-glucosamine, Schiff base, tetra-O-acetyl-α-D-glucosamine hydrochloride ABSTRACT Synthesis and determine a structure of the compound 2-(4-methylbenzyliden)imino-2-deoxy-1,3,4,6-tetra-o-acetyl--d-glucopyrannose Research on the synthesis and determing spectrum of the compound 2-(4methylbenzyliden)imino-2-deoxy-1,3,4,6-tetra-O-acetyl-b-D-glucopyranose from glucosamine hydrochloride and 4-methylbenzaldehyde Based on obtained results, argument on determining a structure of the compound 2-(4-methylbenzyliden)imino-2-deoxy-1,3,4,6-tetra-O-acetyl-b-Dglucopyrannose by using spectrum data IR, 1H NMR, 13C NMR, 2D NMR, COSY, HSQC, HMBC and MS Keywords: Chitin, D-glucosamine, Schiff bases, tetra-O-acetyl- α -D-glucosamine hydrochloride Mở đầu Azomethine (hay bazơ Schiff) hợp chất có chứa nhóm azomethine(–CH=N-) phân tử, có vai trị quan trọng q trình sinh hóa hóa học khác Do có mặt phân tử nhóm liên kết azomethine, nhóm có khả phản ứng cao, nên azomethine tham gia vào nhiều loại phản ứng hóa học quan trọng Mặt khác, azomethine cịn có hoạt tính sinh học đáng ý hoạt tính kháng khuẩn, chống viêm, chữa bệnh thương hàn Một số azomethine có khả tạo phức với ion kim loại ứng dụng hóa học phân tích… * Email: gvquoc@gmail.com 22 TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Nguyễn Văn Quốc Trong hợp chất 2-(4-methylbenzyliden)imino-2-deoxy-1,3,4,6-tetra-O-acetyl--Dglucopyranose chứa hợp phần carbohydrate glucosamine biết đến với ứng dụng lớn y học chữa thấp khớp, bệnh thận, điều trị ung thư… Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp hợp chất có nhiều ý nghĩa mặt lí thuyết ứng dụng thực tế Nhiều azomethine thơm, béo-thơm với nhóm ankyl, aryl hay dị vòng khác tổng hợp nghiên cứu [1,2] Để góp phần vào nghiên cứu azomethine có chứa hợp phần monosaccharide; báo này, thực tổng hợp hợp chất 2-(4-methylbenzyliden)imino-2-deoxy-1,3,4,6-tetra-O-acetyl--D-glucopyranose Phương pháp thực nghiệm 2.1 Hóa chất thiết bị Các hóa chất thuộc loại PA AR - D-glucosamine hydrochloride (điều chế từ vỏ tôm) - 4-methylbenzaldehyde – Merck - Sodium bicarbonate, Piperidine, DABCO(1,4 – diazabicyclo[2.2.2]octane) – Merck - Methanol, ethanol – Trung Quốc - Điểm nóng chảy đo phương pháp đo mao quản máy đo điểm nóng chảy STUART SMP3 (BIBBY STERILIN-Anh) Phổ IR ghi máy phổ FTIR Magna 760 (NICOLET, Mĩ), mẫu ép viên với bột KBr Phổ 1H NMR 13C NMR ghi máy phổ AVANCE Spectromether AV500 (500 MHz, BRUKER, Đức), dung môi CDCl3, chất chuẩn nội TMS Phổ MS ghi máy phổ LTQ Orbitrap XL (Thermo Scientific, Mĩ), Varian (VARIAN, Mĩ) Agilent 6310 Ion Trap (Agilent, Mĩ) theo phương pháp ESI 2.2 Thực nghiệm HO CHO OH OH HCl Vỏ tôm 24h, 25°C Chitin HCl đậm đặcHO 4h, 100°C HO HO O O OH HO HCl.NH OH OH OAc AcO AcO Ac2O, pyridin O N 1' OAc OAc OAc CH3COONa 2' 6' 3' 5' CH N Methanol, 4' CH3 2.ArCH=O piperidin hồi lưu phút AcO AcO O AcO AcO O OAc HCl OAc CH N NH 2.HCl aceton sôi Sơ đồ Sơ đồ tổng hợp 23 HO TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 15, Số (2018): 22-29 2.2.1 Điều chế -D-glucosamine hydrochloride -D-glucosamine hydrochloride điều chế từ vỏ tơm theo quy trình cải tiến [4,5] từ quy trình Stacey Webber 2.2.2 Tổng hợp salicyliden D-glucosamine Hòa tan glucosamine hydrochloride (5 mmol, 1,08 g), 15 ml methanol 10 ml nước, cho tiếp sodium bicarbonate (5,5 mmol, 0,46 g) Sau đó, cho salicylaldehyde (5 mmol, 0,61 g, 0,52 ml) vào dung dịch Thu chất rắn màu vàng rơm Khối lượng sản phẩm thu 1,08 g với hiệu suất 77% (sử dụng dung môi methanol); 1,19 g hiệu suất 75% (sử dụng dung môi nước) Đnc 182-184C, theo tài liệu [4]: 183,5C 2.2.3 Tổng hợp salicyliden D-glucosamine Hòa tan -D-glucosamine hydrochloride (46 mmol, 10 g) 100 ml nước, cho tiếp sodium bicarbonate (75 mmol, 6,3 g) Sau đó, salicylaldehyde (70 mmol, 6,3 ml) thêm nhanh vào dung dịch Thu tinh thể màu vàng Khối lượng sản phẩm thu 13 g với hiệu suất 93% Đnc 182–184C 2.2.4 Tổng hợp tetra-O-acetyl-(N-salicyliden)--D-glucosamine Salicyliden D-glucosamine (53 mmol, 15 g) hòa tan vào pyridine (100 ml) Dung dịch làm lạnh đến 10-15C, cho từ từ anhydrid acetic (45 ml) vào hỗn hợp cho nhiệt độ hỗn hợp phản ứng khơng vượt q 20C Sau rót hỗn hợp phản ứng vào 250 ml nước lạnh Thu tinh thể màu trắng Khối lượng sản phẩm thu 19 g với hiệu suất 80% Đnc 130-132C, theo tài liệu [5]: 131-132C 2.2.5 Tổng hợp tetra-O-acetyl--D-glucosamine hydrochloride Tetra-O-acetyl--D-glucosamine (22 mmol, 10 g) hoà tan vào aceton (50 ml) cốc dung tích 250 ml Dung dịch đun đến sôi nồi cách thủy, cho nhanh acid clohydric đặc (2ml) vào, đồng thời khuấy mạnh, xuất kết tủa dạng thạch đục, hóa thành chất rắn màu trắng đục Cho thêm 50 ml aceton vào hỗn hợp phản ứng Tiếp tục khuấy khoảng phút nữa, làm lạnh, lọc, rửa aceton lạnh (10 ml), sấy khô Khối lượng sản phẩm thu g với hiệu suất 71% Đnc 199C (điểm phân hủy), theo tài liệu [6]: 199C (phân hủy) 2.2.6 Tổng hợp 2-(4-methylbenzyliden)imino-2-deoxy-1,3,4,6-tetra-O-acetyl--Dglucopyranose Từ tetra-O-acetyl--D-glucosamine hydrochloride (3,3 mmol, 1,34 g), sodium acetat trihydrat (3,3 mmol, 0,48 g), 4-methylbenzaldehyde (3 mmol, 0,36 g, 0,35 ml), hồi lưu phút Thu tinh thể màu trắng Khối lượng sản phẩm thu 0,40 g với hiệu suất 30% Đnc 168,2-169,2C Kết thảo luận Cấu trúc sản phẩm xác định việc phân tích dự liệu phổ 1H NMR, 13 C NMR, 2D NMR, COSY, HSQC HMBC 24 TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Nguyễn Văn Quốc Sự tạo thành phân tử 2-(4-methylbenzyliden)imino-2-deoxy-1,3,4,6-tetra-O-acetyl-D-glucopyranose, trước hết xác nhận qua việc ghi phổ IR Trên phổ IR có kiện chủ yếu sau: 1743–1755 cm–1 (C=Oester), 1588–1601 cm–1, 1530–1593 cm–1, 1460–1490 cm–1 (C=Cbenzen), 1219–1232 cm–1, 1036–1042 cm–1 (C–O–Cester) Trong với xuất băng hấp thụ có cường độ trung bình 1646 cm–1, đặc trưng cho dao động hóa trị liên kết azomethine, (-CH=N-), phân tử base Schiff Điều xác nhận hình thành phân tử azomethine Hình Phổ 1H NMR hợp chất (vùng đường) Hình Phổ 13C NMR hợp chất Các proton vòng benzen tạo thành hệ phổ A2X2, với số ghép cặp 3J = 8,0 Hz, xác nhận quan hệ ortho proton Các proton H-2’, H-6’ H-3’, H-5’ có tín hiệu cộng hưởng nằm 7,60 ppm 7,25 ppm tương ứng (Hình 1) Nhìn chung, azomethine với vòng thơm benzen para proton tạo thành hệ phổ A2X2, azomethine với vịng thơm benzen meta chúng tạo thành hệ phổ AMX Hình Phổ COSY hợp chất (vùng đường) 25 TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 15, Số (2018): 22-29 Phổ 2D NMR COSY cho thấy tương tác từ proton nằm cạnh khung phân tử Từ phổ đồ COSY Hình ta nhận thấy xuất tương tác từ sau (mũi tên hai đầu, ↔, tương tác từ 1H–1H): + Trong vùng thơm: H-2’ H-6’ (7,60 ppm) ↔ H-3’ H-5’ (7,25 ppm); + Trong vùng đường: H-1 (5,96 ppm) ↔ H-2 (3,47 ppm); H-2 (3,47 ppm) ↔ H-1 (5,96 ppm) H-3 (5,44 ppm); H-3 (5,44 ppm) ↔ H-2 (3,47 ppm) H-4 (5,15 ppm); H-4 (5,15 ppm) ↔ H-3 (5,44 ppm) H-5 (3,98 ppm); H-5 (3,98 ppm) ↔ H-4 (5,15 ppm), H6a (4,38 ppm) H-6b (4,14 ppm) Từ mối quan hệ tương tác từ cho thấy việc quy kết đắn tín hiệu cộng hưởng phổ 1H NMR hợp chất, đồng thời kiện phổ 1H NMR xác nhận cấu trúc phân tử azomethine Hình Phổ HSQC hợp chất (vùng đường) Phổ 2D NMR HSQC cho thấy tương tác từ 1H–13C gần (liên kết trực tiếp C–H) phân tử Trên sở quy kết tín hiệu cộng hưởng phổ 1H NMR tương tác 1H-1H phổ COSY ta quy kết tương tác từ 1H–13C gần Hình Phổ HMBC hợp chất (vùng đường) Hình Phổ HMBC hợp chất (vùng thơm) 26 TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Nguyễn Văn Quốc Phổ 2D NMR HMBC cho thấy tương tác 1H–13C xa (cách từ 2–3 liên kết) phân tử Các tương tác xa xuất phổ HMBC hợp chất, nằm hai vùng rõ rệt, vùng vòng thơm benzen vùng đường, sau (Hình 4, 6): - Các tương tác vòng thơm: Proton H-2’, H-6’ vịng benzen có tương tác từ với ngun tử cacbon nhóm azomethine (-CH=N-) với cacbon C-4’, đồng thời proton H-2’ có tương tác từ với cacbon C-6’, ngược lại, proton H-6’ có tương tác từ với cacbon C-2’; proton H-3’, H-5’ vịng benzen có tương tác từ với cacbon C-4’, đồng thời proton H-3’ có tương tác từ với cacbon C-5’, ngược lại, proton H-5’ có tương tác từ với cacbon C-3’; proton nhóm liên kết -CH=N- có tương tác từ với nguyên tử cacbon C-1’, C-2’ C-6’ - Các tương tác vịng pyranose: Proton H-1 có tương tác từ yếu với cacbon C-2; proton H-2 có tương tác từ với nguyên tử cacbon C-1 C-3; proton H-3 có tương tác từ với nguyên tử cacbon C-2 C-4; proton H-4 có tương tác từ với nguyên tử cacbon C-3 C-5; proton H-6b có tương tác từ với nguyên tử cacbon C-4 C-5; proton H-5 H-6a khơng có tương tác từ với cacbon Hình mơ tả tương tác 1H–13C xa phổ 2D NMR HMBC hợp chất Hb Ha OAc H H O AcO AcO H OAc H H H N 3' CH 1' 2' 4' 6' CH3 5' H H Hình Các tương tác 1H–13C xa phổ 2D NMR HMBC Các phân mảnh phổ MS xác nhận lần cấu trúc đắn hợp chất 2-(4-methylbenzyliden)imino-2-deoxy-1,3,4,6-tetra-O-acetyl--D-glucopyranose 27 TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 15, Số (2018): 22-29 Hình Phổ MS hợp chất Từ giá trị số khối ion mảnh, ta có sơ đồ phân mảnh hợp chất 2-(4methylbenzyliden)imino-2-deoxy-1,3,4,6-tetra-O-acetyl--D-glucopyranose (hình 9) Do hợp chất 2-(4-methylbenzyliden)imino-2-deoxy-1,3,4,6-tetra-O-acetyl--D-glucopyranose có chứa hợp phần monosaccharide bền, điều kiện ion hóa theo phương pháp EI (Electron Impact) ghi phổ, phân mảnh chủ yếu tập trung vào vùng đường xảy vùng thơm O B OAc O O AcO AcO AcO AcO CH N A OAc N=CHC6H4CH3 OAc OAc O O A1, OAc A2, N N AcO C6H4CH3 H H H Ar HO CH B2, OAc m/z 389 m/z 331 O OAc HO O B1, OAc OAc m/z 348 O HO N AcO H AcO m/z 288 H2C C6H4CH3 O B1-1, m/z 347 OAc O B2-1, CH2=C=O H O H AcO OAc H2 H2C B1-2, m/z 257 O H2C OAc O OAc CH2=C=O H CH2=C=O H HO m/z 226 HO N AcO OAc OAc H HO OH O H HO N HO OAc B1-3, m/z 216 (100%) Hình Sơ đồ phân mảnh hợp chất 28 N HO B2-2, m/z 174 (99%) H m/z 184 CH2 OAc m/z 258 HO m/z 270 N AcO OAc OAc H2O Ar HO CH2=C=O O Ar AcO m/z 330 m/z 390 AcO H AcO CH OAc CH2=C=O H AcO H H AcO B, N AcO Ar H A AcO CH OAc H O N AcO B M , m/z 449 N=CHC6H4CH3, H AcO CH3 OH CH2 Ar TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Nguyễn Văn Quốc Như vậy, phân tích phổ IR, 1H NMR, 13C NMR, 2D NMR, COSY, HSQC, HMBC MS chứng tỏ cấu trúc 2-(4-methylbenzyliden)imino-2-deoxy1,3,4,6-tetra-O-acetyl--D-glucopyranose, hoàn toàn đắn Kết luận Đã tổng hợp thành công hợp chất 2-(4-methylbenzyliden)imino-2-deoxy-1,3,4,6-tetraO-acetyl--D-glucopyranose xác định cấu trúc hợp chất 2-(4methylbenzyliden)imino-2-deoxy-1,3,4,6-tetra-O-acetyl--D-glucopyranose dự liệu phổ IR, 1H NMR, 13C NMR, 2D NMR, COSY, HSQC, HMBC MS Tuyên bố quyền lợi: Tác giả xác nhận hồn tồn khơng có xung đột quyền lợi [1] [2] [3] [4] [5] [6] TÀI LIỆU THAM KHẢO G I Georg, E Akguen, P M Mashava, M Milstead, H Ping, Z Wu, D V Velde, “Galactose-imines in the Staudinger reaction,” Tetrahedron Lett., 33, pp.2111-2114, 1992 B Koodziej, E Grech, W Schilf, B Kamieski, M Makowski, Z Rozwadowski, T Dziembowska, “Anomeric and tautomeric equylibria in D-2-glucosamine Schiff bases,” J Mol Struct., pp.32-37, 2007 E M S Pérez, M Avalos, R Babiano, P Cintas, M E Light, J L Jiménez, J C Palacios and A Sancho “Schiff bases from d-glucosamine and aliphatic ketones,” Carbohydr Res., 345, pp.23-32, 2010 J C Irvine and A Hynd, “Salicylidene Derivatives of d-Glucosaminee,” J Chem Soc., 103, pp.41-56, 1913 J C Irvine and J C Earl, “Salicylidene Derivatives of d-Glucosaminee,” J Chem Soc., 121, pp.2376-2381, 1922 A C Cunha, L O R Pereira, M C B V Souza, V F Ferreira, “Use of protecting groups in carbohydrate chemistry: An advanced organic synthesis experiment,” J Chem Edu., 76, pp.79-80, 1999 29