Luận văn nghiên cứu phân tích một số hợp chất hữu cơ vòng bé bằng phương pháp HPLC MS và NMR

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC NGUYỄN TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ VÒNG BÉ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HPLC-MS VÀ NMR LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC NGUYỄN TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ VÒNG BÉ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HPLC-MS VÀ NMR Chuyên ngành: HÓA PHÂN TÍCH Mã số: CH 1001190 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN VĂN TUYẾN Hà Nội MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CÁC HÌNH i DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ .ii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN .2 1.1 BETA LACTAM 1.2 TỔNG HỢP BETA LACTAM 1.2.1 Phản ứng Staudinger .3 1.2.2 Cơ chế phản ứng điều khiển độ chọn lọc lập thể .3 1.3 PHÂN TÍCH CÁC ĐỒNG PHÂN ĐỐI QUANG 1.3.1 Phương pháp tách đồng phân đối quang enzym 1.3 Tách đồng phân đối quang nhờ tác nhân bất đối bổ trợ 1.3.3 Tách đồng phân đối quang phương pháp hóa lý đại 10 1.3.4 Phân tích đối quang nhờ phương pháp NMR 10 1.4 SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO (HPLC) .19 1.4.1 Khái niệm 19 1.4.2 Phân loại 19 1.4.3 Pha tĩnh sắc ký pha đảo .19 1.4.4 Pha động sắc ký pha đảo 20 1.4.5 DETECTOR DAD 21 1.4.6 DETECTOR MS 22 c Các loại đầu dò khối phổ .23 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 25 2.1 Phương pháp nghiên cứu trang thiết bị 25 2.1.1 Các phương pháp tổng hợp hữu .25 2.1.2 Dụng cụ hóa chất.ﾧ 25 2.1.3 Định tính phản ứng kiểm tra độ tinh khiết dẫn xuất sắc kí lớp mỏng.ﾧ 26 2.1.4 Các phương pháp phân tích cấu trúc .26 - MÁY HPLC 27 + Hóa chất, thiết bị dùng cho máy HPLC .27 + Đặt điều kiện cho hệ thống 27 2.2 Tổng hợp hợp chất β-lactam 28 2.2.1 Tổng hợp dẫn xuất 2-phenoxy clorua axetic 28 2.2.2 Tổng hợp dẫn xuất imine 29 2.2.3 Tổng hợp dẫn xuất β- lactam 30 2.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H 13C hợp chất 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f .31 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT β-LACTAM 35 3.2 PHÂN TÍCH CẤU TRÚC HỢP CHẤTcis-β-LACTAM 36 3.2.1 Phân tích phổ 1H-NMR hợp chất 9a 36 3.2.2 Phân tích phổ 1H –NMR hợp chất 9b 37 3.2.3 Phân tích phổ 1H-NMR hợp chất 9c 37 3.2.4 Phân tích phổ 1H-NMR hợp chất 9d 38 3.2.5 Phân tích phổ 1H-NMR hợp chất 9e 39 3.2.6 Phân tích phổ 1H-NMR hợp chất 9f .39 3.3 XÁC ĐỊNH TỈ LỆ CÁC ĐỒNG PHÂN LẬP THỂ BẰNG HPLC-MS 41 3.3.1 Khảo sát bước sóng hấp thụ chất nghiên cứu .41 3.3.2 Khảo sát phổ MS 45 3.3.3 Khảo sát chương trình dung môi cho trình sắc ký 46 3.4.4 Kết thảo luận trình phân tích sắc ký 52 KẾT LUẬN .69 TÀI LIỆU THAM KHẢO .70 DANH MỤC CÁC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc sở β-lactam Hình 1.2 Phổ 1H-NMR hỗn hợp este Mosher (S)-1-phenylbutan-1-ol (R)-1phenylbutan-1-ol 10 Hình 1.3 Phổ 1H-NMR este Mosher (R)-1-phenylbutan-1-ol (S)-1phenylbutan-1-ol 10 Hình 1.4 Phổ 1H-NMR (-)-enriched hỗn hợp (-)-enriched với CSA 12 Hình 1.5 Tín hiệu 1H-NMR CH3 số trường hợp 13 Hình 1.6 Cặp tín hiệu Fiedel 14 Hình 1.7 Sơ đồ tóm tắt trình phân tích cấu trúc phương pháp X-Ray 14 Hình 1.8 Phổ CD hợp chất A B 16 Hình 1.9 Cấu trúc cột ODS .18 Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý hệ điot quang .19 Hình 1.11 Các biện pháp cải tiến tăng độ nhạy detector (cải tiến flowcell) 20 Hình 3.1 Phổ 1H hợp chất 9a 32 Hình 3.2 Phổ 1H hợp chất 9b 33 Hình 3.3 Phổ 1H hợp chất 9c .33 Hình 3.4 Phổ 1H hợp chất 9d 34 Hình 3.5 Phổ 1H hợp chất 9e .35 Hình 3.6 Phổ 1H hợp chất 9f .35 Hình 3.7 Phổ hấp thụ electron hợp chất 9a 37 Hình 3.8 Phổ hấp thụ electron hợp chất 9b 38 Hình 3.9 Phổ hấp thụ electron hợp chất 9c 38 Hình 3.10 Phổ hấp thụ electron hợp chất 9d 38 Hình 3.11 Phổ MS hợp chất 9c để chế độ Positive 40 Hình 3.12 Phổ MS hợp chất 9c để chế độ Negative 40 Hình 3.13 Sắc ký đồ hợp chất 9c chạy với pha động Gradient 42 Hình 3.14 Sắc ký đồ hợp chất 9c chạy với pha động Gradient 42 Hình 3.15 Sắc ký đồ hợp chất 9c chạy với pha động Gradient 42 Hình 3.16 Sắc ký đồ hợp chất 9a 43 Hình 3.17 Phổ MS pic (hợp chất 9a) 44 Hình 3.18 Phổ MS pic (hợp chất 9a) 44 Hình 3.19 Sắc ký đồ hợp chất 9b .45 Hình 3.20 Sắc ký đồ hợp chất 9c 46 Hình 3.21 Sắc ký đồ hợp chất 9d .47 i DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1 Phản ứng Staudinger Sơ đồ 1.2 Cơ chế phản ứng Staudinger .4 Sơ đồ 1.3 Con đường hình thành β –lactam Sơ đồ 1.4 Sử dụng muối (12) tổng hợp β-lactam Sơ đồ 1.5 Sorbyl clorua (16) tổng hợp β-lactam .6 Sơ đồ 1.6 Tổng hợp β-lactam từ imine vinylketene .7 Sơ đồ 2.1 Tổng hợp dẫn xuất 2-phenoxy clorua axetic 26 Sơ đồ 2.2 Tổng hợp dẫn xuất imin 26 Sơ đồ 2.3 Tổng hợp dẫn xuất cis-β-lactam .27 Sơ đồ 3.1 Tổng hợp dẫn xuất 2-phenoxy clorua axetic 31 Sơ đồ 3.2 Cơ chế hình thành chất 5a,b 32 ii BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Chú thích SKPB Sắc ký phân bố SKPD Sắc ký pha đảo SKPT Sắc ký pha thuận HPLC High-performance liquid chromatography MS Mass spectrometry NMR Nuclear magnetic resonance iii iv MỞ ĐẦU Với biến đổi không ngừng vi khuẩn, hàng loạt thuốc kháng sinh không sử dụng phổ tác dụng hẹp lại khả kháng thuốc vi khuẩn Làm giảm hiệu điều trị bệnh gây biến chứng không mong muốn cho người bệnh Azetidin-2-ones (β-lactams) đại diện cho nhóm thuốc kháng sinh quan trọng [9] ứng dụng làm synthon tổng hợp hữu [13] Để tạo loại thuốc mới, có hiệu lực điều trị cao chưa bị vi khuẩn kháng lại, việc tổng hợp bán tổng hợp β-lactam việc làm quan trọng Mặt khác, ta biết hoạt tính sinh học đồng phân quang học (đồng phân đối quang đồng phân lập thể không đối quang) khác việc tách đồng phân tốn kém, tốn nhiều thời gian Vì việc tổng hợp chọn lọc lập thể đồng phân quang học quang trọng, làm giảm chi phí cho thực trình tách, tăng hiệu điều trị Vì luận văn này, tập trung vào việc phân tích cấu trúc xác định độ chọn lọc lập thể hợp chất β-lactams, thu từ phản ứng tổng hợp theo phương pháp Staudinger, phương pháp đại HPLC-MS NMR CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 BETA LACTAM β-lactam phân loại dựa theo cấu trúc vòng sở chia thành nhóm: • • • • β-lactam kết hợp với vòng cạnh bão hòa o β-lactam có chứa vòng thiazolidine gọi tên penams (A) o β-lactam có chứa vòng pyrrolidine gọi tên carbapenams (B) o β-lactam hợp để oxazolidine vòng gọi tên oxapenams clavams (C) β-lactam kết hợp với vòng năm cạnh không bão hòa: o β-lactam có chứa vòng thiazol 2,3-dihydro gọi tên penems (D) o β-lactam có chứa vòng 2,3-dihydro-1H-pyrrole gọi tên carbapenems (E) β-lactam kết hợp với vòng cạnh chưa bão hòa: o β-lactam có chứa vòng 3,6-dihydro-2H-1,3-thiazine gọi tên cephems (G) o β-lactam có chứa vòng 1,2,3,4-tetrahydro pyridin gọi tên carbacephems (H) o β-lactam có chứa vòng 3,6-dihydro-2H-1,3-oxazine gọi tên oxacephems (I) β-lactam không kết hợp với vòng gọi tên monobactams Hình 1.1 Cấu trúc sở β-lactam Hợp chất chứa vòng β-lactam 58 Tương tự hợp chất 9b tách phân tích phương pháp HPLC, kết phân tích thu độ chọn lọc lập thể là: de = 96,6672 % c Kết phân tích hợp chất 9c Sắc đồ hợp chất 9c phân tích máy HPLC: 59 60 Hình 3.20 Sắc ký đồ hợp chất 9c Diện tích pic tương ứng: 61 62 Tương tự hợp chất 9c tách phân tích phương pháp HPLC, kết phân tích thu độ chọn lọc lập thể de = 96,7716 % 63 d Kết phân tích hợp chất 9d Sắc ký đồ hợp chất 9d 64 65 Hình 3.21 Sắc ký đồ hợp chất 9d Diện tích pic tương ứng: 66 67 Tương tự hợp chất 9d tách phân tích phương pháp HPLC, kết phân tích thu độ chọn lọc lập thể de = 96,3116 % Tóm lại, phương pháp HPLC sử dụng hiệu để tách đồng phân lập thể cis –trans hợp chất beta-lactam 9a-d Các chất có độ chọn lọc lập thể cao (de = 96,3116 – 97,6128 %) Như vậy, tổng hợp betalactam theo phương pháp Staudinger sử dụng nhóm giàu điện tử, cho phép nhận sản phẩm với độ chọn lọc lập thể cao (de ~ 97%) 68 KẾT LUẬN Tổng hợp chọn lọc lập thể thành công dẫn xuất cis-β-lactam: 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f phương pháp Staudinger với việc sử dụng nhóm giàu điện tử Cấu trúc dẫn xuất cis β-lactam chứng minh phương pháp H-NMR 13C-NMR qua việc so sánh số J hai H liền kề Bằng phương pháp HPLC tách đồng phân cis trans β-lactam Bằng phương pháp HPLC xác định độ chọn lọc lập thể (de) của hợp chất β-lactam 9a-d tương ứng là: 97,6128; 96,6672 ; 96,7716 96,3116 % 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Trang web [1] http://www.chm.bris.ac.uk/ms/theory/ [2] http://www.waters.com/waters/nav.htm?cid=10073251&locale=en_US [3] http://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/VirtTxtJml/Spectrpy/nmr/nmr1.htm II Tài liệu tham khảo tiếng Việt [4] Nguyễn Hữu Đĩnh – Trần Thị Đà, Ứng dụng số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử (1999), Nhà xuất giáo dục [5] Nguyễn Kim Phi Phụng, Khối Phổ lý thuyết – tập – giải (2004), Nhà xuất đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [6] Nguyễn Kim Phi Phụng, Phổ NMR sử dụng phân tích hữu lý thuyết – tập phổ - giải (2005), Nhà xuất đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [7] Phạm Thị Thắm, Phạm Thế Chính, Hoàng Thị Phương, Phạm Anh Tuân, Đặng Thị Tuyết Anh, Ngô Thị Thuận, Nguyễn Văn Tuyến, Tạp chí hóa học (số 4B tập 50, 2012) [8] Nguyễn Văn Tuyến, Hóa học hữu nâng cao – Các phương pháp tổng hợp hữu đại (2012), Nhà xuất khoa học kỹ thuật III Tài liệu tham khảo tiếng Anh [9] Ahmed Abouabdellah, Jean-Pierre Bégué, Danièle Bonnet-Delpon, Truong Thi Thanh Nga J.Org.Chem.,62, 8826-8833, 1997 [10] Brady, W T.; Gu, Y Q J Org Chem 1989, 54, 2838 [11] (a) Cossio, F P.; Ugalde, J M.; Lopez, X.; Lecea, B.; Palomo, C J Am Chem Soc 1993, 115, 995 (b) Arrieta, A.; Lecea, B.; Cossìo, F P J Org Chem 1998, 63, 5869 [12] For a selection of recent reviews on the biological activity of β-lactams, see: (a) von Nussbaum, F.; Brands, M.; Hinzen, B.; Weigand, S.; Ha ¨bich, D Angew Chem., Int Ed 2006, 45, 5072 (b) Singh, G S Mini-Re Med Chem 2004, 4, 69 (c) Singh, G S MiniRe Med Chem 2004, 4, 93 (d) Buynak, J D Curr Med Chem 2004, 11, 1951 (e) Veinberg, G.; Vorona, M.; Shestakova, I.; Kanepe, I.; Lukevics, E Curr Med Chem 2003, 10, 1741 (f) Kidwai, M.; Sapra, P.; Bhushan, K R Curr Med Chem 1999, 6, 195 [13] For selected reviews on the “β-lactam synthon method”, see: (a) Alcaide, B.; Almendros, P.; Aragoncillo, C Chem Re 2007, 107, 4437 (b) Deshmukh, A.R.A.S.; 70 Bhawal, B M.; Krishnaswamy, D.; Govande, V V.; Shinkre, B A.; Jayanthi, A Curr Med Chem 2004, 11, 1889 (c) Alcaide, B.; Almendros, P Curr Med Chem 2004, 11, 1921 (d) Ojima, I F.; Delaloge, F Chem Soc Re 1997, 26, 377 [14] For some previous general reviews on the topic, see: (a) Coates, C.; Kabir, J.; Turos, E Sci Synth 2005, 21, 609 (b) Walton, J C Top Curr Chem 2006, 264, 163 (c) Singh, G S Tetrahedron 2003, 59, 7631 (d) Magriotis, P A Angew Chem., Int Ed 2001, 40, 4377 (e) Go `mez-Gallego, M.; Manchen ˜o, M J.; Sierra, A M Tetrahedron 2000, 56, 5743 (f) Barrett, A G M.; Sturgess, M A Tetrahedron 1988, 44, 5615 [15] Hashim Mahamed; Bimal K Banik Heteroletters special issue,1, 23-26, 2011 [16] Hegedus, L S.; Montgomery, J.; Narukawa, Y.; Snustad, D C J Am Chem Soc 1991, 113, 5784 [17] Hu, L.; Wang, Y.; Li, B.; Du, D.-M.; Xu, J Tetrahedron 2007, 63, 9387 [18] Kirmse, W.; Rondan, N G.; Houk, K N J Am Chem Soc 1984, 106, 7989 [19] Lei Jiao, Yong Liang; Jiaxi Xu J.AM.Chem.Soc., 128, 6060-6069, 2006 [20] Li, B.; Wang, Y.; Du, D.-M.; Xu, J J Org Chem 2007, 72, 990 [21] Liang, Y.; Jiao, L.; Zhang, S.; Xu, J J Org Chem 2005, 70, 334 [22] Pacansky, J.; Chang, J S.; Brown, D W.; Schwarz, W J Org Chem 1982, 47, 2233 [23] Shaikh, A L.; Puranik, V G.; Deshmukh, A R A S Tetrahedron Lett 2006, 5993 [24] Sharma, A K.; Kumar, R S.; Mahajan, M P Heterocycles 2000, 52, 603 [25] Sordo, J A.; Gonzalez, J.; Sordo, T L J Am Chem Soc 1992, 114, 6249 [26] Staudinger, H Justus Liebigs Ann Chem 1907, 356, 51 [27] Wang, Y.; Liang, Y.; Jiao, L.; Du, D M.; Xu, J J Org Chem 2006, 71, 6983 [28] Weatherwax, A.; Abraham, C J.; Lectka, T Org Lett 2005, 7, 3461 71 PHỤ LỤC 72 [...]... 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 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. .. 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 nhiều lý do: có độ nhạy cao, khả năng định lượng tốt, thích hợp tách các hợp chất khó bay hơi hoặc dễ phân hủy nhiệt Phạm vi ứng dụng của phương pháp HPLC rất rộng, như phân tích. .. “dia”; do các đồng phân 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 1.3.1 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... quá trình phân tích cấu trúc bằng phương pháp X-Ray b Xác định cấu hình tuyệt đối Phương pháp X-ray tinh thể có khả năng xác định chính xác cấu hình tuyệt đối của một phân tử, nếu trong phân tử có nguyên tử có tán xạ tia X bất thường Để xác định cấu hình tuyệt đối của phân tử bằng phương pháp X-ray tinh thể người ta sử dụng phương pháp của Bijvoet và phương pháp so sánh chỉ số R Phương pháp Bijvoet:... %diasteroisomerB 1.3.4 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... thể phân biệt và xác định được tỷ lệ hai đồng phân (R)-1-axetyl-1-phenylbutan và (S)-1axetyl-1-phenylbutan nhờ 1H -NMR của chúng khi tạo phức với tác nhân chuyển dịch Eu(hfc)3 (xem hình 5) 14 Hình 1.5 Tín hiệu 1H -NMR của CH3 trong một số trường hợp 1.3.5 X-ray tinh thể a Giới thiệu chung Phương pháp X-ray phân tử là phương pháp hiện đại nhất để xác định cấu trúc phân tử của một hợp chất hữu cơ Từ phương. .. kháng sinh 1.2 TỔNG HỢP BETA LACTAM Azetidin-2-ones(β-lactams) đại diện cho một nhóm các hợp chất rất quan trọng do hoạt tính sinh học nổi tiếng của chúng [9] và là hợp chất trung gian trong tổng hợp hữu cơ [13] Nhiều phương pháp tổng hợp β-lactam đã được phát triển như: phản ứng cộng vòng [2+2], phản ứng tạo vòng, phản ứng gắn thêm carbene, và phản ứng sắp xếp lại các hợp chất dị vòng [14].,[9] 1.2.1... trên nguyên tắc cơ bản của hiệu ứng Cotton, cơ sở của phương pháp này là nghiên cứu bước chuyển ở trung tâm bất đối (circular dichroism) hay còn gọi là phổ nhị sắc tròn Việc xác định phổ CD rất phức tạp, vì nó phụ thuộc vào bản chất của hợp chất nghiên cứu, chỉ có những hợp chất có bước chuyển n >π* và π >π* (có nhóm mang màu) mới đo được hiệu ứng Cotton Trong trường hợp chất cần nghiên cứu không có... tuyệt đối đã biết được chọn để nghiên cứu trong phương pháp này là những chất có khả năng dễ kết tinh để nhận được dạng đơn tinh thể Việc xác định cấu hình tuyệt đối của các hợp chất quang hoạt bằng phân tích X-ray được thực hiện dựa vào phần cấu hình tuyệt đối của chất gắn kết với chất nghiên cứu Ngoài ra, việc đưa nhóm nguyên tử nặng như halogen (Cl, Br, I) vào phân tử hợp chất quang hoạt cũng cho phép... lần Hình 1.11 Các biện pháp cải tiến tăng độ nhạy của detector (cải tiến flowcell) 1.4.6 DETECTOR MS Phương pháp khối phổ (Mass Spectrometry -MS) là phương pháp nghiên cứu các chất bằng cách đo, phân tích chính xác khối lượng phân tử của chất đó dựa trên sự chuyển động của các ion nguyên tử hay ion phân tử trong điện trường hoặc từ trường nhất định Tỉ số giữa khối lượng và điện tích (m/z) có ảnh hưởng