Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2(4clo8metyl quinolin2yl)4,5,6,7tetraclo1,3tropolon bằng một số phương pháp hóa lý hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2(4clo8metyl quinolin2yl)4,5,6,7tetraclo1,3tropolon bằng một số phương pháp hóa lý hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2(4clo8metyl quinolin2yl)4,5,6,7tetraclo1,3tropolon bằng một số phương pháp hóa lý hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2(4clo8metyl quinolin2yl)4,5,6,7tetraclo1,3tropolon bằng một số phương pháp hóa lý hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2(4clo8metyl quinolin2yl)4,5,6,7tetraclo1,3tropolon bằng một số phương pháp hóa lý hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2(4clo8metyl quinolin2yl)4,5,6,7tetraclo1,3tropolon bằng một số phương pháp hóa lý hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2(4clo8metyl quinolin2yl)4,5,6,7tetraclo1,3tropolon bằng một số phương pháp hóa lý hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2(4clo8metyl quinolin2yl)4,5,6,7tetraclo1,3tropolon bằng một số phương pháp hóa lý hiện đại (LV thạc sĩ)Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2(4clo8metyl quinolin2yl)4,5,6,7tetraclo1,3tropolon bằng một số phương pháp hóa lý hiện đại (LV thạc sĩ)
Trang 1DAI HOC THAI NGUYEN
TRUONG DAI HOC KHOA HOC
DO VAN HUNG
PHAN TICH CAU TRUC, HAM LUQNG CUA
MOT SO DAN XUAT 2-(4-CLO-8-METYLQUINOLIN-2- YL)-4,5,6,7-TETRACLO-1,3-TROPOLON BANG MOT SO
PHUONG PHAP HOA LY HIEN DAI
LUAN VAN THAC Si HOA HOC
THAI NGUYEN - 2016
Trang 2DAI HOC THAI NGUYEN
TRUONG DAI HOC KHOA HOC
DO VAN HUNG
PHÂN TÍCH CÁU TRÚC, HAM LUQNG CUA
MOT SO DAN XUAT 2-(4-CLO-8-METYLQUINOLIN-2-
YL)-4,5,6,7-TETRACLO-1,3-TROPOLON BANG MOT SO PHUONG PHAP HOA LY HIEN DAI
Chuyên ngành: Hĩa phân tích
Ma sé: 60 44 01 18
LUAN VAN THAC Si HOA HOC
Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Dương Nghĩa Bang
THÁI NGUYÊN - 2016
Trang 3LOI CAM ON
Em xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đối với thầy PGS TS Dương Nghĩa Bang -
Trưởng Khoa Hĩa - Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Trường Đại Học Thái Nguyên, đã giao đề tài và trực tiếp hướng dẫn tận tình, giúp đỡ chu đáo cả về tinh thần lẫn vật chất cần thiết trong suốt quá trình làm luận văn này
Tơi xin chân thành cảm ơn:
- TS Phạm Thế Chính - Phĩ Khoa Hĩa - Trường Đại Học Khoa Học Tự
Nhiên - Trường Đại Học Thái Nguyên, đã giúp tơi phân tích và xử lý kết quả
- Ban lãnh đạo khoa Hĩa học trường Đại học Khoa học - DHTN, tập thể các thầy cơ, anh chị và các bạn tại khoa Hĩa học trường Đại học Khoa học
- ĐHTN đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình hồn thành luận văn - Các thầy cơ giáo phịng thí nghiệm Khoa Hĩa - Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Trường Đại Học Thái Nguyên đã tạo điều kiện và giúp đỡ tơi
- Tất cả các thầy cơ đã dạy dỗ em trong suốt quá trình học tập
Cũng nhân dịp này tơi bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến Chủ Tịch HĐQT, BGH, đồng nghiệp THPT Trần Nhân Tơng - Đơng Triều - Quảng Ninh, gia
đình, người thân, bạn bè đã động viên, tạo điều kiện giúp đỡ tơi về cả vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá trình học tập và hồn thành luận văn này
Tác giả luận văn
Đỗ Văn Hưng
, a
Trang 4MUC LUC LOI CAM ON 100080 5 IM.9):800/99:10A2050 000 d TAIT OTS GIÁO HƠNlTiosssssoseisensuotongtioetutetgtinosttisttgt2430G0EGE01013038107030/180 e M.9)s8 00/9916: 1 f 0071005 1
Chwong 1 TONG QUAN u.o ccccecccescsssssssesssesseessesssesseessessuesssessesssesstesstesesneess 3 1.1 Tổng quan về một số phương pháp xác định cấu trúc - 3
1.1.1 Phương pháp phổ tử ngoại - 2-2-2 2+EE22EE+EEEzExerxeerkerrxerxee 3 1.1.2 Phương pháp phổ hồng ngoại . -.-:-¿©22©+222+zz2vxzzcrsz 6 1.1.3 Phương pháp phố cộng hưởng từ hạt nhân 2-52 5252 9 1.1.4 Phương pháp phơ khối lượng . - 22-22 22E2+£s+£xezrxezrxee 11 1.2 Tổng quan về quinolin và tropolon -¿zz2z222+++2:+++zzss+ 16 In 90 16
IZ40005 11 - 4 20
Chương 2 THỰC NGHIỆM 22222222222+222221122222211212222112ce2 25 2.1 Thiết bị, hĩa chất và phương pháp phân tích -. - 2-22 + 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-dimetylquinolin-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 - Í,3-frODÏOH - - ¿+5 + + E*+EEsEEEekerkerreesrerrre 27
2.3.2 Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2-(5-nitro-4-clo-8- metyl quinolin -2- y]Ï)- 4,5,6,7- tetraclo -1,3-tropÏon -s- «<< <+s<s<<s++ 29
b
Trang 52.4 Phân tích hàm lượng chất thu được bằng phương phap LC-MG 30 2.4.1 Hĩa chất, thiết bị -2 2+¿222++2222+2221122211222112211122111 222122 xe 30 2.4.2 Thiết lập các thơng số cho hệ thống LC/MS : - 30 2.4.3 Chuẩn bị mẫu -. -2¿-©2+£©+2x+22E+92EE27112211221122122211 2212 c2xe2 30 2.4.4 Kết quả phân tích ¿- 2+ s+2+z+EE+EEE+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrrrerkree 30 Chương 3 KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN . -:2-©222czz+cxszczz 31
3.1 Tổng hợp và phân tích cầu trúc mẫu quinolin -. :-s¿ 31 3.1.1 Tổng hợp mẫu 7-clo-2,8- đimetylquinolin-4(1H)-on 31 3.1.2 Tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu 4-clo- 2,8-dimetylquinolin 31
3.1.3 Tơng hợp và phân tích cầu trúc mẫu 5-nitro-4,7-diclo - 2,8-dimetylquinolin 32
3.2 Kết quả tong 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)-
Trang 6Boc20 DCC DIBAL-H DIPEA hoac DIEA DMAP DME DMF DMSO EDC ESI-MS EtOH HPLC HOBt LC-MS LDA LiHMDS MeOH NMM NMR NMO PyBOP n-BuLi p-TsOH TBDMSCI t-BuOH t-BuOK TFA THF TMSCN
Số hĩa bởi Trung tâm Học liệu —- DHTN
DANH MUC CHU VIET TAT Di-tert-butyl dicacbonat N,N'-Dicyclohexylcacbodiimit Di-iso-butyl nhém hidrua N,N’-Di -iso-propyletyl amin 4-Dimetylaminopyridin Dimetoxyetan Dimetyl formamit Dimetyl sulfoxit 1-Etyl-3-(3-dimetylaminopropyl) cacbodiimit Electrospray ionization - mass spectrometry Etanol High-performance liquid chromatography Hydroxybenzotriazole
Liquid chromatography - mass spectrometry Lithi diisopropyl amin Lithi bis(trimetylsilyl)amit Metanol N-Metylmorpholin Nuclear magnetic resonance N-Metylmorpholine N-oxit Benzotriazol-1-yl-oxytripyrrolidinophosphon - hexaflorophosphat n-Buty] lithi
Trang 8Hinh 1: Hinh 2: Hinh 1.1: Hinh 1.2: Hinh 3.1: Hinh 3.2: Hinh 3.3: Hinh 3.4: Hinh 3.5: Hinh 3.6: Hinh 3.7: Hinh 3.8: Hinh 3.9:
DANH MUC CAC HiNH
Một số hợp chất chứa hệ quinolin đã sử dụng làm thuốc 1 Tropolon và một số dẫn xuất tiêu biỀu 2- 2: ©z+c5z+: 2 Phổ hồng ngoại của benzyÌ_anỌ2ss‹sssssssssisasssoesesdesgssoioaidxssisse 7 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat 10
Trang 9MO DAU
Sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp phân tích cấu trúc đã giúp cho việc nghiên cứu trong các ngành Khoa học đặc biệt là Tổng hợp hữu cơ
trở nén dé dang hon, phát triển nhanh hơn Trước đây, để chứng minh cấu tạo của một chất cĩ thê mất hàng năm hoặc cĩ khi kéo dài nhiều năm thì nay cĩ thể thực hiện sau vài giờ, sở dĩ làm được như vậy là nhờ sự hỗ trợ của các
phương pháp phổ hiện đại
Để phân tích cấu trúc của các hợp chất hữu cơ cĩ thể sử dụng các
phương pháp phổ như phố hồng ngoại, phố tử ngoại khả kiến, phổ cộng
hưởng từ hạt nhân, phổ khối lượng Mỗi phương pháp cho phép xác định một
số thơng tin khác nhau và hỗ trợ lẫn nhau trong việc xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ
Quinolin là bộ khung chính trong một số ancaloit cĩ hoạt tính sinh học cao như Quinin (thuốc chống sốt rét), Sopcain (làm thuốc gây mê), plasmoxin và acrikhin (đều làm thuốc chống sốt rét hiệu qua)[1], saquinavir (thuốc điều tri HIV)[2] CHON(CH;);N(C2H;); ƑEu H c⁄ Ph O N 2 S Ì Oo H S Z N | N N 7, N “ O H OH N O(CH2)3CH3 CONH;
Sopcain Saquinavir Quinin
Hình 1: Một số hợp chất chứa hệ quinolin đã sử dụng làm thuốc
Trong khi đĩ, hệ tropolon là một trong những hệ chính trong một số
hợp chất thiên nhiên, đa số những hợp chất đĩ (Hình 2) thể hiện những hoạt
tính sinh học quí giá [3] như làm thuốc kháng sinh, chống ung thư, chống oxi hĩa, kháng khuẩn [4] v.v
1
Trang 10
NR Ro R
MeO
OH
Colchicine Rị=H, Rz=COMe oO HOOC Axit Stipitat R=H
Colxamine Rị=R;=Me OMe Axit Pyberul R=OH
Hình 2: Tropolon và một số dẫn xuất tiêu biểu
Kolsamnn được sử dụng trong y học như thuốc chống mụn nhọt, chống các 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 cĩ thể hiện các hoạt tính kháng khuẩn lao và chống các loại khuẩn gây mụn nhọt Khoa học đã chứng minh được hoạt tính sinh học của o-alkyl tropolon và các hợp chất tương tự đang được sử dụng làm thành phần chất ức chế tế bào ung thư [6]
Từ những lý do nêu trên, chúng tơi chọn đề tài: “Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2-(4-clo-8-metpl quinoln-2-yl)-4,5,6,7-
tetraclo-I,3-tropolon bằng một số phương pháp hĩa lý hiện đại” Mục tiêu
chính của đề tài là sử dụng các phương pháp phơ hiện đại như 'H-NMR, 'C-
NMR và phương pháp phổ khối lượng MS đê phân tích cấu trúc của một số dẫn
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 đề xác định hàm lượng của sản phẩm trong các mẫu thu được
2
Trang 11Chuong 1
TONG 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 các bức xạ (tử ngoại) chiếu vào dung dịch chất phân tích trong l dung mơi nhất định Vùng sĩng: tử ngoại (UV) 200 - 400 nm
Phổ tử ngoại của các chất hữu cơ gắn liền với bước chuyên electron giữa mức năng lượng electron trong phân tử khi các electron chuyển từ các obitan liên kết hoặc khơng liên kết lên các obitan phản liên kết cĩ mức năng lượng cao hơn, địi hỏi phải hấp thụ năng lượng từ bên ngồi
a Bước chuyển dời năng lượng
Ở điều kiện bình thường, các electron trong phân tử nằm ở trạng thái cơ bản, khi cĩ ánh sáng kích thích với tần số thích hợp thì các electron này sẽ hấp thụ năng lượng và chuyên lên các trạng thái kích thích cĩ mức năng lượng cao hơn
oc > oO r> 1
n> ot
Trang 12b Nhém mang mau va sự liên hợp của các nhĩm mang màu
Các chất cĩ màu là do trong phân tử của các chất chứa các nhĩm nối
đơi hay nối ba như C=C, C=O, C=N, N=N, C= C, N =N, -NO› Do vậy,
chúng được gọi là nhĩm mang màu Trong phân tử cĩ càng nhiều nhĩm mang màu liên hợp thì màu của chất sẽ càng đậm Các chất màu đậm khi đo phổ tử ngoai kha kién cho A max nam ở vùng cĩ bước sĩng dài Do đĩ, những hợp chất hữu cơ cĩ mạch liên hợp dài thì cực đại nằm ở phía sĩng dài
- Liên hợp 7 - 7
Loại này xuất hiện khi trong hợp chất cĩ chứa các nối đơi liên hợp, các
cực đại hấp thụ chuyên dịch mạnh về phía sĩng dài và cường độ hấp thụ tăng
khi số nối đơi liên hợp tăng
Etilen cho đỉnh hấp thu cuc dai 6 175 nm, butadien 6 217 nm con cua
hecxatrien 6 274 nm
Đối với vịng benzen cịn xuất hiện đải hấp thụ ứng với bước chuyển dời của hệ thống electron cĩ bước sĩng 256 nm được gọi là dai B
- Lién hop z - p
Đây là sự liên hợp của nối đơi và cap electron tu do ở các dị tố trong các liên kết đơi C=Z (Z=O, N, S ) va C-X (X=Cl, Br, I ) tương ứng với
bước chuyển electron n > 2° Sự liên hợp này dẫn đến sự chuyển dịch cực đại
về phía sĩng dài nhưng cường độ hấp thụ thấp - Liên hợp 7 - ø hay cịn gọi là siêu liên hợp
Nhĩm ankyl thế ở liên kết x gây ra hiệu ứng siêu liên hợp Hiệu ứng
này làm cực đại hấp thụ chuyên dịch về phía sĩng dài một ít nhưng khơng lớn như hai hiệu ứng trên, e „„ khơng tăng hoặc tăng khơng đáng kẻ
Chuyển dịch bước sĩng 2.„ax về phía sĩng dài: ø—> p > m—> #> —> Ơ Sự tăng cường độ hấp thụ ema: > 7>1> p>1> 0
4
Trang 13c Các yếu tổ ảnh hưởng đến cực đại hap thud max va cwong d6 hap thụ Âmnax
Trong phơ UV, đại lượng đặc trưng là À max (Emax) 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 vịng thơm bằng các
nhĩm thế khác nhau, tùy theo nhĩm thế đĩ cĩ liên hợp hay khơng liên hợp đối
với hệ nối đơi của phân tử mà ảnh hưởng nhiều hay ít đến phổ tử ngoại của
phân tử Đối với các nhĩm thế khơng liên hợp (như CH;, CH;OH, CHaCOORN) thì ảnh hưởng ít cịn các nhĩm thế liên hop (nhu C=CR2, COOH,
OH, NO: ) cĩ ảnh hưởng mạnh làm chuyển dịch cực đại hấp thụ về phía sĩng đài 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 2 mạ giảm đi một ít nhưng € max giam nhiéu, vi vậy cĩ thể xem & max la cn cit dé so sánh tính đồng phẳng của một dạng phân tử cho trước
Ví dụ: Xét phân tử biphenyl thế orto: gọi là gĩc tạo nên giữa hai mặt phẳng chứa hai nhân phenyl, năng lượng liên hợp của phân tử được tính theo phương trình: AE = EmaxC0S? ; Emax là năng lượng liên hợp khi = 0 (Số nhĩm thé) X max (nm) €max 0 45 248 19000 > 45 (một nhĩm CH:) 236 10 000 = 90 (hai nhĩm CH:›) 226 800 Toluen 261 225
- Ảnh hưởng của dung mơi
Tùy theo bản chất phân cực của dung mơi và chất tan mà phổ tử ngoại của chất tan thay đổi theo các cách khác nhau Khi tăng độ phân cực của dung
mơi thì đải K chuyển dịch về phía sĩng dài cịn đải R (n —> 2”) lại chuyên
dịch về phía sĩng ngắn
„ 5
Trang 14d Cầu tạo của phổ kế tử ngoại
Phổ tử ngoại được thiết kế đo cả vùng phổ từ 200 - 1000 nm Nĩ gồm
hai loại: loại 1 chim tia do điểm và loại hai chùm tia quét cả vùng phổ Cả hai loại này đều gồm các bộ phận sau:
1.Ng6n sang: ding dén Tungsten halogen (do ving 350-1000nm) va
đèn doteri hay dén hidro (do vung 200-350 nm)
2 Bộ chọn sĩng: 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: phơ biến dùng tế bào nhân quang, cĩ độ nhay và độ bền cao
Một số máy hiện nay dùng detectơ là dàn diot gồm 1024 diot cho cả vùng tử ngoại và khả kiến
4.Bộ phận đọc tín hiệu: loại máy đo điểm thường cĩ bộ phận đọc tín hiệu là đồng hồ đo điện thế hoặc bộ phận hiện số Máy hai chùm tia dùng bộ
phận tự ghi hoặc ghép nối với máy vi tính và máy in e Ủng dụng phổ tử ngoại
Phương pháp phổ tử ngoại cĩ ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực phân
tích định tinh, phân tích cấu trúc phân tử và phân tích định lượng Nguyên tắc
của phương pháp phân tích định lượng là dựa vào mối quan hệ giữa mật độ quang và nồng độ dung dịch theo định luật Lambert - Beer Ưu điểm của phương pháp quang phổ tử ngoại trong phân tích định lượng là cĩ độ nhạy cao, cĩ thể phát hiện được một lượng nhỏ chất hữu cơ hoặc ion vơ cơ trong dung dịch, sai số tương đối nhỏ (chỉ 1 đến 3%)
1.12 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
a Ung dụng phương pháp phố hồng ngoại trong phân tích cấu trúc
hợp chất hữu cơ
Trong số các phương pháp phân tích cấu trúc, phố hồng ngoại cho
nhiều thơng tin quan trọng về cấu trúc của hợp chất
„ 6
Trang 15Bức xạ hồng ngoại bao gồm một phần của phố điện từ, đĩ là vùng bước
sĩng khoảng 10 đến 10 m Nĩ nằm giữa vi sĩng và ánh sáng khả kiến
Phần của vùng hồng ngoại được sử dụng nhiều nhất để xác định cấu trúc nằm trong giữa 2,5x10' và 16x10 m Đại lượng được sử dụng nhiều trong phố hồng ngoại là số sĩng (cm), ưu điểm của việc dùng số sĩng là là ching ty lệ thuận với năng lượng [9]
Khi chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử các hợp chất, bức xạ hồng ngoại sẽ kích thích phân tử từ trạng thái dao động cơ bản lên trạng thái dao động cao hơn Cĩ 2 lại dao động khi phân tử bị kích thích là dao động hoa tri và biến dạng, dao động hĩa trị (v) là đao động làm thay đổi độ dài liên kết,
dao động biến dang (5) 14 dao động làm thay đơi gĩc liên kết
Đường cong biểu diễn cường độ hấp thụ với số sĩng của bức xạ hồng ngoại được gọi là phơ hồng ngoại, trên phổ biểu diễn các cực đại hấp thụ ứng với những dao động đặc trưng của nhĩm nguyên tử hay liên kết nhất định, (Hình 1.1) %Transmittance 137313" u 1 uuu uuni, L 1 aI So} u |6z££— £701— sti— LOL r T—*—— T I r r -| tũ r 4000 s0 0 Wavenumbers (cm) mn đàng 3
Hình 1.1 Phố hồng ngoại của benzyl ancol
Căn cứ vào phổ hồng ngoại đo được đối chiếu với các dao động đặc
trưng của các liên kết, ta cĩ thể nhận ra sự cĩ mặt của các liên kết trong phân
tử Một phân tử cĩ thê cĩ nhiều dao động khác nhau và phổ hồng ngoại của
các phân tử khác nhau thì khác nhau, tương tự như sự khác nhau của các vân
ngĩn tay Sự chồng khít lên nhau của phổ hồng ngoại thường được làm dẫn
chứng cho hai hợp chất giống nhau [9]
„ 7
Trang 16Khi sử dụng phơ hồng ngoại đề xác định cấu trúc, thơng tin thu được chủ yếu là xác định các nhĩm chức hữu cơ và những liên kết đặc trưng
Các pic nằm trong vùng từ 4000 - 1600 cm! thường được quan tâm đặc biệt, vì vùng này chứa các dải hấp thụ của các nhĩm chức, như OH, NH, C=O, C=N nên được gọi là vùng nhĩm chức Vùng phổ từ 1300 - 626 cm! phức tạp hơn và thường được dùng để nhận dạng tồn phân tử hơn là
để xác định nhĩm chức Chính ở đây các dạng pic thay đổi nhiều nhất từ hợp chất này đến hợp chất khác, vì thế vùng phơ từ 1500 em" được gọi là
vùng vân ngĩn tay [9]
b Máy đo phổ hồng ngoại
Phổ kế hồng ngoại hiện nay gồm các loại: phổ kế hồng ngoại một ching tia dùng kính lọc, phơ kế hồng ngoại hai chùng tia tán sắc và phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR)
- Phố kế hồng ngoại một chùm tia dùng kính lọc là loại đơn giản dùng
cho phân tích định lượng khí Trong máy cĩ 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,
máy ghi phố quét cả vùng từ 4000 cm'! đến 200 em cĩ nối với bộ tự ghi hay
mấy vi tinh
Sơ đồ phổ kế hồng ngoại hai chùm tia tán sắc từ nguồn sáng S¡ phát ra hai chùm tia song song, một đi qua mẫu, một đi qua cuvet so sánh, sau đĩ chập lại qua khe vào S; đến lăng kính (hoặc cách tử) rồi qua khe ra Sạ đi đến detectơ
+ Nguồn sáng cho máy phổ hồng ngoại thường dùng đen Nernst (hỗn hop oxit kim loại 85% ZrO; và 15% Y2O3), dén Globa (silic cacbua S1C;), đèn Nicrom (dây đốt niken - crom) Nhiệt độ đốt nĩng khoảng 700 - 800°C
S: Lang kính: gồm 3 cdi duoc ché tao tir cdc vat liéu KBr, NaCl va Li vi
mỗi loại chỉ cho một vùng ánh sáng hồng ngoại đi qua Cách tử chế tạo bằng thủy tỉnh, trên mỗi milimet được vạch từ 200 đến 300 vạch cách đều nhau
„ 8
Trang 17S: Detectơ: thường hay dùng là loại detectơ tế bào nhân quang, cặp nhiệt điện hoặc tỏa nhiệt
U: Cuvet: cuvet đo phố hồng ngoại thường cĩ hai loại cuvet đo mẫu
lỏng và cuvet đo mẫu rắn
Cuvet do mau long (chat tinh khiết hay dung dich) co cau tạo gồm hai
tắm cửa số bằng NaCI, KBr hoặc LiF, một vịng đệm ở giữa cĩ độ dày bằng
độ dày cuvet, vịng đệm và giá đỡ bên ngồi, ở một tắm cửa số và giá đỡ cĩ
khoan hai lỗ để nạp mẫu Để kiểm tra chính xác độ dày cuvet, người ta đặt
một cuvet khơng vào máy rồi đo trong một vùng bước sĩng được tín hiệu phổ hình sin rồi tính theo cơng thức: d= AN/2( - va)
Với d là chiều dày lớn mỏng AN là số đỉnh cực đại, ¡ và s là số sĩng Các mẫu khí được đo bằng một cuvet đặc biệt, vì độ hấp thụ của các khí thấp nên đường ánh sáng đi qua mẫu phải dài Chiều dài thực của mỗi cuvet khí chỉ độ 10 cm nhưng đường ánh sáng đi qua phải dài hàng met, do đĩ cần cĩ một hệ thĩng gương đặt trong cuvet để ánh sáng đi qua lại mẫu nhiều lần 1.1.3 Phương pháp phổ cộng hướng từ hạt nhân (NMR)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (CHTHN) là phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu cấu trúc của các hợp chất hữu cơ Phương pháp phơ biến được sử
dung 1a phé 'H-NMR va '!°C-NMR Hạt nhân của nguyên tử !H và '%C cĩ momen từ Nếu đặt proton trong từ trường khơng đổi thì moment từ của nĩ cĩ
thể định hướng cùng chiều hay ngược chiều với từ trường Đĩ là spin hạt
nhân cĩ tính chất lượng tử với các số lượng tử +1/2 và -1/2
- Độ chuyển dịch hĩa học ở:
Do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt nhân !H và '°C trong phân tử cĩ tần số cộng hưởng khác nhau Đặc trưng cho các hạt nhân !H và !3C
Trang 18Trong dé: vs, Vx la tan số cộng hưởng của chất chuẩn TMS và của hạt nhân mẫu đo, vụ là tần số cộng hưởng của máy phơ
Đối với các hạt nhân khác thì độ chuyên dịch hĩa học được định nghĩa một các tổng quát như sau:
6 = Vetuan Vx 19° ( ppm)
Trong đĩ: V.nun, Vx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn và của hạt nhân mẫu đo, vạ là tần số cộng hưởng của máy phơ
Hằng số chắn ø xuất hiện do ảnh hưởng của đám mây electron bao
quanh hạt nhân nguyên tử, do đĩ tùy thuộc vào vị trí của hạt nhân !H và !3C
trong phân tử khác nhau mà mật độ electron bao quanh nĩ khác nhau dẫn đến
chúng cĩ giá trị hằng số chắn ø khác nhau và do đĩ độ chuyền dịch hĩa học của mỗi hạt nhân khác nhau Theo đĩ proton nào cộng hưởng ở trường yếu hơn sẽ cĩ độ chuyền định hĩa học lớn hơn
Dựa vào độ chuyển dịch hĩa học ư ta biết được loại proton nảo cĩ mặt
trong chất được khảo sát Giá trị độ chuyển dịch hĩa học khơng cĩ thứ nguyên
Trang 19- Hang số tương tác spin-spin J:
Trên phơ NMR, mỗi nhĩm hạt nhân khơng tương đương sẽ thê hiện bởi
một cụm tín hiệu gọi và vân phơ, mỗi vân phổ cĩ thể bao gồm một hoặc nhiều hợp phần Nguyên nhân gây nên sự tách tín hiệu cộng hưởng thành nhiều hợp phần là do tương tác của các hạt nhân cĩ từ tính ở cạnh nhau Tương tác đĩ
thể hiện qua cac electron lién 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 tac spin-spin J ta cĩ thể rút ra kết luận về vị trí trương đối của các hạt nhân cĩ tương tác với nhau
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân viết tắt của tiếng Anh là NMR (nuclear Magnetic Resonance) là một phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu cấu tạo của các hợp chất hữu cơ, nĩ cĩ ý nghĩa quan trọng để xác định cấu tạo các phân tử phức tạp như các hợp chất thiên nhiên Phương pháp phổ biến được
sử dụng là NMR - 'H va phé NMR - !3C [10]
1.1.4 Phương pháp phổ khối lượng (MS)
Phương pháp phổ khối lượng viết tắt là MS (Mass Spectrometry) cĩ ý nghĩa rất quan trọng đối với việc nghiên cứu xác định cấu trúc các hợp chất
hữu cơ Dựa trên các số khối thu được trên phổ cĩ thể xây dựng cấu trúc phân
tử hoặc chứng minh sự đúng đắn của cơng thức cấu tạo dự kiến a Nguyên tắc chung
Nguyên tắc chung của phương pháp phơ khối lượng là phá vỡ phân tử trung hồ thành ion phân tử và các ion dương mảnh cĩ số khối z = m/e (m là
khối lượng cịn e là điện tích ion) Sau đĩ phân tách các ion này theo số khối và ghi nhân thu được phơ khối lượng Dựa vào phổ khối này cĩ thể xác định
phân tử khối và cấu tạo phân tử của chất nghiên cứu
Khi bắn phá các phân tử hợp chất hữu cơ trung hồ bằng các phân tử mang năng lượng cao sẽ trở thành các ion phân tử mang điện tích dương hoặc phá vỡ thành mảnh ion và các gốc theo sơ đỗ sau:
11
Trang 20ABC+e— ABC* + 2e
— ABC?” + 3e
Su hinh thanh cac ion mang dién tich +1 chiếm tỉ lệ lớn, cịn lại các ion mang điện tích +2 Năng lượng bắn phá các phân tử thành ion phân tử khoảng 15eV Nhưng với năng lượng cao thì ion phân tử cĩ thể phá vỡ thành các mảnh ion duong (+), hoac ion gốc, các gốc hoặc phân tử trung hồ nhỏ hơn:
ABC”+e> BC’ + At ABC” ABt + C AB*t+ —> AT + B
—
Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo chất, phương pháp bắn phá và năng lượng bắn phá Quá trình này là quá trình ion hố
Các ion dương hình thành đều cĩ khối lượng m và điện tích e, tỷ số m/e
được gọi là số khối z Bằng cách nào đĩ, tách các ion cĩ số khối khác nhau ra
khỏi nhau và xác định được xác suất cĩ mặt của chúng rồi vẽ đồ thị biểu diễn
mối liên quan giữa các xác suất cĩ mặt (hay cường độ ]) và số khối z thì đồ thị này được gọi là phổ khối lượng
b Kĩ thuật thực nghiệm
- Hố khí mẫu
Các mẫu được nạp vào phổ kế cĩ thể ở dạng khí, lỏng hay rắn Trước tiên mẫu được nạp vào một buồng kín dưới áp suất thấp từ 105 đến 10
7mmHg và nhiệt độ đốt nĩng cĩ thể lên đến 2000%C Dưới điều kiện này thi hau hết các chất lỏng và rắn đều biến thành thể hơi
- lon hố mẫu
Mẫu sau khi đã hố hơi được dẫn vào buồng ion hố để biến các phân tử trung hồ thành các ion Qua trình này được thực hiện theo một sé phuong phap nhu:
12
Trang 21- Phương pháp va chạm electron: mẫu chất ở dạng hơi được dẫn vào trong một buồng, ở đây cĩ một dịng e mang năng lượng chuyển động vuơng gĩc với mẫu và xảy ra va chạm giữa chúng, biến các phân tử trung hồ thành các ion phân tử hoặc các ion mảnh Năng lượng của dịng e vào khoảng 10ev đến 100ev Sau đĩ dịng 1on mới được tạo ra, chạy qua một điện trường E đề làm tăng tốc độ chuyền động, thế của điện trường được gọi là thế tăng tốc U
- Phuong phap ion hoa hố học: cho dịng phân tử khí va chạm với một dịng ion dương hoặc ion âm để biến các phân tử trung hồ thành ion Trong quá trình này, trước tiên phải biến các phân tử khí metan thành ion, sau đĩ các ion này mới va chạm với các phân tử mẫu
- Phương pháp ion hố trường: cho mẫu dạng hơi đi qua giữa hai điện cực cảm ứng cĩ một điện trường mạnh, dưới tác dụng của lực tĩnh điện, phân tử trung hồ sẽ biến thành các ion đương
- Phương pháp ion hố proton: cho dịng phân tử mẫu dạng hơi va đập với dịng photon cĩ năng lượng khoảng 10ev sẽ xảy ra quá trình ion hoả
- Phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh: một dịng khí agon hay xenon được bắn ra từ một khẩu súng đập thắng vào mẫu hồ tan trong dung mơi như glixerin Trước tiên các phân tử dung mơi bị ion hố rồi chính nĩ ion
hố phân tử mẫu thành các ion tiếp theo
- Detecto’
Cac ion đi ra từ bộ phận tách cĩ cường độ nhỏ nên cần khuyếch đại để
phát hiện Một trong những thiết bị này là máy nhân electron Nĩ tạo ra các e
thứ cấp khi cĩ e ban đầu đập vào bề mặt tắm kim loại
- Ghỉ 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 phố Các phố được biểu diễn dưới dạng phần trăm basic (%B), đỉnh cao nhất cĩ cường độ 100%, các đỉnh khác nhỏ hơn Dạng phố MS cĩ hình dạng sau:
13
Trang 221055 % of Base Peak 20 30 40 50 60 my, 70 80 % 100 «110-120
- Nguyén ly cau tạo khối phố kế Khéi phé ké gém 4 phan chinh
- Hố khí mẫu: các chất rắn hay lỏng được đưa vào buồng mẫu cĩ áp suất giảm 105 mmHg biến thành dạng khí Lượng mẫu cần 0,1 - 1 mg
- lon hố: dẫn dịng phân tử khí chạy qua một dịng electron cĩ hướng vuơng gĩc với nĩ đề ion hố mẫu rồi đi qua điện trường U đề tăng tốc
-Tách ion theo khối lượng -Nhận biết các ion bằng detectơ c Phân loại các ion
- lon phân tử
lon phân tử được hình thành do mất đi 1 electron, cho nên khối lượng của nĩ chính là khối lượng của phân tử hay trọng lượng phân tử, được kí hiệu
1a Mt Ion phân tử cĩ các tinh chất sau:
-M' là ion cĩ 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 khơng chứa dị tố N hay chứa một số chẵn dị tố N và M' sẽ là số lẽ nếu chứa một số lẻ dị tố N
- Tat cả sự phá vỡ phân tử đều cĩ thé tính từ hiệu số khối lượng của các
phân tử 1on với ion phan tw
- Cường độ của M" tý lệ với áp suất mẫu Nĩ phụ thuộc vào dãy hợp chất, năng lượng của electron và khả năng phá vỡ phân tử Cường độ của M
cĩ giá trị từ 0 đến 100%
14
Trang 23- Ion dong vi
lon phân tử của các hợp chất khơng phải chỉ là vạch riêng lẻ vì các
nguyên tử chứa trong hợp chất thiên nhiên đều tồn tại đồng vị như !°C bên cạnh !C, !'N bên cạnh !4N, ”O, !3O bên cạnh '5O, Ÿ7CI bên cạnh °°CI
Các đồng vị ton tại trong tự nhiên với các tỷ lệ khác nhau cho nên bên cạnh vạch chính ứng với lon Mï cịn cĩ các vạch (M+I)* và (M+2)' với
cường độ nhỏ hơn Chiều cao của các vạch phụ này tỷ lệ với sự cĩ mặt của
các đồng vị trong phân tử Người ta dựa vào các đặc điểm này đề tính cơng thức cộng của các hợp chất nhờ phương pháp khối phơ
- lon mảnh
Được sinh ra khi phân tử bị phân mảnh do va chạm với electron
- Ion metastabin
Một số ion xuất hiện như bước trung gian giữa các ion cĩ khối lượng lớn và m; cĩ thời gian sống ngắn khơng ghi nhận được đầy đủ cường độ vạch phơ nhưng cũng cĩ thể phát hiện được sự cĩ mặt của nĩ
gọi là ion metastabin mÏ mà m = m;?/m¡ Nhờ mỉ ta cĩ thể khẳng định
được ma là do mạ sinh ra
d Ung dụng của Phương pháp phổ khối lượng
- Xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của phân tử hợp chất hay từng phần tách riêng của nĩ
- Xác định kết cầu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất - Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách quan sát từng phần tách riêng của nĩ
- Định lượng lượng hợp chất trong một mẫu dùng các phương pháp
khác (phương pháp phơ khối vốn khơng phải là định lượng)
- Nghiên cứu cơ sở của hĩa học ion thể khí (ngành hĩa học về ion và chất trung tính trong chân khơng)
l5
Trang 241.2 Téng quan vé quinolin va tropolon 1.2.1 Quinolin
a Giới thiệu chung về quinolin
Quinolin đã được biết đến từ năm 1834 khi Runge tách được từ nhựa
than đá [1] Từ đĩ đến nay, hố học các hợp chất dị vịng quinolin phát triển mạnh và đem lại nhiều kết quả đáng quan tâm, đặc biệt là trong hố dược
Mặc dù quinolin cĩ trong nhựa than đá, song những hợp chất thiên
nhiên quan trọng chứa khung quinolin là những ankaloit
Trong vỏ rễ cây Cinchona officinalis cĩ hàng chục ankaloit, trong đĩ cĩ hai cặp đối quang đáng chú ý là cặp cinconin/ cinconiđin và cặp quinin/ quinidin
R=H, (g5,9R); Cinconidin R=H, (8R,9S); Cinconin R= OCH3, (8S, 9R); Quinin R= OCH3, (8R, 9S); Quinidin
Quinin là thuốc trị sốt rét, người ta biết dùng chế phẩm này từ đầu thế ki XVII, nhưng phải hơn 100 năm sau (1944) Woodward mới tổng hợp tồn phần
Các dẫn xuất của 8-hiđroxiquinolin thường cĩ biểu hiện hoạt tính sinh
học khác nhau, đặc biệt là hoạt tính diệt khuẩn, diệt nắm Đĩ là các phức selat
của 8-hiđroxiquinolin, các dẫn xuất halogen và nhiều dẫn xuất khác
Phức selat của 8-hidroxiqunolin với đồng (II) được dùng để phịng nắm
mốc cho đa thuộc; 5-cloro-7-iodo-8-hidroxiquinolin là chất diệt khuẩn lị Quinin và cinconin là những hợp chất thiên nhiên chứa vịng quinolin được dùng để trị bệnh sốt rét Phỏng theo cấu trúc của chất này, người ta đã thành cơng trong việc tìm kiếm những thuốc tổng hợp cĩ hoạt tính tương tự mà ưu việt hơn, như cloquin, plasmoquin, pentaquin,
l6
Trang 25NHR Cl N 9 N = Z^x „ CHạO NHCHỊCH;]›NCH;CH; 2 CH; R ẩ X=H;R=CH;CH:; Cloquin R= CHICH2]3N(CH2CHS)2 ; Plasmoquin X = H; R = CH2CH,OH; Hidroxicloroquin CH3
X = CH; R = CH>CH;; Sontoquin R= [CHa]sNHCH(CH);; Pentaquin
Một số dẫn xuất của acriđin cũng biểu hiện hoạt tính chống sốt rét
Một số dẫn xuất khác nhau của 4-aminoquinolin cĩ hoạt tính giảm đau, hạ sốt, kháng viêm, hạ huyết ap, Chang han 4-amino-6,7-ddimetoxxiquinolin
(amquinsin) và sản phâm ngưng tụ với veratranđehit (leniquinsin) là những tác nhân làm giảm huyết áp: CHzO N CHạO N Ss >> OCH ZA 3 CHạO Z⁄ CH30 NH) N=CH OCH; Amquinsin Leniquinsin
Acrifavin, một hỗn hop cua 3,6-diaminoacridin va 3,6-diamino-10-
metylacridini clorua, là một thuốc nhiễm trùng
Lí thú là p-đimetylaminostirylquinolin và muối amoni iođua bậc bốn cĩ tác dụng ức chế sự phát triển của các khối u và được dùng trong điều trị bệnh máu trắng
Trang 26b Một số phương pháp tổng hợp quinolin [1,11]
- Đi từ arylamin và hợp chat cacbonyl a, B -khéng no Tổng hop Skraup va tong hop Doebner-von Miller NH, 2 H N R t © > R > H Z Arylamin Hợp chat cacbonyl a Quinolin œ,/- khơng no - Đi từ arylamin và hợp chất 1,3-dicacbonyl Tong hop Combes NH, O Nw R + “HO, R oO H Z
arylamin Hợp chất I 3-đicacbonyl Quinolin
Các hợp chất 1,3-dicacbonyl cĩ thê là đixeton dãy béo hoặc dãy thơm và cũng cĩ thể là một xeto anđehit - Đi từ o-axylanilin và hợp chất cacbonyl cĩ nhĩm a-metylen Tong hop Friedlander 1 NH O- RÌ Nv UR R Zo X Mã" RẺ hoặc axit Z R? R Ra
Hợp chất cacbonyl cĩ thể là anđehit hoặc xeton (R! = H, ankyl, aryl, )
hoặc xefo este, xefo nitrin, xeto amit (R7 = H, ankyl, aryl, COOC¿H:, COCHạ,
CN, CONHCH3 )
Nhĩm o-axyl của anilin cĩ thể là fomyl, axetyl, aroyl,
Trang 27Phương pháp chung đề tổng hợp các axit quinolin-4-cacboxylic cĩ nhĩm
thế ở vị trí số 2 hoặc cả hai vị trí 2 và 3, là ngưng tụ axIf 1satinic mới sinh ra từ
isatin với các hợp chất metylen-xeton như tổng hợp Friedlander [11,1] cook O KOH 33% ẻ | SS RCH G—Re COOH COOH oto tated y ° NH ; NR N ⁄ `ChạR; (Ry= CH3)
- Đi từ các dẫn xuất của inẩole
Quinolin cĩ thể được tổng hợp từ một số dị vịng khác, đặc biệt từ các dẫn xuất của inđole Chang han indole tac dụng với ddiclororrocacben sinh ra 3-cloroquinolin: NH NH CH; N _CHạ CHị _———> cl —> oe cl CH CH3 5 cl Dun nong 2-metylindole cting thu duge quinolin: NH t' 4 N S CHy ———> ⁄ #
Việc nghiên cứu tổng hợp các hợp chất đị vịng cĩ hoạt tính sinh học được các nhà hố 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 vịng chứa nitơ, đặc biệt là quinolin Trong số đĩ cĩ rất nhiều giáo sư cĩ uy
tín trong làng hố học hữu cơ nước ta như GS.TSKH Nguyễn Minh Thảo,
GS.TSKH Nguyễn Đình Triệu, GS TSKH Ngơ Thị Thuận, v.v
Năm 2000, GS.TSKH Nguyễn Đình Triệu cùng nhĩm nghiên cứu Khoa
Hĩa học trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội đã
tổng hợp được một số fomazan chứa dị vịng quinolin và chứng minh nhiều
tính chất lý thú của hợp chất này [12]
19
Trang 28Năm 2001, GS.TSKH Nguyễn Minh Thao cùng nhĩm nghiên cứu đã
nghiên cứu tơng hợp được một số 3-axetyl-4-hidroxi-N-phenyl-quinolin-2-on, ơng đã nghiên cứu cấu trúc và hoạt tính sinh học của một số hợp chất tiêu
biểu và đĩng gĩp nhiều kết quả lý thú
Ind ,Ph
Ind: Indolyl-3; 2-metylindolyl-3; 2-phenylindolin-3; N-benzylindoly]-3
Kết quả cho biết, đa số dẫn xuất quinolin tương tự flavon trên cĩ hoạt tính kháng khuẩn cao và ở nhiều nồng độ khác nhau đối với các chủng loại khuẩn Escherichia coli, Pseudomonas roginorz (trực khuẩn mủ xanh) và staphylococcus aureus [13]
Sau đĩ, nhĩm nghiên cứu của GS.TSKH Nguyễn Minh Thảo cịn tổng
hợp 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 cầu tạo cia tropolon [27]
Tropolon là một dẫn xuất của tropon, cĩ ba đồng phân
0 Oo oO
OH
OH OH
1,2- tropolon 1,3- tropolon 1.4- tropolon
Momen lưỡng cực của nĩ là 3,7D Về cơ bản troponon là một axit yếu
cĩ Ka 107 Tropolon được xếp vào lớp hợp chất nonbenzenoid thơm, song
nĩ khơng tuân theo đầy đủ cấu trúc cơng thức được đưa ra của loại hợp chất này Tropolon cịn cĩ 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 của nĩ, sự định hướng của momen lưỡng cực tropolon như sau:
20
Trang 29Trong cấu trúc của tropolon cĩ liên kết hydro nội phân tử bền vững được mơ tả như sơ đồ dưới đây
b Một số ứng dụng của dẫn xuất tropolon
Tropon và tropolon trong tự nhiên chủ yếu đưới dạng các ancaloit
(troponoit, tropolonoit) cĩ trong thực vật, nấm, v.v Đa số những hợp chất đĩ
thể hiện những hoạt tính sinh học quí giá và đã được sử dụng làm thành phần
một số loại thuơc kháng sinh, thuốc chống ung thư, kháng khuẩn [17] Trong
số đĩ Colchicin được chiết xuất từ hoa Colchium autumnale (mọc ở vùng núi
Uran, Krưm thuộc Ủcraina,v.v) được sử dụng để chữa bệnh viêm khớp Hiện
nay nĩ được sử dụng làm thuốc chữa bệnh gout cấp tính, bệnh viêm gan C và cĩ hoạt tính chống khuẩn Mito [18,19] Ngồi ra, colchicin được sử dụng trong các bệnh ngồi da ví dụ như actinic keratoses, bệnh vây nến Chính vi vậy, từ các thập niên 60-70 đến nay nhiều cơng trình nghiên cứu về cấu trúc cũng như hoạt tính sinh học của các hợp chất hữu cơ cĩ chứa hệ tropolon đã
được đăng tải trên các tạp chí quốc tế uy tín[20,21] Dưới đây là một số ví dụ
về các hợp chất cĩ chứa hệ tropon và tropolon đã biết CRW Tropon R=H R=H OH Tropolon R=OH R=CH; Oo R OH HOOC
Axit Stipitat R=H Colchicine Rj=H, Rx=COMe b
Axit Pyberul R=OH Colxamine Rị=R;=Me Mle
21
Trang 30Gan đây, một sỐ nghiên cứu đã khăng định một sỐ phức bạc (I), nhơm (II) và coban (I) với 4-isopropyltropolon cĩ khả năng kháng khuẩn rất tốt [22] Hinokitiol (P-thujaplicin) là một tropolon tự nhiên cĩ trong cây tùng bách cĩ khả năng chống ung thư và thiếu máu cục bộ Nhĩm các nhà khoa hoc Hy lap Maria Koufaki, Elissavet Theodorou tai Institute of Organic and Pharmaceutical Chemistry Athens tổng hợp và nghiên cứu khả năng bảo vệ thần kinh của một số dẫn xuất B-Thujaplicin (4-isopropyl-1,2-tropolon) va da cĩ kết luận chỉ cĩ dẫn xuất piperazin của j-Thujaplicin cĩ khả năng bảo vệ tế
bào thần kinh khỏi sự oxi héa do stress gây ra [23]
2 -thujaplicin Lễ ^2
Ngồi ra tropolon cĩ tác dụng ức chế mạnh mẽ tới tăng trưởng thực vật, cĩ tác dụng ức chế chống bệnh viêm gan C [24] và cĩ hoạt tính kháng khuẩn và cơn trùng, kháng virus, kháng nắm Chúng đã được biết và sử dụng rộng rãi trong nơng nghiệp, sản phâm lâm sàng, mỹ phẩm và các khu vực khác[25]
c Phương pháp tổng hợp a-tropolon
Phương pháp đầu tiên dé điều chế 1,2-tropolon xây dựng trên nền tảng biến đơi từ xicloheptan-1,2-đion [26] Xicloheptan-1,2-đion thu được từ phản
ứng oxi hố xicloheptanon bằng SeO; Brom hoa bang Brom [27] hoặc N- Bromsucxinimit [28] sau đĩ thực hiện phản ứng tách HBr trong điều kiện cĩ
chất xúc tác ở nhiệt độ cao hay cĩ mặt của bazơ sẽ tạo ra 1,2-tropolon Phan
ứng này cũng cĩ thể áp dụng một số dẫn xuất khác của 1,2-tropolon nhưng do giai đoạn brom hố và giai đoạn đehiđrobrom hố xảy ra với hiệu suất rất thấp cho nên hiệu suất tổng thể cũng rất thấp
22
Trang 31COOH i ———> A CH;N› 2N2
(CH;)/COOH
s.⁄
oO O
Một trong những phương pháp thường gặp trong các tài liệu về tổng hợp tropolon là tạo ra hệ bixiclo sau đĩ thực hiện phản ứng mở vịng Ví dụ
như phản ứng của 3,4,5,6-tetraclo-1,2-benzoquinon (o-cloranil) với axeton tạo ra 7-axetyl-3,4,5-triclo-1,2-tropolon [29]
Nhưng về sau này một số tác giả khác [30] dùng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều đã chỉ ra rằng kết quả của phản ứng trên tạo thành 1,3-tropolon chứ khơng phải là 1,2-tropolon Cơ chế hình thành 1,3- tropolon theo sơ đồ dưới đây: cl a cl oO CỊ cl OH CH;COCH; H H® i o cl cl COCH; cl & oF cl ot OH Cl Oo cl H -HCI COCH; cl cl Ị OH OH cl
Trang 32d Phwong phap tong hop f-tropolon
Năm 1954 một số nhà khoa học đã lần đầu tiên thu được 1,3-tropolon ở trạng thái picrat với hiệu suất vơ cùng nhỏ từ phản ứng đeccacboxyl axit 3,5-
dimetoxihepta-1,3,5-trien [30]
Sau đĩ xuất hiện nhiều hơn các phương pháp tổng hợp các dẫn xuất của 1,3-tropolon Một trong những phương pháp nổi bật là bắt nguồn từ 3,4,5- trimetoxi-axit-benzoic trải qua rất nhiều giai đoạn đã thu được 1,3-tropolon
[32] theo sơ đồ dưới đây:
pon H, ,CH;OH OMe TsCl, Py IHỊ oe OO MeO OMe MeO~ CHy ~OMe OMe OMe Cũng vẫn các tác giả trên [33] đã đặt nền mĩng phản ứng mở vịng từ hệ thơng bixyclo để tạo ra dẫn xuất của 1,3-tropolon với hiệu suất cao theo sơ đỗ sau: 9 SH, OMe OMe í i ie _/e ĐC MEO
Trang 33Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Thiết bị, hĩa chất và phương pháp phân tích
* Phé NMR - !H và NMR - 'C thực hiện trên máy “Bruker-Advance 500
MHz” tại Viện Hĩa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam * Phé MS được đo trên máy Agilent 1260 Series Single Quadrupole
LC/MS Systems
» Phân tích hàm lượng các chất bằng máy sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC “Agilent 1260 Series Single Quadrupole LC/MS Systems” với cột sắc ký “Zorbax Eclipse XDB C¡s (250 x 4.6 mm, 5um) và cột bảo vệ C¡; của hãng Agilent” tại Viện Hĩa sinh biển - Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam
» Thực nghiệm làm tại phịng thí nghiệm Hĩa hữu cơ của nhà Trường
Đại học Khoa học - ĐHTN
» Sắc kí bản mỏng thực hiện trên bán mỏng silicagel tráng sẵn trên bản nhơm mỏng (Merck), Sắc kí cột sử dụng bột silicagel (Merck) trên cột thủy tinh
- Hĩa chất thực hiện được cung cấp bởi hãng Sigma - Aldrich, Merck,
Trung Quốc, Việt Nam, tùy vào phản ứng cụ thể
» Nhiệt độ nĩng chảy thực hiện trong ống capila đo trong glixerol 2.2 Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu quinolin
2.2.1 Tong hop và kết qua phan tich 2,8-dimetylquinolin-4(1H)-on
oO
+ CHạCOCH;COOC;H; — |
NH, PPA, 140-170" C N CH;
CH 1 CH; H 2
Cho vào bình nĩn II ml (0,1 mol) o-toluidin (2-metylanilin), 25 ml
etylaxetoaxetatat va vai giọt HCI đặc làm xúc tác Sau khoảng 30 phút khi thấy những giọt hơi nước ngưng tụ trên thành bình chúng ta cho thêm khoảng
25
Trang 3415 g Na:SO¿ để hút nước Hỗn hợp giữ ở nhiệt độ phịng khoảng 24 giờ, sau đĩ được chuyên sang bình cầu 3 cơ Đồ thêm vào bình khoảng 60 ml PPA
(Poli Axit Photphorie) Lắp thêm sinh hàn, nhiệt kế và máy khuấy Đun nĩng từ từ tới khi hỗn hợp ở nhiệt độ 140° C thì bắt đầu tính giờ Sau 2h hỗn hợp
để nguội và rĩt sang cốc thuỷ tỉnh dung tích 1L cĩ chứa sẵn 0,2 kg HạO đá Trung hồ hỗn hợp bằng dung dịch NaOH 40% cho đến mơi trường trung tính Lọc kết tủa, rửa bằng nước, sấy khơ, kết tinh lại bằng isopropanol thu dugc 11,5 g san pham mau vang nhat (H=66,5%) Tne = 220°C-222°C
2.2.2 Tổng hợp và kết quả phân tích 4-clo- 2,8-đimetylquinolin 1 cl POCI lề | _—*% NCH N~ “CH; CH; H 2 CH; 3
Cho vao binh cau 2 cé dung tich 250ml, 11,5 gam (0,066 mol) 2,8- dimetylquinolin-4(1H)-on (2) Ding phéu nho giot thém timg phan nho 30 ml
POCI; cho téi khi 2,8-dimetylquinolin-4(1H)-on (2) tan hết Sau đĩ lắp sinh
hàn và đun sơi nhẹ trong vịng 2h Hỗn hợp được làm nguội, chuyển từ từ sang
cốc thuỷ tỉnh dung tích 1L cĩ chứa sẵn 0,2 kg HO đá Trung hồ hỗn hợp bằng
NaOH 40% đến mơi trường trung tính Lọc lấy kết tủa, sấy khơ, tính chế qua
cột sắc kí chứa silicagel bằng dung mơi CHC1: Thu được 8,5 gam tỉnh thể màu trắng chính là 4-clo-2,8-dimetylquinolin (H=66,9%) T„¿= 69°C - 71°C
Phân tích 4-clo- 2,8-đimetylquinolin bằng phương phap NMR:
25 mg mẫu chất 3 ở trên được cho vào trong ống NMR loại (tubes NMR cua Aldrich) dài 20,3 mm, rộng 5 mm sau đĩ cho 0,8 ml CDCl; va lắc đều cho mẫu tan hết vào dung mơi tạo thành hệ đồng nhất Mẫu được đo trên
Trang 352.2.3 Tổng hợp 5-nitro - 4-clo-2,8-dimetylquinolin cl NO, Cl ` HNO; `à Za ae ⁄ NÀcH; H2SO4 N* ~CH; CH 3 CH; 4
Hịa tan 5,4g (0,03mol) 4-clo-2,8-dimetylquinolin vao 15ml H2SO, 6 t° từ 10-15°C Dung dịch được làm lạnh tới -5°C và thêm từng giọt hỗn hợp gồm 7,5ml H;SO¿ (đặc) và 7,5ml HNO2 (đặc) Giữ nhiệt độ trong thời gian phản
ứng khơng quá -5°C Thu bỏ hệ làm lạnh, hệ thống được giữ ở nhiệt độ 20-
25°C trong thời gian 3h Dung dịch được trung hịa bằng NaOH 40% Lọc lay kết tủa rửa bằng nước ấm, làm khơ, tỉnh chế bằng phương pháp sắc ký cột
(Silica gel/ CHCI:) Thu được 4,5g tĩnh thể màu vàng 5-nitro- 4-clo-2,8-
dimetylquinolin (4) (H=63,6%) Tne =106-108 °C
Phan tich 5-nitro - 4-clo-2,8-dimetylquinolin bang phương pháp NMR: 25 mg mẫu chất 4 ở trên được cho vào trong ống NMR loại (tubes NMR cua Aldrich) dài 20,3 mm, rộng 5 mm sau đĩ cho 0,8 ml CDC]; và lắc
đều cho mẫu tan hết vào dung mơi tạo thành hệ đồng nhất Mẫu được đo trên
máy Bruker-Advance 500 MHz với TMS là chất chuẩn, tại Viện Hố học -
Viện Hàn lâm Khoa học & Cơng nghệ Việt Nam
'H NMR (CDC];, ư ppm, J/Hz) (phổ 2-phụ lục): 2,72 (s, 3H, 8-CH;); 2,79(s, 3H, 2-CH;); 7,47 (s, 1H, 3-CH) ; 7,55(d, 1H, 6-CH, J=8,0); 7,59 (d, 1H, 7-CH, J=7,5)
2.3 Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu tropolon
Trang 36Hoa tan quinolin 3 (0,20 g, 1,25 mmol) va o-cloranil (3,4,5,6-tetraclo-
1,2-benzoquinon) 7 (0,62 g, 2,5 mmol) trong 5 ml axit axetic (99,9%) Hỗn
hợp phản ứng được giữ ở nhiệt độ từ 25-30°C trong thời gian 24h Làm lạnh và lọc lấy kết tủa, rửa lần lượt bằng axit axetic, nước cất, cồn, ete dau lira (tat
cả các dung mơi đều làm lạnh) Sản phẩm được kết tinh lại bằng benzen thu được 0,35g (64.8%) tinh thể màu vàng sáng
Phan tich 2-(4-clo-8- metyl quinolin -2- yl)- 4,5,6,7- tetraclo -1,3-troplon bằng phương pháp NMR:
25 mg mẫu chất 5 (HUNG3) ở trên được cho vào trong ống NMR loai
(tubes NMR cua Aldrich) dai 20,3 mm, r6ng 5 mm sau đĩ cho 0,8 ml CDCl;
và lắc đều cho mẫu tan hết vào dung mơi tạo thành hệ đồng nhất Mẫu được
đo trên máy Bruker-Advance 500 MHz với TMS là chất chuẩn, tại Viện Hố học - Viện Hàn lâm Khoa học & Cơng nghệ Việt Nam ‘H-NMR (CDCl, 8, ppm, J/Hz): 2,82 (s, 3H, 8’-Me); 7,59 (t, 1H, 6’- H, J=8,0); 7,72 (d, 1H, 7’-H, J=7,5); 8,09 (d, 1H, 5’-H, J=8,0); 8,51 (s, 1H, 3’-H); 17,35 (s, 1H, OH) 13C-NMR (CDCI, 125 MHz) 6 ppm: 170,5 (C=O); 156,7 (C-3); 151,1 (C-2”); 148,3 (C-9°); 135,9 (C-7); 134,2(C-6); 134,1 (C-4’); 130,7 (C-4); 128,5 (C-5); 127,4 (C-2); 123,9 (C-3”); 123.0 (C-6”); 119,8(C-5”); 118,9 (C- 7°); 112,5 (C-8”); 110,7 (C-10°); 17,57 (C-C8)) Phân tích cấu trúc của 2-(4-clo-8- metyl quinolin -2- yl)- 4,5,6, 7- tetraclo -1,3-troplon bang phổ MS
1 mg chất mẫu chất 5 (HUNG3) ở trên được pha trong I ml dung dịch DMSO, lac déu dé tao thé thống nhất Sau đĩ mẫu được đưa vào máy Agilent 1260 Series Single Quadrupole LC/MS Systems tại phịng hoạt tính sinh học,
Trang 372.3.2 Tổng hợp và phân tích cấu tric cia 2-(5-nitro-4-clo-8- metyl quinolin -2- yl)- 4,5,6,7- tetraclo -1,3-troplon NO; _CH;COOH © — 25-30% - CHạ
Hoa tan quinolin 4 (0,29 g, 1,25 mmol) va o-cloranil (3,4,5,6-tetraclo- 1,2-benzoquinon) 7 (0,62 g, 2,5 mmol) trong 5 ml axit axetic (99,9%) Hỗn
hợp phản ứng được giữ ở nhiệt độ từ 25-30°C trong thời gian 48h Làm lạnh và lọc lay kết tủa, rửa lần lượt bằng axit axetic, nước cất, cồn, ete dau lita (tat cả các dung mơi đều làm lạnh) Sản phâm được kết tinh lại bằng propan-2-ol
thu được 0,39 g (65%) tinh thé mau vang sang
Phan tich cau tric ctia 2-(5-nitro-4-clo-8- metyl quinolin -2- yl)- 4,5,6,7- tetraclo -1,3-troplon bằng phương phap NMR:
Trang 38Phân tích cấu trúc của 2-(5-nitro-4-clo-8- metyl quinolin -2- yl)- 4,5,6,7- tetraclo -1,3-troplon bang pho MS
1 mg chất mẫu chất 6 (HUNG4) ở trên được pha trong 1 ml dung dịch DMSO, lac déu dé tạo thể thống nhất Sau đĩ mẫu được đưa vào máy Agilent 1260 Series Single Quadrupole LC/MS Systems tai phịng hoạt tính
sinh hoc, Vién Hoa sinh bién - Viện Hàn Lâm Khoa học & Cơng nghệ Việt Nam để ghi phổ MS MS (m/z): 481,0 [M+H]* 2.4 Phân tích hàm lượng chất thu được bằng phương pháp LC-MS 2.4.1 Hĩa chất, thiết bị - Dung mơi hĩa chất: Methanol và nước cất loại dùng cho phân tích và chay HPLC
- May LC-MS: Agilent 1260 Series Single Quadrupole LC/MS Systems - Cột sắc ký: Cột Zorbax Eclipse XDB Cis (250 x 4.6 mm, 5pm) va cot bao vé Cs cua hang Agilent
- Màng lọc cho kim bơm mẫu dùng đề lọc mẫu trước khi bơm vào hệ
thống LC
2.4.2 Thiết lập các thơng số cho hệ thống LC/MS
- Pha động sử dụng hệ dung mơi: MeOH/H;O chạy đẳng hệ với tỉ lệ là 92/8
- Bước sĩng phân tích: 254nm
- Lượng mau bom: 5 uL
- Téc d6 dong: 1 mL/phut
- Hé théng LC/MS duoc kết nối với phần mềm Agilent OpenLAB
Control Panel Khí nitơ được bơm với tốc độ dong 5,0 L/phút, ap suất đầu phun dat 40 psi, nhiệt độ làm khơ đạt 250°C Chế độ bắn mảnh phỏ khối lựa
chọn ở ESI mode positive và ESI mode negative
2.4.3 Chuẩn bị mẫu
- Các mẫu phân tích được pha trong CHCI; và đều được lọc qua màng
Trang 39Chuong 3
KET QUA VA THAO LUAN
3.1 Tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu quinolin
3.1.1 Tổng hợp mẫu 7-clo-2,8- đimetylquinolin-4(1H)-on
Các quinolin được tổng hợp theo phương pháp Conrad-Limpach [35] từ ø-toluidin Đầu tiên ø-toluidin phản ứng ngưng tụ với etylaxetoaxetatat trong điều kiện xúc tác axit ở nhiệt độ phịng ta thu được sản phẩm trung gian theo so dé 3.1 Sơ đơ 3.1: C2H;OH _O 0 sứ | H* TH PPA 140-170°C ————> + CHạCOCH;COOC;H; nh cu, -C;HgOH | NH) N a 1 CHạ CH; 1 CHạ CH; H 32
San pham của phản ứng ngưng tụ tiếp tục thực hiện phản ứng vịng hố trong axit poliphotphoric (PPA) ở điều kiện đun nĩng ở nhiệt độ khoảng 140° C Sau khi trung hịa loại bỏ axit thu được kết quả phản ứng 1a 2,8-
dimetylquinolin-4(1H)-on (2)
3.1.2 Tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu 4-clo- 2,8-đimetylquinolin
Sau khi làm khơ, quinolon được clo hố bằng POCl; bằng cách hịa tan quinolon trong POCI; và đun sơi hỗn hợp trong vịng 2 giờ Để phản ứng đạt
hiệu suất cao thì quinolon phải khơ, vì POC]; bị thủy phân tỏa nhiệt mạnh cĩ
Trang 40Phân tích mẫu 4-clo- 2,8-đimetylquinolin bằng phương pháp NMR Trên phổ !H - NMR (phổ 1-phụ lục) của chất 3 xuất hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của các proton cĩ mặt trong phân tử Tín hiệu của 3 proton
singlet tại 2,69 ppm và 3 proton singlet tại 2,85 ppm là đặc trưng cộng hưởng
của proton nhĩm metyl liên kết với nhân thơm ở các vị trí tương ứng là số 8
và số 2 Các tín hiệu proton thé hiện tại 7,33 ppm (s, 1H) duge gan cho vi tri
H-3 Tín hiệu triplet cua 1 proton tai 7,41 ppm là tín hiệu của proton ở vị trí số 6 do tương tác với 02 proton ở vị trí số 5 và số 7
Hai tín hiệu doublet tại 7,52 ppm (cĩ hằng số tương tác J = 6,5 Hz) và
tín hiệu doublet tại 7,99 ppm (cĩ hằng số tương tác J = 8,5 Hz) là đặc trưng cua proton nhân thơm được gán cho vi tri H-7 va H-5 do ching đều cĩ tương tác với proton ở vị trí số 6
Từ những dữ liệu phổ 'H-NMR chúng tơi xác định được cấu tạo của
chất tổng hợp được là đúng như cơng thức của 3 đã dự kiến
3.1.3 Tong hợp và phân tích cấu trúc mẫu 5-nitro-4,7-điclo - 2,8-đimetylquinolin
Theo tài liệu [21], sự phân bố mật độ electron trên hệ quinolin (theo hình 3.1): -0,011 +0,068 -0,003 Xe -0.008 +0,016 Zz +0.104 N 6013.0784
Hình 3.1: Mật độ electron trên hệ quinolin
Từ đĩ chúng ta cĩ thể dự đốn hướng tấn cơng của các tác nhân electrophin lên vịng quinolin sẽ tập trung chủ yếu vảo vị trí số 5 và số 8 Tuy nhiên, vị trí số 8 đã cĩ nhĩm metyl chiếm chỗ nên phản ứng nitro hĩa