Phân tích cấu trúc của các dẫn xuất n vinylpiperidinoazacrown ethers bằng các phương pháp phổ hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ĐẶNG THỊ THỦY PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA CÁC DẪN XUẤT N-VINYLPIPERIDINOAZACROWN ETHERS BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN – 2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ĐẶNG THỊ THỦY PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA CÁC DẪN XUẤT N-VINYLPIPERIDINOAZACROWN ETHERS BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI Chuyên ngành: Hố Phân tích Mã sớ : 8440118 ḶN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS TRƯƠNG HỒNG HIẾU THÁI NGUYÊN - 2018 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS TRƯƠNG HỒNG HIẾU – Trung tâm nhiệt đới Việt – Nga tin tưởng giao đề tài, định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện tốt để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cám ơn thầy giáo, giáo khoa Hóa Học, thầy phịng Đào tạo, thầy Ban Giám Hiệu trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên giảng dạy tạo điều kiện giúp đỡ em trình học tập, nghiên cứu, thực đề tài Em xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo thầy giáo, cô giáo, cán bộ, kĩ thuật viên phịng thí nghiệm Hóa Hữu Cơ thuộc khoa Hóa Học trường Đại học khoa học Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội tận tình dạy hướng dẫn em trình học tập, thực nghiệm thực đề tài Cuối cùng, em xin gửi lời cám ơn tới gia đình, bạn bè giúp đỡ động viên em suốt trình học tập thực luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian có hạn, khả nghiên cứu thân cịn hạn chế, nên kết nghiên cứu cịn thiếu sót Em mong nhận góp ý, bảo thầy giáo, cô giáo, bạn đồng nghiệp người quan tâm đến vấn đề trình bày luận văn để luận văn hoàn thiện Em xin trân trọng cám ơn! Tác giả luận văn Đặng Thị Thủy a MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN a DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT d DANH MỤC CÁC BẢNG e DANH MỤC CÁC HÌNH f DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ g MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan phương pháp phân tích xác định cấu trúc hợp chất hữu (các phương pháp phân tích hóa lí đại) 1.1.1 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) 2,3,4 1.1.2 Phương pháp nhiễu xạ đơn tinh thể (Single_crystal X-ray Diffraction) 1.1.3 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 13 1.1.4 Phương pháp sắc ký lỏng kết hợp khối phổ (LC-MS) 15 1.2 Sơ lược azacrown ether ứng dụng chúng 21 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 23 2.1 Phương pháp nghiên cứu trang thiết bị 23 2.1.1 Các phương pháp chuẩn bị mẫu chất phân tích 23 2.1.2 Dụng cụ hóa chất 23 2.1.3 Định tính phản ứng kiểm tra độ tinh khiết dẫn xuất sắc kí lớp mỏng 24 2.1.4 Các phương pháp phân tích cấu trúc 25 2.2 Chuẩn bị tiền chất azacrown ether (3) 25 2.3 Chuẩn bị mẫu chất nghiên cứu N-vinylpiperidinoazacrown ether (4) 26 2.4 Phân tích liệu phổ hồng ngoại, phổ khối lượng, phổ cộng hưởng từ hạt nhân chất (3) (4): 26 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Chuẩn bị dẫn xuất 1,5-bis(2-formylphenoxy)-3-oxapentane 29 b 3.2 Chuẩn bị hợp chất mẫu piperidonoazacrown-4 ether (3) Nvinylpiperidinoazacrown ether (4) 33 3.3 Phân tích xác định cấu trúc hợp chất (3), (4) phương pháp hóa lý đại 34 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 c DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT NMR Nuclear Magnetic Resonance (Phổ cộng hưởng từ hạt nhân) 1 H-NMR H Nuclear Magnetic Resonance (Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton) 13 C-NMR 13 C Nuclear Magnetic Resonance (Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C) 2D- NMR Two Dimensional Nuclear Magnetic Resonance (Phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều) COSY Homonuclear Correlation Spectroscopy HSQC Heteronuclear Single-Quantum Correlation Spectroscopy HMBC Heteronuclear Multiple-Bond Correlation Spectroscopy TMS Tetramethylsilane IR Infrared Spectroscopy (Phổ hồng ngoại) LC – MS Sắc ký lỏng kết nối khối phổ MS Mass Spectrometry (Phổ khối lượng) API Atmospheric Pressure Ionization (Phương pháp ion hóa áp suất khí quyển) ESI Electrospray Ionization (Phương pháp ion hóa phun điện tử) APCI Atmospheric Pressure Chemical Ionization (phương pháp ion hóa hóa học áp suất khí quyển) APPI Atmospheric Pressure Photoionization (phương pháp quang hóa học áp suất khí quyển) WCOT Wall-coated capillary open tubular SCOT Support-coated open tubular SKLM Sắc kí lớp mỏng DMAD Dimethyl acetylenedicarboxylate DMF Dimethylformamide d DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Độ dịch chuyển hóa học phổ CHTHN 1H số nhóm Bảng 1.2 Độ dịch chuyển hóa học phổ CHTHN 13 C số nhóm Bảng 3.1 Dữ liệu tinh thể học thông số cấu trúc hợp chất (4) 38 Bảng 3.2 Liên kết hydro tinh thể phân tử (4) (Å, o) 39 e DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ethanal Hình 1.2 Tương tác spin - spin dẫn xuất tetrahydropyran Hình 1.3 Ví dụ phổ HSQC Hình 1.4 Ví dụ phổ HMBC Hình 1.5 Cặp tín hiệu Fiedel 10 Hình 1.6 Sơ đờ tóm tắ t q trình phân tích cấ u trúc bằ ng phương pháp X-Ray 11 Hình 1.7 Cấu tạo phân tử xây dựng sở liệu nhiễu xạ đơn tinh thể X-ray 13 Hình 1.8 Phổ hồng ngoại axit bezoic ( C6H5COOH ) 14 Hình 1.9 Kỹ thuật ion hóa ESI 18 Hình 3.1 Phổ IR hợp chất (1) với đặc trưng nhóm carbonyl (C=O) 30 Hình 3.2 Cấu tạo nhóm polyether phenyl hợp chất (1) 31 Hình 3.3 Phổ 1H-NMR hợp chất (1) 31 Hình 3.4 Phổ khối lượng EI-MS hợp chất (1) 32 Hình 3.5 Phổ khối lượng ESI-MS hợp chất (1) 33 Hình 3.6 Chuyển hóa cấu dạng vòng piperidone 35 Hình 3.7 Phổ 1H-NMR hợp chất (3) 36 Hình 3.8 Phổ 1H-NMR hợp chất (4) 37 Hình 3.9 Cấu tạo phân tử hợp chất (4) theo liệu X-ray 39 f DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động phương pháp khối phổ 15 Sơ đồ 3.1 Phương pháp tổng hợp tiền chất (1) 29 Sơ đồ 3.2 Phương pháp điều chế chất mẫu (4) 34 g MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển khoa học kỹ thuật, ngành khoa học có mối quan hệ chặt chẽ hỗ trợ lẫn nhau, hình thành nhiều hướng nghiên cứu đa ngành, liên ngành, ví dụ ngành phân tích hóa học đại khơng thể thiếu vai trị phương pháp phân tích phát triển ứng dụng vật lý Các phương pháp phân tích hóa lý ngày sử dụng rộng rãi hóa học: phân tích hóa mơi trường, phân tích kiểm nghiệm độ tinh khiết thuốc hóa dược, phân tích xác định cấu tạo cấu trúc lập thể hoạt chất hữu cơ, vô hay phức chất, Các phương pháp phân tích hóa lý đại có vị trí quan trọng nhờ độ xác cao, khả xác định độ tinh khiết, xác định cấu tạo đặc trưng cấu trúc phân tử, dựa lượng tối thiểu mẫu chất, từ vài microgram (μg) Dữ liệu phân tích với độ xác cao, có ý nghĩa thực tiễn quan trọng, góp phần thúc đẩy phát triển nhanh chóng ngành hóa học vật liệu mới; ngành tổng hợp hóa dược phát triển thuốc; ngành phân tích độc chất mơi trường; Các phương pháp phân tích hóa lý đại có ứng dụng thực tiễn ngành nghề sản xuất: hóa chất bảo vệ nông nghiệp, thuốc thú y, công nghiệp vật liệu mới, hóa chất tẩy rửa, vật liệu sơn phủ bề mặt, hóa nhuộm, hóa chất bảo vệ mơi trường, vật liệu y sinh, Đặc biệt, lĩnh vực nghiên cứu tổng hợp hoạt chất mới, phương pháp phân tích đại dựa kỹ thuật cộng hưởng từ hạt nhân đại (1HNMR, 13 CNMR, HMBC, HSQC, COSY - NOESY, ) trở thành công cụ thiếu việc phân tích xác định cấu tạo hoạt chất độ tinh khiết sản phẩm Ngoài ra, với kỹ thuật sắc ký (lỏng, khí) kết hợp khối phổ; kỹ thuật phân tích nhiễu xạ đơn tinh thể, góp phần hồn thiện liệu phân tích đặc điểm cấu trúc lập thể độ tinh khiết sản phẩm thu 1-5 b, Å 11,7868 (6) c, Å 13,7725 (7) α, deg 114,306 (1) β, deg 91,211 (1) γ, deg 91,984 (1) Thể tích (V), Å3 1623,91 (15) Số phân tử mạng (Z) µ, mm-1 0,09 Tổng số tia phản xạ 19532 Số tia phản xạ độc lập 8601 Số tia phản xạ với điều kiện 7062 I>2σ(I) Số tham số Độ sai lệch 435 R[F2>2σ(F2)] 0,042 w R(F2) 0,108 Bảng 3.1 Dữ liệu tinh thể học thông số cấu trúc hợp chất (4) Đối với hợp chất (4), (thông tin bảng 3.1) nêu đầy đủ thơng số tối ưu hóa cấu trúc phân tử hợp chất (4) Cấu hình chuỗi polyether C7—O8— C9—C10—O11—C12—C13—O14—C15 t–g(-)–t–t–g(+)–t (t = trans, 180°; g = gauche, ±60°) Cấu dạng vòng piperidone khẳng định xác dạng «ghế» Góc nhị diện tạo thành mặt phẳng chứa vòng benzen với cầu nối aza-14-crown-4 ether 57,14 (4)° Các nhóm phenyl vị trí C22 C24 vị trí equatorial tạo với góc 34,06 (6)o Các nhóm carboxylate liên kết đơi tạo góc với 56,61 (5)° Thể tích phần nội vịng crown ether đại phân tử (4) vào khoảng 66 Å3 Phân tử (4) có chứa 04 trung tâm bất đối xứng carbon C1, C21, C22, C24 tồn đồng phân quang học Từ kết phân tích liệu 38 nhiễu xạ tia X, xác định tinh thể (4) hỗn hợp raxemic có cặp đồng phân đối quang với cấu hình tương đối trung tâm bất đối sau: rac-1R*,21S*,22R*,24S* Trong tinh thể, phân tử (4) liên kết với liên kết hydro yếu C—H・・・O trình bày bảng 3.2 D-H…A D-H (Å) H…A(Å) D…A(Å) D-H…A(o) C6-H6…O3i 0,95 2,58 3,3982(16) 145 C10-H10A…O1ii 0,99 2,44 3,2433(16) 138 C12-H12A…O2iii 0,99 2,58 3,5345(18) 162 C17-H17…O5iv 0,95 2,53 3,4409(18) 160 C30-H30…O4v 0,95 2,53 3,2834(16) 136 C41-H41A…O4vi 0,98 2,52 3,3758(19) 145 Yếu tố đối xứng tương đối (Symmetry codes) (i) −x+2, −y+1, −z; (ii) −x+2, −y+2, −z+1; (iii) −x+2, −y+2, −z; (iv) −x+1, −y+2, −z; (v) −x+1, −y+2, −z+1; (vi) −x+1, −y+1, −z Bảng 3.2 Liên kết hydro tinh thể phân tử (4) (Å, o) Hình 3.9 Cấu tạo phân tử hợp chất (4) theo liệu X-ray 39 Căn liệu thu từ phương pháp phân tích NMR X-ray, xác định xác cấu trúc phân tử cấu tạo lập thể hợp chất N-vinylpiperidinoazacrown ether (4) Các phương pháp bổ sung thông tin cho nhau, làm rõ đặc điểm nhóm chức, nhóm proton đặc trưng đặc biệt với phương pháp nhiễu xạ đơn tinh thể hồn tồn thu hình ảnh lập thể phân tử, mối liên kết cách xếp mạng lưới tinh thể 40 KẾT LUẬN Đã chuẩn bị chất azacrown ether, có chứa tiểu dị vịng γpiperidone cở sở phản ứng ngưng tụ đa tác nhân Phân tích liệu phổ 1H NMR, từ số lượng đặc tính proton xác định công thức cấu tạo tiền chất podand, azacrown ether, sản phẩm acyl hóa Kết phân tích phổ khối lượng khẳng định xác công thức phân tử azacrown ether tạo thành Đặc biệt áp dụng phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X đơn tinh thể monocrystal đại diện cho nhóm hợp chất (chất 4) khẳng định chắn công thức cấu tạo yếu tố lập thể nhóm chất mạng đơn tinh thể Bằng phương pháp phân tích hóa lí đại khơng phân tích cấu trúc chất mà qua cịn gián tiếp chứng minh chiều hướng phản ứng cấu hình tồn bền vững NH-azacrown ether (chất 3) 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo Đặng Như Tại, Ngơ Thị Thuận, Hóa học hữu (2 tập), Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội,(2012) Nguyễn Hữu Đĩnh – Trần Thị Đà, Ứng dụng số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, Nhà xuất giáo dục, (1999) Nguyễn Kim Phi Phụng, Phổ NMR sử dụng phân tích hữu lý thuyết – tập phổ - giải, Nhà xuất đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, (2005) Nguyễn Đình Triệu, Các phương pháp vật lý ứng dụng hóa học, Nhà xuất Đại học Quốc gia, Hà Nội,(1999) A.T.Soldatenkov, N.M.Kolyadina, I.V.Shendrik, (Lê Tuấn Anh dịch), Cơ sở hóa học hữu thuốc hóa dược Nhà xuấ t bản Đại học Quốc gia, Hà Nội, (2010) Bài báo tham khảo Hiraoka, M In Crown Compounds: Their Characteristics and Application Tokyo: Kodansha, 1978 Khieu, C K., Soldatenkov, A T., Anh, L T., Levov, A N., Smol’yakov, A F., Khrustalev, V N & Antipin, M Yu Russ J Org Chem 2011 47, 766–770 Levov, A N., Komarova, A I., Soldatenkov, A T., Avramenko, G V., Soldatova, S A & Khrustalev, V N Russ J Org Chem 2008 44, 1665–1670 Le Tuan Anh, Nguyen T Thanh Phuong and et., Synthesis and Cytotoxicity of Dibenzo[(γ-aryl)pyridino]aza-17- crown-5 Ethers Макрогетероциклы / Macroheterocycles 2018 11(2) 197-202 42 10 Levov, A N., Strokina, V M., Komarova, A I., Anh, L T., Soldatenkov, A T & Khrustalev, V N Mendeleev Commun 2006 16, 35–37 11 Sheldrick, G M Acta Cryst.2008 A64, 112–122 12 Jun.KY, Kwon.H, Park.SE, Lee.E, Karki.R, Thapa.P, Lee.JH, Lee.ES and Kwon.Y, Eur J Med Chem., 2014, 80, 428–438 13 Thapa.P, Kaki.R, Yun.M, Kadayat.TM, Lee.E, Kwon.HB, Na.Y, Cho.WJ, Kim.ND, Jeong.BS, Kwon.Y and Lee.ES, Eur J Med Chem., 2012, 52, 126–136 14 Karki.R, Thapa.P, Yoo.HY, Kadayat.TM, Park.PH, Na.Y, Lee.E, Jeon.KH, Cho.WJ, Choi.H, Kwon.Y and Lee.ES, Eur J Med Chem., 2012, 49, 219–228 15 R, Thapa.P, Kang.MJ, Jeong.TC, Nam.JM, Kim.HL, Na.Y, Cho.WJ, Kwon.Y and Lee.ES, Bioorganic Med Chem; 2010, 18, 3066–3077 16 Zhi.He, D.Dobrovolsky, P.Trinchera and A.K.Yudin, Org.Letter; 2013,5, 334–337 17 X.Qi, H.Xiang, Q.He, and C.Yang, Org.Letter;2014, 16, 4186–4189 18 L Xi, R Zhang, S.Liang, S.Chen and X Yu, Org Letter., 2014, 16, 5269– 5271 19 H Wei, Y.L.K.Xiao, B.Cheng, H.Wang, L.Hu and H.Zhai, Org Letter; 2015, 17, 5974–5977 20 Y.Wei and N.Yoshikai, J.Am.Chem.Soc., 2013, 135, 3756–3759 21 A.T.Le, H.H.Truong, P T T Nguyen, H.T.Pham, V.E Kotsuba, A.T.Soldatenkov, V.N.Khrustalev and A T Wodajo, Macroheterocycles, 2014, 7, 386–390 22 A.T.Le, H.H.Truong, P.T.T.Nguyen, N.D.Thi, H.T.To, H.P.Thi and A T.Soldatenkov, Mendeleev Communications, 2015, 25, 224–225 43 23 Le T.A; Trương H.H; Nguyen T.T.P; Tran T.T.V; Dao T.N; Soldatenkov A.T; Vietnam Journal of Chemistry, 2015, 53 (4e1), 141144 24 G.M Sheldrick, Acta Cryst 2015, C71, 3-8 25 Anh, L T., Levov, A N., Soldatenkov, A T., Gruzdev, R D & Hieu, T H Russ J Org Chem 2008 44, 463–465 26 Bradshaw, J S & Izatt, R M Acc Chem Res 1997 30, 338–345 27 Bruker SAINT-Plus Bruker AXS Inc., Madison, Wisconsin, USA 2001 28 Bruker APEX2 Bruker AXS Inc., Madison, Wisconsin, USA 2005 29 Gokel, G W & Murillo, O Acc Chem Res 1996 29, 425–432 30 Hieu, T H., Anh, L T., Soldatenkov, A T., Golovtsov, N I & Soldatova, S A Chem Heterocycl Compd 2011 47, 1307–1308 Tham khảo Internet 31.https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cf/13C_NMR_etha nal.GIF 32.http://hocday.com/trng-i-hc-khoa-hc-t-nhinv11/32929_html_m3fa51d93.gif 33.http://hocday.com/trng-i-hc-khoa-hc-t-nhinv11/32929_html_3f60413b.jpg 44 PHỤ LỤC Phụ lục Phổ IR 1,5-bis-(2-formyphenoxy)-3-oxapentan (1) Phụ lục Phổ 1H-NMR 1,5-bis-(2-formyphenoxy)-3-oxapentan (1) Phụ lục Phổ ESI-MS 1,5-bis-(2-formyphenoxy)-3-oxapentan (1) Phụ lục Phổ 1H-NMR 22,24-diphenyl-8,11,14-trioxa-25-azatetracyclo[19.3.1.02,7.015,20]pentacosa-2,4,6,15(20),16,18-hexaen-23-one (3) Phụ lục Phổ IR hợp chất azacrown ether (3) Phụ lục Phổ LC-MS hợp chất azacrown ether (3) Phụ lục Phổ 1H-NMR N-vinylpiperidinoazacrown ether (4) Phụ lục Phổ IR N-vinylpiperidinoazacrown ether (4) Phụ lục Phổ LC-MS hợp chất N-vinylpiperidinoazacrown ether (4) ... HỌC THÁI NGUY? ?N TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ĐẶNG THỊ THỦY PH? ?N TÍCH CẤU TRÚC CỦA CÁC D? ?N XUẤT N- VINYLPIPERIDINOAZACROWN ETHERS BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HI? ?N ĐẠI Chuy? ?n ngành: Hố Ph? ?n tích Mã... l? ?n nhau, hình thành nhiều hướng nghi? ?n cứu đa ngành, li? ?n ngành, ví dụ ngành ph? ?n tích hóa học đại khơng thể thiếu vai trị phương pháp ph? ?n tích phát tri? ?n ứng dụng vật lý Các phương pháp ph? ?n. .. azacrown ether CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan phương pháp ph? ?n tích xác định cấu trúc hợp chất hữu (các phương pháp ph? ?n tích hóa lí đại) 1.1.1 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nh? ?n (NMR) 2,3,4 Phổ