KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Căn cứ kết quả nghiên cứu trước đây, cấu trúc 8-acetoxyquinoline-6- carboxylate (3b) và 4-oxo-4H-quinolizine-2-carboxylate (3c) được tổng hợp
thành công với hiệu suất khá cao qua phương pháp hai bước bao gồm phản ứng ngưng tụ Stobb tiếp theo là phản ứng ghép vòng từ tác chất ban đầu lần lượt là 3-pyridinecarbaldehyde và 2-pyridinecarbaldehyde [46] (Hình 4.1).
N O N O O OEt N O N COOEt OAc 2-Pyridinecarbaldehyde 3-Pyridinecarbaldehyde 1. Diethylsuccinate, t-BuOK 2. Ac2O, NaOAc 4-Oxo-4H-quinolizine-2-carboxylate 8-Acetoxyquinoline-6-carboxylate 47,57% 52,5% (1b) (3b) (1c) (3c)
Hình 4.1: Quy trình tổng hợp dẫn xuất 8-acetoxyquinoline-6-carboxylate (3b) và 4-oxo-4H-quinolizine-2-carboxylate (3c)
Tương tự, nếu xuất phát từ tác chất ban đầu là 4-pyridinecarbaldehyde, cấu trúc khung isoquinoline (3a) cũng có nhiều khả năng sẽ được tổng hợp
thành công sau hai bước bao gồm phản ứng ngưng tụ Stobbe tiếp theo là phản ứng ghép vòng (Hình 4.2).
PHAN PHÚ BÌNH 28 N O N COOEt OAc (1a) (3a) 1. Diethylsuccinate, t-BuOK 2. Ac2O, NaOAc
Hình 4.2: Quy trình tổng hợp cấu trúc khung isoquinoline
Theo định hướng này đề tài tiến hành thực hiện phản ứng ngưng tụ Stobb đối với 4-pyridinecarbaldehyde. Điều kiện thực hiện phản ứng như sau:
- Tỉ lệ mol (1a) : diethyl succinate : t-BuOK = 1 : 2 : 2 - Thời gian phản ứng: 4 giờ
- Nhiệt độ phản ứng: 50°C - Tốc độ khuấy: 700 vòng/phút
Sắc ký bản mỏng của hỗn hợp sau phản ứng cho thấy có xuất hiện một chất mới có R=0,21 (PE:EtOAC = 1:4) (Hình 4.3). Ký hiệu sản phẩm này là
(2’).
Hình 4.3: Sắc ký lớp mỏng thu được sau phản ứng ngưng tụ Stobbe (PE : EtOAc = 1 : 4)
Tiến hành tinh chế sản phẩm bằng sắc ký cột silica gel sử dụng hệ giải ly PE : EtOAc = 1 : 1 thu được một chất rắn, kết tinh màu trắng (Hình 4.4).
4-Pyridinecarbaldehyde R= 0,52
Hợp chất (2’) R= 0,21
PHAN PHÚ BÌNH 29
Hình 4.4: Sản phẩm thu được sau phản ứng ngưng tụ Stobb
Tiếp tục thực hiện phản ứng ghép vòng đối với sản phẩm thu được. Điều kiện thực hiện phản ứng như sau:
- Tỉ lệ mol chất (2’) : NaOAc : Ac2O = 1 : 1 : 10 - Thời gian phản ứng: 5 giờ
- Nhiệt độ phản ứng: 160°C - Tốc độ khuấy: 700 vòng/phút
Sắc ký bản mỏng thu được sau phản ứng ghép vòng thấy có xuất hiện một chất mới có R= 0,56 (PE:EtOAc = 1:4) (Hình 4.5).
Hình 4.5: Sắc ký bản mỏng thu hỗn hợp được sau phản ứng ghép vòng có R=0,56 (3’) (PE : EtOAc = 1 : 4)
Hợp chất (2’) R= 0,21 Hợp chất (3’)
PHAN PHÚ BÌNH 30
Tiến hành cô lập sản phẩm này bằng sắc ký cột silica gel với hệ giải ly PE : EtOAc = 95 : 5 thu được chất lỏng màu vàng nhạt với hiệu suất đạt 63% (Hình 4.6).
Hình 4.6: Sản phẩm (3’)
Cấu trúc của sản phẩm này được xác định bằng các phương pháp phổ nghiệm NMR. Kết quả cho thấy:
- Phổ 1H-NMR (phụ lục 1.1-1.3) cho thấy có xuất hiện các tín hiệu như sau:
+ 4 proton của vòng thơm ở 8,63 ppm (2H, dd, J=4,5 Hz; J=1,5 Hz) và
7,43 ppm (2H, dd, J=4,5 Hz; J=1,5 Hz), qua đó nhận thấy có sự đối xứng
trong cấu trúc của sản phẩm tạo thành; + 1 proton olefin ở 7,44 ppm (1H, s);
+ Tín hiệu ở 4,22 ppm(2H, q, J=7,5 Hz) và tín hiệu ở 1,28 ppm (2H, t,
J=7,5 Hz). Đây là các tín hiệu đặc trưng của nhóm -COOCH2CH3; + 3 proton của nhóm methyl (-CH3) ở H 2,04 ppm.
Từ dữ liệu phổ 1H-NMR cho thấy cấu trúc của sản phẩm có sự đối xứng và do đó không phù hợp với cấu trúc mong đợi của sản phẩm (3a). Ký hiệu
PHAN PHÚ BÌNH 31
Bảng 4.1: Dữ liệu phổ 1H-NMR của chất (3’) (R=0,56; PE:EtOAc=1:4) STT Số và loại proton (ppm) Mũi, J (Hz)
1 2H, –CH= 8,63 dd, J = 4,5 J=1,5 2 1H, –CH= 7,54 s 2 2H, –CH= 7,43 dd, J = 4,5 J=1,5 4 2H, –CH2– 4,22 q, J = 7,5 5 3H, –CH3 2,04 s 6 3H, –CH3 1,27 t, J = 7,5
Tiếp tục thực hiện phản ứng khử tác chất (3’) với điều kiện phản ứng như sau:
- Tỉ lệ mol (3’) : NaBH4 = 1 : 10 - Thời gian phản ứng: 4 giờ - Nhiệt độ phản ứng: 30°C - Tốc độ khuấy: 700 vòng/phút
Sau phản ứng có xuất hiện một chất mới có R= 0,3 (PE:EtOAc = 1:4) (Hình 4.7). Ký hiệu chất này là (4’). Hình 4.7: Sắc ký lớp mỏng tổng hợp (4’) (PE : EtOAc = 1 : 4) Hợp chất (4’) R= 0,3 Hợp chất (3’) R= 0,56
PHAN PHÚ BÌNH 32
Tiến hành tinh chế (4’) bằng sắc ký cột silica gel với hệ giải ly
PE : EtOAc = 3 : 1 thì thu được chất lỏng không màu với hiệu suất 53,45% (Hình 4.8).
Hình 4.8: Sản phẩm (4’)
Tiến hành xác định cấu trúc của sản phẩm thu được sau phản ứng khử bằng phương pháp phổ 1
H-NMR, 13C-NMR và DEPT. Kết quả thu được như sau:
- Phổ 1
H-NMR (phụ lục 2.1-2.2) cho thấy có tín hiệu của các proton: + 2 tín hiệu mũi đôi lần lượt ở 8,54 ppm (2H, d, J = 6,0 Hz) và7,18 ppm (2H, d, J = 6,0 Hz). Mỗi tín hiệu tương ứng với 2 proton. Kết quả này cho thấy 2 proton tương ứng mỗi tín hiệu là đối xứng với nhau đồng thời ghép cặp
ortho với hai proton tương tứng của tín hiệu còn lại;
+ 1 proton olefin ở 6,5 ppm (1H, s);
+ 2 proton kề oxygen ở 4,22 ppm (2H, s). Đây là tín hiệu proton đặc trưng cho nhóm –CH2OH.
+ 3 proton của nhóm methyl (–CH3) ở 1,91 ppm (3H, s).
- Phổ 13C-NMR (phụ lục 2.4) kết hợp với DEPT (phụ lục 2.5-2.6) cho thấy có 7 tín hiệu cộng hưởng đặc trưng cho 9 carbon, trong đó có:
+ 5 carbon methine kề nối đôi (–CH=) ở 149,5 ppm (hai nhóm –CH= đối xứng của vòng pyridine), 123,7 ppm (hai nhóm –CH= đối xứng của vòng pyridine) và 121,8 ppm tương ứng –CH= của olefin;
PHAN PHÚ BÌNH 33
+ 2 carbon tứ cấp lần lượt ở 145,5 ppm và 141,3 ppm; + 1 carbon kề oxygen ở 67,9 ppm;
+ 1 carbon của nhóm methyl ở 15,4 ppm.
Bảng 4.2: Dữ liệu phổ 1H-NMR của chất (4’) (R= 0,3; PE : EtOAc = 1 : 4) STT Số và loại proton (ppm) Mũi, J (Hz)
1 2H, –CH= 8,54 d, J = 6,0 2 2H, –CH= 7,19 d, J = 6,0 3 1H, –CH= 6,50 s 4 2H, –CH2– 4,22 s 5 3H, –CH3 1,91 s Bảng 4.3: Dữ liệu phổ 13 C-NMR và DEPT của chất (4’) (R = 0,3; PE : EtOAc = 1 : 4) 13
C-NMR ( ppm) DEPT 90 DEPT 135 Kết luận
149,5 Mũi dương Mũi dương –CH=
145,5 Biến mất Biến mất –C=
142,3 Biến mất Biến mất –C=
123,7 Mũi dương Mũi dương –CH=
121,8 Mũi dương Mũi dương –CH=
68,0 Biến mất Mũi âm –CH2–OH
15,4 Biến mất Mũi âm –CH3
Dựa vào các dữ liệu phổ nghiệm trên, có thể kết luận cấu trúc phân tử có tính đối xứng, đồng thời thấy có xuất hiện nhóm hydroxymethyl kề oxygen đặc trưng cho nhóm –CH2OH.
Tiếp tục phản ứng oxy hóa chất (4’) với tác nhân MnO2. Điều kiện thực hiện phản ứng như sau:
PHAN PHÚ BÌNH 34
- Thời gian phản ứng: 2 giờ - Nhiệt độ phản ứng: 30°C - Tốc độ khuấy: 700 vòng/phút
Sau phản ứng thấy xuất hiện một chất mới có R= 0,5 (PE :EtOAc = 1:4) (Hình 4.9). Kí hiệu chất này là (5’).
Hình 4.9: Sắc ký lớp mỏng tổng hợp (5’)
Tiến hành cô lập chất này bằng sắc ký cột silica gel với hệ giải ly PE : EtOAc = 9 : 1, thu được sản phẩm tinh khiết là chất lỏng dạng dầu có màu nâu nhạt (Hình 4.10). Hiệu suất đạt 70,89%.
Hình 4.10: Sản phẩm (5’) Hợp chất (4’)
R= 0,3
Hợp chất (5’)
PHAN PHÚ BÌNH 35
Cấu trúc của hợp chất (5’) được xác định bằng phương pháp phổ
1
H-NMR, 13C-NMR, DEPT, COSY, HMBC, HSQC. Kết quả được trình bày như sau:
- Phổ 1H-NMR (Phụ lục 3.1-3.2): có tín hiệu của các proton:
+ 1 tín hiệu cộng hưởng tại 9,64 ppm (1H, s). Đây là tín hiệu proton đặc trưng của nhóm –CHO;
+ 4 proton của vòng thơm ở 8,71 ppm (2H, dd, J = 4,5 Hz; J = 1,5 Hz)
và 7,37 ppm (2H, dd, J = 4,5 Hz; J = 1,5 Hz). Mỗi tín hiệu tương ứng với 2
proton và có dạng mũi đôi của đôi. Các proton này ghép cặp ortho với nhau. + 1 proton olefin ở 7,22 ppm (1H, s);
+ 3 proton của nhóm methyl (-CH3) ở H 2,07 ppm.
- Phổ 13C-NMR (Phụ lục 3.3-3.4) kết hợp với DEPT (Phụ lục 3.5), (Bảng 4.5) cho thấy có 7 tín hiệu cộng hưởng tương ứng với 9 carbon, trong đó:
+ 1 carbon của nhóm carbonyl (–CHO) ở 194,7 ppm;
+ 5 carbon methine kề nối đôi (–CH=) ở 150,25 ppm (hai nhóm –CH= đối xứng của vòng pyridine), 123,5 ppm (hai nhóm –CH= đối xứng của vòng pyridine) và 145,7 ppm của olefin;
+ 2 carbon tứ cấp lần lượt ở 142,4 ppm và 141,9 ppm; + 1 carbon của nhóm methyl ở 10,23 ppm.
Nhằm làm sáng tỏ cấu trúc của chất (5’), đề tài tiếp tục phân tích phổ COSY, HMBC, HSQC và MS. Kết quả thu được như sau:
- Phổ COSY (Phụ lục 3.6-3.8) cho thấy có sự tương tác giữa H với H như sau: H2 H3, H2’ H3’, H2 H3, H5 H8.
- Phổ HMBC (Phụ Lục 3.9-3.11) cho thấy sự tương tác giữa H với C tại các vị trí C mà H có thể tương tác: H2C2,2’, C3,3’, C4; H3,3’C3,3’, C2,2’, C5; H5C8, C3,3’, C4, C7; H7C5; H8C3,3’, C4, C5, C6, C7.
- Phổ HSQC (Phụ lục 3.12-3.13) cho thấy có sự tương tác giữa H và C tại vị trí mà H gắn vào như: H2,2’C2,2’, H3C3,3’, H5C5, H7C7, H8C8.
- Phổ MS (Phụ lục 3.14-3.15) cho tín hiệu ion phân tử m/z (M+H)+ = 148 suy ra khối lượng phân tử của chất (5’) là 147 ứng với công thức phân tử C9H9NO.
PHAN PHÚ BÌNH 36
Bảng 4.4: Dữ liệu phổ 1H-NMR của sản phẩm (5’) (R= 0,5; PE:EtOAc=1:4) STT Số và loại proton (ppm) Mũi, J (Hz)
1 1H, –CHO 9,64 s 2 2H, –CH= (pyridine) 8,71 dd, J = 4,5, J =1,5 3 2H, –CH= (pyridine) 7,37 dd, J = 4,5, J =1,5 4 1H, –CH= 7,22 s 5 3H, –CH3 2,08 s Bảng 4.5: Dữ liệu phổ 13 C-NMR và DEPT của sản phẩm (5’) (R = 0,5 PE:EtOAc = 1:4) 13C-NMR (ppm)
DEPT 90 DEPT 135 Kết luận
194,8 Mũi dương Mũi dương –CHO
150,3 Mũi dương Mũi dương –CH=
145,7 Mũi dương Mũi dương –CH=
142,3 Biến mất Biến mất –C=
141,9 Biến mất Biến mất –C=
123,5 Mũi dương Mũi dương –CH=
PHAN PHÚ BÌNH 37
Bảng 4.6: Dữ liệu phổ COSY, HMBC, HSQC của sản phẩm (5’) (R = 0,5 PE:EtOAc = 1:4) Vị trí C/H 1H-NMR ppm (số H, dạng mũi, J) 13C-NMR ppm COSY 1H1H HMBC 1H13C C2, C2’ 8,71 (2H, dd, J=4,5; J = 1,5) 150,25 H2H3 H2’H3’ H2 C2,2’, C3,3’, C4 C3, C3’ 7,37 (2H, dd, J = 4,5; J = 1,5) 123,49 H3H2 H3’H2’ H3,3’ C3,3’, C2,2’, C5 C4 142,32 C5 7,33 (1H, s) 145,70 H5H8 H5 C8, C3,3’, C4, C7 C6 141,88 C7 9,64 (1H, s) 194,67 H7 C5 C8 2,08 (3H, s) 10,93 H8 C3,3’, C4, C5, C6, C7
Từ các dữ liệu phổ trên đã xác định được cấu trúc của sản phẩm (5’) như sau: 8 6 5 2 3 4 3' 2' N 7 O H (Z)-2-Methyl-3-(pyridin-4-yl)-propenal (5')
PHAN PHÚ BÌNH 38
Từ đây cho thấy vòng isoquinoline chưa được hình thành chỉ có đơn vị cấu trúc là vòng pyridine, như vậy cho thấy nhiều khả năng sản phẩm (2’) thu được sau phản ứng ngưng tụ Stobbe là đồng phân (Z)-3-(ethoxycarbonyl)-4-
(pyridin-4-yl)but-3-enoic (2’). Trong khi, để sự ghép vòng xảy ra được thì cần phải tạo ra đồng phân (E)-3-(ethoxycarbonyl)-4-(pyridin-4-yl)but-3-enoic
(2a). N O O (Z)-3-(Ethoxycarbonyl)-4-(pyridin-4-yl)but-3-enoic (2') OH O N (E)-3-(Ethoxycarbonyl)-4-(pyridin-4-yl)but-3-enoic O O COOH N OAc COOEt Ac2O, NaOAc to (3a) (2a)
Do sản phẩm thu được sau phản ứng ngưng tụ Stobbe là đồng phân
(Z) bên cạnh đó trong điều kiện thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao, phản ứng
ghép vòng không thể xảy ra, phản ứng decarboxyl hóa sẽ chiếm ưu thế tạo ra sản phẩm decarboxyl hóa (3’). Cấu trúc (3’) phù hợp với dữ liệu phổ 1H-NMR (Phụ lục 1.1-1.3).
PHAN PHÚ BÌNH 39
N
O O
(Z)-Ethyl 2-methyl-3-(pyridin-4-yl)-prop-2-enoate (3')
Cơ chế của sự tạo thành sản phẩm (Z)-ethyl 2-methyl-3-(pyridin-4-yl)-
prop-2-enoate (3’) được trình bày trong sơ đồ sau:
N 2' O O O O H N O O H+ N 3' O O - CO2
Hình 4.4: Cơ chế phản ứng decarboxyl hóa
Từ những dữ kiện thực nghiệm và phổ nghiệm có thể dự đoán chất (4’)
là (Z)-2-methyl-3-(pyridin-4-yl)-prop-2-enol.
N
OH
PHAN PHÚ BÌNH 40
Vì hoạt tính của NaBH4 yếu hơn so với LiAlH4 nênkhi thực hiện phản ứng khử trên tác chất (3’) bằng tác nhân NaBH4 thì nhóm –COOCH2CH3 sẽ bị khử thành nhóm –CH2OH, không ảnh hưởng đến các vị trí khác trong cấu trúc của chất (3’). Cấu trúc này phù hợp với các dữ liệu phổcủa chất (4’) (Phụ lục 2.1-2.6).
Nhóm –OH của chất (4’) ở vị trí allyl vì vậy nhóm –OH này có thể bị oxy hóa bằng tác nhân MnO2 một cách dễ dàng để chuyển thành nhóm –CHO của chất (5’). Tóm lại, quy trình tổng hợp xuất phát từ 4P tạo ra sản phẩm (5’) có thể được tóm tắc trong Hình 411. 4' NaOAc/Ac2O N 3' KOt-Bu/t-BuOH 1a N 4-Pyridinecarbaldehyde O N COOEt Z NaBH4/EtOH MnO2 5' 2' EtOOC COOEt COOH COOEt N CH2OH N CHO (Z)-2-methyl-3-(pyridin-4-yl)-propenal Hình 4.11: Quy trình tổng hợp (Z)-2-methyl-3-(pyridin-4-yl)-propenal
Do hạn chế về thời gian, vì vậy chưa thể xác định được một cách chính xác cấu trúc của các sản phẩm trung gian là (2’) và (3’). Tuy nhiên nhóm
nghiên cứu vẫn tiếp tục tiến hành khảo sát điều kiện thích hợp của phản ngưng tự Stobbe cũng như phản ứng ghép vòng nhằm thu được sản phẩm như mục tiêu đã đề ra, đồng thời cũng tiến hành tinh chế và xác định lại một cách chính xác cấu trúc của sản phẩm (2’) và (3’).
PHAN PHÚ BÌNH 41