cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho proton H19. Tín hiệu này bị tách thành 2 vạch với hằng số tách 3J = 8,0 Hz do sự ghép spin-spin với proton ở vị trí H18.
Tín hiệu singlet ở = 6,954 ppm với cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho proton H5. Điều này cũng phù hợp với phổ proton của các hydrazide cùng dãy đã được công bố trong tài liệu [1]: tín hiệu proton gắn vào liên kết C=CHAr xuất hiện ở = 6,0 – 6,8 ppm.
Tín hiệu doublet-doublet ở = 7,407 ppm (3J = 8,5 Hz, 4J = 2,0 Hz) có cường độ tương đối bằng 1 phù hợp với đặc điểm của H18 (tương tác với H19 ở vị trí ortho và H16 ở vị trí meta).
Ở = 7,475 ppm và = 7,604 ppm xuất hiện 2 tín hiệu doublet với cường độ tương đối bằng 2, hằng số ghép lần lượt bằng 8,5Hz và 9,0Hz (ghép ortho) được gán cho H7, H11 và H8, H10. Tương tự như hợp chất (B) thì H7, H11 sẽ dịch chuyển về vùng trường thấp, có độ chuyển dịch cao hơn ( = 7,604 ppm) và H8, H10 sẽ cho tín hiệu ở = 7,475 ppm.
Tín hiệu doublet xuất hiện ở vùng thơm, = 7,745 ppm (4J = 2,5Hz) với cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho H16. Tín hiệu này bị tách thành 2 vạch do sự ghép spin-spin với proton ở vị trí meta so với nó là H18 với hằng số tách nhỏ 4J = 2,5 Hz.
Ở vùng trường yếu = 8,551 ppm xuất hiện tín hiệu singlet với cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho proton H14 vì theo kết quả trên phổ NOESY tín hiệu này tạo điểm giao với tín hiệu của proton H16.
Tín hiệu singlet với cường độ tương đối bằng 1 xuất hiện ở = 9,654 ppm được quy kết cho proton H3. Trên phổ NOESY, tín hiệu này tạo điểm giao với các proton H7, H11 (nếu gán cho proton H21 thì không hợp lý vì H7,11 với H21 ở khá xa
Ở vùng trường yếu (trên 10 ppm) xuất hiện 2 tín hiệu với cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho proton H13 và H21. Vì proton H13 gắn trên nguyên tử nitơ còn proton H21 gắn trên nguyên tử oxy mà oxy có độ âm điện cao hơn nitơ nên proton H21 sẽ có độ chuyển dịch cao hơn proton H13. Vì vậy tín hiệu singlet ở = 11,898 ppm được quy kết cho proton H21 và tín hiệu singlet ở = 11,247 ppm được quy kết cho proton H13. Bảng 2. Tóm tắt phổ1H-NMR của hợp chất (C) Proton H1 H19 H5 H18 H8,10 H7,11 (ppm) J (Hz) 2,030(s) 6,888 (d) 3J = 8,5 6,954 (s) 7,407(d-d) 3J = 8,5 4J = 2,0 7,475 (d) 3J = 8,5 7,604 (d) 3J = 9,0 Proton H16 H14 H3 H13 H21 (ppm) J (Hz) 7,745 (d) 3J = 2,5 8,551 (s) 9,654 (s) 11,247 (s) 11,898 (s) 3.3.3.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (13C-NMR)
Tín hiệu trên phổ 13C-NMR được tóm tắt như trong bảng 3.
Bảng 3. Tóm tắt phổ13C-NMR của hợp chất (C)
Carbon C1 C17 C5 C19 C15 C8,10 (ppm) 22,706 110,376 118,619 121,324 125,807 128,570
Carbon C9 hoặc C6 C6 hoặc C9 C7,11 C4 C16 C18 (ppm) 129,883 130,350 131,117 132,851 133,052 133,423
Carbon C14 C20 C2 C12 (ppm) 145,316 156,348 161,835 169,521
Hình 7. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (13C-NMR) của hợp chất (C)
3.3.3.4. Phổ khối lượng MS
Hình 9. Phổ MS của hợp chất (C)
Trên sắc kí đồ của hợp chất (C) (xem hình 8) thấy chỉ xuất hiện duy nhất 1 tín hiệu, cho thấy (C) là hợp chất sạch. Trên phổ khối lượng của hợp chất này (C18H15O3N3ClBr, M = 434,9985) (xem hình 9), thấy xuất hiện pic ion phân tử (M+H) = 436,0058; (M+H+2) = 438,0036. Điều đó cho thấy khối lượng phân tử của hợp chất phù hợp với công thức dự kiến.
Hình 10. Phổ NOESY của hợp chất (C)
Dựa vào sự tương tác giữa các proton H-H trên phổ NOESY có thể thấy rằng proton H5 có tín hiệu giao với proton H7,11 mà không xuất hiện tín hiệu giao với proton H3 nên có thể khẳng định rằng cấu hình tại vị trí C5 là cấu hình Z.
Cũng trên phổ NOESY, có sự xuất hiện tín hiệu giao giữa proton H13 và H21. Điều này chứng tỏ H13 và H21 phải ở gần nhau trong không gian và do đó, vòng benzene chứa nhóm OH và nhóm NH phải phân bố về cùng một phía đối với liên kết đôi N=C. Do đó, có thể kết luận liên kết đôi N=C tồn tại ở cấu hình Z. Hợp chất (C) có cấu trúc không gian như hình 11.
Hình 11. Cấu trúc không gian của hợp chất (C)
Để xác nhận lại điều này, chúng tôi đã tiến hành tối ưu hóa năng lượng của hợp chất (C) trên cơ sở phần mềm Gaussian, sử dụng bộ hàm MP2/6-311++G(d,p) (được thực hiện bởi TS. Trương Bá Tài, Phòng Hóa Lượng tử, Khoa Hóa học, Đại học Leuven, Belgium). Kết quả cũng cho thấy cấu trúc có năng lượng thấp ứng với cấu hình Z quanh liên kết -N=CH-. Việc tính toán cũng cho thấy có sự hình thành liên kết hydro của nhóm OH (H41) với N25 và của nhóm –NH (H26) với nhóm CH3C=O (O19). Mô hình phân tử có được được biểu diễn như trên hình 12.
Hình 12. Cấu trúc của hợp chất (C) sau khi đã tối ưu hóa năng lượng
Như vậy, qua việc xác định tính chất và phân tích phổ IR cũng như phổ 1H- NMR, 13C-NMR, MS, NOESY cho phép chúng tôi khẳng định đã tổng hợp thành công
3.4.2. Cơ chế phản ứng
Phản ứng tổng hợp chất (D) được chúng tôi tiến hành tương tự như tổng hợp chất (C). Tuy nhiên, việc nghiên cứu cấu trúc cho thấy sản phẩm nhận được không là hydrazide N-thế.
3.4.3. Nghiên cứu cấu trúc
3.4.3.1. Phổ hồng ngoại (IR)
Trên phổ IR của chất (D) (xem hình 12) xuất hiện peak hấp thụ ở tần số 3410 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của các liên kết O-H. Peak hấp thụ có giá trị từ 2847 – 2924 cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị của các liên kết Csp3–H. Ở tần số 1712 cm-1 xuất hiện peak hấp thụ đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết –C=O. Peak hấp thụ ứng với dao động hóa trị của các liên kết C=Cthơm hoặc C=N cũng xuất hiện ở tần số 1589 cm-1. Như vậy, đã có một số khác biệt giữa phổ IR của (D) và (C), đó là: peak C=O trong phân tử chất (D) cho hấp thụ ở tần số lớn hơn so với peak C=O của chất (C), đồng thời có vẻ như chất (D) không cho dao dộng hóa trị của liên kết N – H ở gần 3200cm-1.
Hình 13. Phổ hồng ngoại (IR) của hợp chất (D)
3.4.3.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR)
Nếu chấp nhận chất (D) là hydrazide thế được hình thành tương tự như với chất (C) thì phổ 1H-NMR của (D) thiếu đi 2 proton so với công thức dự kiến. Điều này vẫn có thể xảy ra vì trong phân tử hydrazide thế này có nhiều proton linh động, có thể không cho tín hiệu trên phổ. Tuy nhiên, khi tiến hành quy kết các tín hiệu, chúng tôi thấy có 02 tín hiệu lẽ ra phải có sự tương đồng với chất (C) cũng như với các hydrazide thế khác trong cùng dãy [1] nhưng thực tế đã có sự khác biệt rõ rệt.
Tín hiệu thứ nhất ở vùng no, dạng singlet với cường độ tương đối bằng 3: trong chất (C) và các hydrazide cùng dãy [1], tín hiệu này xuất hiện ở gần 2,02 ppm và được quy kết cho nhóm CH3C(O)NH; trong khi với chất (D), tín hiệu này xuất hiện ở 2,47ppm.
Tín hiệu thứ hai ở vùng thơm, dạng singlet với cường độ tương đối bằng 1: trong chất (C) và các hydrazide cùng dãy [1], tín hiệu này xuất hiện ở 8,25÷8,60 ppm và được quy kết cho proton của nhóm azomethine -N=C–H; trong khi với chất (D), tín hiệu này xuất hiện ở 9,35 ppm. Điều đó cho chúng tôi nghĩ tới việc chất (D) đã tồn tại
Việc quy kết các tín hiệu trên các phổ 1H-NMR, 13C-NMR, HSQC, HMBC dưới đây cho thấy cấu trúc này là phù hợp.
Trên phổ 1H-NMR của chất (D), ở vùng trường mạnh xuất hiện hai tín hiệu
singlet ứng với cường độ tương đối bằng 3 được quy kết cho proton H2a và H16a của nhóm methyl. Do nguyên tử C16a gắn trực tiếp với nguyên tử oxygen nên H16a sẽ chuyển về vùng trường thấp hơn H2a. Vì vậy H2a sẽ ứng với tín hiệu ở = 2,474 ppm và H16a sẽ cho tín hiệu ở = 3,838 ppm.
Tại vùng thơm, tín hiệu doublet ở = 6,880 ppm có J = 8,0 Hz ứng với cường độ tương đối bằng 1, tín hiệu này bị tách thành 2 vạch do sự ghép spin-spin với proton ở vị trí ortho so với nó là H19 nên được quy kết cho proton H18.
Tín hiệu singlet xuất hiện ở vùng trường yếu có độ chuyển dịch = 7,090 ppm với cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho proton H6.
Do các proton H8 và H12 cũng như H9 và H11 tương đương nhau nên sẽ cho các tín hiệu có cường độ tương đối bằng 2. Dựa vào phổ HSQC và HMBC chúng tôi quy kết như sau:
được quy kết cho H9 và H12 (kết quả này phù hợp với kết quả khi sử dụng phần mềm hỗ trợ ChemBioDraw Ultra).
Tín hiệu doublet-doublet ở = 7,273 ppm (3J = 8,5 Hz, 4J = 2,0 Hz) có cường độ tương đối bằng 1 phù hợp với đặc điểm của H19 (tương tác với H18 ở vị trí ortho và H15 ở vị trí meta).
Tín hiệu doublet ở = 7,422 ppm (3J = 2,0 Hz) có cường độ tương đối bằng 1 ứng với proton tương tác với H17 ở vị trí meta nên được quy kết cho H15.
Tại = 9,345 ppm xuất hiện tín hiệu singlet với cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho H13. Trên phổ HSQC, ta thấy tín hiệu này giao với tín hiệu carbon ở = 156,253 ppm. Và trên phổ HMBC, tín hiệu carbon ở = 156,253 ppm lại cho tín hiệu giao với proton H19 và H15 nên tín hiệu carbon sẽ là C13 và proton tương ứng sẽ là H13.
Ở vùng trường yếu (trên 9,5 ppm) xuất hiện tín hiệu singlet với cường độ tương đối bằng 1 được quy kết cho proton H17a.
Bảng 4. Tóm tắt phổ1H-NMR của hợp chất (D) Proton H2a H16a H18 H6 H19 (ppm) J (Hz) 2,474 (s) 3,838 (s) 6,880 (d) 3J = 8,0 7,090 (s) 7,273 (d-d) 3J = 8,5 4J = 2,0 Proton H15 H8, H12 H9, H11 H13 H17a (ppm) J (Hz) 7,4223J = 2,0 (d) 7,540 (d) 3J = 8,5 8,269 (d) 3J = 9,0 9,345 (s) 9,783(s)
Hình 14. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR) của hợp chất (D)
3.4.3.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (13C-NMR)
Sau khi đã xác định được các tín hiệu proton, dựa vào phổ HSQC để xác định carbon liên kết trực tiếp, các tín hiệu khác xác định dựa vào phổ HMBC. Ta quy kết phổ 13C- NMR của hợp chất (D) như sau:
Trên phổ HSQC, carbon ở = 15,401 ppm xuất hiện tín hiệu giao với proton H2a nên được quy kết cho C2a. Và carbon ở = 55,846 ppm xuất hiện tín hiệu giao với proton H16a nên được quy kết cho C16a.
Tương tự như trên, carbon ở vị trí có độ chuyển dịch = 110,295 ppm cho tín hiệu giao với proton H15 nên được quy kết cho proton H15. Carbon ở vị trí có độ chuyển dịch = 115,831 ppm cho tín hiệu giao với proton H18 nên được quy kết cho proton H18. Carbon ở vị trí có độ chuyển dịch = 123,117 ppm cho tín hiệu giao với proton H19 nên được quy kết cho proton H19. Carbon ở vị trí có độ chuyển dịch =
carbon ở vị trí có độ chuyển dịch = 133,896 ppm cho tín hiệu giao với proton H8,12 nên được quy kết cho proton H8,12.
Hình 15. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (13C-NMR) của hợp chất (D)
Proton H13 cho tín hiệu giao với carbon ở vị trí có độ chuyển dịch = 156,253 ppm trên phổ HSQC nên quy kết tín hiệu đó cho C13.
Proton H6 cho tín hiệu giao với carbon ở vị trí có độ chuyển dịch gần 125 ppm nhưng quan sát trên phổ 13C-NMR thì thấy ở vị trí này xuất hiện 2 tín hiệu chồng lên nhau nên rất khó để xác định được chính xác vị trí của C6. Bên cạnh đó còn cho tín hiệu giao với proton H18 (trên phổ HMBC) nên có thể là C17. Vì vậy ở vị trí ≈ 125 ppm có sự chồng tín hiệu giữa C6 và C17, rất khó để biết chính xác độ chuyển dịch của chúng trên phổ. Với việc sử dụng phần mềm hỗ trợ ChemBiodrawUltra chúng tôi tạm quy kết như sau: tín hiệu ở = 124,954 ppm được quy kết cho C6 và tín hiệu ở =
Ở vùng có độ chuyển dịch trên 150 ppm có 2 carbon cùng có tín hiệu giao với proton H15 và H19 nên được quy kết cho C13 và C14. Tuy nhiên tín hiệu C13 được quy kết ở = 156,253 ppm nên tín hiệu ở =150,488 ppm được quy kết cho C14.
Proton H18 ngoài có tín hiệu giao với C6,17 mà còn cho tín hiệu giao với carbon ở vị trí có độ chuyển dịch =148,275 ppm nên có thể quy kết tín hiệu đó cho C16.
Carbon ở vị trí có độ chuyển dịch = 166,077 ppm cho tín hiệu giao với proton H6 được quy kết là C4 hoặc C5. Nhưng do C4 là –C=O còn C5 là –C=C nên tín hiệu đó được quy kết cho C4.
Còn lại 2 carbon C5 và C2 không cho tín hiệu giao với bất kỳ proton nào trên phổ HMBC. Tuy nhiên C2 nối trực tiếp với nguyên tử nitơ bằng liên kết –C=N nên sẽ có độ chuyển dịch cao hơn ứng với = 164,065 ppm còn ở = 137,621 ppm được quy kết cho C5.
Tín hiệu trên phổ 13C-NMR được tóm tắt như trong bảng 5.
Bảng 5. Tóm tắt phổ13C-NMR của hợp chất (D) Carbon C2a C16a C15 C18 C19 C6 (ppm) 15,401 55,846 110,295 115,831 123,117 124,954 Carbon C17 C9, C11 C 7 hoặc C10 C8, C12 C10 hoặc C7 C5 (ppm) 125,031 129,096 132,835 133,896 135,269 137,621 Carbon C16 C14 C13 C2 C4 (ppm) 148,275 150,488 156,253 164,065 166,077 3.4.3.4. Phổ NMR hai chiều (HSQC – HMBC)
Trên phổ HSQC xuất hiện các tương tác gần C-H, thể hiện trên hình 16 và các tín hiệu đã được quy kết như trong mục 3.4.3.3.
Hình 16. Một phần phổ tương tác gần 1H-13C HSQC của hợp chất (D)
Trên phổ HMBC xuất hiện các tương tác xa C-H, thể hiện trên hình 17 và các tín hiệu đã được quy kết như trong mục 3.4.3.3.
3.4.3.5. Phổ khối lượng MS
Hình 18. Sắc kí đồ của hợp chất (D)
Hình 19. Phổ MS của hợp chất (D)
Trên sắc kí đồ của hợp chất (D) (xem hình 18) thấy chỉ xuất hiện duy nhất 1 tín hiệu, cho thấy (D) là hợp chất sạch. Trên phổ khối lượng của hợp chất này (C19H16O3ClN3, M = 369,0880) (xem hình 19), thấy xuất hiện pic ion phân tử (M+H) = 370,0975; (M+H+2) = 372,0942. Điều đó cho thấy khối lượng phân tử của hợp chất
4-(4-chlorobenzylidene)-2-methyloxazol-5-one (A) 2-(acetamido)-3-(4-chlorophenyl)acrylohydrazide (B) 5-bromo-2-hydroxybenzylidene-2-(acetamido)-3-94- chlorophenyl)acrylohydrazide (C) 4-(4-chlorobenzylidene)-1-(4-hydroxy-3-methoxybenzylidene)amino)-2- methyl-1H-imidazol-5-one (D)
Tất cả các chất tổng hợp đều được xác định tính chất vật lí (nhiệt độ nóng chảy, trạng thái, màu sắc, tính tan, dung môi kết tinh…).
Về xác định cấu trúc: Cấu trúc của các chất đã được xác nhận qua phổ IR, 1H- NMR, 13C-NMR, HSQC, HMBC, NOESY, MS.
Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các hydrazide N-thế của acid 2- (acetamido)-3-(4-chlorophenyl)acrylic có thể được chuyển hóa thành dẫn xuất chứa dị vòng imidazole thông qua phản ứng khép vòng nội phân tử.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
[1]. Nguyễn Tiến Công, Nguyễn Viết Doanh, Tạ Thị Thanh Hoa, Lê Thị Thu Hương, Hoàng Trần Lan Phương, Vương Lê Ái Thảo (2014), “Tổng hợp và chuyển hóa 2- (acetamido)-3-(4-chlorophenyl)acrylohydrazide”, Tạp chí Hóa học, tr. 20 - 26.
[2]. Nguyễn Tiến Công, Trần Thị Ngọc Phượng, Kiều Thị Thủy (2009), “Tổng hợp và cấu trúc của một số hydrazide N-thế của 4-iodothymyloxiacetohydrazide với cetone thơm”, Tạp chí Hóa học, tr. 137-143.
[3]. Nguyễn Tiến Công, Đỗ Văn Huê, Võ Thị Hồng Thơm, Đặng Hà Xuyên (2011), “Tổng hợp và cấu trúc của một số hydrazide N-thế của (4,6-dimethylpyrimidine-2- ylsulfanyl)acetohydrazide với các cetone thơ hoặc dị vòng thơm”, Tạp chí khoa học,
Số 27, pp. 94 – 99.
[4]. Nguyễn Thị Thanh Phong, Nguyễn Ngọc Thanh, Nguyễn Thị Liễu, “Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc của một số dẫn xuất 3-(4-etoxi-3-nitrophenyl)prop-2-enoyl hydrazide N-thế”, Tạp chí Khoa học Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội, trang 178-183. [5]. Thái Doãn Tĩnh (2008), Cơ chế và phản ứng hóa học, nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật, tập 3, trang 46-50.
Tài liệu tiếng Anh
[6]. Abdul-Jabbar K. AL. Abodi, Ngam Majed., Sahar A. K., Redha I. H. Al-Bayati (2012), “Synthesis and Characterization of New 1,3-Oxazol-5-(4H)-one Derivatives”, American Journal of Organic Chemistry, Vol.2(6), pp. 143-150.
[7]. Ahmed El-Mekabaty (2013), “Erlenmeyer Azlactones: Synthesis, Reactions and Biological Activity”, International Journal of Modern Organic Chemistry, Vol.2 (01), pp. 40-66.
[8]. Ali Omairi Mohammad (2010), “Synthesis and Characterization of some Oxadiazoles and Thiadiazoles derivatives”, J. of university of anbar for pure science, Vol. 4, No. 1.
[12]. C . L oncle, J. M . Brunel, N. V idal, M. Dherbomez, Y. L etourneux (2004), Eur. J. Med. Chem., Vol. 39, pp. 1067.