Phổ ngay sau khi thêm CF3COOH vào hỗn hợp phản ứng H8, H5:

C) Tác nhân axit hóa

d. Phổ ngay sau khi thêm CF3COOH vào hỗn hợp phản ứng H8, H5:

vào hỗn hợp phản ứng. H8, H5: proton thơm; H3: HC-OH; H4: H2C- Ar. Vân đơn có cường độ yếu tại 10.4 và 6.9 ppm được quy kết cho H2 của CH=O và CH=N. Những tín hiệu này phù hợp với công thức A3 và A4. e. Phổ ghi được sau khi thêm CF3CO2H 72 giờ, chất rắn được lọc ra và hòa tan trong DMSO-d6. H2, H4, H8, H5 của quinolin Q cho 4 vân đơn tại 7,3-8,9 ppm; H7a của Q cho một vân đơn ở 4.75 ppm. Và một số vân hấp thụ khác của A2, A3, A4 và A5.

Hình 3.2. Phổ 1H NMR của hỗn hợp phản ứng chuyển hoá từ A0 đến Q theo thời gian

Trên cơ sở dữ liệu trong hình 3.2, chúng tôi đề nghị cơ chế cho chuyển hóa từ A0 thành Q như sơ đồ 3.1 (công thức của A0 xem ở sơ đồ 2.2, trang 30).

Sơ đồ 3.1. Cơ chế phản ứng tạo thành Q từ A0

Trong dung dịch kiềm, A0 chuyển thành dạng đồng phân tautome A1. Sau sáu giờ phản ứng với Na2S2O4/OH-, nhóm nitro gắn với vòng benzen của A1 sẽ bị khử thành nhóm amino (A2). Sau khi thêm axit trifloroacetic, nhóm –CH = NOO- của phần mạch nhánh sẽ chuyển thành nhóm –CH = O (A3) theo cơ chế phản ứng khử Nef. Lúc này, môi trường phản ứng là môi trường axit, xảy ra phản ứng ngưng tụ của nhóm –CH = O và H2N– trong cùng một phân tử tạo thành vòng 6 cạnh (A4). Dưới tác dụng của chất oxi hoá là oxy không khí, nhóm –OH bị oxi hoá thành nhóm chức xeton có sự liên hợp với liên kết C=N (A5). Cuối cùng là giai đoạn cộng HSO3- và tách nước tạo thành vòng quinolin (Q).

Như vậy, nhờ theo dõi quá trình phản ứng bằng phương pháp 1

H NMR, đã giải thích được sự tạo thành vòng quinolin từ hợp chất quinon-axi theo một phản ứng tổng hợp chưa được mô tả trong các tài liệu.

3.2. TỔNG HỢP, CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT MỘT SỐ DẪN XUẤT CỦA Q 3.2.1. MeQ: 7-Cacboxymetoxy-6-hydroxy-1-metylquinolini-3-sunfonat 3.2.1. MeQ: 7-Cacboxymetoxy-6-hydroxy-1-metylquinolini-3-sunfonat

Khi cho Me2SO4 phản ứng với Q trong môi trường kiềm, theo lý thuyết thì nhóm OH ở vị trí 6 cũng có thể bị metyl hoá. Nhưng thực tế, chúng tôi đã thu được sản phẩm metyl hoá N ở vị trí 1 với hiệu suất 65% (mục 2.2.2) Nguyên nhân của sự chọn lọc này là do N có độ âm điện nhỏ hơn O nên có lực nucleophin lớn hơn so với O– phenolat. Mặt khác, hiệu ứng +C của O– cũng làm giảm mật độ electron của nó và làm giàu mật độ electron cho nguyên tử N dị vòng.

MeQ là tinh thể hình trụ, màu vàng nâu, không nóng chảy, phân hủy ở gần 300oC, không bị biến đổi khi để lâu ngoài không khí. MeQ tan tương đối tốt trong nước, không tan trong các dung môi hữu cơ thông dụng như ancol, xeton, benzen, clorofom, …. tan trong DMSO khi đun nóng.

Phổ IR của MeQ

Phổ IR của MeQ được trình bày ở hình 3, các vân hấp thụ chính được liệt kê trong bảng 3.5. Hình 3.3 và các số liệu ở bảng 3.5 tỏ ra phù hợp với cấu tạo của MeQ.

Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của MeQ

Phổ NMR của MeQ

Phổ 1H NMR của MeQ được trình bày ở hình 3.4, các vân cộng hưởng được liệt kê ở bảng 5.

Hình 3.4. Phổ 1H NMR của MeQ trong DMSO

Dựa vào hình dạng các tín hiệu trên phổ và qua kết quả quy kết ta thấy: H2 và H4 ở vị trí meta với nhau trong vòng thơm, H2 thể hiện là vân đôi với hằng số

tách J = 1,0 trong khi H4 lại là vân đơn, nguyên nhân có lẽ là do giá trị J quá nhỏ. Khác biệt lớn nhất của phổ 1H NMR của MeQ so với phổ của Q là có thêm một vân đơn với cường độ 3H ở δ = 4,53 ppm, đồng thời proton của nhóm OH phenol đã thể hiện ở độ chuyển dịch δ = 11,12 ppm có dạng tù. Điều đó cho phép dự đoán nhóm metyl đã gắn vào N dị vòng.

Phổ 13C NMR của MeQ được dẫn ra ở hình 3.5. Trên phổ 13C NMR, có 12 tín hiệu cộng hưởng tương ứng với 12 nguyên tử cacbon không tương đương trong phân tử MeQ. Khác biệt lớn nhất so với phổ 13C NMR của Q là có một tín hiệu của một cacbon lại ở  = 45,1 ppm. Từ đó có thể khẳng định đã gắn được nhóm CH3 vào phân tử Q. Tuy nhiên, vị trí liên kết của nhóm CH3 chỉ có thể khẳng định chắc chắn bằng phổ 2D NMR. Phổ HSQC của MeQ được đưa ra trong phụ lục 2, phổ HMBC được trình bày ở hình 3.6.

Hình 3.5. Phổ 13C NMR của MeQ trong DMSO

Ở bảng 3.5, cột HSQC đã cho biết được tín hiệu cộng hưởng của các nguyên tử cacbon liên kết trực tiếp với hidro. Kết hợp với các vân giao ở phổ HMBC (hình 3.6, cột HMBC ở bảng 3.5) chúng tôi đã quy kết được tất cả các tín hiệu 13C NMR của MeQ. Kết quả quy kết các tín hiệu 13C NMR được liệt kê ở bảng 3.5.

Trên phổ HMBC, proton nhóm metyl (H1) có hai vân giao với C2 và C9; còn cacbon nhóm metyl thì cho vân giao với H2. Điều đó chứng tỏ nhóm CH3 đã gắn với nguyên tử N dị vòng.

Hình 3.6. Phổ HMBC của MeQ trong DMSO

Phổ MS của MeQ

Phổ khối lượng (+MS) của MeQ được dẫn ra ở hình 3.7, phổ -MS của MeQ ở phụ lục 3. Trên phổ -MS có pic ion giả phân tử [M-H]- = 312, trên phổ +MS có pic [M+H]+ = 314, từ đó suy ra MeQ có khối lượng phân tử M = 313 phù hợp với công thức dự kiến.

Bảng 3.5. Dữ liệu phổ IR, NMR và MS của MeQ I R ʋ (cm-1 ) 1 H NMR δ (ppm), J (Hz) 13 C NMR δ (ppm) (x = giao) HSQC HMBC (x = giao) OH 3548–3340 H1 4.52 d; 3H J = 10,5 C1 45,08 C1 x H1 C1 x H2 CH 3081; 2924 H2 9.33 d; 1H J = 1,0 C2 143,14 C2 x H2 C2 x H4; H1 C=O 1724 H4 9.11 s; 1H C3 139,81 C4 x H4 C3 x H2 C=C,C=N 1627; 511 H5 7.73 s; 1H C4 139,11 C5 x H5 C4 x H2; H5 - - H8 7.63 s; 1H C5 111,15 C8 x H8 C5 x H4

- - H7a 5.15 s; 2H C6 150,21 C7a x H7a C6 x H5; H8

- - OH 11.18 (tù) C7 155,25 - C7 x H5;H8;H7a C8 99,85 - C7b x H7a C9 134,8 - C9 x H2; H4; H5; H8; H1 CTPT: C12H11NO7S C10 125,79 - C10 x H8 M tính: 313 C7a 65,73 - - M từ phổ +MS và –MS: 313 C7b 168,89 - -

3.2.2. Metyl este và hydrazit của Q (EsQ và HzQ)

a. Metyl este EsQ

EsQ được điều chế bằng phản ứng este hoá giữa Q và metanol với xúc tác axit H2SO4 theo phương pháp thông thường (mục 2.2.2).

EsQ là chất rắn dạng hạt, màu vàng tươi, không nóng chảy mà phân hủy ở nhiệt độ gần 300o C, tan ít trong nước kể cả khi đun nóng, tan ít trong các dung môi thông dụng như etanol, axeton, benzen, cloroform… tan tốt trong DMSO. EsQ

cũng phần nào thể hiện tính lưỡng tính, tan tốt trong các dung dịch axit và bazơ. Phổ IR của EsQ

Phổ IR của EsQ được trình bày ở hình 3.8.

Các vân hấp thụ chính được liệt kê ở bảng 3.6. Hình 3.8 và số liệu ở bảng 3.6 cho thấy phù hợp với công thức của EsQ

 Phổ NMR của EsQ

Phổ 1H NMR của EsQ được trình bày ở hình 3.9, phổ 13C NMR được dẫn ra ở phụ lục 2. Trên phổ 1H NMR thấy xuất hiện một vân cộng hưởng ở  = 3,76 ppm cường độ 3H chứng tỏ phản ứng este hóa đã thành công.

Hình 3.9. Phổ 1H NMR của EsQ trong DMSO

Trên phổ 1H NMR của EsQ tín hiệu cộng hưởng của H2 ( = 9,12) và H4 ( = 9,05) đều là vân đôi với J = 1,5 khẳng định chúng ở vị trí meta với nhau trong vòng thơm. Tín hiệu ở  = 7,64 ppm (1H) ứng với H5 và ở  = 7,43 ppm (1H) ứng với H8. Các proton này ở EsQ đều chuyển dịch về phía trường yếu hơn so với các proton tương ứng trong Q (bảng 3.3). Các proton của nhóm OH và NH+ không thành vân riêng trên phổ mà lẫn vào vân của nước ẩm ở vùng  = 3–4,5 ppm.

Phổ 13C NMR của EsQ (phụ lục 2) hầu như tương tự như của Q. Điểm khác biệt lớn nhất là có sự xuất hiện một tín hiệu ở 52,2 ppm đã chứng tỏ rằng nhóm COOH của Q đã chuyển thành nhóm COOMe. Kết quả quy kết các tín hiệu 1H NMR và 13C NMR của EsQ được trình bày ở bảng 3.6.

Phổ MS của EsQ

Phổ khối lượng của EsQ được dẫn ra trong phụ lục 3. Trên phổ -MS thấy xuất hiện các pic [M-H]- = 312 và phổ +MS xuất hiện pic [M+H]+ = 314. Từ đó, khẳng định EsQ có khối lượng phân tử là M = 313 phù hợp với công thức phân tử của nó.

Bảng 3.6. Dữ liệu phổ IR, NMR và MS của EsQ I R ʋ (cm-1 ) 1 H NMR δ (ppm), J (Hz) 13 C NMR δ (ppm) OH; NH 3449; 3134 H2 9,12 d; 1H; J = 1,5 C2 140,07 CH 2969 H4 9,05 d; 1H; J = 1,5 C3 138,82 C=O 1764 H5 7,64 s; 1H C4 134,66 C=C; C=N 1607; 1521 H8 7,43 s; 1H C5 110,14 C–O 1222; 1053 H7a 5,13 s; 2H C6 150,16 - - H7c 3,76 s; 3H C7 154,29 C8 101,52 C9 138,49 C10 125,14 CTPT: C12H11NO7S C7a 65,57 M tính: 313 C7b 168,16 M từ phổ +MS và -MS: 313 C7c 52,21

Như vậy, công thức cấu tạo của EsQ như đã đưa ra ở trên là hoàn toàn phù hợp với thực nghiệm.

b. Hydrazit HzQ

HzQ được điều chế từ EsQ nhờ phản ứng với H2NNH2. HzQ là chất rắn, dạng bột, màu vàng chanh, không nóng chảy mà bị phân hủy ở gần 300oC. HzQ tan một phần trong nước lạnh, tan đáng kể khi đun nóng, ít tan trong etanol, axeton, benzen,… tan tốt trong DMSO.

 Phổ IR của HzQ

Phổ hồng ngoại của HzQ (phụ lục 1) có nhiều điểm khác biệt rõ rệt so với phổ hồng ngoại của este tạo ra nó (EsQ), đặc biệt là vùng từ 2900- 3600cm-1. Cụ thể, vân tù ở tần số 3513cm-1 thể hiện là dao động hóa trị của nhóm –OH, hai vân ở 3334cm-1 nhọn và 3227cm-1 hơi tù theo chúng tôi là các dao động hóa trị của nhóm NH và NH2. Trong vùng từ 3000-3100cm-1 xuất hiện các vân đặc trưng cho dao động hóa trị của CH vòng quinolin, ngoài ra ở vùng 2800- 3000cm-1 cũng xác nhận sự có mặt của CH no. Một số vân hấp thụ chính trên phổ được trình bày trong bảng 3.7.

Phổ NMR của HzQ

Trên phổ 1H NMR của HzQ (hình 3.10) thấy mất đi tín hiệu cộng hưởng của 3 proton (nhóm COOCH3 của tiền chất) đồng thời xuất hiện xuất hiện thêm vân

đơn, tù tại  = 4,42 ppm, cường độ 2H được quy kết cho nhóm NH2; vân đơn, tù tại  = 9,73, cường độ 1H được quy kết cho nhóm NH (của liên kết -CONH-). Các tín hiệu cộng hưởng của proton trong vòng quinolin đều tương đồng với EsQ nhưng đều chuyển dịch về vùng trường mạnh hơn EsQ. Kết quả quy kết các tín hiệu 1H NMR của HzQ được trình bày trong bảng 3.7.

Hình 3.10. Phổ 1H NMR của HzQ trong DMSO

Phổ 13C NMR của HzQ được trình bày trên hình 3.11 thấy xuất hiện 11 tín hiệu cộng hưởng tương ứng với 11 nguyên tử cacbon không tương đương. Điểm khác biệt lớn nhất là mất đi một tín hiệu ở δ = 52,2 ppm so với phổ 13C NMR của EsQ.

Qua quy kết có thể thấy rằng: so với phổ 13C NMR của Q thì chỉ có sự thay đổi về độ chuyển dịch ở nguyên tử C7 và C7b, cụ thể là ở HzQ thì các nguyên tử cacbon này chuyển dịch về trường mạnh hơn so với các nguyên tử cacbon tương ứng ở Q. Điều này, do hiệu ứng đẩy electron của nhóm –NH-NH2 mạnh hơn –OH nên làm tăng sự chắn màn mạnh hơn, dẫn đến kết quả là chúng cộng hưởng ở trường mạnh hơn. Nguyên tử C7b (nhóm C=O) có độ chuyển dịch thay đổi đáng kể nhất do hiệu ứng đẩy điện tử giảm dần khi tăng mạch cacbon. Các tín hiệu cộng hưởng được quy kết ở bảng 3.7.

Kết hợp với phổ proton của HzQ ở trên thì chúng tôi khẳng định chắc chắn rằng, nhóm –OCH3 trong EsQ đã bị thay bằng nhóm –NH-NH2.

Phổ MS của HzQ

Phổ MS của HzQ được trình bày trên phụ lục 3. Trên phổ +MS của HzQ

chúng tôi nhận thấy có pic ion giả phân tử [M+H]+ = 314 và phổ –MS xuất hiện pic [M-H]- = 312, như vậy HzQ có khối M = 313 phù hợp với công thức phân tử của nó.

Bảng 3.7. Dữ liệu phổ IR, NMR và MS của HzQ I R ʋ (cm-1 ) 1 H NMR δ (ppm), J (Hz) 13 C NMR δ (ppm) OH; NH 3506–3227(m) H2 8,79 d; 1H; J = 2 C2 145,26 CH 3048; 2933 H4 8,23 d; 1H; J = 2 C3 139,27 C=O 1690 H5 7,39 s; 1H C4 130,11 C=C; C=N 1630; 1508; 1426 H8 7,29 s; 1H C5 110,06 C–O 1230; 1191 H7a 4,72 s; 2H C6 147,26 NH 9,73 s; 1H C7 149,89 NH2 4,42 s; 2H C8 108,89 - C9 143,35 CTPT: C11H11N3O6S C10 123,12 M tính: 313 C7a 67,08 M từ phổ +MS và -MS: 313 C7b 166,10 3.2.3. QAc: 6-Axetoxy-7-cacboxymetoxy-3-sunfoquinolin

Như đã mô tả ở mục 2.2.4, QAc thu được nhờ phản ứng axyl hoá Q bằng (CH3CO)2O trong môi trường axit. Khi đó, mặc dù nhóm OH phenol không được hoạt hoá thành nhóm O– như trong môi trường kiềm, nhưng anhydrit axetic lại được hoạt hoá nên dễ dàng tạo ra ion axyli hoạt động mạnh:

Môi trường axit mạnh cũng làm cho nguyên tử N quinolin luôn ở dạng HN+ nên không bị axyl hoá, chỉ có nhóm OH phenol là bị tấn công bởi ion MeCO+:

Vì vậy chúng tôi cho rằng, QAc là sản phẩm axyl hoá nhóm OH của Q chứ không phải sản phẩm axyl hoá nguyên tử N quinolin.

QAc là chất rắn có cấu trúc tinh thể hình trụ, màu vàng chanh, khó tan trong các dung môi như etanol, axeton, benzen, tan ít trong nước lạnh, tan nhiều trong nước nóng, DMSO, là chất khó nóng chảy, phân hủy ở nhiệt độ gần 280oC. QAc

cũng phần nào thể hiện tính lưỡng tính: tan trong axit và bazơ.  Phổ hồng ngoại của QAc

Phổ hồng ngoại của QAc (hình 3.12) có sự khác biệt đáng kể với phổ IR của

Q. Dao động của hai nhóm C=O được thể hiện ở vân một mạnh ở 1758 cm-1 và một vân trung bình ở 1645 cm-1. Trong khi đó ở Q thì C=O thể hiện ở 1652 cm-1. Kết