Kết quả phân tích mẫu chất 6 cho thấy độ sạch của mẫu tropolon chiếm 55,5%.
Chương 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 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 o-toluidin. Đầu tiên o-toluidin phản ứng ngưng tụ với etylaxetoaxetatat trong điều kiện xúc tác axit ở nhiệt độ phòng ta thu được sản phẩm trung gian theo sơ đồ 3.1.
Sơ đồ 3.1: CH3 N C CH3 CH2 C O C2H5OH -H2O H+ + CH3COCH2COOC2H5 CH3 NH2 -C2H5OH PPA 140-170oC N CH3 CH3 O H 1 2
Sản phẩm của phản ứng ngưng tụ tiếp tục thực hiện phản ứng vòng hoá trong axit poliphotphoric (PPA) ở điều kiện đun nóng ở nhiệt độ khoảng 140o
C. Sau khi trung hòa loại bỏ axit thu được kết quả phản ứng là 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 khô, quinolon được clo hoá bằng POCl3 bằng cách hòa tan quinolon trong POCl3 và đun sôi hỗn hợp trong vòng 2 giờ. Để phản ứng đạt hiệu suất cao thì quinolon phải khô, vì POCl3 bị thủy phân tỏa nhiệt mạnh có khả năng phân hủy sản phẩm (do quinolin có nhiệt độ nóng chảy thấp 69oC - 71oC). Phản ứng xảy ra theo sơ đồ 3.2.
Sơ đồ 3.2: N CH3 CH3 O H N Cl CH3 CH3 POCl3 2 3
Phân tích mẫu 4-clo- 2,8-đimetylquinolin bằng phương pháp NMR
Trên phổ 1H - NMR (phổ 1-phụ lục) của chất 3 xuất hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của các proton có 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 nhóm metyl liên kết với nhân thơm ở các vị trí tương ứng là số 8 và số 2. Các tín hiệu proton thể hiện tại 7,33 ppm (s, 1H) được gán cho vị trí H-3. Tín hiệu triplet của 1 proton tại 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 (có hằng số tương tác J = 6,5 Hz) và tín hiệu doublet tại 7,99 ppm (có hằng số tương tác J = 8,5 Hz) là đặc trưng của proton nhân thơm được gán cho vị trí H-7 và H-5 do chúng đều có tương tác với proton ở vị trí số 6.
Từ những dữ liệu phổ 1H-NMR chúng tôi xác định được cấu tạo của chất tổng hợp được là đúng như công thức của 3 đã dự kiến.
3.1.3. Tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu 5-nitro-4,7-điclo - 2,8-đimetylquinolin
Theo tài liê ̣u [21], sự phân bố mật độ electron trên hê ̣ quinolin (theo hình 3.1): N -0,011 +0,068 -0,008 +0,104 -0,784 -0,013 +0,016 -0,003
Hình 3.1: Mật độ electron trên hệ quinolin
Từ đó chúng ta có thể dự đoán hướng tấn công của các tác nhân electrophin lên vòng quinolin sẽ tập trung chủ yếu vảo vị trí số 5 và số 8. Tuy nhiên, vị trí số 8 đã có nhóm metyl chiếm chỗ nên phản ứng nitro hóa quinolin xảy ra chủ yếu ở vị trí 5 (theo sơ đồ 3.3).
Sơ đồ 3.3: 4 3 H2SO4 HNO3 N Cl CH3 CH3 NO2 N Cl CH3 CH3
Phân tích mẫu 5-nitro-4,7-điclo - 2,8-đimetylquinolin bằng phương pháp NMR
Phổ cộng hưởng 1H NMR (phổ 2-phụ lục) cho thấy: Tín hiệu của các nhóm metyl ở vị trí số 8 và số 2 lần lượt được ghi nhận ở dạng singlet ở vị trí 2,72 ppm (của 3H) và ở vị trí 2,79 ppm (của 3H). Tín hiệu singlet ở vị trí 7,47 ppm được xác định của proton trên vòng thơm ở vị trí số 3. Hai tín hiệu doublet tại 7,55 ppm (có hằng số tương tác J = 8,0 Hz) và tín hiệu doublet tại 7,59 ppm (có hằng số tương tác J = 7,5 Hz) là đặc trưng của proton nhân thơm được gán cho vị trí H-6 và H-7 do chúng đều có tương tác trự tiếp với nhau. Điểm đặc biệt khi so sánh với phổ của chất (6), chúng ta dễ dàng nhận thấy không có sự xuất hiện của tín hiệu triplet, đặc biệt là sự biến mất tín hiệu của Hidro ở vị trí số 5. Điều đó cho thấy phản ứng nitro hóa đã xẩy ra ở vị trí số 5 như dự đoán.
Từ những dữ kiện đó chúng tôi xác định được cấu tạo của chất tổng hợp được là đúng như công thức của 4 đã dự kiến.
3.2. Kết quả tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu 4,5,6,7-tetraclo-1,3-tropolon
Phản ứng của nhóm cacbonyl với các hợp chất có nhóm metyl hoạt hoá đã được phát hiện cách đây hàng trăm năm, đó là một trong những phương pháp hình thành liên kết C-C trong các hợp chất hữu cơ Nhưng đưa phản ứng đó vào áp dụng với các quinon thì hầu như rất mới mẻ. Cùng với khả năng phản ứng cao và khả năng bền nhiệt của các quinon đã tạo điều kiện cho các nhà hoá học tổng hợp được nhiều loại hợp chất mới [36-39] có khả năng thể hiện những tính chất quí giá, trong đó có cả hoạt tính sinh học.
Cách đây chưa lâu [37], một số nhà khoa học đã tiến hành phản ứng của các dẫn xuất 2-metylquinolin với 3,5-đi(tert-butyl)-1,2-benzoquinon trong điều kiện nóng chảy ở 160-170oC hoặc đun sôi trong o-Xilen có xúc tác là axit p-toluensunfonic sẽ thu được sản phẩm là các dẫn xuất β-tropolon của quinolin với hiệu xuất từ 7-43 %, chứ không phải là sản phẩm của phản ứng ngưng tụ.
N H3C R R1 R2 R3 R4 TsOH O O t-Bu t-Bu + N R1 R3 CH O R2 R R4 t-Bu t-Bu N R1 R3 O H O R R2 R4 t-Bu t-Bu 160 -170 oC
Trong nội dung của luận văn này chúng tôi thực hiện phản ứng của các quinolin điều chế được ở trên với 3,4,5,6-tetraclo-1,2-benzoquinon (o- cloranil) trong axit axetic 99,9% ở điều kiện nhiệt độ phòng. Chúng tôi thu được sản phẩm theo sơ đồ phản ứng sau:
5, 6 N Cl O O H CH3 Cl Cl Cl Cl R CH3COOH (99,9% )/ 25- 300C O O Cl Cl Cl Cl N Cl CH3 CH3 R R = H, NO2 3, 4
Phản ứng tạo thành dẫn xuất quinolin của β-tropolon xảy ra theo cơ chế như sơ đồ sau:
[O] 25 -30 oC + O O Cl Cl Cl Cl AcOH N Cl CH3 H3C R N H O O Cl CH3 R Cl Cl Cl Cl H+ N CH 2 O OH Cl CH3 R Cl Cl Cl Cl N OH HO H Cl CH3 R Cl Cl Cl Cl N HO H HO Cl CH3 R Cl Cl Cl Cl R = H, NO2
Đầu tiên là sự tạo thành sản phẩm cộng hợp vào nhóm cacbonyl, sau đó là phản ứng vòng hoá tạo nên hệ thống vòng kép (bixiclo). Do vòng Xyclopropan không bền nên bước tiếp theo là vòng này sẽ bị phá vỡ tạo nên hệ hiđro-tropolon. Cuối cùng là phản ứng oxi hoá hiđro-tropolon tạo nên sản phẩm là dẫn xuất quinolin của β-tropolon. Tác nhân oxi hoá ở đây có thể là oxi không khí, hoặc chính quinon. Chính vì vậy trong phản ứng chúng tôi dùng lượng quinon gấp đôi so với lượng quinolin (về số mol) và kết quả thu được hiệu suất tạo tropolon tăng lên đáng kể.
Sau khi thu được sản phẩm sạch, chúng tôi sử dụng các phương pháp phổ hiện đại để chứng minh cấu trúc của các tropolon thu được.
3.2.1. Kết quả phân tích cấu trúc của 2-(4-clo-8-metylquinolin-2-yl)-4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon tetraclo-1,3-tropolon
Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 5 (HUNG3) xuất hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của các proton có mặt trên phân tử (hình 3.2). Tín hiệu của 3 proton singlet tại 2,82 ppm là đặc trưng cộng hưởng của proton nhóm metyl liên kết với nhân thơm ở vị trí số 8. Tín hiệu triplet của 1 proton tại 7,59 ppm là tín hiệu của proton ở vị trí số 6’ trên vòng quinolin do tương tác với 02 proton ở vị trí số 5’ và số 7’. Hai tín hiệu doublet tại 7,72 ppm (có hằng số tương tác J = 7,5 Hz) và tín hiệu doublet tại 8,09 ppm (có hằng số tương tác J = 8,0 Hz) là đặc trưng của proton nhân thơm được gán cho vị trí H-7’ và H-5’ trên vòng quinolin do chúng đều có tương tác với proton ở vị trí số 6’. Tín hiệu singlet của 01 proton thể hiện tại 7,33 ppm (s, 1H) được gán cho vị trí H-3’ trên vòng quinolin. Tín hiệu cộng hưởng singlet tại vùng trường rất thấp 17,35 là đặc trưng của proton của nhóm OH enol có liên kết hydro bền vững.
Hình 3.2: Phổ 1H-NMR của hợp chất 5
Phổ 13C-NMR của hợp chất 5 (HUNG 3) xuất hiện đẩy đủ tín hiệu của các nguyên tử cacbon có mặt trong phân tử bao gồm tín hiệu của các nhóm cacbonyl, tín hiệu của nhóm bão hòa và nhân thơm. Tín hiệu cộng hưởng vùng trường thấp tại 170,5 ppm là đặc trưng của nhóm cacbonyl trên khung tropolon. Trong tín hiệu vùng thơm xuất hiện cộng hưởng của 15 nguyên tử cacbon, trong đó có 4 tín hiệu đặc trưng của nhóm CH tại 123,9 ppm là của C-3’, 123,0 ppm được gán cho C-6’, 119,8 ppm được gán cho C-5’, tại 118,9 ppm được gán cho C-7’.
Còn lại là 11 tín hiệu đặc trưng của cacbon bậc 4 thơm trong đó tín hiệu cộng hưởng tại 156,7 ppm là đặc trưng của cacbon bậc 4 thơm liên kết với nhóm có chứa nguyên tử oxy như vậy tín hiệu này được gán cho vị trí C-3 trên khung tropolon; tín hiệu cộng hưởng tại 151,1 ppm và 148,3 ppm được gán cho vị trí C-2’ và C-9’ trên khung quinolin. Các tín hiệu của C bậc 4 liên kết với clo được xác định tương ứng ở các vị trí tương ứng trên vòng quinolin và vòng tropolon như 135,9 (C-7); 134,2 (C-6); 134,1 (C-4’); 130,7 (C-4); 128,5 (C-5). Các tín hiệu của cacbon vòng thơm chỉ liên kết với C được xác
1 2 3 4 5 6 7 2’ 3’ 4’ 10’ 5’ 6’ 7’ 8’ 9’
định là các tín hiệu 112,5 (C-8’); 110,7 (C-10’). Tín hiệu cộng hưởng nhóm metyl của quinolin tại 17,57 ppm.
Hình 3.3: Phổ 13C-NMR của hợp chất 5
Trên phổ MS của hợp chất 5 (HUNG3) xuất hiện tín hiệu của [M+HCl]+ = 469,9. Từ phân tích dữ liệu phổ 1H-NMR và 13C-NMR và MS trên cho phép chúng tôi khẳng định cấu trúc của hợp chất 5 (HUNG3) là 2-(4- Clo-8-metyl quinolin-2-yl)-4,5,6,7-tetraclo-1,3-tropolon. Hình 3.4: Phổ MS của hợp chất 5 1 2 3 4 5 6 7 2’ 3’ 4’ 10’ 5’ 6’ 7’ 8’ 9’
3.2.2. Kết quả phân tích cấu trúc của 2-(5-nitro-4-clo-8-metylquinolin-2-yl)-4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon 4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon
Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 6 (HUNG4) xuất hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của các proton có mặt trên phân tử (hình 3.5). Giá trị cộng hưởng vùng trường cao tại 2,81 ppm là đặc trưng của nhóm metyl liên kết với nhân thơm được gán cho nhóm metyl ở vị trí số 8 trên vòng quinolin. Tín hiệu singlet ở vị trí 8,45 ppm được xác định của proton trên vòng quinolin ở vị trí số 3’. Tín hiệu cộng hưởng singlet tại vùng trường rất thấp 17,81 là đặc trưng của proton của nhóm OH enol có liên kết hydro bền vững.
Hình 3.5: Phổ 1H-NMR của hợp chất 6
Phổ 13C-NMR của hợp chất 6 (HUNG 4) xuất hiện đẩy đủ tín hiệu của các nguyên tử cacbon có mặt trong phân tử bao gồm tín hiệu của các nhóm cacbonyl, tín hiệu của nhóm bão hòa và nhân thơm. Tín hiệu cộng hưởng vùng trường thấp tại 173,8 ppm là đặc trưng của nhóm cacbonyl trên khung tropolon. Trong tín hiệu vùng thơm xuất hiện cộng hưởng của 15 nguyên tử
cacbon, trong đó có 3 tín hiệu đặc trưng của nhóm CH tại 124,1 ppm là của C-3’, 123,1 ppm được gán cho C-6’, 122,2 ppm được gán cho C-7’. Còn lại là 12 tín hiệu đặc trưng của cacbon bậc 4 thơm trong đó tín hiệu cộng hưởng tại 154,7 ppm là đặc trưng của cacbon bậc 4 thơm liên kết với nhóm có chứa nguyên tử oxy như vậy tín hiệu này được gán cho vị trí C-3 trên khung tropolon; tín hiệu cộng hưởng tại 151,6 ppm và 150,0 ppm được gán cho vị trí C-2’ và C-9’ trên khung quinolin. Các tín hiệu của C bậc 4 liên kết với clo được xác định tương ứng ở các vị trí tương ứng trên vòng quinolin và vòng tropolon như 138,5 (C-7); 136,1 (C-6); 133,1 (C-4’); 132,6 (C-4); 132,0 (C-5). Các tín hiệu của các bon vòng thơm chỉ liên kết với C được xác định là các tín hiệu 112,3 (C-8’); 110,7 (C-10’). Tín hiệu của cacbon ở 137,2 ppm được gán cho C-5’ trên vòng quinolin liên kết với Nitơ. Tín hiệu cộng hưởng nhóm metyl của quinolin tại 18,90 ppm.
Trên phổ MS của hợp chất 6 (HUNG4) có xuất hiện tín hiệu của [M+H]+ = 481,0.
Từ phân tích dữ liệu phổ 1H-NMR và 13C-NMR và MS trên cho phép chúng tôi khẳng định cấu trúc của hợp chất 6 (HUNG4) là 2-(5-nitro-4-Clo-8- metyl quinolin-2-yl)-4,5,6,7-tetraclo-1,3-tropolon.
Hình 3.7: Phổ MS của chất 6
3.3. Kết quả phân tích hàm lượng
Hàm lượng của chất chính trong mẫu nghiên cứu HUNG4 được phân tích trên máy HPLC của hãng Agilent 1260 Series Single Quadrupole LC/MS Systems sử dụng cột sắc ký Zorbax Eclipse XDB C18 (250 x 4.6 mm, 5μm) và cột bảo vệ C18 của hãng Agilent, dung môi sử dụng là MeOH/H2O chạy đẳng hệ với tỉ lệ là 92/8, lượng mẫu bơm 5 µL ở tốc độ dòng 1 mL/phút và bước sóng phát hiện chất tại 254nm. Kết quả phân tích cho biết mẫu nghiên cứu chất 6 (HUNG4) có 11 thành phần, trong đó thành phần chính chiếm 55,5% có thời gian lưu tại 6,68 phút, có 05 thành phần phụ lớn hơn 5% tại thời gian lưu là 2,81 phút, 2,99 phút, 4,69 phút, 5,34 phút và 8,08 phút.
Hình 3.8: Phổ đồ LC-MS của hợp chất 6
Thành phần chính được bắn phá bằng MS nhận được mảnh ion giả phân tử [M-H]- = 479,0 phù hợp với cấu trúc của chất 6 (HUNG4) đã phân tích trên phổ NMR.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian thực hiện đề tài chúng tôi thu được một số kết quả sau đây:
Bằng các phương pháp tách chiết và tinh chế đã thu được các mẫu sạch là dẫn xuất của quinolin và dẫn xuất của tropolon
Sử dụng phương pháp phân tích hiện đại như phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H NMR, 13C NMR và phổ khối lượng MS đã phân tích và xác định được cấu trúc hóa học chính xác của các chất 2-(4-clo-8-metylquinolin- 2-yl)-4,5,6,7-tetraclo -1,3-tropolon và 2-(5-nitro-4-clo-8-metylquinolin-2-yl)- 4,5,6,7- tetraclo - 1,3 - tropolon.
Sử dụng phương pháp phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao xác định được hàm lượng tương đối của chất 2-(5-nitro-4-clo-8-metylquinolin-2-yl)- 4,5,6,7- tetraclo - 1,3 - tropolon trong mẫu HUNG4.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Đỗ Đình Rãng (chủ biên), Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Nguyễn Mạnh Hà, Nguyễn Thị Thanh Phong, Hóa học hữu cơ 3, Nxb GD 2005. 2. Nguyễn Văn Tuyến (chủ biên), Ngô Quốc Anh, Đặng Thị Tuyết Anh, Phạm
Thị Thắm, Phạm Thế Chính. Giáo trình hóa dược. Nxb KH & KT 2014. 3. Banwell M. G. New Methods for the Synthesis of Troponoid
Compounds. // Aust. J. Chem. 1991, Vol. 44. P. 1-36.
4. Tomita K., Hoshino Y., Nakakita Y., Umezewa S., Miyaki T., Oki T., Kawaguchi H. J. BMY-28438 (3,7-dihydroxytropolone), a new antitumor antibiotic active against B16 melanoma. II. Taxonomy of producing organism. // Antibiot. 1989. Vol. 42. P. 317-321.
5. Evans D. A., Hart D. J., Koelsch. P. M. A new approach to the synthesis of tropolones: syntheses of colchicine and β-dolabrin. // J. Am. Chem. Soc. 1978, P. 4593-4594.
6. Tsmburlin-thumin I., Crozet M. P., Barriere J.-C. Synthesis and biological evaluation of O-alkylated tropolones and related α- ketohydroxy derivatives as ribonucleotide reductase inhibitors. // Eur. J. Med. Chem. 2001. Vol. 36. № 6. P. 561-568.
7. Nguyễn Đình Triệu, Các phương pháp vật lí ứng dụng trong hóa học, NXB ĐHQG Hà Nội, 2003.
8. Nguyễn Đức Huệ, Các phương pháp phân tích hữu cơ, NXB ĐHQG Hà Nội, 2005.
9. Đặng Như Tại, Ngô Thị Thuận (2010), Hóa học hữu cơ, tập 1, NXB Giáo dục Việt nam, Hà nội.
10. Dương Nghĩa Bang, Phạm Văn Thỉnh, Phạm Thế Chính, NXB ĐH Thái Nguyên 2016.
11. Trần Quốc Sơn, Cơ sở hóa học dị vòng, NXB ĐHSP Hà Nội 2010.
12. Nguyễn Đình Triệu, Đoàn Duy Tiên. Tổng hợp và xác định cấu trúc một