25 mg chất 35 hoặc 36 được chuẩn biện trong sơ đồ 2.2. được cho vào trong ống NMR loại (tubes NMR của Aldrich) dài 20,3 mm, rộng 5 mm sau đó cho 0,8 ml DMSO và lắc đều cho mẫu tan hết vào dung môi tạo thành hệ đồng nhất. Mẫu được đo
trên máy Bruker XL-500 tần số 500 MHz với TMS là chất chuẩn, tại Trung tâm Phân tích cấu trúc - Viện Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam.
Chất 35,1H-NMR (CDCl3-d1, 500 MHz): 7,28 (2H, dd, J=2,0; 8,5 Hz); 7,27 (1H, s); 6,92 (2H, dd, J=2,0; 8,5 Hz); 4,51 (2H, s); 3,85 (3H, s); 2,95 (3H, s). 13C- NMR (CDCl3-d1, 125 MHz): 171,5; 165,1; 164,2; 160,6; 131,5 (2xC); 129,8; 125,8; 124,8; 114,1 (2xC); 55,4; 45,3; 34,2; 26,5. Chất 36,1H-NMR (CDCl3-d1, 500 MHz): 7.28 (4H, dd, J=2,0; 8,5 Hz); 7,15 (2H, s); 6,91 (4H, dd, J=2,0; 8,5 Hz); 3,84 (6H, s); 3,0 (6H, s). 13C-NMR (CDCl3-d1, 125 MHz): 162,9 (2xC); 159,9 (2xC); 131,1 (4xC); 130,2 (2xC); 125,7 (2xC); 121,7 (2xC); 113,9 (4xC); 55,3 (2xC); 35,1 (2xC).
Chương 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Mục tiêu của đề tài
Như đã nghiên cứu trong phần tổng quan, lớp hợp chất piperazindione có cấu trúc phức tạp và có nhiều hoạt tinh sinh học lý thú. Các nghiên cứu gần đây cho biết hợp chất piperazindione có khả năng liên kết với một phạm vi rộng với các thụ thể nên có phổ hoạt tính sinh học rộng như hoạt tính chống khuẩn, hoạt tính chống oxy hóa, hoạt tính chống ung thư. Do có hoạt tính sinh học lý thú lại có cấu trúc hóa học phức tạp, độc đáo nên được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Quá trình chuẩn bị mẫu nghiên cứu được trình bầy chi tiết ở chương 2 (sơ đồ 2.1 và sơ đồ 2.2), từ quy trình này luận văn đã chuẩn bị được 4 hợp chất thuộc nhóm piperazindione: quinoline- piperazindione và plinabulin cho nghiên cứu phân tích cấu trúc. Cấu trúc hóa học của hai hợp chất này được xác định từ việc phân tích các dữ liệu phổ IR, 1D và 2D NMR. Kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ cho phép khẳng định cấu trúc của các hợp chất, đây là tiền đề quan trọng cho các phép phân tích định tính cũng như định lượng sau này. Luận văn này chỉ tập trung ứng dụng các phương pháp phân tích phổ vào việc phân tích cấu trúc của các hợp chất hữu cơ thuộc nhóm quinoline-piperazindione và nhóm plinabulin.
3.2. Phân tích cấu trúc của quinoline-piperazindione
Quinoline và piperazindione đều là các nhóm chất dị vòng có cấu trúc hoá học rất phức tạp, đặc biệt khi các khung cấu trúc này có liên kết với nhiều nhóm thế khác nhau ở các vị trí khác nhau trên khung cấu trúc. Việc gắn kết hai khung cấu trúc này sẽ trở thành một nhóm chất mới có khung cấu trúc phức tạp hơn do kế thừa các đặc tính về cấu trúc của hai khung quinoline và piperazindione, do đó việc nghiên cứu phân tích cấu trúc của lớp chất lai này, đòi hỏi phải kết hợp được nhiều phương pháp pháp phổ cùng lúc, ngoài ra việc phân tích này sẽ rất có nghĩa khoa học và thực tiễn nhằm tìm ra các bước đơn giản và hiệu quả để phân tích cấu trúc của nhóm chất này, đây là sẽ là bước tiền đề cho các nghiên cứu phân tích định tính và định lượng ở bước sau.
3.2.1. Phân tích cấu trúc của hợp chất 31
Để phân tích cấu trúc của hợp chất 31, luận văn sử dụng đồng thời phương pháp phân tích phổ hồng ngoại IR để tìm nhóm chức và phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR và 13C-NMR để chứng minh khung cấu trúc của hợp chất này.
Trên phổ IR của hợp chất 31 xuất hiện đầy đủ các tín hiệu hấp thụ đặc trưng cho các nhóm chức có mặt trong phân tử. Dao động hoá trị trong vùng 3080 và 3040 cm-1 là đặc trưng dao động của liên kết C-H của nhân thơm và olefin. Dao động hoá trị trong khoảng 2928 về 2852 là đặc trưng hấp thụ của liên kết C-H bão hoà như CH3
và CH2. Tín hiệu hấp thụ cường độ mạnh tại 1681 với 1629 cm-1 là đặc trưng của nhóm carbonyl amit liên hợp. Ngoài ra, các tín hiệu 1629, 1525 là đặc trưng dao động hoá trị của các liên kết C=C trong các hệ thơm. Dao động biến dạng của các liên kết N-O trong nhóm chức NO2 thể hiện tại 1217 cm-1, dao động biến dạng của C-O trong khoảng 1188 cm-1.
Hình 3.1. Phổ IR của hợp chất 31
Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 31 thể hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của các proton và nhóm proton có mặt trong phân tử. Tín hiệu cộng hưởng tại 12,49
(1H, s) là đặc trưng của proton trong nhóm N-H. Ba proton trên khung cấu trúc của quinoline thể hiện tại 8,22 (1H, s); 8,03 (1H, d, J=7,5 Hz) và 7,87 (1H, d, J=7,5 Hz). Tín hiệu vùng thơm tại 6,97 ppm (1H, s) được quy gán cho liên kết olefin mới được hình thành ở vị trí gắn kết của khung quinoline và khung piperazindione. Tín hiệu cộng hưởng tại 4,41 ppm (2H,s) là đặc trưng của nhóm methylen trong khung cấu trúc của piperazindione. Hai nhóm methyl của acyl (Ac) và nhóm kiên kết với khung quinoline lần lượt cộng hưởng tại 2,72 (3H, s) và 2,55 (3H, s).
Hình 3.2. Phổ 1H-NMR của hợp chất 31
Phổ 13C-NMR của hợp chất 31 thể hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của 17 nguyên tử carbon có mặt trong khung cấu trúc. Tín hiệu cộng hưởng tại 172,1 là của nhóm C=O của Ac và 166,7 ppm là của nhóm C=O của amid; tín hiệu cộng hưởng của các nguyên tử carbon trong khung cấu trúc của quinoline và nhóm olefin cộng hưởng trong khoảng 163,0; 158,5; 154,9; 144,3; 140,7; 138,2; 134,5; 130,3; 127,4; 123,5; 114,9 và 106,5 ppm. Tín hiệu cộng hưởng của nhóm methylen trong khung piperazine tại 46,9 ppm, tín hiệu cộng hưởng của nhóm methyl của Ac là 27,0 ppm, của nhóm methyl liên kết với nhân quinoline là 19,0 ppm.
Hình 3.3. Phổ 13C-NMR của hợp chất 31
Phân tích phổ HSQC và phổ HMBC của hợp chất 31 cho thấy các tương tác của các proton với các nguyên tử carbon trong khung cấu trúc, khẳng định được việc gắn kết của nhóm quinoline với khung piperazindione qua cầu olefin.
N CH3 NO2 Cl N N O M e Ac O 31 H
Hình 3.4. Phổ HSQC của hợp chất 31
Từ việc phân tích các dữ liệu trên, cho phép khằng định cấu trúc của hợp chất 31 như sau: N CH3 NO2 Cl N N O Me Ac O 31 H
3.2.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất quinoline-piperazindione 33
Hợp chất 33 được chuẩn bị theo sơ đồ 2.1 nhờ phản ứng của hợp chất 31 với 4- nitrobenzaldehyde qua cầu olefin do đó cấu trúc cuả 33 sẽ có thêm một khung cấu trúc của 4-nitrobenzaldehyde và một nhóm olefin bên cạnh cấu trúc được kế thừa từ 31.
Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 33 xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của các proton có mặt trong phân tử. Tín hiệu cộng hưởng của các proton có mặt trong khung quinoline thể hiện tại 8,08 (1H, s); 8,04 (1H, d, J=7,5 Hz) và 7,83 (1H, d, J=7,5 Hz). Tín hiệu của khung 4-nitrobenzyl thể hiện tại 8,15 (2H, d, J=8,0 Hz) và 7,49 (2H, d, J=8,0 Hz). Tín hiệu cộng hưởng của hai proton của 2 nhóm olefin là cầu nối giữa quinoline và piperazindione tại 7,25 (1H, s) và 6,73 (1H, s). Ngoài ra là các tín hiệu của 3 nhóm methyl, trong đó hai nhóm của N-Me và một nhóm liên kết với nhân quinoline 3,65 (3H, s); 3,40 (3H, s) và 2,76 (3H, s).
Hình 3.6. Phổ 1H-NMR của hợp chất 33
Trên phổ 13C-NMR của hợp chất 33 xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của các nguyên tử carbon có mặt trong phân tử. Tín hiệu cộng hưởng của hai nhóm carbonyl amit liên hợp tại 160,1 và 155,2 ppm. Tín hiệu cộng hưởng của nhân quinoline, nhân thơm benzyl và hai nhóm olefin trong khoảng 153,1 về 104,5 ppm. Tín hiệu cộng hưởng của ba nhóm methyl lần lượt là 34,9; 30,8 và 18,6 ppm.
Từ việc phân tích các dữ liệu trên, cho phép khằng định cấu trúc của hợp chất
33 như sau: N CH3 NO2 Cl N N O Me O NO2 Me 33
3.3. Phân tích cấu trúc của các hợp chất plinabulin
Plinabulin là sản phẩm ngưng tụ của piperazindione với các andehyde thơm, đây là nhóm chất có cấu trúc phức tạp và hoạt tính chống ung thư mạnh nên được
của một số hợp chất này bằng các phương pháp phổ hiện đai. Các hợp chất ngưng tụ piperazindione 35 và plinabulin 36 được chuẩn bị bằng phương pháp tổng hợp hữu cơ hiện đại theo sơ đồ 2.2 chương 2.
Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 35 xuất hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của các proton có mặt trong phân tử. Tín hiệu cộng hưởng tại 7,28 (2H, dd, J=2,0; 8,5 Hz) và 6,92 (2H, dd, J=2,0; 8,5 Hz) là đặc trưng của nhóm nhân thơm thế 1,4, tín hiệu tại 7,27 (1H, s) là của nhóm olefin; tín hiệu cộng hưởng tại 4,51 (2H, s) là của nhóm methyl khung piperazindione. Tín hiệu cộng hưởng của nhóm methoxyl tại 3,85 ppm (3H, s) và của nhóm N-methyl tại 2,95 ppm (3H, s).
Hình 3.7. Phổ 1H-NMR của hợp chất 35
Trên phổ 13C-NMR của hợp chất 35 có mặt đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của các nguyên tử carbon có mặt trong phân tử tín hiệu tại là của nhóm carbonyl acyl 171,5 tín hiệu tại 165,1 và 164,2 ppm là của nhóm carbonyl khung piperazindione; tín hiệu của khung nhân thơm và nhóm olefin thể hiện tại 160,6; 131,5 (2xC); 129,8; 125,8; 124,8; 114,1 (2xC); tín hiệu của nhóm methoxyl tại 55,4; nhóm methylen tại 45,3 ppm và hai nhóm methyl tại 34,2 và 26,5 ppm.
Hình 3.8. Phổ 13C-NMR của hợp chất 35
Từ việc phân tích các dữ liệu trên, cho phép khằng định cấu trúc của hợp chất
35 như sau:
Phổ 1H-NMR và 13C-NMR của hợp chất 36 tương tự như hợp chất 35, các tín hiệu cộng hưởng có tính chất đối xứng rất cao do chỉ tìm thấy một nửa cấu trúc phân tử như hình sau:
Hình 3.9. Phổ 1H-NMR của hợp chất 36
Tín hiệu đối xứng trên khẳng định cấu trúc của hợp chất 36 là hoàn toàn hợp lý được thể hiện theo công thức sau:
KẾT LUẬN
Luận văn đã hoàn thành các nội dung như sau:
- Chuẩn bị thành công hai mẫu hợp chất quinoline-diketopiperazine 31 và 33
và hai hợp chất ngưng tụ của diketopiperazine 35 và plinabulin 36 cho phân tích cấu trúc hóa học bằng các phương pháp tổng hợp hữu cơ hiện đại.
- Luận văn đã vận dụng các phương pháp phổ hiện đại như: phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân một chiều (NMR-1D) và hai chiều (NMR-2D) để xác định cấu trúc của hợp chất quinoline-diketopiperazine 31.
- Các hợp chất quinoline-diketopiperazine 33 và hợp chất ngưng tụ của diketopiperazine 35 và plinabulin 36 được phân tích cấu trúc nhờ phương pháp 1H- NMR và 13C-NMR.
TÀI LIỆU THAM KHẢO I. Tài liệu tiếng Việt
1. Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB Giáo dục Việt nam, Hà nội.
2. Đặng Như Tại, Trần Quốc Sơn (1998), Hóa học hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia Hà nội, Hà nội.
3. Nguyễn Văn Tuyến, Lê Nhật Thùy Giang, Phạm Thế Chính (2019), Hóa học các hợp chất dị vòng, NXB Khoa học và Công Nghệ.
4. Nguyễn Đình Triệu (2007), Các phương pháp phổ trong hóa học hữu cơ và hóa sinh, NXB Đại học Quốc gia Hà nội, Hà nội.
II. Tài liệu tiếng Anh
5. Arnold, L.; Jan H. M.; Karel, S.; Geb, M. V.; Gerrit-Jan, K., Tetrahedron Letters,
1998, 39, 4737-4740.
6. Takayuki, Y.; Eiji, I.; Yuzo, I.; Ayumu, S.; Hidetoshi, T.; Jun, S.; Tohru, F.,
Tetrahedron, 2011, 67, 6547- 6560.
7. Cheng-Bin, C.; Hideaki, K.; Hiroyuki, O., Tetrahedron1997, 53(1), 59-72. 8. Danfeng, J.;Zhengren, X.;Yanxing, J., Tetrahedron, 2012,68, 4225-4232.
9. Kanoh, K.; Kohno, S.; Asari, T.; Harada, T.; Katada, J.; Muramatsu, M.; Kawashima, H.; Sekiya, H.; Uno, I., Bioorg. Med. Chem. Lett. 1997, 7, 2847. 10. Kanoh, K.; Kohno, S.; Katada, J.; Hayashi, Y.; Muramatsu, M.; Uno, I., Biosci.,
Biotechnol., Biochem. 1999, 63, 1130
11. Alan D. Borthwick Chem. Rev. 2012, 112, 3641−3716
12. Caroline Aninat, et al,Chem. Res. Toxicol, 2001, 14, 1259-1265 13. Yoshio Hayashi et al, J. Org. Chem. 2000, 65, 8402-8405
14. Álvarez, C. et al, Medicinal Chemistry, 2012, 55, 1056-1071.
15. Yoshio Hayashi, et al,Meidicinal Chemistry Letters, 2014, 5, 1094-1098 16. Hillard, E. et al, Chem. Med. Chem. 2006, 1, 551
17. Vessières, A. J. Organomdet. Chem. 2013, 734, 3.
18. Anna Wieczorek, et al, ACS, Med. Chem. Lett. 2016, 7, 612-617 19. Yamazaki, Y., et al, Chem. Bio. Chem. 2008, 9, 3074
20. Yoshio Hayashi, et al, Bioorganic & Medicinal Chemistry 19 (2011) 595-602 21. Yoshio Hayashi, et al, Bioorganic & Medicinal Chemistry 18 (2010) 3169-3174
Phổ dãn 2 1H-NMR của hợp chất 31