Phương pháp xác định cấu trúc hợp chất thiên nhiên

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.3 Phương pháp xác định cấu trúc hợp chất thiên nhiên

2.2.3.1 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton

Cơ sở lý thuyết của phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân dựa trên tương tác của hạt nhân từ (1H) với từ trường ngoài [3].

- Số lượng tín hiệu (vạch phổ), vị trí vạch phổ (độ chuyển dịch hóa học, H) xác nhận các loại proton khác nhau và môi trường bao quanh mỗi proton trong phân tử.

- Cường độ tín hiệu cho biết số proton cùng loại.

- Sự tương tác (tách vạch phổ) và hằng số tương tác J cho biết proton nào tương tác với proton nào. Số lượng tín hiệu (vạch phổ): Ứng với mỗi phân tử đã cho, các proton với cùng điều kiện xung quanh như nhau, tức là có cấu tạo hóa học như nhau, sẽ hấp thụ ở cùng cường độ từ trường như nhau; các proton có điều kiện khác nhau, tức là có cấu tạo hóa học khác nhau, sẽ hấp thụ ở cùng cường độ từ trường khác nhau. Số lượng tín hiệu trong phổ NMR cho ta biết số lượng tập hợp proton tương đương, hay là bao nhiêu “loại” proton.

Vị trí vạch phổ: Đối với số lượng tín hiệu cho ta biết trong phân tử chứa bao nhiêu loại proton thì vị trí của vạch phổ cho ta biết chúng thuộc loại proton nào: thơm, béo, bậc 1,…Các loại proton khác nhau thì có môi trường electron bao quanh khác nhau và chính môi trường electron bao quanh xác định proton hấp thụ ở đâu trong miền phổ.

Khi xét proton riêng biệt thì proton bị che chắn đỏi hỏi cường độ từ trường ngoài cao hơn và proton bị phản chắn đòi hỏi cường độ từ trường ngoài thấp hơn để tạo ra cường độ từ trường hiệu dụng riêng khi sự hấp thụ xảy ra. Sự che chắn hay phản chắn làm cho sự hấp thụ chuyển dịch về phía trường cao hay trường thấp trong phổ NMR được gọi là độ chuyển dịch hóa học. Độ chuyển dịch hóa học  ( = /0= Hz/MHz = 106 ppm), trong đó chất nội chuẩn TMS được gán  = 0 ppm. Độ chuyển dịch hóa học của một số loại proton trong phân tử chất hữu cơ được minh họa như sau [7].

Hình 2.5. Độ chuyển dịch hóa học của proton

Cường độ tín hiệu: Được thể hiện kích thước của pic hấp thụ, diện tích của một tín hiệu tỷ lệ thuận với số lượng proton tạo ra tín hiệu đó, từ đó cho ta xác định được số proton cùng loại.

Sự tương tác (tách vạch phổ) và hằng số tương tác J cho biết proton nào tương tác với proton nào.

Số vạch phổ được tách theo qui tắc n+1 với n là số proton có tương tác. Cường độ các vạch phổ được tách tỉ lệ theo qui tắc tam giá Pascal .

2.2.3.2 Phổ hồng ngoại

Sự hấp thụ ánh sáng hồng ngoại dẫn tới sự dao động không ngừng của các nguyên tử trong phân tử làm cho độ dài liên kết bị dãn ra, co lại và góc liên kết cũng bị thay đổi [3].

Bức xạ hồng ngoại bao gồm một phần của phổ điện từ, đó là vùng bước sóng khoảng từ 104 đến 106 m, nằm giữa vi sóng và vùng ánh sáng khả kiến. Phần của vùng hồng ngoại được sử dụng để xác định cấu trúc nằm giữa 2,5.10

phổ biến trong phổ hồng ngoại. Với bước sóng được ghi ở vùng từ 2,5µm đến 16µm và số sóng ứng với vùng từ 4000 đến 625 cm1 [3].

Khi xác định cấu trúc bằng phổ hồng ngoại, các pic nằm trong vùng từ 4000 đến 650 cm1 thường được quan tâm đặc biệt vì trong vùng này chứa các giải hấp thụ của các nhóm chức như : -OH, -C=O,….và được gọi là vùng nhóm chức. Vùng phổ dưới 1500 cm1 được gọi là vùng vân ngón tay do vùng phổ này phức tạp hơn và dùng để nhận dạng toàn phân tử. Bảng 3.2 dẫn ra các tần số (theo số sóng) hấp thụ hồng ngoại đặc trưng cho các nhóm chức thường gặp trong hợp chất hữu cơ [3].

Bảng 2.1 Tần số hấp thụ hồng ngoại của một số nhóm nguyên tử

Liên kết đơn Liên kết đôi, ba

Nhóm nguyên tử Tần số, cm1 Nhóm nguyên tử Tần số, cm1

Dao động hóa trị Dao động hóa trị

–O–H (alcohol) 3200 – 3600 C=C 1620 – 1680 –O–H (carboxylic acid) 2500 – 3600 C=O 1710 – 1750 3350 – 3500 Aldehyde và ketone 1700 – 1725 sp C–H 3310 – 3320 Carboxylic acid 1800 – 1850 và 1740 – 1790 sp2 C–H 3000 – 3100 Anhydride acid 1770 – 1815 sp3 C–H 2850 – 2950 Axyl halide 1730 – 1750 sp2 C–O 1200 Amide 1680 - 1700 sp3 C–O 1025 – 1200

Dao động biến dạng với giá trị dự đoán Dao động biến dạng với giá trị dự đoán

Alkene C  C  2100 – 2200

RCH=CH2 910, 990 C  N 2240 – 2280

R2C=CH2 890 Dẫn xuất thế của

Liên kết đơn Liên kết đôi, ba cis – RCH=CHR’ 665 – 730 Thế một lần 730 – 770 và 690 – 710 trans – RCH=CHR’ 960 – 980 o – hai lần thế 735 – 770 R2C=CHR’ 790 – 840 m – hai lần thế 750 – 810 và 680 – 730 p – ba lần thế 790 – 840

2.2.3.3 Phương pháp phổ khối lượng

Phương pháp phổ khối lượng (MS-Mass Spectrum) dựa trên sự ion hóa các phân tử. Các ion được phân tách dựa trên tỉ lệ khối lượng/điện tích (m/z). Một số kỹ thuật được sử dụng để ion hóa phân tử gồm phương pháp EI (Electron Impact- va chạm điện tử), ESI (Electrospray Impact-phun mù điện tử).

Phương pháp EI thường áp dụng cho các hợp chất có phân tử khối và phân tử sẽ bị ion hóa rồi phân tách thành các mảnh ion nhỏ hơn.

Hình 2.6. Phổ EI11 của benzamide

Phương pháp ESI thường áp dụng cho các hợp chất có phân tử khối lớn hơn và thu trên phổ đồ cho tín hiệu các ion giả phân tử như [M+H]+, [M+Na]+, …