Luận văn Thạc sĩ Hoá học: phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất benzo[f]indole-1,4-dione bằng các phương pháp hóa lý hiện đại

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:67

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất benzo[f]indole-1,4-dione bằng các phương pháp hóa lý hiện đại bao gồm phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối lượng (MS) và phổ X-ray phân tử. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hoá học: phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất benzo[f]indole-1,4-dione bằng các phương pháp hóa lý hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC BÙI KIM TUYỀN PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT BENZO[F]INDOL-1,4-DION BẰNG CÁC PHƢƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2017
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC BÙI KIM TUYỀN PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT BENZO[F]INDOL-1,4-DION BẰNG CÁC PHƢƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. LÊ NHẬT THÙY GIANG THÁI NGUYÊN - 2017
LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học Thái Nguyên đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu, bổ ích trong suốt khóa học vừa qua. Đó là những kiến thức vô cùng quan trọng giúp tôi có cơ sở vững vàng trong suốt quá trình nghiên cứu cũng như hoàn thành khoá luận tốt nghiệp này. Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn người hướng dẫn khoa học - TS. Lê Nhật Thùy Giang - cô đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tập thể nhân viên, cán bộ phòng Hóa Dược - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam đã luôn tạo điều kiện, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình tôi làm thực nghiệm. Cuối cùng, tôi xin cám ơn đến những người thân yêu trong gia đình luôn động viên, ủng hộ trong suôt quá trình thực hiện khoá luận tốt nghiệp này. Tác giả luận văn Bùi Kim Tuyền a
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................a MỤC LỤC ........................................................................................................ b DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT ..........................................................e DANH MỤC HÌNH .......................................................................................... f DANH MỤC SƠ ĐỒ ....................................................................................... g MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 3 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đ nh c u trúc ................................. 3 1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR).................................................. 3 1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ........................ 4 1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) ................................................ 6 1.3.4. X-ray tinh thể .................................................................................. 8 1.2. Tổng quan về lớp ch t naphthoquinon ................................................. 10 Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 17 2.1. Hóa ch t và phương pháp..................................................................... 17 2.1.1. Phương pháp nghiên cứu ............................................................. 17 2.1.2. Hóa ch t và dung môi ................................................................... 17 2.1.3. Đ nh tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp ch t bằng sắc kí lớp mỏng .............................................................................. 17 2.1.4. Xác nhận c u trúc.......................................................................... 17 2.2. Quy trình chung tổng hợp các dẫn xu t 41 .......................................... 18 2.3. Tổng hợp và phân tích c u trúc hợp ch t 41a (R1 = 4-FPh, R2 = Ph) .. 18 2.3.1. Quy trình tổng hợp ........................................................................ 18 2.3.2. Phân tích c u trúc của 41a bằng phổ IR........................................ 19 2.3.3. Phân tích c u trúc của 41a bằng NMR ......................................... 19 2.4. Tổng hợp và phân tích c u trúc hợp ch t 41b (R1 = Ph, R2 = Ph) ....... 20 b
2.4.1. Quy trình tổng hợp ........................................................................ 20 2.4.2. Phân tích c u trúc của 41b bằng phổ IR ....................................... 20 2.4.3. Phân tích c u trúc của 41b bằng NMR ......................................... 20 2.5. Tổng hợp và phân tích c u trúc hợp ch t 41c (R1 = Ph, R2 = 3-MeOPh) .. 21 2.5.1. Quy trình tổng hợp ........................................................................ 21 2.5.2. Phân tích c u trúc của 41c bằng phổ IR........................................ 21 2.5.3. Phân tích c u trúc của 41c bằng NMR ......................................... 22 2.6. Tổng hợp và phân tích c u trúc hợp ch t 41d (R1 = Ph, R2 = 4-MeOPh).. 22 2.6.1. Quy trình tổng hợp ........................................................................ 22 2.6.2. Phân tích c u trúc của 41d bằng phổ IR ....................................... 23 2.6.3. Phân tích c u trúc của 41d bằng NMR ......................................... 23 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 24 3.1. Mục tiêu của đề tài ............................................................................... 24 3.2. Tổng hợp và phân tích c u trúc của 2-phenyl-3-(4-fluorobenzoyl)- 1H-benzo[f] indole-1,4-dione (41a) ............................................................ 25 3.2.1. Tổng hợp ch t 41a......................................................................... 25 3.2.2. Phân tích c u trúc của ch t 41a bằng IR ....................................... 26 3.2.3. Phân tích c u trúc của ch t 41a bằng phổ NMR ........................... 27 3.2.4. Phân tích c u trúc hợp ch t 41a bằng phổ MS ............................. 30 3.2.5. Phân tích c u trúc hợp ch t 41a bằng phổ X-ray .......................... 30 3.3. Tổng hợp và phân tích c u trúc của 3-benzoyl-2-phenyl-1H- benzo[f]indole-4,9-dione 41b ...................................................................... 31 3.3.1. Tổng hợp ch t 41b ........................................................................ 31 3.3.2. Phân tích c u trúc của ch t 41b bằng IR ....................................... 32 3.3.3. Phân tích c u trúc của ch t 41b bằng phổ NMR .......................... 32 3.4. Tổng hợp và phân tích c u trúc của 2-(3-methoxyphenyl)-3-benzoyl- 1H-benzo[f] indole-4,9-dione 41c ............................................................... 34 3.4.1. Tổng hợp ch t 41c......................................................................... 34 c
3.4.2. Phân tích c u trúc của ch t 41c bằng IR ....................................... 35 3.4.3. Phân tích c u trúc của ch t 41c bằng phổ NMR ........................... 36 3.5. Tổng hợp và phân tích c u trúc của 2-(4-methoxyphenyl)-3-benzoyl- 1H-benzo[f]indole-4,9-dione (41d) ............................................................. 39 3.5.1. Tổng hợp ch t 41d ........................................................................ 39 3.5.2. Phân tích c u trúc của ch t 41d bằng IR ....................................... 39 3.5.3. Phân tích c u trúc của ch t 41d bằng phổ NMR .......................... 40 KẾT LUẬN .................................................................................................... 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 44 d
DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT CHTHN Nuclear magnetic resonance cộng hưởng từ hạt nhân TLC Thin Layer Chromatography Sắc ký lớp mỏng Me Nhóm metyl MS Mass Spectroscopy Phổ khối lượng 1 H-NMR Proton Magnenic Rosonance Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Spectrocopy 13 C-NMR Carbon-13 Nuclear Magnetic Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Resonance Spectroscopy cacbon 13 δ Chuyển d ch hóa học DEPT Distortionless Enhancement by Phổ DEPT Polarisation Transfer Glc Glucoside Et Ethyl C2H5 1 H-NMR Proton Magnetic Resonance Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Spectroscopy proton MeOPh Anisole phenyl metyl ete Et3N triethylamine tri etylamin e
DANH MỤC HÌNH Hình 3.1. Phổ IR của hợp ch t 41a ............................................................. 26 Hình 3.2. Phổ 1H-NMR của ch t 41a.......................................................... 28 Hình 3.3. Phổ giãn 1H-NMR của ch t 41a.................................................. 28 Hình 3.4. Phổ 13C-NMR của ch t 41a ........................................................ 29 Hình 3.5. Phổ giãn 13C-NMR của ch t 41a................................................. 29 Hình 3.6. Phổ HRMS-ESI của ch t 41a ..................................................... 30 Hình 3.7. C u trúc tinh thể của ch t 41a..................................................... 30 Hình 3.8. Phổ IR của hợp ch t 41b ............................................................. 31 Hình 3.9. Phổ 1H NMR của hợp ch t 41a ................................................... 33 Hình 3.10. Phổ giãn 1H-NMR của hợp ch t 41b .......................................... 33 Hình 3.11. Phổ 13C-NMR của hợp ch t 41b ................................................. 34 Hình 3.12. Phổ giãn 13C-NMR của hợp ch t 41b ......................................... 34 Hình 3.13. Phổ IR của hợp ch t 41c ............................................................. 35 Hình 3.14. Phổ 1H-NMR của hợp ch t 41c .................................................. 36 Hình 3.15. Phổ giãn 1H-NMR của hợp ch t 41c .......................................... 36 Hình 3.16. Phổ 13C NMR của hợp ch t 41c.................................................. 38 Hình 3.17. Phổ 13C-NMR của hợp ch t 41c ................................................. 38 Hình 3.18. Phổ IR của hợp ch t 41d ............................................................. 40 Hình 3.19. Phổ 1H-NMR của hợp ch t 41d ................................................. 41 Hình 3.20. Phổ 1H-NMR của hợp ch t 41d ................................................. 41 Hình 3.21. Phổ 13C NMR của hợp ch t 41d ................................................. 42 Hình 3.22. Phổ giãn 13C-NMR của hợp ch t 41d ......................................... 42 f
DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 3.1. Tổng hợp dẫn xu t 2-aryl-3-benzoyl-1H-benzo[f]indole-4,9- dion 41 ................................................................................ 25 Sơ đồ 3.2. Tổng hợp hợp ch t 41a ............................................................... 25 Sơ đồ 3.3. Tổng hợp ch t 41b ...................................................................... 31 Sơ đồ 3.4. Tổng hợp hợp ch t 41c ............................................................... 35 Sơ đồ 3.5. Tổng hợp ch t 41d ...................................................................... 39 g
MỞ ĐẦU Ung thư là một nhóm các bệnh liên quan đến việc phân chia tế bào một cách vô tổ chức và những tế bào đó có khả năng xâm l n những mô khác bằng cách phát triển trực tiếp vào mô lân cận hoặc di chuyển đến nơi xa (di căn). Nguyên nhân gây ung thư là sự sai hỏng của ADN, tạo nên các đột biến ở các gene thiết yếu điều khiển quá trình phân bào cũng như các cơ chế quan trọng khác. Ung thư có thể gây ra nhiều triệu chứng khác nhau phụ thuộc vào v trí, đặc điểm và khả năng di căn của khối u. Chẩn đoán xác đ nh ung thư thường đòi hỏi phải sinh thiết rồi quan sát trên kính hiển vi. Người b ung thư có thể được chữa tr bằng phẫu thuật, hóa tr liệu hoặc xạ tr liệu. Nếu không được chữa tr sớm, hầu hết các loại ung thư có thể gây tử vong, đây là một trong những nguyên nhân gây tử vong chính trong những nước phát triển. Ung thư có thể được điều tr bằng phẫu thuật, hóa tr liệu, xạ tr liệu, miễn d ch tr liệu hay các phương pháp khác. Việc chọn lựa phương pháp điều tr phụ thuộc vào v trí và độ (grade) của khối u, giai đoạn của bệnh, cũng như tổng trạng của bệnh nhân. Một số điều tr ung thư thực nghiệm cũng đang được phát triển. Hóa tr liệu là điều tr ung thư bằng thuốc ("thuốc chống ung thư") có khả năng tiêu diệt tế bào ung thư. Chúng can thiệp vào phân bào theo các cách khác nhau. Nhóm ch t Quinon xeton cũng được coi là nhóm ch t lớn có hoạt tính chống ung thư, chúng có mặt nhiều trong nhiều loại thuốc đã được cục dược phẩm và thực phẩm mỹ (FAD) khuyến cáo sử dụng. Nhóm ch t quinon xeton có mặt trong nhiều hợp ch t thiên nhiên ở nhiều dạng sống. 1
Tiếp tục hướng nghiên cứu áp dụng các phản ứng hóa học hiện đại vào tổng hợp và tím kiếm các hợp ch t hóa học có c u trúc mới và hoạt tính sinh học lý thú, nhóm tác nghiên cứu của GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến - Viện Hóa học đã tổng hợp được nhiều dẫn xu t nhờ phản ứng Domino, các kết quả đã được công bố trên các tạp chí quốc tế có chỉ số trích dẫn cao. Đề tài này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất benzo[f]indole-1,4-dione bằng các phƣơng pháp hóa lý hiện đại bao gồm phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối lượng (MS) và phổ X-ray phân tử. 2
Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về các phƣơng pháp ác đ nh cấ c 1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) Trong số các phương pháp phân tích c u trúc, phổ hồng ngoại cho nhiều thông tin quan trọng về c u trúc của hợp ch t. Bức xạ hồng ngoại bao gồm một phần của phổ điện từ, đó là vùng bước sóng khoảng 10-4 đến 10-6 m. Nó nằm giữa vi sóng và ánh sáng khả kiến. Phần của vùng hồng ngoại được sử dụng nhiều nh t để xác đ nh c u trúc nằm trong giữa 2,5x10-4 và 16x10-6 m. Đại lượng được sử dụng nhiều trong phổ hồng ngoại là số sóng (cm-1), ưu điểm của việc dùng số sóng là là chúng tỷ lệ thuận với năng lượng. Khi chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử các hợp ch t, bức xạ hồng ngoại sẽ kích thích phân tử từ trạng thái dao động cơ bản lên trạng thái dao động cao hơn. Có 2 lại dao động khi phân tử b kích thích là dao động hóa tr và biến dạng, dao động hóa tr (ν) là dao động làm thay đổi độ dài liên kết, dao động biến dạng (δ) là dao động làm thay đổi góc liên kết. Đường cong biểu diễn cường độ h p thụ với số sóng của bức xạ hồng ngoại được gọi là phổ hồng ngoại, trên phổ biểu diễn các cực đại h p thụ ứng với những dao động đặc trưng của nhóm nguyên tử hay liên kết nh t đ nh, (Hình 1.1). Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của benzyl ancol 3
Căn cứ vào phổ hồng ngoại đo được đối chiếu với các dao động đặc trưng của các liên kết, ta có thể nhận ra sự có mặt của các liên kết trong phân tử. Một phân tử có thể có nhiều dao động khác nhau và phổ hồng ngoại của các phân tử khác nhau thì khác nhau, tương tự như sự khác nhau của các vân ngón tay. Sự chồng khít lên nhau của phổ hồng ngoại thường được làm dẫn chứng cho hai hợp ch t giống nhau. Khi sử dụng phổ hồng ngoại để xác đ nh c u trúc, thông tin thu được chủ yếu là xác đ nh các nhóm chức hữu cơ và những liên kết đặc trưng. Các pic nằm trong vùng từ 4000 - 1600 cm-1 thường được quan tâm đặc biệt, vì vùng này chứa các dải h p thụ của các nhóm chức, như OH, NH, C=O, C≡N… nên được gọi là vùng nhóm chức. Vùng phổ từ 1300 - 626 cm-1 phức tạp hơn và thường được dùng để nhận dạng toàn phân tử hơn là để xác đ nh nhóm chức. Chính ở đây các dạng pic thay đổi nhiều nh t từ hợp ch t này đến hợp ch t khác, vì thế vùng phổ từ 1500 cm-1 được gọi là vùng vân ngón tay. 1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (CHTHN) là phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu c u trúc của các hợp ch t hữu cơ. Phương pháp phổ biến được sử dụng là phổ 1H-NMR và 13 C-NMR. Hạt nhân của nguyên tử 1H và 13 C có momen từ. Nếu đặt proton trong từ trường không đổi thì moment từ của nó có thể đ nh hướng cùng chiều hay ngược chiều với từ trường. Đó là spin hạt nhân có tính ch t lượng tử với các số lượng tử +1/2 và -1/2. Độ chuyển d ch hóa học : Do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt nhân 1H và 13C trong phân tử có tần số cộng hưởng khác nhau. Đặc trưng cho các hạt nhân 1H và 13C trong phân tử có độ chuyển d ch hóa học δ; đối với hạt nhân 1H thì:  TMS  x 6  .10 ( ppm) o 4
Trong đó: νTMS, νx là tần số cộng hưởng của ch t chuẩn TMS và của hạt nhân mẫu đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ. Đối với các hạt nhân khác thì độ chuyển d ch hóa học được đ nh nghĩa một các tổng quát như sau:  chuan  x 6  .10 ( ppm) o Trong đó: νchuan, νx là tần số cộng hưởng của ch t chuẩn và của hạt nhân mẫu đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ. Hằng số chắn σ xu t hiện do ảnh hưởng của đám mây electron bao quanh hạt nhân nguyên tử, do đó tùy thuộc vào v trí của hạt nhân 1H và 13C trong phân tử khác nhau mà mật độ electron bao quanh nó khác nhau dẫn đến chúng có giá tr hằng số chắn σ khác nhau và do đó độ chuyển d ch hóa học của mỗi hạt nhân khác nhau. Theo đó proton nào cộng hưởng ở trường yếu hơn sẽ có độ chuyển d nh hóa học lớn hơn. Dựa vào độ chuyển d ch hóa học  ta biết được loại proton nào có mặt trong ch t được khảo sát. Giá tr độ chuyển d ch hóa học không có thứ nguyên mà được tính bằng phần triệu (ppm). Đối với 1H-NMR thì δ có giá tr từ 0-12 ppm, đối với 13C-NMR thì δ có giá tr từ 0-230 ppm. Hình 1.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat 5
Hằng số tương tác spin-spin J: Trên phổ NMR, mỗi nhóm hạt nhân không tương đương sẽ thể hiện bởi một cụm tín hiệu gọi và vân phổ, mỗi vân phổ có thể bao gồm một hoặc nhiều hợp phần. Nguyên nhân gây nên sự tách tín hiệu cộng hưởng thành nhiều hợp phần là do tương tác của các hạt nhân có từ tính ở cạnh nhau. Tương tác đó thể hiện qua các electron liên kết. Giá tr J phụ thuộc vào bản ch t của hạt nhân tương tác, số liên kết và bản ch t các liên kết ngăn giữa các tương tác. Hằng số tương tác spin-spin J được xác đ nh bằng khoảng cách giữa các hợp phần của một vân phổ. Dựa vào hằng số tương tác spin-spin J ta có thể rút ra kết luận về v trí trương đối của các hạt nhân có tương tác với nhau. 1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là phá vỡ phân tử trung hòa thành ion phân tử và các mảnh ion dương có số khối z = m/e. Sau đó phân tách các ion này theo số khối và ghi nhận được phổ khối lượng. Dựa vào phổ khối này có thể xác đ nh phân tử khối và c u tạo phân tử của ch t nghiên cứu. Để phá vỡ phân tử người ta có nhiều phương pháp: bắn phá bằng dòng electron (EI), phương pháp ion hóa hóa học (CI), phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh (FAB)… Dùng dòng eclectron có năng lượng cao để bắn phá phân tử là phương pháp hay được sử dụng nh t. Khi bắn phá các phân tử hợp ch t hữu cơ trung hòa sẽ trở thành các ion phân tử mang điện tích dương hoặc b phá vỡ thành các ion và các gốc theo sơ đồ: ABC 2e (1) > 95% ABC e 2 ABC 3e (2) - ABC Sự hình thành các ion mang điện tích +1 chiếm hơn 95%, còn lại là các ion mang điện tích +2 và điện tích âm (-). Năng lượng bắn phá các phân tử 6
thành ion phân tử khoảng 10 eV. Nhưng với năng lượng cao thì ion phân tử có thể phá vỡ thành các mảnh ion dương (+), hoặc các ion gốc, các gốc, hoặc phân tử trung hòa nhỏ hơn, nên người ta thường thực hiện bắn phá các phân tử ở mức năng lượng 70 eV [3]. ABC A BC ABC AB B AB A B Sự phá vỡ này phụ thuộc vào c u tạo ch t, phương pháp bắn phá và năng lượng bắn phá. Quá trình này gọi là quá trình ion hóa. Các ion dương hình thành đều có khối lượng m và mang điện tích e, tỉ số m/e được gọi là số khối z. Bằng cách nào đó tách các ion có số khối khác nhau ra khỏi nhau và xác đ nh được xác su t có mặt của chúng, rồi vẽ đồ th biểu diễn mối liên quan giữa xác su t có mặt (hay cường độ I) và số khối z thì đồ th này được gọi là phổ khối lượng (Hình 1.3). Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzamit (C6H5CONH2) Như vậy, khi phân tích phổ khối lượng người ta thu được khối lượng phân tử của ch t nghiên cứu, từ các pic mảnh ion trên phổ đồ có thể xác đ nh được c u trúc phân tử và tìm ra qui luật phân mảnh. Đây là một trong những thông số quan trọng để qui kết chính xác c u trúc phân tử của một ch t cần nghiên cứu khi kết hợp nhiều phương pháp phổ với nhau. 7
1.3.4. X-ray tinh thể Phương pháp X-ray phân tử là phương pháp hiện đại nh t để xác đ nh c u trúc phân tử của một hợp ch t hữu cơ. Từ phương trình Bragg, người ta tính toán độ dài của các cạnh tế bào cơ sở (a,b,c), chỉ số Miler (h,k,l), góc giữa các trục tinh thể (α,β,γ), thể tích tế bào tinh thể cơ sở (V) và số lượng phân tử (n) xây dựng nên tế bào cơ sở. Phương trình Bragg: 2d.sin(θ) = nλ Thể tích tế bào cơ sở: V = abc(1-cos2α-cos2β-cos2γ+2cosαcosβcosγ)1/2 Số lượng phân tử trong một tế bào cơ sở n = V.d.6,023.1023 (d: tỷ trọng g/cm3) Mặt khác, khi chiếu bức xạ tia X vào phân tử, ở mỗi trung tâm liên kết sẽ phát ra một cặp tín hiệu Friedel phản xạ theo hai hướng (h,k,l) và hướng ngược lại (-h,-k,-l). Cường độ của tín hiệu Friedel (Fhkl, F-h,-k-l) được tính toán nhờ cường độ của tín hiệu nhiễu xạ (Ihkl) (|Fhkl| = (Ihkl)1/2). H,K,L -H,-K,-L Hình 1.4. Cặp tín hiệu Fiedel Mật độ electron tại một điểm trong tế bào cơ bản sẽ được tính toán bằng công thức: ρ(x,y,z) = [ Σhkl Fhkl exp{-2p(hx + ky + lz)}] / V Bằng cách đo cường độ của t t cả các tín hiệu nhiễu xạ Ihkl theo mặt h,k,l khi đã biết được các thông số cơ bản của tế bào cơ sở theo phương trình 8
Bragg ở trên, người ta sẽ tính toán được mật độ electron tại mọi điểm trong không gian của tế bào cơ sở, từ đó có thể xây dựng được bản đồ mật độ điện tích của phân tử.Từ dữ liệu bản đồ mật độ electron, chương trình máy tính sẽ dựng được c u trúc không gian ba chiều của phân tử. Quá trình xác đ nh c u trúc của hợp ch t hữu cơ bằng phương pháp X-ray phân tử có thể được tóm tắt như sau: Hình 1.5. Sơ đồ tóm tắt quá trình phân tích cấu trúc bằng phương pháp X-Ray Phương pháp X-ray tinh thể có khả năng xác đ nh chính xác c u hình tuyệt đối của một phân tử, nếu trong phân tử có nguyên tử có tán xạ tia X b t thường. Để xác đ nh c u hình tuyệt đối của phân tử bằng phương pháp X-ray tinh thể người ta sử dụng phương pháp của Bijvoet và phương pháp so sánh chỉ số R. Phương pháp Bijvoet: Do mỗi trung tâm b t đối khi được chiếu bức xạ tia X sẽ phát ra một cặp tín hiệu b t thường Friedel, lợi dụng nguyên tắc này Bijvoet đã so sánh tín hiệu tán xạ của một nguyên tử đánh d u với tín hiệu của cặp bức xạ Friedel ở trung tâm b t đối phản xạ theo hướng (h,k,l) và hướng ngược lại (-h,-k,-l), để xác đ nh c u hình tuyệt đối. 9
Phương pháp so sánh chỉ số R: Chỉ số R được xây dựng trên cơ sở hàm thống kê Hamilton từ toàn bộ dữ liệu của các cặp đồng phân đối quang và được so sánh với các tính toán Bijvoet để xác đ nh kiểu đồng phân đối quang. Nếu giá tr của chỉ số R có sự sai khác, dù r t nhỏ (±0,1%) thì phải đánh giá lại các giá tr này bằng phương pháp thống kê. Như vậy, cả hai phương pháp này chỉ dựa vào tia phản xạ đặc biệt có cường độ cao do ảnh hưởng của c u trúc ở những trung tâm b t đối của phân tử mà chưa so sánh được những tia tán xạ yếu. Những yếu tố tán xạ yếu chỉ được sử dụng khi dữ liệu X-ray có số lượng lớn. Phương pháp X- ray tinh có thể sử dụng hữu hiệu nh t đối với các hợp ch t không chứa nguyên tử nặng hơn oxi. Với những ch t quang hoạt không tồn tại ở dạng đơn tinh thể, người ta có thể xác đ nh c u hình tuyệt đối của chúng bằng cách cho chúng phản ứng với một ch t khác có chứa một hay nhiều trung tâm b t đối đã biết c u hình tuyệt đối. Các hợp ch t có c u hình tuyệt đối đã biết được chọn để nghiên cứu trong phương pháp này là những ch t có khả năng dễ kết tinh để nhận được dạng đơn tinh thể. Việc xác đ nh c u hình tuyệt đối của các hợp ch t quang hoạt bằng phân tích X-ray được thực hiện dựa vào phần c u hình tuyệt đối của ch t gắn kết với ch t nghiên cứu. Ngoài ra, việc đưa nhóm nguyên tử nặng như halogen (Cl, Br, I) vào phân tử hợp ch t quang hoạt cũng cho phép xác đ nh c u hình tuyệt đối của ch t đó nhờ phương pháp Bijvoet ở trên. 1.2. Tổng quan về lớp chất naphthoquinon Lớp ch t kháng sinh pyranonaphthoquinon và aza-anthraquinon tự nhiên từ lâu đã được các nhà khoa học hết sức quan tâm. Các hợp ch t này chủ yếu được tìm th y trong các vi khuẩn, vi n m và thực vật. Một số pyranonaphthoquinon có hoạt tính kháng khuẩn (đặc biệt là các khuẩn Gram (+)), kháng n m, chống sốt rét, virut và chống ung thư. Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp các dẫn ch t mới và nghiên cứu hoạt tính sinh học để tìm kiếm 10
các ch t có hoạt tính cao, kháng lại các chủng vi sinh vật kháng thuốc, kháng ung thư là v n đề hết sức lý thú, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Các ch t kháng sinh thiên nhiên thuộc lớp ch t pyranonaphthoquinon là những ch t thuộc khung 1H-naphtho[2,3-c]pyran-5,10-dion. Các ch t này chủ yếu được tìm th y trong các vi khuẩn, vi n m và trong thực vật. Ví dụ điển hình về lớp ch t này là eleutherin (1), nanaomycin A (2) và nanaomycin C (3). Eleutherin (1) được tách chiết từ tuber của Eleutherin bulbosa (Iradeceae). Eleutherin có hoạt tính kìm hãm sự phát triển của Pycococcus auneus, Streptococcus haemolyticus A và Bacillus subtilio. D ch chiết của Eleutherin americana chứa thành phần chính là eleutherin và isoeleutherin đã được dùng để điều tr bệnh tim mạch như agina pectoris. Ngoài ra, eleutherin được phát hiện có tác dụng ức chế enzym topoisomeraza. Nanomycin A (2) đã được chiết tách từ Streptomyces nosa, được phát hiện có hoạt tính kháng n m, kháng khuẩn Gram (+), kháng mycoplasma và chống lắng đọng tiểu cầu. Nanaomycin C (3) có hoạt tính kháng khuẩn Gram (+) và kháng khuẩn mycoplasma. Nanaomycin áA(4) và nanaomycin âA (5) đã được chiết tách từ các chủng S. rosa var.notorusis (strain OM - 173). Nanaomycin C (3), 11