Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất dihydro benzo[h]cinnoline-5,6-dion bằng các phương pháp hóa lý hiện đại

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:84

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 2
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 hợp chất dihidrobenzo[h]cinnoline-5,6-dion bằng các phương pháp hóa lý hiện đại như phổ hồng ngoại (IR), 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 dihydro benzo[h]cinnoline-5,6-dion bằng các phương pháp hóa lý hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM THỊ MAI PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT DIHYDROBENZO[H]CINNOLIN-5,6-DION BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM THỊ MAI PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT DIHYDROBENZO[H]CINNOLIN-5,6-DION BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI Chuyên ngành: Hoá Phân tích Mã số : 60.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa ho ̣c: TS. LÊ NHẬT THÙY GIANG THÁI NGUYÊN - 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS. Lê Nhật Thùy Giang đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo khoa Hóa học trường Đại học khoa học - ĐHTN cùng tập thể các thầy cô, anh chị và các bạn tại khoa hóa học trong suốt thời gian vừa qua. Em cũng xin chân thành cảm ơn GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến, TS. Phạm Thế Chính, TS. Phạm Thị Thắm, TS. Đặng Thị Tuyết Anh, KS. Nguyễn Hoàng Phương và các bạn NCS, HVCH phòng Hóa dược - Viện Hóa học đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực nghiệm và hoàn thành luận văn. Tôi xin cảm ơn các anh chị, các bạn học viên lớp hóa K8D- lớp Cao học Hóa đã trao đổi và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình tôi, bạn bè tôi - những người đã luôn bên cạnh động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này. Thái Nguyên, tháng 10 năm 2016 Tác giả Phạm Thị Mai Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN a http://www.lrc.tnu.edu.vn
MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................a MỤC LỤC ......................................................................................................... b DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................e DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH .............................................................. f MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 2 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh ̣ cấ u trúc ..................................... 2 1.1.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ............................. 2 1.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)....................................................... 4 1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) ..................................................... 5 1.1.4. X-ray tinh thể ....................................................................................... 7 1.2. Tổng quan về lớp chất naphthoquinon ....................................................... 9 Chương 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 15 2.1. Hóa chất và phương pháp......................................................................... 15 2.1.1. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 15 2.1.2. Hóa chất và dung môi ........................................................................ 15 2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất bằng sắc kí lớp mỏng ................................................................................... 15 2.1.4. Xác nhận cấu trúc............................................................................... 15 2.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của chất 4a ............................................. 16 2.2.1. Quy trình tổng hợp ............................................................................. 16 2.2.2. Phân tích cấu trúc của 4a bằng phổ IR............................................... 17 2.2.3. Phân tích cấu trúc của 4a bằng NMR ................................................ 17 2.3. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của chất 4b ............................................ 18 2.3.1. Quy trình tổng hợp ............................................................................. 18 2.3.2. Phân tích cấu trúc của 4b bằng phổ IR .............................................. 18 2.3.3. Phân tích cấu trúc của 4b bằng NMR ................................................ 19 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN b http://www.lrc.tnu.edu.vn
2.4. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của chất 4c ............................................. 20 2.4.1. Quy trình tổng hợp ............................................................................. 20 2.4.2. Phân tích cấu trúc của 4c bằng phổ IR............................................... 20 2.4.3. Phân tích cấu trúc của 4c bằng NMR ................................................ 21 2.5. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của chất 4d ............................................ 22 2.5.1. Quy trình tổng hợp ............................................................................. 22 2.5.2. Phân tích cấu trúc của 4d bằng phổ IR .............................................. 22 2.5.3. Phân tích cấu trúc của 4d bằng NMR ................................................ 23 2.6. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của chất 4e ............................................. 24 2.6.1. Quy trình tổng hợp ............................................................................. 24 2.6.2. Phân tích cấu trúc của 4e bằng phổ IR............................................... 24 2.6.3. Phân tích cấu trúc của 4e bằng NMR ................................................ 25 Chương 3. KẾT QUẢ THẢO LUẬN .......................................................... 26 3.1. Mục tiêu của đề tài ................................................................................... 26 3.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 3,4-bis-(4-bromphenyl)-1- methyl-1,4-dihydrobenzo [H] Cinnoline-5,6-dion (4a) .................................. 26 3.2.1. Tổng hợp chất 4a................................................................................ 27 3.2.2. Phân tích cấu trúc của chất 4a bằng IR .............................................. 27 3.2.3. Phân tích cấu trúc của chất 4a bằng phổ NMR .................................. 28 3.3. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 3,4-bis-(3-bromphenyl)-1- methyl -1,4-dihydrobenzo [H]cinnoline-5,6-dion (4b) ................................... 31 3.3.1. Tổng hợp chất 4b ............................................................................... 31 3.3.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất 4b bằng phổ IR ............................... 31 3.3.3. Phân tích cấu trúc của hợp chất 4b bằng phổ NMR .......................... 32 3.4. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của hợp chất 3,4-bis-(2- methoxyphenyl)-1-methyl-1,4- dihydrobenzo[H]cinnoline-5,6-dion (4c) ........... 34 3.4.1. Tổng hợp chất 4c................................................................................ 34 3.4.2. Phân tích cấu trúc của chất 4c bằng IR .............................................. 35 3.4.3. Phân tích cấu trúc của hợp chất 4c bằng NMR.................................. 35 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN c http://www.lrc.tnu.edu.vn
3.5. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của hợp chất 3,4-bis-(4- dimethylaminophenyl)-1-methyl-1,4 dihydrobenzo[H]cinnoline-5,6- dion (4d) .......................................................................................................... 38 3.5.1. Phân tích cấu trúc của 4d bằng IR ..................................................... 38 3.5.2. Phân tích cấu trúc của 4d bằng NMR ................................................ 39 3.6. Phân tích cấu trúc của hợp chất 3,4-bis-(2-nitro-5-hydroxyphenyl)-1- methyl-1,4-dihydrobenzo[H]cinnoline-5,6-dion (4e) ..................................... 42 3.6.1. Phân tích cấu trúc của 4e bằng IR...................................................... 42 3.6.2. Phân tích cấu trúc của 4e bằng NMR ................................................ 43 KẾT LUẬN .................................................................................................... 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 47 PHỤ LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN d http://www.lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 13 C- NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13 (13C Nuclear Magnetic Resonance) 1 H- NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H Nuclear Magnetic Resonance) HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao IR Phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy) MS Phổ khối lượng va chạm điện tử (Electron Impact-Mass Spectrometry) H, C Độ chuyển dịch hóa học của proton và cacbon ppm Phần triệu (parts per million) s singlet CDCl3 Cloroform OH hydroxy NO2 Nitro t-BuOH tert butanol N(CH3 )2 dimetylamino OMe Methoxy SO2CH3 methylsulfonyl Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN e http://www.lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH Trang Sơ đồ 3.1. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn ............................................... 26 Sơ đồ 3.2. Tổng hợp chất 4a .......................................................................... 27 Sơ đồ 3.4. Sơ đồ tổng hợp chất 4c .................................................................. 34 Sơ đồ 3.3. Tổng hợp chất 4b ........................................................................... 31 Hình 1.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat .............................. 3 Hình 1.2. Phổ hồng ngoại của benzyl ancol ................................................... 4 Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzamit (C6H5CONH2) ................................ 6 Hình 1.4. Cặp tín hiệu Fiedel ......................................................................... 7 Hình 1.5. Sơ đồ tóm tắt quá trình phân tích cấu trúc bằng phương pháp X-Ray .................................................................................... 8 Hình 3.1. Phổ IR của hợp chất 4a................................................................. 28 Hình 3.2. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4a ...................................................... 29 Hình 3.3. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 4a .............................................. 29 Hình 3.4. Phổ 13C-NMR của hợp chất 4a ..................................................... 30 Hìnhh 3.5. Phổ Xray phân tử của hợp chất 4a ............................................... 31 Hình 3.6. Phổ IR của hợp chất 4b ................................................................ 32 Hình 3.7. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4b ...................................................... 32 Hình 3.8. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 4b .............................................. 33 Hình 3.9. Phổ 13C-NMR của hợp chất 4b.................................................... 33 Hình 3.10. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 4b ............................................. 34 Hình 3.11. Phổ IR của hợp chất 4c................................................................. 35 Hình 3.12. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4c ...................................................... 36 Hình 3.13. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 4c .............................................. 37 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN f http://www.lrc.tnu.edu.vn
Hình 3.14. Phổ 13C-NMR của hợp chất 4c ..................................................... 37 Hình 3.15. Phổ IR của hợp chất 4d ................................................................ 39 Hình 3.16. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4d ...................................................... 40 Hình 3.17. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 4d .............................................. 40 Hình 3.18. Phổ 13C-NMR của hợp chất 4d..................................................... 41 Hình 3.19. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 4d ............................................. 41 Hình 3.20. Phổ IR của hợp chất 4e................................................................. 42 Hình 3.21. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4e ...................................................... 43 Hình 3.22. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 4e .............................................. 43 Hình 3.23. Phổ 13C-NMR của hợp chất 4e ..................................................... 44 Hình 3.24. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 4e ............................................. 44 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN g http://www.lrc.tnu.edu.vn
MỞ ĐẦU Lớp chất kháng sinh pyranonaphthoquinon thiên nhiên từ lâu được các nhà khoa học hết sức quan tâm. Đó là những chất thuộc khung 1H-naphtho [2,3-c]pyran-5,10-dion. Các chất này chủ yếu được tìm thấy trong các vi khuẩn, vi nấm và thực vật. Một số pyranonaphthoquinon như 2-aza- anthraquinon và 3,4-dehydropyranonapthoquinon có hoạt tính kháng khuẩn (đặc biệt là các khuẩn Gram (+)), kháng nấm, chống sốt rét, virut và chống ung thư. Do có hoạt tính sinh ho ̣c lý thú nên lớp chấ t này được các nhà hóa học quan tâm nghiên cứu. Nhiề u hơ ̣p chấ t có cấ u trúc mới đã đươ ̣c phát hiêṇ từ các vi sinh vâ ̣t và thực vâ ̣t. Nhiều chất có cấ u trúc mới đã tổ ng hơ ̣p bằ ng con đường hóa ho ̣c. Tiếp tục hướng nghiên cứu áp dụng các phản ứng hóa học hiện đại vào tổng hợp và tím kiếm các hợp chất hóa học có cấu 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 xuất 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 dihydro benzo[h]cinnoline-5,6-dion bằng các phương pháp hóa lý hiện đại" như phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối lượng (MS) và phổ X-ray phân tử. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 1 http://www.lrc.tnu.edu.vn
Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh ̣ cấ u trúc 1.1.1. 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 cấu trúc của các hợp chất 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 định hướng cùng chiều hay ngược chiều với từ trường. Đó là spin hạt nhân có tính chất lượng tử với các số lượng tử +1/2 và -1/2. Độ chuyển dịch 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 dịch hóa học δ; đối với hạt nhân 1H thì:  TMS  x  .10 6 ( ppm) o Trong đó: νTMS, νx là tần số cộng hưởng của chất 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 dịch hóa học được định nghĩa một các tổng quát như sau:  chuan  x  .10 6 ( ppm) o Trong đó: νchuan, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn và của hạt nhân mẫu đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ. Hằng số chắn σ xuất hiện do ảnh hưởng của đám mây electron bao quanh hạt nhân nguyên tử, do đó tùy thuộc vào vị trí của hạt nhân 1H và 13C trong phân tử khác nhau mà mật độ electron bao quanh nó khác nhau dẫn đến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 2 http://www.lrc.tnu.edu.vn
chúng có giá trị hằng số chắn σ khác nhau và do đó độ chuyển dịch hóa học của mỗi hạt nhân khác nhau. Theo đó proton nào cộng hưởng ở trường yếu hơn sẽ có độ chuyển dịnh hóa học lớn hơn. Dựa vào độ chuyển dịch hóa học  ta biết được loại proton nào có mặt trong chất được khảo sát. Giá trị độ chuyển dịch hóa học không có thứ nguyên mà được tính bằng phần triệu (ppm). Đối với 1H-NMR thì δ có giá trị từ 0-12 ppm, đối với 13C-NMR thì δ có giá trị từ 0-230 ppm. Hình 1.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat 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 là 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 trị J phụ thuộc vào bản chất của hạt nhân tương tác, số liên kết và bản chất các liên kết ngăn giữa các tương tác [1]. Hằng số tương tác spin-spin J được xác định 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 vị trí trương đối của các hạt nhân có tương tác với nhau [2]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 3 http://www.lrc.tnu.edu.vn
1.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) Trong số các phương pháp phân tích cấu trúc, phổ hồng ngoại cho nhiều thông tin quan trọng về cấu trúc của hợp chất. 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 nhất để xác định cấu 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 chúng tỷ lệ thuận với năng lượng [3]. Khi chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử các hợp chất, 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 bị kích thích là dao động hóa trị và biến dạng, dao động hóa trị (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 hấp thụ với số sóng của bức xạ hồng ngoại được gọi là phổ hồng ngoại, trên phổ biểu diễn các cực đại hấp thụ ứng với những dao động đặc trưng của nhóm nguyên tử hay liên kết nhất định, (Hình 1.3). Hình 1.2. Phổ hồng ngoại của benzyl ancol 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 4 http://www.lrc.tnu.edu.vn
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 chất giống nhau. Khi sử dụng phổ hồng ngoại để xác định cấu trúc, thông tin thu được chủ yếu là xác định 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 hấp 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 định nhóm chức. Chính ở đây các dạng pic thay đổi nhiều nhất từ hợp chất này đến hợp chất khác, vì thế vùng phổ từ 1500 cm-1 được gọi là vùng vân ngón tay. 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 định phân tử khối và cấu tạo phân tử của chất 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 nhất. Khi bắn phá các phân tử hợp chất hữu cơ trung hòa sẽ trở thành các ion phân tử mang điện tích dương hoặc bị phá vỡ thành các ion và các gốc theo sơ đồ: ABC 2e (1) > 95% ABC e 2 ABC 3e (2) ABC- Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 5 http://www.lrc.tnu.edu.vn
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 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. ABC A BC ABC AB B AB A B Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo chất, phương pháp bắn phá và năng lượng bắn phá. Quá trình này gọi là quá trình ion hóa. Các ion 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 định được xác suất có mặt của chúng, rồi vẽ đồ thị biểu diễn mối liên quan giữa xác suất có mặt (hay cường độ I) và số khối z thì đồ thị này được gọi là phổ khối lượng (Hình 1.1). 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 chất nghiên cứu, từ các pic mảnh ion trên phổ đồ có thể xác định được cấu trúc phân tử và tìm ra qui luật phân mảnh. Đây là một trong những thông số quan trọng để qui kết chính xác cấu trúc phân tử của một chất cần nghiên cứu khi kết hợp nhiều phương pháp phổ với nhau. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 6 http://www.lrc.tnu.edu.vn
1.1.4. X-ray tinh thể a. Giới thiệu chung Phương pháp X-ray phân tử là phương pháp hiện đại nhất để xác định cấu trúc phân tử của một hợp chất 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.6,023.10 23 (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 tất 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 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 7 http://www.lrc.tnu.edu.vn
độ điện tích của phân tử.Từ dữ liệu bản đồ mật độ electron, chương trình máy tính sẽ dựng được cấu trúc không gian ba chiều của phân tử. Quá trình xác định cấu trúc của hợp chất 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 b. Xác định cấu hình tuyệt đối Phương pháp X-ray tinh thể có khả năng xác định chính xác cấu hình tuyệt đối của một phân tử, nếu trong phân tử có nguyên tử có tán xạ tia X bất thường. Để xác định cấu 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 bất đối khi được chiếu bức xạ tia X sẽ phát ra một cặp tín hiệu bất thường Friedel, lợi dụng nguyên tắc này Bijvoet đã so sánh tín hiệu tán xạ của một nguyên tử đánh dấu với tín hiệu của cặp bức xạ Friedel ở trung tâm bất đối phản xạ theo hướng (h,k,l) và hướng ngược lại (-h,-k,-l), để xác định cấu hình tuyệt đối. 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 định kiểu đồng phân đối quang. Nếu giá trị của chỉ số R có sự sai khác, dù rất nhỏ (±0,1%) thì phải đánh giá lại các giá trị này bằng phương pháp thống kê. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 8 http://www.lrc.tnu.edu.vn
Như vậy, cả hai phương pháp này chỉ dựa vào tia phản xạ đặc biệt có cường độ cao do ảnh hưởng của cấu trúc ở những trung tâm bất 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 có thể sử dụng hữu hiệu nhất đối với các hợp chất không chứa nguyên tử nặng hơn oxi. Với những chất quang hoạt không tồn tại ở dạng đơn tinh thể, người ta có thể xác định cấu hình tuyệt đối của chúng bằng cách cho chúng phản ứng với một chất khác có chứa một hay nhiều trung tâm bất đối đã biết cấu hình tuyệt đối. Các hợp chất có cấu hình tuyệt đối đã biết được chọn để nghiên cứu trong phương pháp này là những chất có khả năng dễ kết tinh để nhận được dạng đơn tinh thể. Việc xác định cấu hình tuyệt đối của các hợp chất quang hoạt bằng phân tích X-ray được thực hiện dựa vào phần cấu hình tuyệt đối của chất gắn kết với chất nghiên cứu. Ngoài ra, việc đưa nhóm nguyên tử nặng như halogen (Cl, Br, I) vào phân tử hợp chất quang hoạt cũng cho phép xác định cấu hình tuyệt đối của chất đó nhờ phương pháp Bijvoet ở trên. Ví dụ hidroxy lacton chưa biết cấu hình tuyệt đối được chuyển thành este với axit Mosher để tạo thành đồng phân dia. Trong trường hợp chất tạo thành thu được dưới dạng đơn tinh thể, cấu hình tuyệt đối của hydroxy lacton được xác định thông qua cấu hình tuyệt đối đã biết của phần tác nhân Mosher thông qua phân tích phổ X-ray. 1.2. Tổng quan về lớp chất naphthoquinon Lớp chất kháng sinh pyranonaphthoquinon và aza-anthraquinon tự nhiên từ lâu đã được các nhà khoa học hết sức quan tâm. Các hợp chất này chủ yếu được tìm thấy trong các vi khuẩn, vi nấm và thực vật. Một số Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 9 http://www.lrc.tnu.edu.vn
pyranonaphthoquinon có hoạt tính kháng khuẩn (đặc biệt là các khuẩn Gram (+)), kháng nấm, chống sốt rét, virut và chống ung thư. Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp các dẫn chất mới và nghiên cứu hoạt tính sinh học để tìm kiếm các chất có hoạt tính cao, kháng lại các chủng vi sinh vật kháng thuốc, kháng ung thư là vấn đề hết sức lý thú, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Các chất kháng sinh thiên nhiên thuộc lớp chất pyranonaphthoquinon là những chất thuộc khung 1H-naphtho[2,3-c]pyran-5,10-dion[6-22].. Các chất này chủ yếu được tìm thấy trong các vi khuẩn, vi nấm và trong thực vật. Ví dụ điển hình về lớp chất 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. Dịch chiết của Eleutherin americana chứa thành phần chính là eleutherin và isoeleutherin đã được dùng để điều trị bệnh tim mạch như agina pectoris. Ngoài ra, eleutherin được phỏt hiện cú tỏc dụng ức chế enzym topoisomeraza. Nanomycin A (2) đã được chiết tách từ Streptomyces nosa, được phát hiện có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn Gram (+), kháng mycoplasma và chống lắng đọng tiểu cầu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 10 http://www.lrc.tnu.edu.vn
Nanaomycin C (3) có hoạt tính kháng khuẩn Gram (+) và kháng khuẩn mycoplasma. Nanaomycin ỏA(4) và nanaomycin õA (5) đã được chiết tách từ các chủng S. rosa var.notorusis (strain OM - 173). Nanaomycin C (3), nanaomycinỏA(4) và nanaomycin õA (5) đều có hoạt tính kháng vi sinh vật nhưng kém hơn so với nanaomycin A. Nanaomycin E (7), nanaomycin B (8), nanaomycin C (3) đã được tách từ S. rosa. Các chất 7, 8 và 9 là các dẫn chất 4a,10a-dihydronanaomycin A với cầu epoxit tại C-4a và C-10a. Nanaomycin E (7) cũng được xác định có khả năng kháng các vi khuẩn Gram (+) nhưng yếu hơn so với nanaomycin A (2) Hợp chất đơn giản nhất trong số các chất pyranonaphthoquinon là psychorubin (10). Psychorubin được tách từ Psychotria rubra bởi Lee và các cộng sự. Psychorubin có hoạt tính gây độc rất mạnh trên dòng tế bào ung thư KB và hoạt tính chống sốt rét, khỏnglại chủng kí sinh trùng Plasmodium falciparum. 1-hydroxyisomer của psychorubrin (10), đã được tách chiết từ vỏ thân của cây Psychotria,là chất11 có hoạt tính gây độc tế bào trên các dòng tế bào ung thư và hoạt tính khỏng chủng kí sinh trùng sốt rét Plasmodium falciparum đó kháng chloroquin.Thysanon (12) đã được chiết tách từ Thysanonophora penicilloides, có hoạt tính kháng virut human rhinovirut 3C-proteasa. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 11 http://www.lrc.tnu.edu.vn