Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích cấu trúc của một số hợp chất hexahydropyrazin - [1,2b] - isoquinolin bằng các phương pháp phổ hiện đại

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 4
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 hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin bằng các phương pháp phổ hiện đại như phổ hồng ngoại (IR), cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và phổ khối lượng (MS). 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 hợp chất hexahydropyrazin - [1,2b] - isoquinolin bằng các phương pháp phổ hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM THỊ THANH DUNG PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HEXAHYDROPYRAZIN-[1,2b]-ISOQUINOLIN BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN – 2017
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM THỊ THANH DUNG PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT HEXAHYDROPYRAZIN-[1,2b]-ISOQUINOLIN BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI Chuyên ngành: Hoá Phân tích Mã số : 60 44 01 18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS. NGUYỄN VĂN TUYẾN THÁI NGUYÊN - 2017
LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến – viện trưởng Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tin tưởng giao đề tài, định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn và tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành luận văn thạc sỹ này. Em xin gửi lời trân trọng cảm ơn tới TS. Dương Nghĩa Bang, TS. Phạm Thế Chính cùng các thầy cô khoa Hóa Học, Trường Đại Học Khoa Học - ĐH Thái Nguyên đã tạo điều kiện, giúp đỡ em trong quá trình triển khai nghiên cứu, thực hiện đề tài. Em xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo cùng các thầy, cô, cán bộ, kĩ thuật viên phòng Hóa Dược, thuộc Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công Nghệ Việt Nam đã tận tình chỉ dạy và hướng dẫn em trong quá trình học tập, thực nghiệm và thực hiện đề tài. Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè lớp Cao học khóa 2015 – 2017 đã giúp đỡ và động viên em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Tác giả luận văn Phạm Thị Thanh Dung a
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. a MỤC LỤC ........................................................................................................ b DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... e DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ............................................................................... f DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ g MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................... 2 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc ................................. 2 1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) ................................................... 2 1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ......................... 4 1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MMS) .............................................. 6 1.2. Phân tích các đồng phân đối quang ........................................................ 7 1.2.1. Phương pháp phân tách các đồng phân đối quang bằng enzym ...... 8 1.2.2. Tách các đồng phân đối quang nhờ tác nhân bất đối bổ trợ ............ 8 1.2.3. Tách đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý hiện đại . 9 1.2.4. Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR .......................... 10 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM .................................................................. 16 2.1. Hóa chất và thiết bị .............................................................................. 16 2.1.1. Hóa chất và dung môi .................................................................... 16 2.1.2. Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc .......................................... 16 2.1.3. Phân tích xác định cấu trúc, định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các sản phẩm tổng hợp được ............................................. 17 b
2.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc ..................................................... 17 2.2.1. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất 2,3-bis(bromometyl)-1,4-dimetoxinaphtale ............................................. 17 2.2.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất etyl 5,10-dimetoxi-1,2,3,4-tetrahidrobenzo[g]isoquinolin-3-carboxylat . 18 2.2.3. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất etyl 2-(2-cloroaxetyl) -5,10-dimetoxy-1,2,3,4-tetrahidrobenzo[g]isoquinolin-3-carboxylat ...... 20 2.2.4. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của các hợp chất piperazinedion có khung hexahidropyrazin-[1,2b]-isoqiunolin ....................................... 21 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................. 25 3.1. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của hợp chất 2,3-bis(bromometyl)-1,4-dimetoxinaphtale (38) ........................................ 25 3.1.1. Chuẩn bị hợp chất 38 ..................................................................... 25 3.1.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất 38 bằng phổ NMR ...................... 26 3.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của hợp chất etyl 5,10-dimetoxi -1,2,3,4-tetrahidrobenzo[g]isoquinolin-3-carboxylat (39) .......................... 27 3.2.1. Chuẩn bị hợp chất 39 ..................................................................... 27 3.2.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất 39 bằng phổ NMR ...................... 27 3.3. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất etyl 2-(2-cloroaxetyl) -5,10-dimetoxy-1,2,3,4-tetrahidrobenzo[g]isoquinolin-3-carboxylat (40) . 29 3.3.1. Chuẩn bị hợp chất trung gian 40 .................................................... 29 3.3.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất trung gian 40 bằng phổ NMR ..... 29 3.4. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của các hợp chất piperazinedion c
có khung hexahidropyrazin-[1,2b]-isoqiunolin .......................................... 30 3.4.1. Hợp chất 41a .................................................................................. 30 3.4.2. Hợp chất 41b .................................................................................. 34 KẾT LUẬN ................................................................................................... 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 38 PHỤ LỤC d
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 13 C- NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13 (13C Nuclear Magnetic Resonance) DMSO Đimetyl sunfoxit (Dimethyl sulfoxide) 1 H- NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H Nuclear Magnetic Resonance) HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid Chromatography) 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 Dd Double doulet CHCl3 Clorofom EtOH Etanol MW Microwave ( Vi sóng ) MeOH Metanol OMe Methoxy SOCl2 Sunfonylclorua e
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1. .......................................................................................................... 8 Sơ đồ 1.2. .......................................................................................................... 9 Sơ đồ 1.3. .......................................................................................................... 9 Sơ đồ 1.4. ........................................................................................................ 11 Sơ đồ 3.1.Tổng hợp hợp chất 38 .................................................................... 26 Sơ đồ 3.2: Tổng hợp hợp chất 39 ................................................................... 27 Sơ đồ 3.3: Tổng hợp hợp chất trung gian 40 ................................................. 29 Sơ đồ 3.4: Tổng hợp hợp chất 41a ................................................................. 31 Sơ đồ 3.5: Tổng hợp hợp chất 41b ................................................................. 34 f
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của axit benzoic (C6H5COOH) .............................. 3 Hình 1.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của ethanol ......................................... 5 Hình 1.3. Phổ khối lượng của hexan (C6H14) ................................................... 7 Hình 1.4. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp este Mosher (S)-1-phenylbutan-1-ol và (R)-1-phenylbutan-1-ol ............................................................................. 12 Hình 1.5. Phổ 1H-NMR của este Mosher (R)-1-phenylbutan-1-ol và (S)-1-phenylbutan-1-ol ................................................................................... 12 Hình 1.6. Phổ 1H-NMR của (-)-enriched và hỗn hợp (-)-enriched với CSA .. 14 Hình 1.7. Tín hiệu 1 H-NMR của CH3 trong một số trường hợp .................. 15 Hình 3.1: Phổ 1H-NMR của hợp chất 38 ....................................................... 26 Hình 3.2: Phổ 1H-NMR của hợp chất 39 ....................................................... 27 Hình 3.3: Phổ 13C-NMR của hợp chất 39 ...................................................... 28 Hình 3.4: Phổ 1H-NMR của hợp chất trung gian 40 ...................................... 30 Hình 3.5: Phổ 1H-NMR của hợp chất 41a ...................................................... 31 Hình 3.6: Phổ 13C-NMR của hợp chất 41a .................................................... 32 Hình 3.7: Phổ IR của hợp chất 41a ................................................................ 33 Hình 3.8: Phổ MS của hợp chất 41a .............................................................. 33 Hình 3.9: Phổ 1H-NMR của hợp chất 41b ..................................................... 34 Hình 3.10: Phổ 13C-NMR của hợp chất 41b .................................................. 35 g
MỞ ĐẦU Các dẫn xuất hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin có nhiều hoạt tính sinh học quý như chống ung thư và kháng khuẩn nên được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu [1-3]. Trong đó, saframycin (1) được phân lập từ loài Streptomyces lavendulae có hoạt tính ức chế mạnh tế bào ung thư [1-3], phần cấu trúc quan trọng của saframycin là khung hexahydropyrazin-[1,2b]- isoquinolin. Tương tự, ecteinascidin (2) cũng là dẫn xuất của hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin có hoạt tính mạnh với các tế bào ung thư, được phân lập từ sinh vật biển Ecteinascidia turbinata [4-6]. Do đó hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin còn là các synthon quan trọng cho tổng hợp toàn phần và bán tổng hợp nhiều hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học mạnh có khung cấu trúc tương tự saframycin (1) và ecteinascidin (2) [1- 12]. Các hợp chất hexahydropyrazine-[1,2b]-isoquinolin thường có cấu trúc phức tạp việc phân tích cấu trúc của hợp chất này đòi hỏi phải có sự kết hợp của nhiều phương pháp phổ hiện đại. Luận văn này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin, nhằm tìm kiếm các hợp chất có cấu trúc mới rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Đề tài này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số hợp chất hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin bằng các phương pháp phổ hiện đại như phổ hồng ngoại (IR), cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và phổ khối lượng (MS). 1
Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh ̣ cấ u trúc 1.1.1. 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 m 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 [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 loại dao động khi phân tử bị kích thích là dao động hóa trị và dao động 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 1.1). 2
Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của axit bezoic ( C6H5COOH ) (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 chất giống nhau [3]. 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 [3]. Trong phổ hồng ngoại của axit benzoic ( hình 1.1) ta thấy các pic nằm trong vùng 3400 – 2300 cm-1 là OH ( đime) , 3540 cm-1 là OH monome , 1744cm-1 là CO ( monome ), 1695cm-1 là CO ( đime ). 3
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 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 [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 6  .10 ( 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 6  .10 ( 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 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 dịch hóa học lớn hơn [1]. 4
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 1.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của ethanol (4) 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 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]. Trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân của ethanol ( hình 1.2 ) ta thấy đối với 13 C-NMR thì δ có giá trị 31ppm là C (CH3), δ có giá trị 200 ppm là C (CHO). 5
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 [3,4]. 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- 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 [3]. 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. 6
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 1.3). Hexan ( C6H14 ) MW = 86.18 Hình 1.3. Phổ khối lượng của hexan (C6H14) (5) 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. Trên phổ khối lượng của hexan ( hình 1.3 ) cho thấy C3H7+ với m/e = 57 có cường độ lớn nhất do cắt mạch nhánh của phân tử hidrocacbon. 1.2. Phân tích các đồng phân đối quang Phân tích các đồng phân đối quang là tách một hỗn hợp raxemic bằng các phương pháp vật lý và hóa học. Thông thường, sự tách được thực hiện sau khi chuyển từ đồng phân đối quang sang đồng phân “dia”; do các đồng phân 7
đối quang có các tính chất vật lý và hóa học giống nhau nên chúng không thể tách bằng cách trực tiếp. Trong khi đó, các đồng phân “dia” có thể tách được bằng các phương pháp kết tinh chọn lọc, phương pháp sắc ký hoặc phương pháp NMR. 1.2.1. Phương pháp tách các đồng phân đối quang bằng enzym Hầu hết các enzym có tính đặc hiệu với một loại cơ chất nhất định. Dựa vào tính chất này, người ta đã sử dụng các enzym để chuyển hóa chọn lọc một trong hai đối quang trong hỗn hợp. Ví dụ phản ứng thủy phân hỗn hợp raxemic của este bằng enzym pig liver estease. Dưới tác dụng của enzym này, chỉ có đồng phân S được thủy phân. Nhờ đó mà người ta tách được hai đồng phân này ra khỏi nhau. (7) (6) (8) (9) Sơ đồ 1.1 1.2.2. Tách các đồng phân đối quang nhờ tác nhân bất đối bổ trợ Hỗn hợp raxemic hoặc hai đồng phân của các hợp chất đối quang có một tâm bất đối thường không thể tách ra khỏi nhau. Tuy nhiên, khi tham gia phản ứng với các chất bổ trợ chiral có từ một hoặc nhiều tâm bất đối, tạo thành sản phẩm có từ hai tâm bất đối trở lên, có thể tách được bằng các phương pháp hóa lý khác nhau. Dựa vào tính chất quan trọng này năm 1953, Pasteur đã tách được đôi đồng phân đối quang của axit tactaric nhờ sự tạo muối “dia” của hỗn hợp hai đối quang với (+)-cinchotoxin, có độ tan khác nhau nên có thể tách ra khỏi nhau bằng phương pháp kết tinh. Phương pháp này vẫn được sử dụng hiệu quả để tách hỗn hợp hai đồng phân đối quang ra khỏi nhau. 8
(10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) Sơ đồ 1.2 Ngoài ra, có thể chuyển hóa các đối quang của các hợp chất có một tâm bất đối thành các đồng phân “dia” nhờ phản ứng với tác nhân bất đối bổ trợ khác. Các đồng phân “dia” nhận được có thể tách ra bằng các phương pháp hóa lý khác nhau. Cuối cùng các tác nhân bất đối bổ trợ được loại bỏ, thu được các đồng phân đối quang tinh khiết. (18) (19) (20) (21) (22) (23) Sơ đồ 1.3 1.2.3. Tách đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý hiện đại Các đối quang có thể được tách nhờ các phương pháp sắc ký khí (GC), sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) có sử dụng các cột chiral. Bản chất của các phương pháp này là các hỗn hợp đối quang tương tác với pha tĩnh (tâm bất đối trên cột chiral), nghĩa là chỉ một trong các đối quang có tương tác 9
mạnh hơn với tâm bất đối của cột. Đối quang có tương tác yếu sẽ được rửa giải nhanh nhờ pha động, kết quả là hai đối quang được tách ra khỏi nhau. Phương pháp này thường được sử dụng để xác định độ chọn lọc đối quang trong của các phản ứng. Nếu phản ứng nhận được hỗn hợp có hai đồng phân đối quang A và B (ee=enantiomer excess, de=diasteroisomer excess), độ chọn lọc đối quang được xác định theo công thức: %enantiomerA  %enantiomerB ee  %enantiomerA  %enantiomerB %diasteroisomerA  %diasteroisomerB de  %diasteroisomerA  %diasteroisomerB 1.2.4. Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR Để xác định tỉ lệ các đồng phân lập thể có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng phổ NMR là một phương pháp hữu ích và phổ biến, vì nó không làm thay đổi tỉ lệ của các đồng phân trong hỗn hợp và chỉ cần lượng nhỏ hỗn hợp hai đồng phân đối quang. Các đồng phân khác nhau được xác định nhờ độ dịch chuyển hóa học và hằng số tương tác spin-spin của những nguyên tử hydro trong từ trường. Trong phổ NMR, phần lớn hạt nhân của 1H và 13 C của hai đồng phân “dia” sẽ có tín hiệu chuyển dịch hóa học khác nhau. Tỉ lệ của các đồng phân có mặt trong hỗn hợp có thể tính toán được bằng sự phân tích các tín hiệu này. Nếu trong hỗn hợp có nhiều hơn hai đồng phân “dia” thì việc xác định tỉ lệ các đồng phân bằng phổ NMR sẽ gặp khó khăn hơn, đặc biệt là các đồng phân chiếm tỉ lệ nhỏ. a) Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch (Shift reagent) Mosher Đối với các hợp chất có một tâm bất đối thì hai cấu hình của chúng sẽ không phân biệt được bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân, do tín hiệu của chúng không được phân tách trong từ trường. Để phân biệt được hai 10
cấu hình của các hợp chất có một tâm bất đối, người ta phải chuyển hợp chất nghiên cứu thành đồng phân dia. Cơ sở của phương pháp Mosher là chuyển hợp chất có một tâm bất đối thành đồng phân dia bằng cách thực hiện phản ứng của hợp chất nghiên cứu với axit R-Mosher để tạo thành este hoặc thành amit… Sau đó, nghiên cứu cấu hình của các hợp chất dia này sẽ đưa ra được cấu hình của chất ban đầu. Ví dụ, để xác định cấu hình tuyệt đối của hợp chất 1-phenylbutan-1-ol có một tâm bất đối, Mosher đã tổng hợp este của nó với axit R-Mosher để tạo ra hai đồng phân dia như mô tả trong sơ đồ dưới đây. (24) (25) (26) (27) Sơ đồ 1.4 Hai đồng phân dia này sẽ được phân biệt rõ trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton. Tín hiệu của proton bậc ba tại trung tâm bất đối của dẫn xuất este Mosher của (R)-1-phenylbutan-1-ol sẽ dịch chuyển về phía trường cao, trong khi tín hiệu proton bậc ba tại tâm bất đối của dẫn xuất (S)-1-phenylbutan-1-ol sẽ dịch chuyển về phía trường thấp. Như vậy, người ta có thể xác định được cấu hình tuyệt đối của hợp chất 1-phenylbutan-1-ol ban đầu. 11