Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích cấu trúc của một số hợp chất Indenoisoquinolin có mạch nhánh propyl bằng các phương pháp phổ hiện đại

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:57

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 indenoisoquinolin có chứa mạch nhánh propyl bằng các phương pháp hóa lý 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 Indenoisoquinolin có mạch nhánh propyl bằng các phương pháp phổ hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HOÀNG THỊ THU HƯƠNG PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT INDENOISOQUINOLIN CÓ MẠCH NHÁNH PROPYL BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60 44 01 18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM THỊ THẮM Thái Nguyên - 2017
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HOÀNG THỊ THU HƯƠNG PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT INDENOISOQUINOLIN CÓ MẠCH NHÁNH PROPYL BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60 44 01 18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM THỊ THẮM Thái Nguyên - 2017
LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Thị Thắm - Nguyên giảng viên trường Đại học Khoa Học - Đại học Thái Nguyên nay là giảng viên Đại học Công nghiệp Hà Nội đã tin tưởng giao đề tài, định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn và tạo những điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Tôi 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 - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình triển khai nghiên cứu, thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo cùng các cán bộ, kĩ thuật viên phòng Hóa Dược thuộc viện Hóa học, Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình triển khai nghiên cứu và thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình tôi, bạn bè và đồng nghiệp của 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. Hà nội, ngày 20 tháng 6 năm 2017 Học viên Hoàng Thị Thu Hương a
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... a MỤC LỤC .................................................................................................................... b CÁC CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN ..................................................... d DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................................. e DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ............................................................................................ f DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... g 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) .................................................................... 5 1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) .................................................................. 7 1.2. Phân tích các đồng phân đối quang ...................................................................... 9 1.2.1. Tách đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý hiện đại .................. 9 1.2.2. Phương pháp tách các đồng phân đối quang bằng enzym ................................ 9 1.2.3. Tách các đồng phân đối quang nhờ tác nhân bất đối bổ trợ ........................... 10 1.2.4. Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR ........................................... 11 1.2.5. X-ray tinh thể .................................................................................................. 15 Chương 2: THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 19 2.1. Hóa chất và thiết bị ............................................................................................ 19 2.1.1. Hóa chất và dung môi ..................................................................................... 19 2.1.2. Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc ........................................................... 19 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 ................................................................. 20 2.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc các dẫn xuất indenosiquinolin .................. 20 2.2.1 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 6-allyl-5H-indeno[1,2- c]isoquinolin-5,11(6H)-đion (41) ................................................................ 20 2.2.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 6-(3’-bromo-2’- hydroxypropyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinolin-5,11(6H)-đion(42) .............. 21 b
2.2.3. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 6-(2’,3’-đibromopropyl)- 5H-indeno[1,2-c]isoquinolin-5,11(6H)-đion (43)........................................ 24 Chương 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN ......................................................................... 28 3.1 Sơ đồ chuẩn bị các mẫu phân tích ....................................................................... 28 3.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 41 ........................................................................... 28 3.2.1. Chuẩn bị mẫu 41 ............................................................................................. 28 3.2.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 41 ........................................................................ 29 3.3 Phân tích cấu trúc của hợp chất 42 và 43 ............................................................ 31 KẾT LUẬN ................................................................................................................ 37 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................... 38 PHỤ LỤC ...................................................................................................................... c
CÁC CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN 13 C- NMR: Nuclear Magnetic Resonance Spectroocopy 1 H-NMR: Proton Nuclear Magenetic Resonance Spectroocopy CC(Column Sắc ký cột (SKC) Chromatography) d doublet dd Double doublet DEPT Ditortionless Enhancement by Polarisation Transfer EI-MS(Electronic Phổ khối lượng Impact Mass Spectrocopy) HMBC Heterronuclear Multiple Bond Correlation HMQC Heterronuclear Multiple Quantum Corehence Hz Hertz IR(Infrared Phổ hồng ngoại Spectrocoppy) m multiplet MIC Minimum inhibitory concentrasion(nồng độ ức chế tối thiểu) ppm Par per milion q queartet s singlet t Triplet TLC(Thin Layer Sắc ký lớp mỏng(SKLM) Chromatography) tt Triplet triplet d
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Phổ 1H NMR của 1-xiclopentylbut-1-en-3-on ........................................... 5 Hình 1.2: Phổ hấp thụ hồng ngoai của but-2 en-1 ol .................................................. 6 Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzetothiazol ............................................................. 8 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 1H-NMR của CH3 trong một số trường hợp ............................... 15 Hình 1.8. Cặp tín hiệu Fiedel .................................................................................... 16 Hình 1.9. Sơ đồ tóm tắt quá trình phân tích cấu trúc ................................................ 16 Hình 2.1. Cấu trúc X-ray đơn tinh thể của hợp chất 42 ............................................ 23 Hình 2.2. Cấu trúc X-ray đơn tinh thể của hợp chất 43 ............................................ 26 Hình 3.1: Phổ IR của hợp chất 41 ............................................................................. 29 Hình 3.2. Phổ 1H-NMR của hơ ̣p chấ t 41................................................................... 30 Hình 3.3: Phổ 13C-NMR của hợp chất 41 ................................................................ 31 Hình 3.4. Phổ 1H-NMR của hơ ̣p chấ t 43................................................................... 32 Hình 3.5. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hơ ̣p chấ t 43 .................................................. 33 Hình 3.6. Phổ 13 C-NMR của hơ ̣p chấ t 43 ................................................................. 33 Hình 3.7. Mô hình cấu trúc X-ray đơn tinh thể của hợp chất 43 .............................. 34 Hình 3.8. Phổ 1H-NMR của hơ ̣p chấ t 42 .................................................................. 35 Hình 3.9. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hơ ̣p chấ t 42 .................................................. 35 Hình 3.10. Mô hình cấu trúc X-ray đơn tinh thể của hợp chất 42 ............................ 36 e
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1. ....................................................................................................................9 Sơ đồ 1.2. ..................................................................................................................10 Sơ đồ 1.3....................................................................................................................11 Sơ đồ 1.4....................................................................................................................12 Sơ đồ 1.5....................................................................................................................18 Sơ đồ 3.1. ..................................................................................................................28 f
DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Độ dài các liên kết trong hợp chất 42 ......................................................23 Bảng 2.2. Các góc liên kết trong hợp chất 42 ...........................................................24 Bảng 2.3. Độ dài các liên kết trong hợp chất 43 .......................................................26 Bảng 2.4. Các góc liên kết trong hợp chất 43 ...........................................................27 g
MỞ ĐẦU Hợp chất indenoisoquinolin (1) có hoạt tính chống ung thư nhờ ức chế enzym topoisomerase I (Top 1) ngăn cản quá trình tháo xoắn của DNA. Hợp chất 2 (indotecan) và 3 (indimitecan) đang được thử nghiệm lâm sàng ở giai đoạn II. Những nghiên cứu về lớp chất indenoisoquinolin cũng đã chỉ ra rằng nhóm thế ở vòng B tại vị trí nguyên tử nitơ (N-6) là các nhóm aminopropyl, morpholinopropyl, imdazolopropyl cho khả năng gây độc tế bào rất tốt, trong đó có 2 thuốc đang được thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II là Indotecan (5) và Indimitecan (6). Bên cạnh đó các chất chứa hợp phần của aminopropanol cũng được biết đến là các lớp chất cho nhiều hoạt tính sinh học lí thú như hoạt tính chống ung thư, chống sốt rét, kháng khuẩn, kháng nấm. Phân tích xác định cấu trúc của các hợp chất này là một nhiệm vụ quan trọng để có thể tìm được cơ chế lý giải những hoạt tính sinh học của chúng. Vì vậy, đề tài này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số hợp chất indenoisoquinolin có chứa mạch nhánh propyl bằng các phương pháp hóa lý hiện đại như phổ hồng ngoại (IR), cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và phổ khối lượng (MS). Kết quả của luận văn sẽ là cơ sở khoa học giá trị cho việc nghiên cứu định tính và định lượng các dẫn xuất indenoisoquinolin chứa mạch nhánh propyl. 1
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 (phổ CHTHN) viết tắt của tiếng Anh là NMR (nuclear Magnetic Resonance) là một phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu cấu tạo của các hợp chất hữu cơ, nó có ý nghĩa quan trọng để xác định cấu tạo các phân tử phức tạp như các hợp chất thiên nhiên. Phương pháp phổ biến được sử dụng là CHTHN- 1H và phổ CHTHN- 13C. Hạt nhân của nguyên tử 1H và 13C 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 hoá học . Hằng số chắn và từ trường hiệu dụng: Hằng số chắn xuất hiện do hai nguyên nhân: - Hiệu ứng nghịch từ: các điện tử bao quanh nguyên tử sinh ra một từ trường riêng, ngược chiều với từ trường ngoài nên làm giảm tác dụng của nó lên hạt nhân nguyên tử. Lớp vỏ điện tử càng dày đặc thì từ trường riêng ngược chiều với từ trường ngoài càng lớn tức hằng số chắn càng lớn. - Hiệu ứng thuận từ: bao quanh phân tử là lớp vỏ điện tử, các điện tử này chuyển động sinh ra một dòng điện vòng, do đó xuất diện một từ trường riêng có hướng thay đổi ngược hướng hoặc cùng hướng với từ trường ngoài. Tập hợp tất cả các điểm trên các đường sức mà tại đó tiếp tuyến vuông góc với từ trường ngoài sẽ tạo nên một mặt parabol. Phía trong mặt parabol, từ trường tổng hợp nhỏ hơn B0 vì từ trường riêng ngược hướng với từ trường ngoài, còn phía ngoài parabol thì từ trường tổng hợp lớn hơn B0 vì từ trường riêng cùng hướng với từ trường ngoài. Do đó hằng số chắn phía ngoài parabol nhỏ còn phía trong thì có hằng số chắn lớn nghĩa là độ chuyển dịch học cùng các proton nằm phía ngoài parabol sẽ lớn còn phía trong sẽ nhỏ Độ chuyển dịch hóa học : Đối với các hạt nhân trong phân tử càng phức tạp trong nguyên tử do ảnh hưỏng của các đám mây electron của các nguyên tử bên 2
cạnh.Độ chuyển dịch hóa học của 13 C trong các hợp chất hữu cơ biến đổi trong khoảng từ 0-230ppm (so với TMS) tức là lớn gấp 20 lần so với sự biến đổi độ chuyển dịch hóa học của 1H. TMS là chất có hằng số chắn lớn nhất nên dùng nó làm chất chuẩn để đo độ chuyển dịch hoá học.Đối với hạt nhân 1H thì: 0 H TMS TMS H          Ở đây, σ TMS là hằng số chắn của chất chuẩn TMS (tetrametylsilan), σH là hằng số chắn của hạt nhân mẫu đo, ν TMS ν H là tần số cộng hưởng của chất chuẩn và của hạt nhân mẫu đo. Hằng số chắn σ xuất hiện do ảnh hưởng của đám mây electron bao quanh hạt nhân nguyên tử, do đó tuỳ 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 hoá học của mỗi hạt nhân khác nhau. Tổng quát: δ = σTMS - σX σX: hằng số chắn của chất cần đo. δ không có thứ nguyên mà được tính bằng phần triệu (ppm). Đối với phổ CHTHN 1H thì δ có giá trị từ 1 đến 12 ppm còn phổ 13C thì δ có giá trị từ 0 đến 220ppm. Vậy độ chuyển dịch hoá học δ là đại lượng đặc trưng cho những hạt nhân cùng loại của một đồng vị bị che chắn tương đương nhau trong một hợp chất. Nó không phụ thuộc vào thiết bị bên ngoài (cường độ từ trường hay tần số sóng) không có thứ nguyên và được tính bằng ppm 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. 3
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 13 C 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 dịnh hóa học lớn hơn [1]. 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 13 C-NMR thì δ có giá trị từ 0-230 ppm 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]. Ở hợp chất VIII, hai proton Hc và Hd ứng với kí hiệu A và B,proton Hb ứng với kí hiệu X. Vân cộng hưởng của proton Hd ở 6,67 ppm bị tách thành 4 hợp phần với Jcd=16Hz và Jbd= 8Hz. Proton Hc cộng hưởng ở trường mạnh hơn ,6,05 ppm . Tín hiệu của Hc cũng là một vân bốn .Ở vân này cũng xác định được Jcd=16 Hz và Jbc= 1Hz. Sở dĩ giá trị Jbc nhỏ vì đó là tương tác truyền qua 4 liên kết (trong đó có một liên kết đôi). Proton Hb không những tương tác với Hc,Hd mà còn tương tac với hai nhóm metylen trong vòng xiclopentan. Tín hiệu của Hb thể hiện ở vân bội ở khoảng 2,6 ppm.Tín hiệu của proton khác trong vòng xiclopentan thể hiện bởi một vân “béo” ở khoảng 1,7 ppm.Tín hiệu của nhóm metyl (a) thể hiện bởi một vân đơn ở 2,23 ppm. (hình bên dưới) 4
Hình 1.1: Phổ 1H NMR của 1-xiclopentylbut-1-en-3-on 1.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) Khi các phân tử hấp thụ năng lượng từ bên ngoài có thể dẫn đến quá trình quay, dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó. Tùy theo năng lượng kích thích lớn hay nhỏ có thể xảy ra quá trình quay, dao động hay cả quay và dao động đồng thời. Để kích thích các quá trình trên có thể sử dụng tia sáng vùng hồng ngoại (phổ hồng ngoại) hoặc tia khuyếch tán Raman (phổ Raman). 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 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 sự phụ thuộc của cường độ hấp thụ bức xạ hồng ngoại của một chất vào số sóng hoặc bước sóng chính được gọi là phổ hấp thụ hồng ngoại. 5
Máy phổ hồng ngoại có thể đo được các mẫu ở thể khí, lỏng, rắn nhưng thông thường nhất được chuẩn bị là dạng rắn và dạng lỏng. Chất rắn thường được nghiền nhỏ với KBr rồi ép thành viên mỏng. Chất lỏng được đo ở dạng màng lỏng hoặc pha trong dung môi như CCl4, CHCl3. Ở phổ hồng ngoại, trục nằm ngang biểu diễn bước sóng (tính ra µm) hoặc số sóng tính ra cm-1. Ở hình, trục nằm ngang phía trên biểu diễn bước sóng, trục nằm ngang phía dưới biểu biễn số sóng, trục thẳng đứng biểu diễn phần trăm truyền qua Hình 1.2: Phổ hấp thụ hồng ngoai của but-2 en-1 ol Sự hấp thụ hồng ngoại của một chất thường tập trung vào những vùng hẹp tạo ra các vân hấp thụ ( hình III.10) có rất nhiều vân hấp thụ như vân a, b, c, d, e, g, h. Vân phổ hồng ngoại có ba đặc trưng cần được mô tả là: vị trí của vân phổ được chỉ bởi bước sóng hoặc số sóng của đỉnh phổ; cường độ của vân phổ hồng ngoại thường được đánh giá theo diện tích của vân phổ: vân phổ càng rộng và càng cao thì có cường độ càng lớn; hình dáng vân phổ: để mô tả người ta cần chỉ rõ đó là vân phổ rộng(tù) hay hẹp(mảnh), chỉ có một đỉnh hay có nhiều đỉnh phổ. 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 6
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]. 1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) Nếu như trong các phương pháp phổ hồng ngoại,phổ cộng hưởng từ hạt nhân ,người ta giữ nguyên phân tử để nghiên cứu thì ở phương pháp phổ khối lượng người ta phá hủy chất phân tử để nghiên cứu chúng 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]. 7
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 1.3). Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzetothiazol Như vậy, khi phân tích phổ khối lượng là quy kết cho mỗi pic trên phổ một mảnh phân tử xác định và chỉ rõ sự tạo thanh ion mảnh đó, từ đó rút ra những kết luận về cấu tạo của phân tử chất. Để xác định cấu tạo ,những mảnh có khối lượng lớn có ý nghĩa quan trọng hơn những mảnh nhỏ.Những pic có cường độ lớn là những pic ứng với các ion tạo thành với xác xuất cao khi phân mảnh ,nên cần được xem xét đầy đủ .Các yếu tố chi phối sự phân mảnh và các cách phân mảnh đầu tiên đặc trưng cho mỗi loại hợp chất được xem xét đầy đủ ,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 nhiề phương pháp phổ với nhau. 8
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 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. 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 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 1.2.2. 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. 9
1.2.3. 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 trong 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. (11) (10) (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. 10
(18) (19) (20) (21) (22) (23) Sơ đồ 1.3 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 13C 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 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 11