Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2-(4,6-Diclo-8-metyl quinolin-2-yl)-4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon bằng một số phương pháp phân tích hóa lý hiện đại

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:69

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận văn nhằm sử dụng các phương pháp phổ hiện đại như 1HNMR, 13C-NMR và phương pháp phổ khối lượng MS để phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất 2-(4,6-Diclo-8-metyl quinolin-2-yl)-4,5,6,7- tetraclo -1,3- tropolon tổng hợp được. Sử dụng phương pháp phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC để xác định hàm lượng của sản phẩm trong các mẫu thu được. 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, hàm lượng của một số dẫn xuất 2-(4,6-Diclo-8-metyl quinolin-2-yl)-4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon bằng một số phương pháp phân tích hóa lý hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HÀ THỊ THÁI LINH PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT 2-(4,6-DICLO-8-METYLQUINOLIN- 2-YL)-4,5,6,7 -TETRACLO -1,3 TROPOLON BẰNG MỘT SỐ 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 HÀ THỊ THÁI LINH PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT 2-(4,6-DICLO-8-METYLQUINOLIN- 2-YL)-4,5,6,7 -TETRACLO -1,3 TROPOLON BẰNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60 44 01 18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. DƯƠNG NGHĨA BANG THÁI NGUYÊN - 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS. Dương Nghĩa Bang - Trưởng Khoa Hóa - Trường ĐHKH - Thái Nguyên , người trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô Khoa sau Đại học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu trường Đại học Khoa Học - Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh, ủng hộ và động viên em trong những lúc gặp phải khó khăn để em có thể hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được hoàn thiện hơn. Em xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận văn HÀ THỊ THÁI LINH a Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................a MỤC LỤC ......................................................................................................... b DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ d DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ...................................................................e DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. f MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 3 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh ̣ cấ u trúc ..................................... 3 1.1.1. Phương pháp phổ tử ngoại ...................................................................... 3 1.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại ................................................................. 5 1.1.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân ............................................. 6 1.1.4. Phương pháp phổ khối lượng ................................................................ 10 1.2. Tổng quan về quinolin và tropolon .......................................................... 12 1.2.1. Quinolin................................................................................................. 12 1.2.2. Tropolon ................................................................................................ 16 Chương 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 20 2.1. Dụng cụ, hóa chất và phương pháp thực hiện.......................................... 20 2.2. Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu quinolin ................................... 20 2.2.1. Tổng hợp 6- clo - 2,8 - dimetyl quinolin- 4 - on ................................... 20 2.2.2. Tổng hợp 4,6 - diclo - 2,8 dimetylquinolin ........................................... 21 2.2.3. Tổng hợp và kết quả phân tích 4,6 - điclo - 2,8 - đimetyl - 5-nitro quinolin............................................................................................................ 22 2.3. Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu tropolon .................................... 23 2.3.1. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2-(4,6-điclo-8- metyl quinolin -2- yl)- 4,5,6,7- tetraclo -1,3-troplon ............................................................... 23 2.3.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2- (4,6 - điclo - 5 nitro- 8 - metyl quinolin -2 yl) - 4,5,6,7 - tetraclo -1,3 troplon ...................................... 24 b Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
2.4. Phân tích hàm lượng chất thu được bằng phương pháp LC-MS ............. 25 2.4.1. Hóa chất, thiết bị ................................................................................... 25 2.4.2. Thiết lập các thông số cho hệ thống LC/MS......................................... 25 2.4.3. Chuẩn bị mẫu ........................................................................................ 26 2.4.4. Kết quả phân tích .................................................................................. 26 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 27 3.1. Tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu quinolin ......................................... 27 3.1.1. Tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu 4,6-điclo- 2,8-đimetylquinolin ... 27 3.1.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc 5-nitro-4,6 điclo - 2,8-dimetylquinolin ...... 28 3.2. Kết quả tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu 4,5,6,7-tetraclo-1,3-tropolon...... 29 3.2.1. Kết quả phân tích cấu trúc của 2-(4,6-điclo-8-metylquinolin-2-yl)- 4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon .......................................................................... 31 3.2.2. Kết quả phân tích cấu trúc của 2-(5-nitro-4,6-điclo-8-metylquinolin-2-yl)- 4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon. ......................................................................... 33 3.3. Kết quả phân tích hàm lượng ................................................................... 35 KẾT LUẬN .................................................................................................... 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 38 PHỤ LỤC c Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Me Metyl Py Pyridine PPA Axit poliphotphoric t-BuOH ter-Butanol MeOH Metanol Ome Metoxi UV Ultraviolet MS Mass Spectrometry NMR Nuclear magnetic resonance HPLC High-performance liquid chromatography d Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ Bảng Bảng 1.1. Tỷ lệ cường độ tín hiệu ..................................................................... 7 Sơ đồ Sơ đồ 2.1:. ......................................................................................................................... 20 Sơ đồ 2.2:. ......................................................................................................................... 21 Sơ đồ 2.3:. ......................................................................................................................... 22 Sơ đồ 2.4:. ......................................................................................................................... 23 Sơ đồ 3.1: .......................................................................................................................... 27 Sơ đồ 3.2: .......................................................................................................................... 28 Sơ đồ 3.3: .......................................................................................................................... 29 Sơ đồ 3.4: .......................................................................................................................... 29 Sơ đồ 3.5: .......................................................................................................................... 30 Sơ đồ 3.6: .......................................................................................................................... 30 e Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Tropolon và một số dẫn xuất tiêu biểu ........................................... 1 Hình 2: Một số dẫn xuất quinolin tiêu biểu ................................................. 2 Hình 1.1. Phổ tử ngoại của -carotene trong dungmôi n-hexan, etanol ........... 5 Hình 1.2. Phổ hồng ngoại của benzyl ancol ................................................... 6 Hình 1.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat .............................. 8 Hình 1.4. Phổ khối lượng của benzamit (C6H5CONH2) ............................... 12 Hình 3.1: Mật độ electron trên hệ quinolin................................................... 28 Hình 3.2: Phổ 1H-NMR của hợp chất 5 ........................................................ 31 Hình 3.3: Phổ 13C-NMR của hợp chất 5 ....................................................... 32 Hình 3.4: Phổ 1H-NMR của hợp chất 6 ........................................................ 33 Hình 3.5: Phổ 13C-NMR của hợp chất 6 ....................................................... 34 Hình 3.6. Phổ MS của hợp chất 6( LINH4) .................................................. 35 Hình 3.7. Phổ HPCL của hợp chất LINH4 ................................................... 36 f Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
MỞ ĐẦU Hiê ̣n nay ở nước ta việc ứng du ̣ng các phương pháp phổ trong giảng da ̣y, học tập, nghiên cứu khoa học và trong đời sống sản xuấ t là rất phổ biến. Các phương pháp phổ không chỉ ứng dụng trong phạm vi ngành hóa học mà còn ở nhiề u ngành khác nhau như hóa sinh, y dươ ̣c, dầu khí, vâ ̣t liêu, ̣ môi trường. Sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp phổ đã giúp cho việc nghiên cứu trong các ngành Khoa học đặc biệt là Tổng hợp hữu cơ trở nên dễ dàng hơn, phát triển nhanh hơn. Trước đây, để chứng minh cấu tạo của một chất có thể mấ t hàng năm hoă ̣c có khi kéo dài nhiều năm thì nay có thể thực hiện sau vài giờ, sở di ̃ làm được như vâ ̣y là nhờ sự hỗ trơ ̣ của các phương pháp vật lý hiện đa ̣i. Để phân tích cấ u trúc của các hợp chấ t hữu cơ có thể sử du ̣ng các phương pháp phổ như phổ hồ ng ngoại, phổ tử ngoa ̣i khả kiế n, phổ cô ̣ng hưởng từ ha ̣t nhân, phổ khối lươ ̣ng. Mỗi phương pháp cho phép xác đinh ̣ mô ̣t số thông tin khác nhau của cấ u trúc phân tử và hỗ trợ lẫn nhau trong việc xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ. Tropon và tropolon được các nhà hoá học hữu cơ biết đến từ thập kỉ 40 của thế kỉ XX, nguyên nhân chính là do hệ tropolon là một trong những hệ chính trong một số hợp chất thiên nhiên, đa số những hợp chất đó (Hình 1) thể hiện những hoạt tính sinh học quí giá [1] như làm thuốc kháng sinh, chống ung thư, chống oxi hóa, kháng khuẩn [2] v.v. O O R MeO NR1R2 R H MeO OH OMe Tropon R=H HOOC Tropolon R=OH O Axit Stipitat R=H Axit Pyberul R=OH OMe Colchicine R1=H, R2=COMe Colxamine R1=R2=Me Hình 1: Tropolon và một số dẫn xuất tiêu biểu 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
Kolsamin được sử dụng trong y học như thuốc chống mụn nhọt, chống các khối u, colchicin thể hiện hoạt tính chống khuẩn Mito[3]. Trong tài liệu [4] cho biết về tổng hợp các dẫn xuất của Colchicin có thể hiện các hoạt tính kháng khuẩn lao và chống các loại khuẩn gây mụn nhọt. Khoa học đã chứng minh được hoạt tính sinh học của o-alkyl tropolon và các hợp chất tương tự đang được sử dụng làm thành phần chất ức chế tế bào ung thư [4]. Ngoài ra Quinolin và các dẫn xuất của chúng là những hợp chất hết sức quen thuộc và có ứng dụng rộng rãi. Một số ancaloit chứa nhân quinolin có hoạt tính sinh học mạnh đã được sử dụng làm thuốc như quinin được sử dụng làm thành phần thuốc chống sốt rét, sopcain là chất gây mê thuộc loại mạnh nhất, plasmoxin và acrikhin đều có tác dụng chống sốt rét rất hiệu quả [5,6].   CH = CH CH2 2  CH3 HO CH  CH2 HN CH(CH2)3N(C2H5)2 H3CO N OCH3 .2HCl .2H2O N N Quinin Acrikhin Hình 2: Một số dẫn xuất quinolin tiêu biểu Xét về các phương diện trên thì việc nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất của quinolin là một nhiệm vụ hết sức quan trọng đặc biệt là các dẫn xuất quinolin của tropolon. Đã có rất nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu tổng hợp các hợp chất trên, nhưng kết quả còn nhiều hạn chế. Việc tổng hợp dẫn xuất quinolin của tropolon mới chỉ xuất hiện trên các tạp chí khoa học từ những năm đầu của thế kỉ 21. Từ những lý do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài “ Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2-(4,6-Diclo-8-metyl quinolin-2-yl)-4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon bằng một số phương pháp phân tích hóa lý hiện đại”. Mu ̣c tiêu chính của đề tài là sử du ̣ng các phương pháp phổ hiêṇ đa ̣i như 1H- NMR, 13C-NMR và phương pháp phổ khối lượng MS để phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất 2-(4,6-Diclo-8-metyl quinolin-2-yl)-4,5,6,7- tetraclo -1,3- tropolon tổng hợp được. Sử dụng phương pháp phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC để xác định hàm lượng của sản phẩm trong các mẫu thu được. 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh ̣ cấ u trúc [7, 8] 1.1.1. Phương pháp phổ tử ngoại (UV) Phổ tử ngoại, viết tắt là UV (ultraviolet) là phương pháp phân tích được sử dụng rộng rãi từ lâu. Vùng sóng tử ngoại (UV) 200 - 400 nm. Phổ tử ngoại của các chất hữu cơ gắn liền với bước chuyển electron giữa mức năng lượng electron trong phân tử khi các electron chuyển từ các obitan liên kết hoặc không liên kết lên các obitan phản liên kết có mức năng lượng cao hơn, đòi hỏi phải hấp thụ năng lượng từ bên ngoài. Phổ tử ngoại được ứng dụng rộng rãi trong việc xác định nối đôi liên hợp và vòng thơm. a. Nhóm mang màu và sự liên hợp của các nhóm mang màu Các chất có màu là do trong phân tử của các chất chứa các nhóm nối đôi hay nối ba như C=C, C=O, C=N, N=N, C≡C, N ≡N, -NO2… Do vậy, chúng được gọi là nhóm mang màu. Trong phân tử có càng nhiều nhóm mang màu liên hợp thì màu của chất sẽ càng đậm. Các chất màu đậm khi đo phổ tử ngoại khả kiến cho λ max nằm ở vùng có bước sóng dài. Do đó, những hợp chất hữu cơ có mạch liên hợp dài thì cực đại nằm ở phía sóng dài. - Liên hợp π - π Loại này xuất hiện khi trong hợp chất có chứa các nối đôi liên hợp, các cực đại hấp thụ chuyển dịch mạnh về phía sóng dài và cường độ hấp thụ tăng khi số nối đôi liên hợp tăng. - Liên hợp π - p Đây là sự liên hợp của nối đôi và cặp electron tự do ở các dị tố trong các liên kết đôi C=Z (Z=O, N, S…) và C-X (X=Cl, Br, I…) tương ứng với bước chuyển electron n  π*. Sự liên hợp này dẫn đến sự chuyển dịch cực đại về phía sóng dài nhưng cường độ hấp thụ thấp. 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
- Liên hợp π - σ hay còn gọi là siêu liên hợp Nhóm ankyl thế ở liên kết π gây ra hiệu ứng siêu liên hợp. Hiệu ứng này làm cực đại hấp thụ chuyển dịch về phía sóng dài một ít nhưng không lớn như hai hiệu ứng trên, ε max không tăng hoặc tăng không đáng kể. Chuyển dịch bước sóng λ max về phía sóng dài: π p > π π > π σ. Sự tăng cường độ hấp thụ εmax: π π > π p > π σ. b. Các yếu tố ảnh hưởng đến cực đại hấp thụ λ max và cường độ hấp thụ λmax Trong phổ UV, đại lượng đặc trưng là λ max (εmax) và được xem xét căn cứ trên sự liên hợp của phân tử. - Hiệu ứng thế Khi thay thế nguyên tử H của hợp chất anken hay vòng thơm bằng các nhóm thế khác nhau, tùy theo nhóm thế đó có liên hợp hay không liên hợp đối với hệ nối đôi của phân tử mà ảnh hưởng nhiều hay ít đến phổ tử ngoại của phân tử. Hiệu ứng lập thể Khi tính đồng phẳng của phân tử bị mất đi thì sự liên hợp của phân tử bị phá vỡ, làm λ max giảm đi một ít nhưng ε max giảm nhiều, vì vậy có thể xem ε max là căn cứ để so sánh tính đồng phẳng của một dạng phân tử cho trước. - Ảnh hưởng của dung môi Tùy theo bản chất phân cực của dung môi và chất tan mà phổ tử ngoại của chất tan thay đổi theo các cách khác nhau. Khi tăng độ phân cực của dung môi thì dải K chuyển dịch về phía sóng dài còn dải R (n  π*) lại chuyển dịch về phía sóng ngắn. c. Ứng dụng phổ tử ngoại Phương pháp phổ tử ngoại có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực phân tích định tính, phân tích cấu trúc phân tử và phân tích định lượng. Nguyên tắc của phương pháp phân tích định lượng là dựa vào mối quan hệ giữa mật độ quang và nồng độ dung dịch theo định luật Lambert - Beer. Ưu điểm của 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
phương pháp quang phổ tử ngoại trong phân tích định lượng là có độ nhạy cao, có thể phát hiện được một lượng nhỏ chất hữu cơ hoặc ion vô cơ trong dung dịch, sai số tương đối nhỏ (chỉ 1 đến 3%). Hình 1.1. Phổ tử ngoại của -carotene trong dungmôi n-hexan, etanol 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 hữu cơ, thông tin quan trọng nhất của phương pháp phổ này là các nhóm chức hữu cơ. 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. 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 hai 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. 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
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 1.2. 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 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 cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) Phổ cộng hưởng từ hạt nhân viết tắt của tiếng Anh là NMR (nuclear Magnetic Resonance) là một phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu cấu tạo 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
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 là phổ 1H-NMR và 13C-NMR. 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. a. Hằng số chắn và từ trường hiệu dụng Hằng số chắn xuất hiện do hai nguyên nhân: Hiệu ứng nghịch từ và hiệu ứng thuận từ. Tỷ lệ cường độ tín hiệu của mỗi nhóm tuân theo tam giác Pascal như sau: Bảng 1.1. Tỷ lệ cường độ tín hiệu Tỷ lệ chiều cao các vạch Số proton Số đỉnh Ký hiệu trong mỗi nhóm (N) 1 1 đỉnh Singlet 0 1:1 2 đỉnh duplet 1 1:2:1 3 đỉnh Triplet 2 1:3:3:1 4 đỉnh Qualet 3 1:4:6:4:1 5 đỉnh Quynlet 4 1:5:10:10:5:1 6 đỉnh Sexlet 5 1:6:15:20:15:6:1 7 đỉnh septet 6 Nhìn bảng trên thấy các nhóm tín hiệu có độ bội lớn thì cường độ tín hiệu đỉnh giữa và đỉnh ngoài gấp nhau nhiều lần vì thế đối với nhóm 6, 7 đỉnh trở lên thì chỉ xuất hiện một số ít hơn. Ví dụ nhóm 7 đỉnh thường chỉ xuất hiện 5 đỉnh. Ngoài ra khoảng cách giữa hai đỉnh liền nhau ở mỗi nhóm được đo bằng Hertz (Hz) và được gọi là hằng số tương tác spin-spin J. Đây là một thông số phổ quan trọng như độ chuyển dịch hoá học. 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
b. Độ chuyển dịch hoá học: 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. Dựa vào độ chuyển dịch hóa học  ta biết được loại proton nào có mặt trong chất được khảo sát. Đối với 1H-NMR thì δ thường có giá trị từ 0-12 ppm, đối với 13C-NMR thì δ thường có giá trị từ 0-230 ppm. Hình 1.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
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 dịnh hóa học lớn hơn [9]. c. Tương tác spin- spin J: Đối với mỗi hạt nhân hoặc một nhóm hạt nhân, người ta nhận được một tín hiệu đặc trưng chỉ có một đỉnh nhưng cũng có khi gồm một nhóm 2, 3, 4, 5 đỉnh khác nhau. trường riêng biệt. Hai từ trường này tác dụng lên hạt nhân bên cạnh làm phân tách mức năng lượng chính của nó thành hai mức năng lượng khác nhau. Trường hợp 2, 3 hạt nhân cùng tác động từ trường riêng của minh lên cùng một hạt nhân khác thì năng lượng cộng hưởng của hạt nhân đó bị phân tách thành nhiều mức năng lượng khác nhau mà mỗi mức năng lượng cộng hưởng này cho một đỉnh trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton. 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. d. Ứng dụng của phổ cộng hưởng từ hạt nhân. - Ứng dụng trong hóa hữu cơ rất rộng lớn. Tuy nhiên, ứng dụng chủ yếu là để xác định cấu tạo hợp chất hữu cơ tinh khiết và phân tích định tính, định lượng hợp chất hữu cơ. - Xác định cấu tạo hợp chất hữu cơ. - Phổ cộng hưởng từ hạt nhân đặc biệt quan trọng đối với việc nghiên cứu cấu hình mạch chính, đồng phân và dạng hình học không gian của phân tử. Dạng hình học không gian của phân tử có liên hệ với sự có mặt ở trong các phân tử hợp chất hữu cơ những nhóm từ tính không đẳng hướng mà sự phân bố không gian của chúng ảnh hưởng mạnh đến dạng phổ. Thuộc vào những nhóm như là các vòng thơm, vòng béo, các nhóm cacbonyl, axetilen và nitrin. 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân có thể xem là vô giá để xác định các đồng phân hình học, thành phần hỗn hợp xeto - enol và những tautome khác. - Ứng dụng trong của phổ cộng hưởng từ hạt nhân trong phân tích hữu cơ. Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân cũng được ứng dụng trong cả phân tích định tính và định lượng hợp chất hữu cơ. - Với mục đích định tính, phổ cộng hưởng từ hạt nhân được sử dụng để đồng nhát hóa (kiểm tra độ tinh khiết) chất phân tích với một giả định bằng cách so sánh phổ của mẫu nghiên cứu với phổ chuẩn trong bản đồ tra cứu (atlas) ghi trong cùng điều kiện. - Nếu dạng của hai phổ đồng nhất với nhau thì có thể xem hai hợp chất cùng một loại hoặc cùng một hợp chất. Việc phát hiện các nhóm chức bằng cộng hưởng từ hạt nhân khá đơn giản đối với các nhóm có chứa các hạt nhân từ như các nhóm amino, hidroxi, cacboxyl, anđehit, cũng như các nhóm có chứa flo, photpho. Trong trường hợp không chứa các hạt nhân từ (nhóm cacbonyl, một số nhóm chứa oxi và lưu huỳnh hoặc các halogen không phải là flo) thì có thể dựa vào sự biến đổi sinh ra trong đặc tính của những proton ở gần hoặc xa hơn. Mặc dù có sự trùng lặp đáng kể về độ dịch hóa học, nhưng sự phân biệt các vùng hấp thụ vẫn có thể nhận biết được đối với từng nhóm chức. Việc nghiên cứu đồng thời phổ hồng ngoại và phổ cộng hưởng từ hạt nhân cũng như phổ khối lượng để phân tích nhóm chức sẽ cho kết quả chắc chắn hơn. - Việc áp dụng phổ cộng hưởng từ hạt nhân trong phân tích hữu cơ định lượng là dựa vào diện tích của vạch hấp thụ (cường độ tín hiệu cộng hưởng) tỉ lệ với số hạt nhân tạo ra sự hấp thụ đó. Việc tính hàm lượng chất nghiên cứu có thể được thực hiện theo phương pháp thêm hoặc đường chuẩn. 1.1.4. Phương pháp phổ khối lượng (MS) Phương pháp phổ khối lượng viết tắt là MS (Mass Spectrometry) có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc nghiên cứu xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ. Dựa trên các số khối thu được trên phổ có thể xây dựng cấu trúc phân tử hoặc chứng minh sự đúng đắn của công thức cấu tạo dự kiến. 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
a. Nguyên tắc chung Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là phá vỡ phân tử trung hoà thành ion phân tử và các ion dương mảnh có số khối z = m/e (m là khối lượng còn e là điện tích ion). Sau đó phân tách các ion này theo số khối và ghi nhân thu 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. Khi bắn phá các phân tử hợp chất hữu cơ trung hoà bằng các phân tử mang năng lượng cao sẽ trở thành các ion phân tử mang điện tích dương hoặc phá vỡ thành mảnh ion và các gốc theo sơ đồ sau: ABC 2e (1) > 95% ABC e 2 ABC 3e (2) ABC- Sự hình thành các ion mang điện tích +1 chiếm tỉ lệ lớn, còn lại các ion mang điện tích +2. Năng lượng bắn phá các phân tử thành ion phân tử khoảng 15eV. Nhưng với năng lượng cao thì ion phân tử có thể phá vỡ thành các mảnh ion dương (+), hoặc ion gốc, các gốc hoặc phân tử trung hoà nhỏ hơn: 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 là quá trình ion hoá. Các ion dương hình thành đều có khối lượng m và điện tích e, tỷ 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 các xác suất có mặt (hay cường độ I) và số khối z thì đồ thị này được gọi là phổ khối lượng. 11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
b. Ứng dụng của Phương pháp phổ khối lượng - Xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của phân tử hợp chất hay từng phần tách riêng của nó - Xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất - Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách quan sát từng phần tách riêng của nó - Định lượng lượng hợp chất trong một mẫu dùng các phương pháp khác (phương pháp phổ khối vốn không phải là định lượng) - Nghiên cứu cơ sở của hóa học ion thể khí (ngành hóa học về ion và chất trung tính trong chân không) Hình 1.4. Phổ khối lượng của benzamit (C6H5CONH2) 1.2. Tổng quan về quinolin và tropolon 1.2.1. Quinolin a. Giới thiệu chung về quinolin Quinolin đã được biết đến từ năm 1834 khi Runge tách được từ nhựa than đá. Từ đó đến nay, hoá học các hợp chất chứa vòng quinolin phát triển mạnh và đem lại nhiều kết quả đáng quan tâm, đặc biệt là trong hoá dược. Các nghiên cứu về tổng hợp khung quinolin đã được tổng hợp thành những cuốn sách tham khảo cả bằng tiếng Việt và tiếng nước ngoài. Quinolin là bộ khung chính trong một số ancaloit có hoạt tính sinh học cao như Quinin (tách từ cây thanh hao làm thuốc chống sốt rét), Sopcain (làm thuốc gây mê), plasmoxin và acrikhin (đều làm thuốc chống sốt rét hiệu quả)[10], saquinavir (thuốc điều trị HIV)[11]. 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn