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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:66

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 3
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 biến hiện đại như 1H-NMR, 13CNMR và phương pháp phổ khối lượng MS để phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất 2-(4-clo-8-metyl quinolin-2-yl)-4,5,6,7-tetraclo-1,3-tropolon tổng hợp 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-clo-8-metyl quinolin-2-yl)-4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon bằng một số phương pháp hóa lý hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ĐỖ VĂN HƯNG PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT 2-(4-CLO-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 ĐỖ VĂN HƯNG PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT 2-(4-CLO-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 Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy PGS. TS Dương Nghĩa Bang - Trưởng Khoa Hóa - Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Trường Đại Học Thái Nguyên, đã giao đề tài và trực tiếp hướng dẫn tận tình, giúp đỡ chu đáo cả về tinh thần lẫn vật chất cần thiết trong suốt quá trình làm luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn: - TS. Phạm Thế Chính - Phó Khoa Hóa - Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Trường Đại Học Thái Nguyên, đã giúp tôi phân tích và xử lý kết quả. - Ban lãnh đạo khoa Hóa học trường Đại học Khoa học - ĐHTN, tập thể các thầy cô, anh chị và các bạn tại khoa Hóa học trường Đại học Khoa học - ĐHTN đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn - Các thầy cô giáo phòng thí nghiệm Khoa Hóa - Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Trường Đại Học Thái Nguyên đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi. - Tất cả các thầy cô đã dạy dỗ em trong suốt quá trình học tập. Cũng nhân dịp này tôi bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến Chủ Tịch HĐQT, BGH, đồng nghiệp THPT Trần Nhân Tông - Đông Triều - Quảng Ninh, gia đình, người thân, bạn bè đã động viên, tạo điều kiện giúp đỡ tôi về cả vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Tác giả luận văn Đỗ Văn Hưng 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 SƠ ĐỒ ................................................................................e DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. f MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 3 1.1. Tổng quan về một số phương pháp xác định cấu trúc ............................... 3 1.1.1. Phương pháp phổ tử ngoại ................................................................... 3 1.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại .............................................................. 6 1.1.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân .......................................... 9 1.1.4. Phương pháp phổ khối lượng ............................................................ 11 1.2. Tổng quan về quinolin và tropolon ......................................................... 16 1.2.1. Quinolin ............................................................................................. 16 1.2.2. Tropolon............................................................................................. 20 Chương 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 25 2.1. Thiết bị, hóa chất và phương pháp phân tích ........................................... 25 2.2. Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu quinolin .................................... 25 2.2.1. Tổng hợp và kết quả phân tích 2,8-đimetylquinolin-4(1H)-on ......... 25 2.2.2. Tổng hợp và kết quả phân tích 4-clo- 2,8-đimetylquinolin ............... 26 2.2.3. Tổng hợp 5-nitro - 4-clo-2,8-đimetylquinolin .............................. 27 2.3. Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu tropolon .................................... 27 2.3.1. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2-(4-clo-8- metyl quinolin -2- yl)- 4,5,6,7- tetraclo -1,3-troplon .................................................................... 27 2.3.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2-(5-nitro-4-clo-8- metyl quinolin -2- yl)- 4,5,6,7- tetraclo -1,3-troplon ............................................. 29 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 ............. 30 2.4.1. Hóa chất, thiết bị ................................................................................ 30 2.4.2. Thiết lập các thông số cho hệ thống LC/MS ..................................... 30 2.4.3. Chuẩn bị mẫu ..................................................................................... 30 2.4.4. Kết quả phân tích ............................................................................... 30 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 31 3.1. Tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu quinolin ..................................... 31 3.1.1. Tổ ng hơ p̣ mẫu 7-clo-2,8- đimetylquinolin-4(1H)-on ................... 31 3.1.2. Tổ ng hơ ̣p và phân tích cấu trúc mẫu 4-clo- 2,8-đimetylquinolin .... 31 3.1.3. Tổ ng hợp và phân tích cấu trúc mẫu 5-nitro-4,7-điclo - 2,8-đimetylquinolin .. 32 3.2. Kết quả tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu 4,5,6,7-tetraclo-1,3-tropolon ... 33 3.2.1. Kết quả phân tích cấu trúc của 2-(4-clo-8-metylquinolin-2-yl)- 4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon ....................................................................... 35 3.2.2. Kết quả phân tích cấu trúc của 2-(5-nitro-4-clo-8-metylquinolin- 2-yl)-4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon.............................................................. 38 3.3. Kết quả phân tích hàm lượng ................................................................... 40 KẾT LUẬN .................................................................................................... 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 43 PHỤ LỤC c Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Boc2O Di-tert-butyl dicacbonat DCC N,N'-Dicyclohexylcacbodiimit DIBAL-H Di-iso-butyl nhôm hidrua DIPEA hoặc DIEA N,N’-Di -iso-propyletyl amin DMAP 4-Dimetylaminopyridin DME Dimetoxyetan DMF Dimetyl formamit DMSO Dimetyl sulfoxit EDC 1-Etyl-3-(3-dimetylaminopropyl) cacbodiimit ESI-MS Electrospray ionization - mass spectrometry EtOH Etanol HPLC High-performance liquid chromatography HOBt Hydroxybenzotriazole LC-MS Liquid chromatography - mass spectrometry LDA Lithi diisopropyl amin LiHMDS Lithi bis(trimetylsilyl)amit MeOH Metanol NMM N-Metylmorpholin NMR Nuclear magnetic resonance NMO N-Metylmorpholine N-oxit PyBOP Benzotriazol-1-yl-oxytripyrrolidinophosphon - hexaflorophosphat n-BuLi n-Butyl lithi p-TsOH Axit p-toluen sunfonic TBDMSCl ter-Butyl đimetyl clo silan t-BuOH ter-Butanol t-BuOK Kali ter-butylat TFA Axit trifloaxetic THF Tetrahidrofuran TMSCN Trimetylsilyl cyanit d Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 3.1: ......................................................................................................... 31 Sơ đồ 3.2: ........................................................................................................ 31 Sơ đồ 3.3: ........................................................................................................ 32 e Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Một số hợp chất chứa hệ quinolin đã sử dụng làm thuốc .............. 1 Hình 2: Tropolon và một số dẫn xuất tiêu biểu........................................... 2 Hình 1.1: Phổ hồng ngoại của benzyl ancol................................................... 7 Hình 1.2: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat ........................... 10 Hình 3.1: Mật độ electron trên hệ quinolin .................................................. 32 Hình 3.2: Phổ 1H-NMR của hợp chất 5 ....................................................... 36 Hình 3.3: Phổ 13C-NMR của hợp chất 5 ...................................................... 37 Hình 3.4: Phổ MS của hợp chất 5 ................................................................ 37 Hình 3.5: Phổ 1H-NMR của hợp chất 6 ....................................................... 38 Hình 3.6: Phổ 13C-NMR của hợp chất 6 ...................................................... 39 Hình 3.7: Phổ MS của chất 6........................................................................ 40 Hình 3.8: Phổ đồ LC-MS của hợp chất 6 ..................................................... 41 Hình 3.9: Phổ đồ MS của thành phần chính trong mẫu HUNG4 ................ 41 f Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
MỞ ĐẦU Sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp phân tích cấu trúc 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 ta ̣o của một chất có thể mấ t hàng năm hoă ̣c có khi kéo dài nhiều năm thì nay có thể thực hiêṇ sau vài giờ, sở di ̃ làm được như vâ ̣y là nhờ sự hỗ trơ ̣ của các phương pháp phổ hiêṇ đại. Để phân tích cấu trúc của các hơ ̣p 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 hạt nhân, phổ khố i lươ ̣ng. Mỗi phương pháp cho phép xác đinh ̣ mô ̣t số thông tin khác nhau và hỗ trợ lẫn nhau trong việc xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ. Quinolin là bộ khung chính trong một số ancaloit có hoạt tính sinh học cao như Quinin (thuốc chống sốt rét), Sopcain (làm thuốc gây mê), plasmoxin và acrikhin (đều làm thuốc chống sốt rét hiệu quả)[1], saquinavir (thuốc điều trị HIV)[2]. CHON(CH2)2N(C2H5)2 t-Bu H2C Ph O N H O H N N N N N N O(CH2)3CH3 O H OH OH CONH2 Sopcain N Saquinavir Quinin Hình 1: Một số hợp chất chứa hệ quinolin đã sử dụng làm thuốc Trong khi đó, hệ tropolon là một trong những hệ chính trong một số hợp chất thiên nhiên, đa số những hợp chất đó (Hình 2) thể hiện những hoạt tính sinh học quí giá [3] như làm thuốc kháng sinh, chống ung thư, chống oxi hóa, kháng khuẩn [4] v.v. 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
MeO O NR1R2 R H MeO OH OMe Colchicine R1=H, R2=COMe O HOOC Axit Stipitat R=H Colxamine R1=R2=Me Axit Pyberul R=OH OMe Hình 2: Tropolon và một số dẫn xuất tiêu biểu Kolsamin được sử dụng trong y học như thuốc chống mụn nhọt, chống các khối u, colchicin thể hiện hoạt tính chống khuẩn Mito[5]. Trong tài liệu [6] 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 [6]. Từ những lý do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài: “Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2-(4-clo-8-metyl quinolin-2-yl)-4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon bằng một số phương pháp hóa lý hiện đại”. Mu ̣c tiêu chính của đề tài là sử dụng các phương pháp phổ hiê ̣n 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-clo-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 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 một số phương pháp xác định cấu trúc 1.1.1. Phương pháp phổ tử ngoại (UV) [7,8] Phổ tử ngoại, viết tắt là UV (ultraviolet) là phương pháp phân tích được sử dụng rộng rãi từ lâu. Phương pháp dựa trên khả năng hấp thu chọn lọc các bức xạ (tử ngoại) chiếu vào dung dịch chất phân tích trong 1 dung môi nhất định. 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. a. Bước chuyển dời năng lượng Ở điều kiện bình thường, các electron trong phân tử nằm ở trạng thái cơ bản, khi có ánh sáng kích thích với tần số thích hợp thì các electron này sẽ hấp thụ năng lượng và chuyển lên các trạng thái kích thích có mức năng lượng cao hơn. σ  σ* π  π* n  σ*, π* Hiệu số mức năng lượng giữa hai obitan chính là năng lượng hấp thụ từ nguồn sáng kích thích từ bên ngoài. Năng lượng kích thích Bước chuyển dời năng lượng (nm) (E, kcal/mol) σ  σ* 120 230 π  π* 160 184 n  σ* 180 162 n  π* 280 82 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
b. 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. Etilen cho đỉnh hấp thụ cực đại ở 175 nm, butadien ở 217 nm còn của hecxatrien ở 274 nm. Đối với vòng benzen còn xuất hiện dải hấp thụ ứng với bước chuyển dời của hệ thống electron có bước sóng 256 nm được gọi là dải B. - 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. - 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. 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
c. 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. Đối với các nhóm thế không liên hợp (như CH 3, CH2OH, CH2COOH) thì ảnh hưởng ít còn các nhóm thế liên hợp (như C=CR 2, COOH, OH, NO2… ) có ảnh hưởng mạnh làm chuyển dịch cực đại hấp thụ về phía sóng dài và tăng cường độ hấp thụ. - 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. Ví dụ: Xét phân tử biphenyl thế orto: gọi là góc tạo nên giữa hai mặt phẳng chứa hai nhân phenyl, năng lượng liên hợp của phân tử được tính theo phương trình: ΔE = Emaxcos2 ; Emax là năng lượng liên hợp khi = 0. (Số nhóm thế) λ max (nm) εmax 0 45 248 19 000 > 45 (một nhóm CH3) 236 10 000 = 90 (hai nhóm CH3) 226 800 Toluen 261 225 - 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. 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
d. Cấu tạo của phổ kế tử ngoại Phổ tử ngoại được thiết kế đo cả vùng phổ từ 200 - 1000 nm. Nó gồm hai loại: loại 1 chùm tia đo điểm và loại hai chùm tia quét cả vùng phổ. Cả hai loại này đều gồm các bộ phận sau: 1. Ngồn sáng: dùng đèn Tungsten halogen (đo vùng 350-1000nm) và đèn đơteri hay đèn hiđro (đo vùng 200-350 nm). 2. Bộ chọn sóng: dùng kính lọc hoặc bộ đơn sắc. Bộ đơn sắc dùng lăng kính chế tạo bằng thạch anh hoặc cách tử (vạch từ 2000 - 3600 vạch/mm). 3. Detectơ: phổ biến dùng tế bào nhân quang, có độ nhay và độ bền cao. Một số máy hiện nay dùng detectơ là dàn diot gồm 1024 diot cho cả vùng tử ngoại và khả kiến. 4. Bộ phận đọc tín hiệu: loại máy đo điểm thường có bộ phận đọc tín hiệu là đồng hồ đo điện thế hoặc bộ phận hiện số. Máy hai chùm tia dùng bộ phận tự ghi hoặc ghép nối với máy vi tính và máy in. e. 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 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%). 1.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) a. Ứng dụng phương pháp phổ hồng ngoại trong phân tích cấu trúc hợp chất hữu cơ Trong số các phương pháp phân tích cấu trúc, phổ hồng ngoại cho nhiều thông tin quan trọng về cấu trúc của hợp chất. 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
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 [9]. 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 1.1). Hình 1.1. 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 [9]. 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
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 [9]. b. Máy đo phổ hồng ngoại Phổ kế hồng ngoại hiện nay gồm các loại: phổ kế hồng ngoại một chùng tia dùng kính lọc, phổ kế hồng ngoại hai chùng tia tán sắc và phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) - Phổ kế hồng ngoại một chùm tia dùng kính lọc là loại đơn giản dùng cho phân tích định lượng khí. Trong máy có hệ thống quang học và một bơm để hút mẫu khí dùng nguồn pin. - Phổ kế hồng ngoại hai chùm tia tán sắc là loại phổ biến trước đây, máy ghi phổ quét cả vùng từ 4000 cm-1 đến 200 cm-1 có nối với bộ tự ghi hay máy vi tính. Sơ đồ phổ kế hồng ngoại hai chùm tia tán sắc từ nguồn sáng S1 phát ra hai chùm tia song song, một đi qua mẫu, một đi qua cuvet so sánh, sau đó chập lại qua khe vào S3 đến lăng kính (hoặc cách tử) rồi qua khe ra S4 đi đến detectơ. + Nguồn sáng cho máy phổ hồng ngoại thường dùng đen Nernst (hỗn hợp oxit kim loại 85% ZrO2 và 15% Y2O3), đèn Globa (silic cacbua SiC2), đèn Nicrom (dây đốt niken - crom). Nhiệt độ đốt nóng khoảng 700 - 8000C. S: Lăng kính: gồm 3 cái được chế tạo từ các vật liệu KBr, NaCl và Lì vì mỗi loại chỉ cho một vùng ánh sáng hồng ngoại đi qua. Cách tử chế tạo bằng thủy tinh, trên mỗi milimet được vạch từ 200 đến 300 vạch cách đều nhau. 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
S: Detectơ: thường hay dùng là loại detectơ tế bào nhân quang, cặp nhiệt điện hoặc tỏa nhiệt. U: Cuvet: cuvet đo phổ hồng ngoại thường có hai loại cuvet đo mẫu lỏng và cuvet đo mẫu rắn. Cuvet đo mẫu lỏng (chất tinh khiết hay dung dịch) có cấu tạo gồm hai tấm cửa sổ bằng NaCl, KBr hoặc LiF, một vòng đệm ở giữa có độ dày bằng độ dày cuvet, vòng đệm và giá đỡ bên ngoài, ở một tấm cửa sổ và giá đỡ có khoan hai lỗ để nạp mẫu. Để kiểm tra chính xác độ dày cuvet, người ta đặt một cuvet không vào máy rồi đo trong một vùng bước sóng được tín hiệu phổ hình sin rồi tính theo công thức: d = ΔN/2(v1 - v2) Với d là chiều dày lớn mỏng. ΔN là số đỉnh cực đại, 1 và 2 là số sóng. Các mẫu khí được đo bằng một cuvet đặc biệt, vì độ hấp thụ của các khí thấp nên đường ánh sáng đi qua mẫu phải dài. Chiều dài thực của mỗi cuvet khí chỉ độ 10 cm nhưng đường ánh sáng đi qua phải dài hàng met, do đó cần có một hệ thóng gương đặt trong cuvet để ánh sáng đi qua lại mẫu nhiều lần. 1.1.3. 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 C-NMR. Hạt nhân của nguyên tử 1H và 13 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 13 C trong phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối với hạt nhân 1H thì:  TMS  x 6  .10 ( ppm) o 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
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 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 1.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
- 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. 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. 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 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 NMR - 1H và phổ NMR - 13C [10]. 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. 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: 11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
ABC + e → ABC+* + 2e → ABC+2* + 3e 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+* + e → BC* + A+ ABC+* → AB+ + C* 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. b. Kĩ thuật thực nghiệm - Hoá khí mẫu Các mẫu được nạp vào phổ kế có thể ở dạng khí, lỏng hay rắn. Trước tiên mẫu được nạp vào một buồng kín dưới áp suất thấp từ 10 -5 đến 10- 7 mmHg và nhiệt độ đốt nóng có thể lên đến 2000C. Dưới điều kiện này thì hầu hết các chất lỏng và rắn đều biến thành thể hơi. - Ion hoá mẫu Mẫu sau khi đã hoá hơi được dẫn vào buồng ion hoá để biến các phân tử trung hoà thành các ion. Quá trình này được thực hiện theo một số phương pháp như: 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn