Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích cấu trúc một số dẫn xuất furan-hemiasterlin bằng các phương pháp phổ hiện đại

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:60

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận văn nhằm chuẩn bị mẫu furan-hemiasterlin bằng các phương pháp tổng hợp hữu cơ. Phân tích cấu trúc của các furan-hemiasterlin bằng các phương pháp phổ. 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 một số dẫn xuất furan-hemiasterlin bằng các phương pháp phổ hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC –––––––––––––––––––––––– LÊ VIỆT HÙNG PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MỘT SỐ DẪN XUẤT FURAN-HEMIASTERLIN LƯỢC GIẢN BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 8.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2018
LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn: Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Phạm Thế Chính người thầy đã giao đề tài, tận tình chỉ bảo và truyền đam mê nghiên cứu cho em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn, người thầy đã tận tình hướng dẫn để em hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn 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. Em xin chân thành cảm ơn GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến và các bạn NCS, HVCH phòng Hóa dược Viện Hóa học đã giúp đỡ em rất nhiều về thực nghiệm trong suốt thời gian làm luận văn. Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu cùng toàn thể cán bộ giáo viên Trường THPT Thái Phiên – Hải Phòng đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian và công việc để em hoàn thành luận văn. Em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô đã dạy dỗ em nên người! Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn. Tác giả luận văn Lê Việt Hùng a
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................A MỤC LỤC.................................................................................................................. B DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT..................................................................................D DANH MỤC CÁC BẢNG......................................................................................... E DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ........................................................................................G DANH MỤC CÁC HÌNH.......................................................................................... F DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1 Chương 1 TỔNG QUAN ...........................................................................................3 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc...............................................3 1.1.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ....................................... 3 1.1.2. Phương pháp phổ khối lượng (MS) [1-4] ..................................................... 9 1.1.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) [1-4] .................................................... 11 1.2. Hemiasterlin .......................................................................................................12 1.2.1. Chiết tách hemiasterlin....................................................................................12 1.2.2. Hoạt tính sinh học của hemiasterlin................................................................13 1.3. Mục tiêu của nghiên cứu ....................................................................................14 Chương 2 THỰC NGHIỆM.....................................................................................15 2.1. Phương pháp nghiên cứu, nguyên liệu và thiết bị..............................................15 2.1.1. Phương pháp chuẩn bị mẫu nghiên cứu ..........................................................15 2.1.2. Hóa chất và dung môi .....................................................................................15 2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất bằng sắc kí lớp mỏng ...................................................................................................................15 2.1.4. Xác nhận cấu trúc............................................................................................15 2.2. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu ..................................................................................16 2.2.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu là furan-hemiasterlin [19] .....................................16 2.2.2. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu là acid furan-hemiasterlin [19]..............................17 2.3. Phân tích cấu trúc của các furan-hemiasterlin bằng phương pháp phổ IR ........18 2.3.1. Phân tích phổ IR các hợp chất este furan-hemiasterlin...................................18 b
2.3.2. Phân tích phổ IR các hợp chất axit furan-hemiasterlin ...................................18 2.4. Phân tích cấu trúc của các furan-hemiasterlin bằng phương pháp phổ NMR ...19 2.4.1. Phân tích phổ 1H-NMR và 13C-NMR của este furan-hemiasterlin .................19 2.4.2 phân tích phổ 1H-NMR và 13C-NMR của axit furan-hemiasterlin...................20 Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................22 3.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu ..................................................................................22 3.2. Kết quả phân tích cấu trúc của các furan-hemiasterlin bằng phương pháp phổ IR...............................................................................................................................23 3.2.1. Kết quả phân tích phổ IR các este furan-hemiasterlin ....................................23 3.2.2. Kết quả phân tích phổ IR các este furan-hemiasterlin ....................................25 3.3. Kết quả phân tích cấu trúc của các furan-hemiasterlin bằng phổ NMR ............26 3.3.1. Kết quả phân tích phổ 1H-NMR của este furan-hemiasterlin.........................26 3.3.2. Kết quả phân tích phổ NMR của axit furan-hemiasterlin ............................ 30 KẾT LUẬN ...............................................................................................................33 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................34 PHụ LụC....................................................................................................................36 c
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
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ sơ đồ 3.1. Sơ đồ chuẩn bị mẫu furan-hemiasterlin ......................................... 22 e
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Hệ thống phân tích phổ hạt nhân ...................................................... 3 Hình 1.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của etylphenylsunfurơ ........................ 6 Hình 1.3. Phổ HMQC của ipsenol .................................................................... 7 Hình 1.4. Phổ HMBC của ipsenol..................................................................... 8 Hình 1.5. Phổ khối lượng của tetrapeptit ........................................................ 10 Hình 1.6. Phổ hồng ngoại của 2-metyl butan-1-ol.......................................... 12 Hình 3.1. Phổ IR của hợp chất 11 ................................................................... 23 Hình 3.2. Phổ IR của hợp chất 12 ................................................................... 24 Hình 3.3. Phổ IR của hợp chất 13 ................................................................... 25 Hình 3.4. Phổ IR của hợp chất 14 ................................................................... 26 Hình 3.5. Phổ 1H-NMR của hợp chất 11 ........................................................ 27 Hình 3.6. Phổ 13C-NMR của hợp chất 11 ....................................................... 28 Hình 3.7. Phổ 1H-NMR của hợp chất 12 ........................................................ 29 Hình 3.8. Phổ 1H-NMR của hợp chất 13 ........................................................ 30 Hình 3.9. Phổ 13C-NMR của hợp chất 13 ....................................................... 31 Hình 3.10. Phổ 1H-NMRcủa hợp chất 14 ....................................................... 32 Hình 3.11. Phổ 13C-NMR của hợp chất 14 ..................................................... 32 f
DANH MỤC PHỤ LỤC Phụ lục 1: Phổ 1H-NMR của chất 11 Phụ lục 2: Phổ 1H-NMR của chất 11 Phụ lục 3: Phổ 1H-NMR của chất 11 Phụ lục 4: Phổ 1H-NMR của chất 12 Phụ lục 5: Phổ 1H-NMR của chất 12 Phụ lục 6: Phổ 1H-NMR của chất 12 Phụ lục 7: Phổ 1H-NMR của chất 13 Phụ lục 8: Phổ 1H-NMR của chất 13 Phụ lục 10: Phổ 1H-NMR của chất 13 Phụ lục 11: Phổ 1H-NMR của chất 13 Phụ lục 12: Phổ 1H-NMR của chất 14 Phụ lục 13: Phổ 1H-NMR của chất 14 Phụ lục 14: Phổ 1H-NMR của chất 14 Phụ lục 15: Phổ 1H-NMR của chất 14 Phụ lục 16: Phổ 1H-NMR của chất14 g
MỞ ĐẦU Phân tích cấu trúc các hợp chất hữu cơ là nhiệm vụ quan trọng trong hóa phân tích hiện đại. Ngày nay để giải quyết các vấn đề thực tiễn, nhiệm vụ của hóa phân tích là phải biết cấu trúc chính xác của đối tượng nghiên cứu, vì chỉ khi biết chính xác cấu trúc, người ta mới xây dựng được phương pháp phân tích cho phù hợp. Để phân tích cấu trúc của các hợp chất hữu cơ, người ta phải kết hợp sử dụng nhiều phương pháp phân tích khác nhau, vì mỗi phương pháp chỉ cho một số thông tin xác định, việc tổ hợp các phương pháp phân tích cho ta đầy đủ các dữ liệu cho phép khẳng định chính xác cấu trúc các hợp chất. Thông thường để xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ người ta thường sử dụng các phương pháp như như sau: phương pháp phổ như phổ hồng ngoại cho ta các thông số về nhóm chức, phổ tử ngoại khả kiến cho ta biết các kiểu liên kết, phổ cộng hưởng từ hạt nhân cho ta thông tin về khung cấu trúc, phổ khối lượng cho ta biết thông số về khối lượng phân tử, tỷ lệ các đồng vị, nguyên tố tham gia cấu trúc hoặc cơ chế phân mảnh. Hemiasterlin là một tripeptit có hoạt tính chống ung thư ở ngưỡng nM (0,3 nM) với nhiều dòng tế bào ung thư thực nghiệm, được phân lập từ loài hải miên Hemiasterella minor vào năm 1994 [1]. Hoạt tính gây độc tế bào của hemiasterlin do làm ngưng trệ sự phân bào ở giai đoạn metaphase của động học tế bào nhờ ức chế quá trình polyme hóa tubulin và depolyme hóa microtubule do gắn lên vị trí vinca peptit trên tubulin [4]. Mặt khác, do hàm lượng trong thiên nhiên thấp và cấu trúc độc đáo nên được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tổng hợp nhằm tìm kiếm các hợp chất mới và hoạt tính sinh học lý thú. Hemiasterlin là tripeptit có cấu trúc 1
rất phức tạp, việc xác định cấu trúc của hợp chất này cần phải có kết hợp nhiều phương pháp phân tích cấu trúc khác nhau và phải phân tích nhiều lần để tìm được các điều kiện ghi mẫu có độ lặp lại và chính xác cao. Vì vậy đề tài “Phân tích cấu trúc một số dẫn xuất furan-hemiasterlin bằng các phương pháp phổ hiện đại” như phương pháp phổ hồng ngoại IR, phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân NMR là rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Nội dung và nhiệm vụ chính của luận văn được đặt ra là: - Chuẩn bị mẫu furan-hemiasterlin bằng các phương pháp tổng hợp hữu cơ - Phân tích cấu trúc của các furan-hemiasterlin bằng các phương pháp phổ 2
Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc 1.1.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) Phổ cộng hưởng từ hạt nhân, viết tắt là NMR (Nuclear Magnetic Resonance), là phương pháp hiện đại và được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu Hóa học. Trong phương pháp phân tích cấu trúc này, chỉ các nguyên tố có spin hạt nhân I≠0 mới được nhận diện và phân tích. Ngày nay, có nhiều hạt nhân có thể nghiên cứu bằng kĩ thuật NMR, tuy nhiên phổ biến nhất là H, C, N, P và F được ứng dụng hiệu quả trong xác định cấu trúc phân tử. Trong đó phổ biến nhất là phương pháp phổ 1H-NMR và 13 C-NMR. Hạt nhân của nguyên tử 1H và 13C có momen từ. Nếu đặt proton trong từ trường không đổi thì momen 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 [1,2]. Hình 1.1. Hệ thống phân tích phổ hạt nhân a. Tính chất của hạt nhân trong từ trường ngoài [1-4] Hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương và tự quay quanh mình nó tạo nên dòng điện vòng có momen điện từ µ, đồng thời cũng tạo ra momen 3
quay gọi là momen spin . Như vậy hạt nhân nguyên tử được đặc trưng bằng momen từ µ và momen spin P . Khi đặt hạt nhân nguyên tử vào từ trường ngoài có cường độ B0 thì dưới tác dụng của đường sức từ trường ngoài momen từ của hạt nhân bị xoay đi một hướng nhất định trong không gian gọi là lượng tử hóa và được đặc trưng bằng số lượng tử từ m (m có các giá trị -I, I +I và +I) đối với các nguyên tử có hạt nhân như 1H , 13C và 31 P thì I chỉ có 2 giá trị là +1/2 và -1/2. Nếu gọi Z là trục của hướng từ trường ngoài B0 thì hình chiếu của µ trên trục Z là µ và có năng lượng là E= µ .B0, lúc này có 2 trường hợp, một trường z z hợp momen từ của hạt nhân có hướng trùng với hướng của momen từ ngoài B0 và có năng lượng thấp E1. Trường hợp thứ 2 momen từ của hạt nhân có hướng không trùng với hướng từ trường ngoài B0 và khi đó nó có năng lượng cao E2. Hiệu số hai mức năng lượng này là năng lượng cần để chuyển hướng h momen từ của hạt nhân trùng hướng với từ ngoài: ∆E= E2- E1= γB0 (1) (γ 2π gọi là hằng số hồi chuyển nó phụ thuộc vào từng loại hạt nhân). Tỷ lệ giữa các hạt nhân năng lượng thấp N1 và hạt nhân năng lương cao N2 theo sự phân bố Boltman. N1 = e−∆E / KT (2) N2 k là hằng số phụ thuộc bản chất của hạt nhân T là nhiệt độ tuyệt đối. b, Hằng số chắn Bất kỳ hạt nhân nào cũng có lớp vỏ các điện tử bao bọc. Các điện tử này sinh ra một từ trường B’ ngược chiều với từ trường ngoài B0 để che chắn cho hạt nhân, làm giảm bớt sự tác động của từ trường ngoài lên hạt nhân. Vì thế, từ trường ngoài tác dụng thực sự lên hạt nhân bị yếu đi, người ta gọi nó là từ trường hiệu dụng và ký hiệu là Bc. Vì mỗi hạt nhân có một lớp vỏ điện từ xác định nên sự che chắn này là cố định vì thế gọi nó là hằng số chắn và ký 4
hiệu là σ. Khi đó Be = B0 (1-σ). Như thế mật độ điện tử càng cao hằng số chắn càng lớn, từ trường hiệu dụng càng bé, hạt nhân càng được bảo vệ, không bị tác dụng lớn của từ trường ngoài. Các hạt nhân có vỏ điện tử giống nhau thì có hằng số chắn bằng nhau, các hạt nhân như thế gọi là hạt nhân tương đương. Các hạt nhân không có vỏ điện từ giống nhau, không có hằng số chắn bằng nhau gọi là hạt nhân không tương đương. Có hai nguyên nhân xuất hiện hằng số chắn: - Hiệu ứng nghịch từ: Các điện tử bao quanh hạt nhân sinh ra từ trường ngược chiều với từ trường ngoài làm giảm bớt (chắn bớt) sự tác dụng của nó lên hạt nhân. Lớp vỏ điện tử càng dày, mật độ càng cao càng chắn nhiều, hằng số chắn càng lớn. Như thế các nhóm có hiệu ứng +I có hằng số chắn lớn: CH3, C2H5… các nhóm có hiệu ứng –I có hằng số bé: Cl, Br, NO2… Các hợp chất có hằng số chắn lớn nằm ở phía trường mạnh. - Hiệu ứng thuận từ: Đối với các hợp chất có liên kết π như olefin, ankin, benzen và cacbonyl. Ở đây các điện tử chuyển động sinh ra dòng điện vòng và tạo ra từ riêng cùng chiều hay ngược chiều với từ trường ngoài. Các nghiên cứu cho thấy các hợp chất này có từ trường riêng cùng chiều với từ trường ngoài nghĩa là có hiệu ứng thuận từ, nghĩa là hằng số chắn bé, trường hiệu dụng lớn, nên các hợp chất có hằng số chắn bé nằm ở phía trường yếu. c, Độ dịch chuyển hóa học [1-4] Giá trị quan trọng nhất trong phân tích NMR là độ chuyển dịch hóa học δ. Giá trị này có được là 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 1 H thì: ν TMS −ν x δ= .106 ( ppm) νo 5
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: ν chuan −ν x δ= .106 ( ppm) νo 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 [3]. Hình1.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của etylphenylsunfurơ Dựa vào độ chuyển dịch hóa học δ 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. 6
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 [3]. 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, đặc biệt là cho biết các thông tin về cấu trúc không gian của phân tử như: cấu hình cis-trans, Z-E, syn-anti, R-S, a-e…[2]. d, Phương pháp phổ HMQC và HMBC [4] Hình 1.3. Phổ HMQC của ipsenol Phép thực nghiệm tương quan lượng tử bội dị hạt nhân HMQC (Heteronuclear Multiple Quantum Correlation) là sự tương quan của các spin dị hạt nhân được ghép cặp ngang qua liên kết đơn và do đó nhận biết các hạt nhân tiếp nối nhau, thường là 1H-13C. Phép thực nghiệm này được áp dụng để phát hiện các hạt nhân có độ nhạy cao, chẳng hạn 1H, 19F, 31P (trong “kĩ thuật 7
nghịch đảo”). Về mặt lịch sử, phép thực nghiệm HMQC có trước phép thực nghiệm HETCOR. Mặc dù có nhiều điểm khác nhau về mặt thực nghiệm, song sự khác nhau chủ yếu là ở chỗ trong khi phép thực nghiệm HETCOR là phát hiện carbon, thì phép thực nghiệm HMQC là phát hiện proton. Vì có sự khác nhau lớn giữa proton và carbon về độ phổ biến tương đối của chúng và độ nhạy, nên hiện nay HMQC rất hay được sử dụng. Ưu điểm của phép thực nghiệm nghịch đảo so với các phép thực nghiệm phát hiện trực tiếp là ở chỗ, với phép thực nghiệm nghịch đảo, hạt nhân với γ lớn nhất (thường là 1H) được phát hiện với độ nhạy cao nhất. Hình 1.4. Phổ HMBC của ipsenol Phép thực nghiệm gắn kết dị hạt nhân qua nhiều liên kết HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Coherence) là sự tương quan của các spin được ghép cặp ngang qua nhiều liên kết và được áp dụng để phát hiện các hạt nhân có hạt nhân có độ nhạy cao như 1H, 19F, 31P (một “kĩ thuật nghịch đảo”). Phổ HMQC dùng để phát hiện các ghép cặp nhỏ, có giá trị nhất trong tương 8
quan 1H – 13 C qua hai hoặc ba liên kết. Đây là một phương pháp cho phép ghép nối các mảnh cấu trúc với nhau. 1.1.2. Phương pháp phổ khối lượng (MS) [1-4] Phương pháp khối phổ (MS) là một kỹ thuật phân tích hóa học giúp xác định hàm lượng và loại chất hóa học có trong một mẫu bằng cách đo tỷ lệ khối lượng trên điện tích và số lượng của các ion pha khí. Đây là phương pháp phân tích hiện đại được sử dụng phổ biến trong các phép phân tích cấu trúc và phân tích hàm lượng các hợp chất hóa học. Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là phá vỡ phân tử trung hòa thành ion phân tử và các mảnh ion dương có số khối z = m/e. Sau đó phân tách các ion này theo số khối và ghi nhận được phổ khối lượng. Dựa vào phổ khối này có thể xác định phân tử khối và cấu tạo phân tử của chất nghiên cứu. Để phá vỡ phân tử người ta có nhiều phương pháp: bắn phá bằng dòng electron (EI), phương pháp ion hóa hóa học (CI), phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh (FAB)… Dùng dòng electron 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. 9
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 1.5. Phổ khối lượng của tetrapeptit 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. 10
1.1.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) [1-4] Phương pháp phân tích cấu trúc bằng phổ hồng ngoại (IR) cho nhiều thông tin quan trọng về cấu trúc của hợp chất, đặc biệt là nhóm chức các hợp chất hữu cơ. Nguyên tắc trung của phương pháp phổ hồng ngoại là khi ta 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 loại 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. Mỗi dao động riêng có một mức năng lượng nhất định nên khi chiếu tia hồng ngoại có năng lượng E= (hC): λ trong đó λ có bước sóng dài từ 100cm-1, thì các dao động hấp thu năng lượng ở bước sóng nhất định và dao động mạnh hơn nhanh hơn. Sự hấp thu năng lượng này được ghi lại thành biểu đồ gọi là phổ hồng ngoại. Như vậy mỗi pic trên phổ hồng ngoại ứng với một dao động và vì trong phân tử có nhiều loại dao động nên phổ hồng ngoại có nhiều pic rất phức tạp. Vì thế khi phân tích phổ hồng ngoại người ta chỉ chú ý những pic chính đặc trưng cho một số loại 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. 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. 11
Hình 1.6. Phổ hồng ngoại của 2-metyl butan-1-ol 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. 1.2. Hemiasterlin Hemiasterlin là nhóm các tripeptit thiên nhiên mạch thẳng được phân lập từ loài hải miên Hemiasterella minor. Phân tử hemiasterlin được cấu tạo từ ba đơn vị amino axit bất thường. Do có độc tính mạnh với nhiều dòng tế bào ung thư nên được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Hiện nay, một số hemiasterlin đang được thử nghiệm điều trị ung thư ở giai đoạn hai [19]. 1.2.1. Chiết tách hemiasterlin Năm 1994, lần đầu tiên nhóm nghiên cứu của Kashman đã phát hiện và phân lập được hemiasterlin (1) từ loài hải miên Hemiasterella minor ở vịnh Dodwana với hàm lượng rất thấp 0,01% so với khối lượng mẫu khô [1]. Cấu trúc phức tạp của hemiasterlin đã được Kashman chứng minh bằng nhiều phương pháp phổ như phổ khối lượng phân giải cao bắn phá nhanh ghép nối 12