Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích cấu trúc một số hợp chất hemiasterlin bằng các phương pháp hóa lý hiện đại

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:62

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của Luận văn là tập trung phân tích cấu trúc của các hợp chất hemiasterlin và các chất trung gian trong quá trình tổng hợp bằng các phương pháp phổ IR, 1H-NMR, 13C-NMR và NOESY nhằm tìm kiếm các cấu trúc mới chờ đợi hoạt tính sinh học lý thú. 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 hợp chất hemiasterlin bằng các phương pháp hóa lý hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC –––––––––––––––––––––––– PHẠM ĐỨC TÒNG PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MỘT SỐ HỢP CHẤT HEMIASTERLIN BẰNG CÁC 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: TS. Phạm Thế Chính THÁI NGUYÊN - 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn: Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn 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 TS. Đặng Thị Tuyết Anh, TS. Phạm Thị Thắm, cô Nguyễn Thị Hạnh, KS. Nguyễn Hoàng Phương 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 Lê Quý Đôn - Cẩm Phả - Quảng Ninh 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 Phạm Đức Tòng 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................................................................................ e DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ................................................................................ f DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................. g 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 hồng ngoại (IR) ......................................................... 3 1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ................................ 4 1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) ....................................................... 6 1.1.4. Phương pháp phổ HMQC và HMBC ...................................................... 7 1.2. Tách và phân tích các đồng phân đối quang .............................................. 9 1.2.1. Phương pháp tách các đồng phân đối quang bằng enzym ...................... 9 1.2.2. Tách và phân tích đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý hiện đại .......................................................................................................... 9 1.2.3. Phân tích các đối quang nhờ phương pháp phổ NMR .......................... 10 1.2.4. Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch (Shift reagent) Mosher ... 10 1.3. Hemiasterlin ............................................................................................. 12 1.3.1. Phân lập hemiasterlin ............................................................................ 12 1.3.2. Hoạt tính sinh học của hemiasterlin ...................................................... 14 1.4. Mục tiêu của nghiên cứu .......................................................................... 14 Chương 2: THỰC NGHIỆM ........................................................................ 16 2.1. Phương pháp nghiên cứu, nguyên liệu và thiết bị.................................... 16 2.1.1. Phương pháp nghiên cứu....................................................................... 16 2.1.2. Hóa chất và dung môi ........................................................................... 16 2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất bằng sắc kí lớp mỏng ............................................................................................... 16 b Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
2.1.4. Xác nhận cấu trúc .................................................................................. 16 2.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc block-3 của hemiasterlin ....................... 17 2.2.1. Tổng hợp muối trifloaxetat (block 3) .................................................... 17 2.2.2. Phân tích cấu trúc của trifloaxetat của block 3 bằng 1H-NMR ............. 18 2.3. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của dipeptit block 2-3 hemiasterlin ....... 18 2.3.1. Tổng hợp block 2-3 có chứa nhóm bảo vệ............................................ 18 2.3.2.Phân tích cấu trúc của block 2-3 có chứa nhóm bảo vệ bằng phổ NMR ..... 19 2.3.3. Tổng hợp muối trifloaxetat của block 2-3 ............................................ 19 2.3.4. Phân tích cấu trúc của trifloaxetat của block 2-3 .................................. 19 2.4. Tổng hợpvà phân tích cấu trúc của hemiasterlin ..................................... 20 2.4.1. Tổng hợp các este hemiasterlin chứa nhân napthalen........................... 20 2.4.2. Phân tích cấu trúc của este hemiasterlin chứa nhân napthalen ............. 20 2.4.3. Tổng hợp các este hemiasterlin chứa nhân benzofuran ........................ 22 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 25 3.1. Mục tiêu của luận văn .............................................................................. 25 3.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của block 3 ............................................ 26 3.3. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của dipeptit block 2-3............................ 27 3.3.1. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của block 2-3 có chứa nhóm bảo vệ Boc.... 27 3.3.2. Loại bỏ nhóm bảo vệ Boc của block 2-3 .............................................. 30 3.4. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của hemiasterlin .................................... 31 3.4.1. Tổng hợp các hemiasterlin có chứa nhóm napthalen ............................ 31 3.4.2. Phân tích các đồng phân lập thể của hemiasterlin có chứa nhân napthalen ......................................................................................................... 31 3.4.3. Tổng hợp các hemiastelin có chứa benzofuran ..................................... 39 3.4.4. Phân tích các đồng phân lập thể của hemiasterlin có chứa nhân benzofuran ....................................................................................................... 39 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 BẢNG Bảng 3.1. Tóm tắt một số dữ liệu 1H-NMR của chất 14a (cấu hình SSS), 14a’(cấu hình R,S,S) và hemiasterlin (1) (cấu hình SSS) .............. 38 e Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 3.1. Tổng hợp các hemiasterlin ............................................................. 25 Sơ đồ 3.2.......................................................................................................... 26 Sơ đồ 3.3.......................................................................................................... 28 Sơ đồ 3.4.......................................................................................................... 30 Sơ đồ 3.5.......................................................................................................... 31 Sơ đồ 3.6.......................................................................................................... 35 Sơ đồ 3.7.......................................................................................................... 38 Sơ đồ 3.8.......................................................................................................... 39 f Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của benzyl ancol...................................................... 3 Hình 1.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat ................................ 5 Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzamit (C6H5CONH2) ................................... 7 Hình 1.4. Phổ HMQC của ipsenol .................................................................... 7 Hình 1.5. Phổ HMBC của ipsenol..................................................................... 8 Hình 1.6. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp (R,S)-1-phenylbutan-1-ol .................... 11 1 Hình 1.7. Phổ H-NMR của (R)-1-phenylbutan-1-ol và (R)-1- phenylbutan-1-ol ............................................................................. 12 Hình 3.1. Phổ 1H-NMR của 9 ......................................................................... 27 Hình 3.2. Phổ 1H-NMR của 11 ....................................................................... 29 Hình 3.3. Phổ 13C-NMR của 11 ...................................................................... 29 Hình 3.4. Phổ 1H-NMR của hợp chất 12 ........................................................ 30 Hình 3.5. Phổ IR của 14a ................................................................................ 32 Hình 3.6. Phổ IR của 14a'................................................................................ 32 Hình 3.7. Phổ 1H-NMR của hợp chất 14a ....................................................... 33 Hình 3.8. Phổ 1H-NMR của hợp chất 14a' ...................................................... 34 Hình 3.9. Phổ NOESY của 14a ...................................................................... 36 Hình 3.10. Phổ NOESY của 14a’ .................................................................. 36 Hình 3.11. Phổ 13C-NMR của hợp chất 14a.................................................... 37 Hình 3.12. Phổ 13C-NMR của hợp chất 14a' ................................................... 37 Hình 3.13. Phổ 1H-NMR của hợp chất 14b .................................................... 40 Hình 3.14. Phổ 1H-NMR của hợp chất 14b' .................................................... 41 g Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
MỞ ĐẦU Hiện nay ở nước ta viê ̣c ứng du ̣ng các phương pháp phổ đã trở nên phổ biế n và rấ t cầ n thiế t trong giảng dạy, học tâ ̣p, trong nghiên cứu khoa ho ̣c, và trong đời sống sản xuấ t. Các ứng du ̣ng của phương pháp phổ không chỉ trong phạm vi ngành hóa học mà còn ở nhiều ngành khác nhau như hóa sinh, y dươ ̣c, nông nghiêp, ̣ dầu khí, vâ ̣t liêu, ̣ môi trường.... Ngày nay ngành Hóa ho ̣c đang phát triển ma ̣nh mẽ về cả lý thuyế t và ứng dụng, hàng năm có hàng va ̣n chấ t mới được tổ ng hơ ̣p hoă ̣c tách từ thiên nhiên ra do đó yêu cầ u tách tinh khiế t và xác minh cấ u ta ̣o của chúng là rấ t cần thiết, nó đòi hỏi phải nhanh và chính xác. Xưa kia để chứng minh cấ u ta ̣o của một chất có thể mấ t hàng năm hoă ̣c có khi kéo dài hàng chu ̣c năm thì nay có thể thực hiê ̣n sau vài giờ, sở di ̃ làm đươ ̣c như vậy là nhờ sự hỗ trơ ̣ của các phương pháp vật lý hiện đa ̣i. Để phân tích cấu trúc của các hơ ̣p chất hữu cơ có thể sử du ̣ng các phương pháp phổ như phổ hồ ng ngoa ̣i, phổ tử ngoại khả kiế n, phổ cô ̣ng hưởng từ ha ̣t nhân, phổ khối lượng. 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. 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. Tác động này tương tự như một số thuốc gắn lên tubulin đã được ứng dụng trong điều trị ung thư như paclitaxel (3,9 nM) hoặc vinblastin (0,79 nM) [4]. 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
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 nhiều trung tâm bất đối trong phân tử, nên việc phân tích cấu trúc các đồng phân quang học của hemiasterlin gặp nhiều khó khăn đòi hòi cần phải áp dụng cùng lúc nhiều phương pháp phân tích hóa lý hiện đại. Vì vậy đề tài “Phân tích cấu trúc một số hợp chất hemiasterlin bằng các phương pháp hóa lý hiện đại” như phương pháp phổ hồng ngoại IR, phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân NMR 1D và 2D và phương pháp phổ khối lượng MS. Nội dung và nhiệm vụ chính của luận án được đặt ra là: 1) Tổng hợp các mẫu hemiasterlin 2) Phân tích cấu trúc của các hemiasterlin 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 1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) [1] Trong số các phương pháp phân tích cấu trúc, phổ hồng ngoại cho nhiều thông tin quan trọng về cấu trúc của hợp chất, thông tin chính mà phổ hồng ngoại cho biết đó là các nhóm chức, các liên kết, kiểu liên kết. Khi chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử các hợp chất, bức xạ hồng ngoại sẽ kích thích phân tử từ trạng thái dao động cơ bản lên trạng thái dao động cao hơn. Có 2 loại dao động khi phân tử bị kích thích là dao động hóa trị và 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 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
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. 1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (CHTHN) là phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu cấu trúc của các hợp chất hữu cơ. Phương pháp phổ biến được sử dụng là phổ 1H-NMR và 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 [2]. Độ chuyển dịch hóa học : Do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt nhân 1H và 13C trong phân tử có tần số cộng hưởng khác nhau. Đặc trưng cho các hạt nhân 1H và 13C trong phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối với hạt nhân 1H thì:  TMS  x 6  .10 ( ppm) o Trong đó: νTMS, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn TMS và của hạt nhân mẫu đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ. Đối với các hạt nhân khác thì độ chuyển dịch hóa học được định nghĩa một các tổng quát như sau:  chuan  x 6  .10 ( ppm) o 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
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]. 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 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]. 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
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]. 1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) [1,4] 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 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. ABC A BC ABC AB B AB A B Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo chất, phương pháp bắn phá và năng lượng bắn phá. Quá trình này gọi là quá trình ion hóa. 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
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 benzamit (C6H5CONH2) 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. 1.1.4. Phương pháp phổ HMQC và HMBC Hình 1.4. Phổ HMQC của ipsenol 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
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 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 1.5. Phổ HMBC của ipsenol 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
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 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. 1.2. Tách và 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 khỏi nhau 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. 1.2.1. Phương pháp tách các đồng phân đối quang bằng enzym Hầu hết các enzym có tính đặc hiệu với một loại cơ chất nhất định. Dựa vào tính chất này, người ta đã sử dụng các enzym để chuyển hóa chọn lọc một trong hai đối quang trong hỗn hợp. Ví dụ phản ứng thủy phân hỗn hợp raxemic của este bằng enzym pig liver estease. Dưới tác dụng của enzym này, chỉ có đồng phân S được thủy phân, nhờ đó mà người ta tách được hai đồng phân này ra khỏi nhau. 1.2.2. Tách và phân tích 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 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
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 1.2.3. Phân tích các đối quang nhờ phương pháp phổ 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. 1.2.4. Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch (Shift reagent) Mosher Đối với các hợp chất có một tâm bất đối thì hai đối quang 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 đối quang 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 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
ứng của hợp chất nghiên cứu với axit R-Mosher để tạo thành este hoặc thành amit... Ví dụ, để xác định cấu hình tuyệt đối của hợp chất 1-phenylbutan-1-ol có một tâm bất đối, Mosher đã tổng hợp este của nó với axit R-Mosher để tạo ra hai đồng phân dia như mô tả trong sơ đồ dưới đây. Hai đồng phân dia này sẽ được phân biệt rõ trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton. Tín hiệu của proton bậc ba tại trung tâm bất đối của dẫn xuất este Mosher của (R)-1-phenylbutan-1-ol sẽ dịch chuyển về phía trường cao, trong khi tín hiệu proton bậc ba tại tâm bất đối của dẫn xuất (S)-1-phenylbutan-1-ol sẽ dịch chuyển về phía trường thấp. Như vậy, người ta có thể xác định được cấu hình tuyệt đối của hợp chất 1-phenylbutan-1-ol ban đầu. Hình 1.6. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp (R,S)-1-phenylbutan-1-ol 11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
Hình 1.7. Phổ 1H-NMR của (R)-1-phenylbutan-1-ol và (R)-1-phenylbutan-1-ol Ngoài axit R-Mosher, hiện nay người ta đang nghiên cứu sử dụng một số tác nhân bổ trợ khác để xác định cấu hình tuyệt đối của một số hợp chất ancol, amin và axit cacboxylic có một tâm bất đối, ví dụ như các tác nhân bổ trợ sau. 1.3. 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. 1.3.1. Phân lập 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 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn