Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Sử dụng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ (LC- MS/MS) để phân tích các sản phẩm tạo thành của phản ứng giữa dẫn xuất BIS (1-Naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử hidro linh động

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:98

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn này tập trung nghiên cứu phân tích các sản phẩm tạo thành của phản ứng giữa Bis (1- Naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động bằng phương pháp sắc ký lỏng khối 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: Sử dụng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ (LC- MS/MS) để phân tích các sản phẩm tạo thành của phản ứng giữa dẫn xuất BIS (1-Naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử hidro linh động

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC LÊ THỊ THÙY DƯƠNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ LỎNG KHỐI PHỔ (LC- MS/MS) ĐỂ PHÂN TÍCH CÁC SẢN PHẨM TẠO THÀNH CỦA PHẢN ỨNG GIỮA DẪN XUẤT BIS (1-NAPHTHALDEHYDE) VÀ HỢP CHẤT CHỨA NGUYÊN TỬ HIDRO LINH ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI, 2018
LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu khoa học này được thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa học Hữu cơ 2 – Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội. Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Tiến Sĩ Đào Thị Nhung là giáo viên hướng dẫn đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn, truyền đạt nhiều kinh nghiệm quý báu, quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Hóa trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên nói chung và khoa Hóa phân tích nói riêng đã giảng dạy và trang bị cho em những kiến thức quý giá trong suốt quá trình học. Em xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ 2, trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã giúp đỡ em trong quá trình thực nghiệm đề tài. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn Hội đồng khoa học đã giúp đỡ em bảo vệ thành công đề tài này. Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2018 Lê Thị Thùy Dương 2
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT HPLC: Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao SKPB: Sắc ký phân bố SKPT: Sắc ký pha thường SKPĐ: Sắc ký pha đảo ESI: Ion hóa dầu phun điện tử APCI: Ion hóa hóa học ở áp suất khí quyển CTPT: Công thức phân tử DMF: Dimethylformamdie LC – MS/MS: Phương pháp sắc ký lỏng hai lần khối phổ USA: United States of America TLC: Sắc ký lớp mỏng (thin layer chromatography) DCM/EtOH: Dichloromethan/ethanol H/E: Hexane/ Ethylacetat NH4OAc: Ammoniumacetat ACN: Acetonitrile IR: Phổ hồng ngoại Phổ 1H-NMR: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân pronton Phổ 13C-NMR: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân cacbon NMR: Cộng hưởng từ hạt nhân 3
DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1. Sản phẩm định hướng tổng hợp của phản ứng của dẫn xuất Bis (1- Naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động------------------- 20 Sơ đồ 1.2. Sản phẩm trung gian của phản ứng của dẫn xuất Bis (1- Naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động -------------------------------------------------- 21 Sơ đồ 3.1. Phản ứng tổng hợp dẫn xuất bis (1-naphthadehyde) ------------------------ 31 Sơ đồ 3.2. Phản ứng của A3 với thioure ------------------------------------------------------ 34 Sơ đồ 3.3. Phản ứng của A3 và N-methylthioure ------------------------------------------ 35 Sơ đồ 3.4. Phản ứng giữa A3 và hợp chất keton ------------------------------------------- 36 Sơ đồ 3.5. Phản ứng của A3 và ethylacetoacetate ------------------------------------------ 37 Sơ đồ 3.6. Phản ứng của A3 và methylethylketone ---------------------------------------- 40 Sơ đồ 3.7. Phản ứng của A3 và dibenzylketone -------------------------------------------- 45 Sơ đồ 3.8. Phản ứng của A3 và cyclohexanone -------------------------------------------- 49 Sơ đồ 3.9. Phản ứng của A3 và acetylacetone ---------------------------------------------- 50 Sơ đồ 3.10. Phản ứng của A3 và malonamide ---------------------------------------------- 53 Sơ đồ 3.11. Phản ứng của A3 và Dimethythioure ------------------------------------------ 55 Sơ đồ 3.12. Phản ứng của A3 và aminoguanidine hydrochloride ----------------------- 56 Sơ đồ 3.13. Phản ứng của A3 và guanidine sulfate ----------------------------------------- 58 4
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Hệ thống LC/MS ---------------------------------------------------------------------------- 13 Hình 1.2. Cấu tạo đầu phun ESI ---------------------------------------------------------------------- 13 Hình 1.3. Chế độ ion hóa phun mù vào điện trường ESI --------------------------------- 14 Hình 1.4. Cấu tạo hệ thống LC-MS ---------------------------------------------------------- 15 Hình 1.5. Cấu tạo bộ tứ cực --------------------------------------------------------------------- 16 Hình 1.6. Thiết bị khối phổ MS/MS ----------------------------------------------------------- 17 Hình 2.1. Quy trình xử lý mẫu từ dung dịch phản ứng ------------------------------------- 25 Hình 3.1. Phổ IR của hợp chất A3 ------------------------------------------------------------- 31 Hình 3.2. Phổ 1H-NMRcủa A3 ----------------------------------------------------------------- 32 Hình 3.3. Phổ giãn của hợp chất A3 ---------------------------------------------------------- 32 Hình 3.4. Phổ 13C-NMR của A3 -------------------------------------------------------------- 33 Hình 3.5. Phổ MS của A3 ---------------------------------------------------------------------- 33 Hình 3.6. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và thioure.----------- 35 Hình 3.7. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và N-methylthioure. ------ 36 Hình 3.8. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và ethylacetoacetate (1) -- 38 Hình 3.9. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và ethylacetoacetate (2) -- 38 Hình 3.10. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và ethylacetoacetate (3) -- 39 Hình 3.11. Phổ IR sản phẩm (1-1) tách ra được ------------------------------------------- 39 Hình 3.12. Phổ 1H-NMR sản phẩm (1-1) tách ra được ----------------------------------- 40 Hình 3.13. Phổ 13C-NMR sản phẩm (1-1) tách ra được ---------------------------------- 41 Hình 3.14. Phổ MS sản phẩm (1-1) tách ra được ------------------------------------------ 41 Hình 3.15. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và methylethylketone (1)--- 43 Hình 3.16. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và methylethylketone(2) - 43 Hình 3.17. Phổ 1H-NMR sản phẩm (2-1) tách ra được ----------------------------------- 44 Hình 3.18. Phổ 13C-NMR sản phẩm (2-1) tách ra được ---------------------------------- 45 Hình 3.19. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và dibenzylketone------- 46 Hình 3.20. Phổ 1H-NMR sản phẩm (3-1) tách ra được ----------------------------------- 47 Hình 3.21. Phổ 13C-NMR sản phẩm (3-1) tách ra được --------------------------------- 48 Hình 3.22. Phổ MS của sản phẩm (3-1) tách ra được ----------------------------------- 48 Hình 3.23. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và cyclohexanone ------- 50 Hình 3.24. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và acetylacetone (1)----- 51 5
Hình 3.25. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và acetylacetone (2)----- 52 Hình 3.26. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và acetylacetone (3)----- 52 Hình 3.27. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và acetylacetone (4)----- 53 Hình 3.28. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và malonamide (1) ------ 54 Hình 3.29. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và malonamide (2) ------ 55 Hình 3.30. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và Dimethylure---------- 56 Hình 3.31. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và aminoguanidine hydrochloride-- 57 Hình 3.32. Sắc ký đồ LC-MS của dung dịch phản ứng giữa A3 và guanidine sulfate ---- 58 6
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Một số phản ứng ngưng tụ đa tác nhân là phương pháp tổng hợp kinh điển --- 18 Bảng 2.1. Điều kiện phân tích trên thiết bị LTQ Orbitrap XL --------------------------- 26 Bảng 3.1. Số khối m/z tìm thấy và hợp chất dự đoán tạo thành của phản ứng giữa A3 và ethylacetoacetate------------------------------------------------------------------------------ 37 Bảng 3.2. Số khối m/z tìm thấy và hợp chất dự đoán tạo thành của phản ứng giữa A3 và methylethylketone --------------------------------------------------------------------------- 42 Bảng 3.3. Số khối m/z tìm thấy và hợp chất dự đoán tạo thành của phản ứng giữa A3 và đibenzylketone ------------------------------------------------------------------------------ 44 Bảng 3.4. Số khối m/z tìm thấy và hợp chất dự đoán tạo thành của phản ứng giữa A3 và cyclohexanone ----------------------------------------------------------------------------- 49 Bảng 3.5. Số khối m/z tìm thấy và hợp chất dự đoán tạo thành của phản ứng giữa A3 và acetylacetone ------------------------------------------------------------------------------- 50 Bảng 3.6. Số khối m/z tìm thấy và hợp chất dự đoán tạo thành của phản ứng giữa A3 và malonamide --------------------------------------------------------------------------------- 54 Bảng 3.7. Số khối m/z tìm thấy và hợp chất dự đoán tạo thành của phản ứng giữa A3 và aminoguanidine hydrochloride --------------------------------------------------------- 57 7
MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT --------------------------------------------------------------- 3 DANH MỤC SƠ ĐỒ ----------------------------------------------------------------------4 DANH MỤC HÌNH VẼ -------------------------------------------------------------------5 DANH MỤC BẢNG -----------------------------------------------------------------------7 MỞ ĐẦU ----------------------------------------------------------------------------------- 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ LỎNG KHỐI PHỔ --------------------------------------------------------------------------------------------------- 11 1.1. SẮC KÝ LỎNG HAI LẦN KHỐI PHỔ (LC-MS/MS) ----------------------------- 11 1.1.1. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) ---------------------------------- 11 1.1.2. Khối phổ (Mass Spectrometry) --------------------------------------------------------- 12 1.2. PHẢN ỨNG CỦA DẪN XUẤT BIS (1-NAPHTHADEHYDE) VÀ HỢP CHẤT CHỨA NGUYÊN TỬ HIDRO LINH DỘNG ----------------------------------- 18 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ----------------- 22 2.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT, CHẤT CHUẨN ---------------------------- 22 2.1.1. Thiết bị -------------------------------------------------------------------------------------- 22 2.1.2. Dụng cụ --------------------------------------------------------------------------------------- 22 2.1.3. Hóa chất --------------------------------------------------------------------------------------- 22 2.2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ------------------------------------------------------------------------- 22 2.1.1. Mục tiêu chung ------------------------------------------------------------------------------ 22 2.1.2. Mục tiêu cụ thể ------------------------------------------------------------------------------ 23 2.3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU --------------------------------- 23 2.3.1. Nội dung nghiên cứu ---------------------------------------------------------------------- 23 2.3.2. Đối tượng nghiên cứu --------------------------------------------------------------------- 23 2.3.3. Phương pháp nghiên cứu ----------------------------------------------------------------- 23 2.4. THỰC NGHIỆM ----------------------------------------------------------------------------- 24 2.4.1. Tổng hợp dẫn xuất bis(1-naphthaldehyde) (A3) ----------------------------------- 24 2.4.2. Phản ứng của bis(1-naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động ---------------------------------------------------------------------------------------------- 24 2.4.3. Phân tích trên thiết bị LC-MS/MS ----------------------------------------------------- 24 2.4.3.1. Xử lý mẫu ---------------------------------------------------------------------------------- 25 2.4.3.2. Kết quả phân tích ------------------------------------------------------------------------ 26 8
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ------------------------------------------------- 31 3.1. TỔNG HỢP DẪN XUẤT BIS (1-NAPHTHADEHYDE) ------------------------- 31 3.2. PHẢN ỨNG GIỮA BIS (1-NAPHTHADEHYDE) VÀ HỢP CHẤT CHỨA NGUYÊN TỬ HIDRO LINH ĐỘNG ---------------------------------------------- 34 3.2.1. Phản ứng với các dẫn xuất thioure ----------------------------------------------------- 34 3.2.1.1. Phản ứng của A3 và thioure ---------------------------------------------------------- 34 3.2.1.2. Phản ứng của A3 và N-methylthioure ---------------------------------------------- 35 3.2.2. Phản ứng giữa A3 và hợp chất keton ------------------------------------------------- 36 3.2.2.1. Phản ứng của A3 và ethylacetoacetate------------------------------------------37 3.2.2.2. Phản ứng của A3 và methylethylketone ------------------------------------------- 42 3.2.2.3. Phản ứng của A3 và dibenzylketone ----------------------------------------------- 45 3.2.2.4. Phản ứng của A3 và cyclohexanone ----------------------------------------------- 49 3.2.2.5. Phản ứng của A3 và acetylacetone ------------------------------------------------- 50 3.2.2.6. Phản ứng của A3 và malonamide --------------------------------------------------- 53 3.2.2.7. A3 và Dimethyure ----------------------------------------------------------------------- 55 3.2.3. Phản ứng của A3 và dẫn xuất guanidine ---------------------------------------------- 56 3.2.3.1. Phản ứng của A3 và aminoguanidine hydrochloride---------------------------- 56 3.2.3.2. Phản ứng của A3 và guanidine sulfate ---------------------------------------------- 58 Chương 4: KẾT LUẬN ------------------------------------------------------------------------- 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO --------------------------------------------------------------------- 61 PHỤ LỤC-------------------------------------------------------------------------------------66 9
MỞ ĐẦU Phương pháp sắc ký lỏng khối phổ là một kỹ thuật sắc ký hiện đại, có độ nhạy và tính chọn lọc cao, sử dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu bao gồm cả định tính và định lượng. Thiết bị gồm hai phần ghép nối là phần sắc ký (cho phép tách chất) và phần khối phổ (phát hiện chất). Bằng việc đo đạc tỉ lệ khối lượng trên điện tích của ion (m/z), phương pháp khối phổ cho phép xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của phân tử hợp chất; xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất; xác định cấu trúc của một hợp chất dựa trên các thành phần phân mảnh…. Các hợp chất crown ether được bắt đầu nghiên cứu tổng hợp từ năm 1967 bởi nhà hóa học Charles Pedersen. Pedersen đã tổng hợp thành công crown ether và chứng minh được những ứng dụng quan trọng của hợp chất này trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật. Kể từ đó đến nay, hóa học các hợp chất crown ether vẫn tiếp tục phát triển, nhiều cấu trúc mới đã được thiết lập với tiềm năng ứng dụng khác, đặc biệt là các hợp chất azacrown ether với sự thay thế của nguyên tử O trong vòng crown bằng nguyên tử Nitơ. Phương pháp kinh điển để tổng hợp các dẫn xuất azacrown ether là sử dụng phản ứng ngưng tụ đa tác nhân giữa các hợp chất dialdehit hoặc xeton với các hợp chất chứa hidro linh động trong dung môi thích hợp và sự có mặt của muối amonium acetate. Phương pháp này có ưu điểm là rút ngắn được giai đoạn trung gian, tạo thành các sản phẩm dị vòng 6 cạnh như định hướng, dễ dàng thay đổi tác nhân phản ứng nên tạo ra thư viện lớn các hợp chất mới. Tuy nhiên, quá trình phản ứng tạo thành nhiều sản phẩm phụ khác nhau. Để xác định các sản phẩm tạo thành trong phản ứng ngưng tụ đa tác nhân, trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành phân tích các sản phẩm tạo thành của phản ứng giữa Bis (1- Naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động bằng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ. Dựa trên số khối m/z thu được và dựa vào thời gian lưu của các chất có thể xác định được số lượng sản phẩm tạo thành trong quá trình phản ứng, từ đó dự đoán chiều hướng ưu tiên của phản ứng trong điều kiện thí nghiệm cũng như thay đổi các điều kiện tiến hành để thu được sản phẩm định hướng. 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÝ LỎNG KHỐI PHỔ 1.1. SẮC KÝ LỎNG HAI LẦN KHỐI PHỔ (LC-MS/MS) 1.1.1. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao - HPLC (High Performance Liquid Chromatography) ra đời năm 1967-1968 trên cơ sở phát triển và cải tiến từ phương pháp sắc ký cột cổ điển. HPLC là một phương pháp chia tách trong đó pha động là chất lỏng và pha tĩnh chứa trong cột là chất rắn đã được phân chia dưới dạng tiểu phân hoặc một chất lỏng phủ lên một chất mang rắn, hay một chất mang đã được biến bằng liên kết hóa học với các nhóm chức hữu cơ. Phương pháp này ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến vì: có độ nhạy cao, khả năng định lượng tốt, thích hợp tách các hợp chất khó bay hơi hoặc dễ phân hủy nhiệt [8]. Trong HPLC, pha tĩnh chính là chất nhồi cột làm nhiệm vụ tách hỗn hợp chất phân tích, đó là chất rắn, xốp và kích thước hạt rất nhỏ, từ 2 – 7  m. Dựa vào sự khác nhau về cơ chế tách chiết sử dụng trong HPLC, người ta chia HPLC thành 4 loại: - Sắc ký hấp phụ hay sắc ký lỏng rắn (adsorption/liquid chromatography). - Sắc ký phân bố (partition chromatography). - Sắc ký ion (ion chromatography). - Sắc ký rây phân tử (size exclusion/gel permeation chromatography). Trong đó, sắc ký phân bố (SKPB) được ứng dụng nhiều nhất vì có thể phân tích được những hợp chất từ không phân cực đến những hợp chất rất phân cực, hợp chất ion có khối lượng phân tử không quá lớn (
các dung môi phân cực, trong đó dung môi nước đóng vai trò quan trọng mà lại rẻ tiền. Do đó, SKPĐ được ứng dụng nhiều và phổ biến hơn SKPT. Pha động trong sắc ký lỏng nói chung có những yêu cầu sau: - Pha động phải trơ với pha tĩnh. - Hòa tan được mẫu - Phải có độ tinh khiết cao - Có độ nhớt thấp và phù hợp với detector hoặc phần nối tiếp sau - Không quá đắt Có thể chia pha động thành hai loại: - Pha động có độ phân cực cao: có thành phần chủ yếu là nước, tuy nhiên để phân tích các chất hữu cơ, cần thêm các dung môi khác để giảm độ phân cực. Pha động loại này được dùng trong sắc ký pha đảo. - Pha động có độ phân cực thấp là các dung môi ít phân cực như xyclopentane, pentane, heptane, hexane, 2-chloropropane, CS2, CCl4, toluene…Tuy nhiên pha động một thành phần đôi khi không đáp ứng được khả năng rửa giải, nên người ta thường phối hợp 2 hay 3 dung môi để có được dung môi có độ phân cực thấp đến cao phù hợp với phép phân tích và hỗn hợp mẫu phức tạp. Sự thay đổi thành phần pha động đôi khi diễn ra theo thời gian, trường hợp này gọi là rửa giải gradient nồng độ. 1.1.2. Khối phổ (Mass Spectrometry) Khối phổ là loại thiết bị phân tích dựa trên cơ sở xác định khối lượng phân tử của các hợp chất hóa học bằng việc phân tách các ion phân tử theo tỷ số giữa khối lượng và điện tích (m/z) của chúng. Các ion có thể tạo ra bằng cách thêm hay bớt điện tích của chúng như loại bỏ electron, proton hóa,…Các ion tạo thành này được tách theo tỉ số m/z và phát hiện, từ đó có thể cho thông tin về khối lượng hoặc cấu trúc phân tử hợp chất. Cấu tạo của một thiết bị khối phổ gồm 3 thành phần chính: nguồn ion, bộ phận phân tích phổ và bộ phận phát hiện. Trước hết các mẫu được ion hóa trong nguồn ion, sau đó đưa về bộ phận phân giải phổ để tách các ion theo tỷ số m/z. Sau đó các ion đi vào bộ phận phát hiện (detector), sẽ được khuếch đại và chuyển thành tín hiệu. Các tín hiệu thu được sẽ chuyển vào máy tính để xử lý và lưu trữ. 12
Hình 1.1. Cấu tạo thiết bị sắc ký lỏng-khối phổ * Nguồn ion Chất phân tích sau khi ra khỏi cột tách sẽ được dẫn tới nguồn ion để chuyển thành dạng hơi và được ion hóa nguyên tử. Một số kĩ thuật ion hóa thường được sử dụng trong sắc ký lỏng khối phổ như: ion hóa đầu phun điện tử (electrospray ionization – ESI), ion hóa hóa học ở áp suất khí quyển (atmospheric pressure chemical ionization – APCI). - Chế độ ion hóa đầu phun điện tử (ESI) Đầu phun điện tử (electrospray ionization – ESI) Hình 1.2. Cấu tạo đầu phun ESI Trong đó: + Nebulizing gas: Khí N2 (>99,5%) nén ở áp suất 60 psi được trộn hợp với dung môi pha động của HPLC tạo dạng sương mù. + Heated nitrogen drying gas: Khí N2 (>99,5%) được gia nhiệt ở 330oC tốc độ 5 lit/phút, thổi khô, hóa hơi toàn bộ sương mù. + Capilary: Ống mao quản được áp thế 2,5 kV để hút các ion phân tử. Phụ thuộc dạng ion phân tử là positive/negative mà chiều điện trường có chiều ngược lại. Kỹ thuật ion hóa bằng cách phun mù vào điện trường gồm ba quá trình cơ bản sau: 13
- Tạo thành các giọt mang điện tích - Làm giảm kích thước của hạt và phân nhỏ các hạt - Quá trình hình thành pha hơi các ion Khi dung dịch mẫu ra khỏi cột sắc ký, được đưa vào ống mao quản bằng kim loại. Đầu mao quản này được áp điện thế cao (4-6kV). Khi điện tích dư trên đầu mao quản vượt qua sức căng bề mặt của dịch mẫu thì sẽ tạo thành các giọt mang điện tích. Tiếp đó các giọt mang điện tích này được làm giảm kích thước nhờ hai quá trình liên tục xảy ra, đó là sự hóa hơi dung môi nhờ dòng khí N2 được thổi liên tục vào và sự bắn phá của các giọt điện tích cùng dấu. Cuối cùng dẫn đến sự hình thành pha hơi của các ion. Nhờ lực hút tĩnh điện mà các ion này được dẫn vào bộ phận phân tích khối phổ qua một của sổ rất nhỏ. Dung môi và khí trơ N2 được hút ra ngoài. Hình 1.3. Chế độ ion hóa phun mù vào điện trường ESI Có hai kiểu ion chính là chế độ ion dương (+) và ion âm (-). Chế độ ion dương thường cho nhiều thông tin hơn về ion nghiên cứu. - Chế độ ion dương: + Phù hợp phân tích các loại hợp chất có tính bazơ + Các ion giả phân tử phổ biến được tạo thành: [M+H]+/ [M+Na]+/ [M+ K] +/ [M+NH4] +… - Chế độ ion âm phù hợp + Chất phân tích có tính axit + Loại ion giả phân tử phổ biến được tạo thành: [M-H] - ESI là kỹ thuật ion hóa mềm, có độ nhạy cao, ESI-MS thích hợp cho cả phân tử có phân tử khối lớn cũng như phân tử khối nhỏ (50-2000amu; 2000-4000amu), các hợp chất khó bay hơi và không bền nhiệt, phân cực trung bình và phân cực. Thông tin 14
khối phổ thu được trên sắc ký đồ thường là các pic ion giả phân tử và rất ít các phân mảnh. Vì vậy kỹ thuật này rất thích hợp cho việc sàng lọc sự có mặt của nhiều hợp chất khác nhau trong dung dịch. - Chế độ ion hóa hóa học ở áp suất khí quyển (APCI) Ion hóa hóa học ở áp suất khí quyển (atmospheric pressure chemical ionization – APCI) hoạt động theo nguyên tắc sau: Hoạt chất cần phân tích trong pha động sau khi ra khỏi cột sắc khí HPLC, qua ống mao quản kết hợp khí trơ ở áp suất cao (60 psi). Khi ra khỏi ống mao quản pha động chuyển thành ống sương mù. Các hạt sương nhỏ được khí trơ ở nhiệt độ cao chuyển hóa hoàn toàn thành thể khí. Ở áp suất khí quyến, tại đầu que phóng điện Corona (đặt áp suất rất lớn 3-6 kV) tập trung điện trường rất mạnh các cấu tử xảy ra ion hóa hóa học. Tại đây có sự trao đổi proton để thành ion dương MH+ và trao đổi electron hoặc proton để biến thành ion âm MH-. Do điện áp cao 2500 V của các ion được hút. *Bộ phận phân tích khối phổ Máy phân tích khối phổ hay chính xác hơn máy phân tích “tỉ lệ khối lượng theo điện tích (m/z) của ion là thiết bị phân tích dựa trên sự chuyển động của các ion trong môi trường chân không. Các máy phân tích khối phổ thường được phân loại tùy vào việc tách các ion mang điện theo phương pháp nào. Ở đây ta chỉ xét thiết bị thông dụng là khối phổ tứ cực (quadrupole mass spectrometer). Để rõ đặc điểm của LC-MS/MS (2 lần khối phổ) ta xét thiết bị LC-MS (một lần khối phổ) trước Hình 1.4. Cấu tạo hệ thống LC-MS Phần quan trọng nhất là bộ lọc tứ cực (quadrupole mass spectrometer). Sự ion hóa mẫu xảy ra tại nguồn ion hóa. Các ion được phân tích bởi bộ tứ cực trước khi tới detector. 15
Hình 1.5. Cấu tạo bộ tứ cực. Bộ tứ cực gồm hai trục hình trụ đặt song song với nhau một cách chính xác hai đầu đặt lên giá đỡ. Từng cặp thanh đối diện được nối điện với nhau. Điện xoay chiều được áp lên cả 4 thanh, nhưng thanh gắn cực âm đối diện 180 o với thanh gắn cực dương. Các thanh mang điện (+) hay (-) phụ thuộc vào điện thế một chiều áp lên. Mỗi cặp thanh đối diện nhau chịu tác dụng dòng điện có tần số rất lớn 108 Hz và chiều điện áp trên mỗi thanh cũng thay đổi tương ứng. Do ảnh hưởng của lực điện từ trường các ion vừa di chuyển trong không gian nằm giữa các thanh trụ vừa dao động quanh trục tâm. Mỗi giá trị điện áp được áp lên chỉ có những ion có tỉ số m/z thích hợp mới đi qua bộ tứ tới detector. Khi ta chọn mảnh m/z đặc trưng cho chất được nghiên cứu thì phần mềm chuyển tỷ số này thành sự thay đổi tần số và điện thế áp lên bộ tứ cực để ion quan tâm được dao động cộng hưởng để di chuyển qua tứ cực và tới bộ phân ghi nhận tín hiệu. *Ưu điểm Kỹ thuật MS một lần không nghiên cứu được cơ chế phân mảnh, sự khác biệt giữa các đồng phân, xác định thêm chi tiết cấu trúc hóa học, chịu ảnh hưởng rõ rệt nền mẫu chất phân tích, do kỹ thuật ion hóa êm dịu nên khối đồ phổ chỉ cho thấy các ion phân tử…[19] Kỹ thuật MS/MS (2 lần) khắc phục được những nhược điểm này đồng thời tăng thêm độ nhạy (cỡ fentogram), tăng độ chính xác kết quả loại bỏ ảnh hưởng của nền mẫu. Máy khối phổ MS/MS hay máy đo khối phổ hai lần liên tiếp gồm hai hệ máy khối phổ riêng biệt độc lập nhau được nối liền với nhau cách nhau bởi một buồng va chạm (collision cell). MS đầu tiên được sử dụng để cô lập ion sơ cấp (precursor ion), ion này liền ngay sau đó sẽ bị phân mảnh tại buồng va chạm collision cell để cho ra 16
các ion thứ cấp (product ion) tiếp theo MS thứ hai sẽ phân tách các ion này. Những ion mong muốn sẽ đi đến detector và chuyển thành tín hiệu. [13,14] Hình 1.6. Mô hình thiết bị khối phổ MS/MS Trong đó: + Rough pump: bơm chân không sơ cấp hút loại bỏ các chất không ở dạng ion như dung môi, các cấu tử bền không bị ion hóa… + Turbo pump: bơm chân không thứ cấp tạo môi trường chân không sâu 2,7x 10-5 - 3,3x10-5 torr nhằm tránh sự phân mảnh ion do va chạm. + Collision cell: Nơi các ion bị phân mảnh do va chạm với khí Ar 99,999%. *Bộ phận phát hiện Sau khi đi ra khỏi thiết bị phân giải phổ, các ion được đưa tới phần cuối của thiết bị khối phổ là bộ phận phát hiện ion. Bộ phận phát hiện cho phép khối phổ tạo ra một tín hiệu của các ion tương ứng từ các electron thứ cấp đã được khuếch đại hoặc tạo ra một dòng điện do điện tích di chuyển. Có hai loại bộ phận phát hiện phổ biến: bộ phận phát hiện nhân electron (electron multipler) và bộ phận phát hiện nhân quang (photo multipler). Bộ phận phát hiện nhân electron là một trong những detector phổ biến nhất, có độ nhạy cao. Một ion đập vào bề mặt diot làm bật ra các electron. Các electron thứ cấp sau đó được dẫn tới các diot tiếp theo và tạo ra các electron thứ cấp nhiều hơn nữa, tạo thành dòng electron (1-106). Bộ phận phát hiện nhân quang cũng giống như thiết bị nhân electron, các ion ban đầu đập vào một diot tạo ra dòng electron. Khác với detector nhân electron các electron sau đó sẽ va đập vào một màn chắn phosphorus và giải phóng ra các nhân electron. Số lượng các poton tỷ lệ với cường độ tín hiệu. Ưu điểm của phương pháp này là các ống nhân quang được đặt trong chân không nên loại bỏ được các khả năng nhiễm bẩn. 17
1.2. PHẢN ỨNG CỦA DẪN XUẤT BIS (1-NAPHTHADEHYDE) VÀ HỢP CHẤT CHỨA NGUYÊN TỬ HIDRO LINH DỘNG Phản ứng ngưng tụ đa tác nhân hiện nay được coi là một công cụ hữu hiệu trong việc tổng hợp những phân tử có cấu trúc phức tạp, với sự đa dạng và phong phú về các nhóm chức, bởi chỉ bằng một quá trình từ các dẫn xuất chứa nhóm cacbonyl, cacboxyl, amin hay xyan … chúng ta có thể thu được sản phẩm mong muốn. Với các kết quả nghiên cứu được công bố trên thế giới, chúng tôi nhận thấy rằng các phản ứng ngưng tụ đa tác nhân thường tập trung vào sử dụng các chất ban đầu có chứa nhóm cacbonyl, các amin và các dẫn xuất có chứa nguyên tử hydro linh động (các nhóm hoặc CHn, NHn… tại vị trí α của các nhóm cacbonyl hoặc axit cacboxylic). Một ưu điểm nữa của phản ứng ngưng tụ đa tác nhân đó là rút ngắn được thời gian phản ứng, giảm thiểu sản phẩm phụ thải ra môi trường, giảm lượng hóa chất cần thiết cho mục đích tổng hợp sản phẩm. Có thể nói đây là một phương pháp thân thiện với môi trường và có hiệu quả kinh tế cao hơn so với phương pháp tổng hợp truyền thống. Rất nhiều các phản ứng ngưng tụ đa tác nhân sau đó đã được phát triển và trở thành các phương pháp tổng hợp kinh điển đối với hóa học ngày nay. Bảng 1.1. Một số phản ứng ngưng tụ đa tác nhân là phương pháp tổng hợp kinh điển Strecker, 1850 [10] Tổng hợp amino axit Debus‐Radzisze wski, 1858, 1882 [27] Tổng hợp imidazol Hantzsch 1881 [12] Tổng hợp 1,4‐dihydropyridines Hantzsch 1890 [39] Tổng hợp pyrroles 18
Biginelli, 1891 [16] Tổng hợp dihydropyrimidones Mannich, 1912 [17] Tổng hợp antipyrine‐derived tertiary amine Mannich, 1917 [41] Tổng hợp β‐amino carbonyl Robinson, 1917 [41] Tổng hợp tropinone Passerini, 1921 [38] Tổng hợp α‐acyloxy amides Bucherer–Bergs, 1929–1934 Tổng hợp hydantoins và α‐amino acids [26] Ugi, 1959 [29] Tổng hợp α‐N‐acylamino amides Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan tài liệu về phản ứng ngưng tụ đa tác nhân và những kết quả nghiên cứu đã đạt được, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu phản ứng của dẫn xuất Bis (1- Naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động với sự có mặt của amoni axetat trong dung môi cồn khan tuyệt đối. Sản phẩm định hướng tổng hợp của các phản ứng này là các hợp chất azacrown có khả năng thể hiện 19
hoạt tính sinh học tốt trên một số dòng ung thư. [3,4,28,34,43]. Sơ đồ 1.1. Sản phẩm định hướng tổng hợp của phản ứng của dẫn xuất Bis (1- Naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động Các proton thuộc nhóm NH/NH2; CH2/CH3 ở vị trí α của các nhóm C=O, C=S, C=NH đều là các hidro linh động. Bên cạnh sản phẩm chính định hướng tạo thành như sơ đồ 1, còn có nhiều sản phẩm trung gian. Cơ chế phản ứng tương tự như phản ứng Hantzch. Sơ đồ 1.2. Sản phẩm trung gian của phản ứng của dẫn xuất Bis (1- Naphthaldehyde) và hợp chất chứa nguyên tử Hidro linh động 20