ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM THỊ MAI

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ
DẪN XUẤT DIHYDROBENZO[H]CINNOLIN-5,6-DION
BẰNG CÁC 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

PHẠM THỊ MAI

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ
DẪN XUẤT DIHYDROBENZO[H]CINNOLIN-5,6-DION
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI
Chuyên ngành: Hoá Phân tích
Mã số : 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa ho ̣c: TS. LÊ NHẬT THÙY GIANG

a

http://www.lrc.tnu.edu.vn


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................a
MỤC LỤC ......................................................................................................... b
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................e
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH .............................................................. f
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 2
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh
̣ cấ u trúc ..................................... 2
1.1.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ............................. 2
1.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)....................................................... 4
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) ..................................................... 5
1.1.4. X-ray tinh thể ....................................................................................... 7
1.2. Tổng quan về lớp chất naphthoquinon ....................................................... 9
Chương 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 15
2.1. Hóa chất và phương pháp......................................................................... 15
2.1.1. Phương pháp 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. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của chất 4a ............................................. 16
2.2.1. Quy trình tổng hợp ............................................................................. 16
2.2.2. Phân tích cấu trúc của 4a bằng phổ IR............................................... 17

3.3. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 3,4-bis-(3-bromphenyl)-1methyl -1,4-dihydrobenzo [H]cinnoline-5,6-dion (4b) ................................... 31
3.3.1. Tổng hợp chất 4b ............................................................................... 31
3.3.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất 4b bằng phổ IR ............................... 31
3.3.3. Phân tích cấu trúc của hợp chất 4b bằng phổ NMR .......................... 32
3.4. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của hợp chất 3,4-bis-(2methoxyphenyl)-1-methyl-1,4- dihydrobenzo[H]cinnoline-5,6-dion (4c) ........... 34
3.4.1. Tổng hợp chất 4c................................................................................ 34
3.4.2. Phân tích cấu trúc của chất 4c bằng IR .............................................. 35
3.4.3. Phân tích cấu trúc của hợp chất 4c bằng NMR.................................. 35
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

c

http://www.lrc.tnu.edu.vn


3.5. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của hợp chất 3,4-bis-(4dimethylaminophenyl)-1-methyl-1,4 dihydrobenzo[H]cinnoline-5,6dion (4d) .......................................................................................................... 38
3.5.1. Phân tích cấu trúc của 4d bằng IR ..................................................... 38
3.5.2. Phân tích cấu trúc của 4d bằng NMR ................................................ 39
3.6. Phân tích cấu trúc của hợp chất 3,4-bis-(2-nitro-5-hydroxyphenyl)-1methyl-1,4-dihydrobenzo[H]cinnoline-5,6-dion (4e) ..................................... 42
3.6.1. Phân tích cấu trúc của 4e bằng IR...................................................... 42
3.6.2. Phân tích cấu trúc của 4e bằng NMR ................................................ 43
KẾT LUẬN .................................................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 47
PHỤ LỤC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

d

http://www.lrc.tnu.edu.vn

H, C

Độ chuyển dịch hóa học của proton và cacbon

ppm

Phần triệu (parts per million)

s

singlet

CDCl3

Cloroform

OH

hydroxy

NO2

Nitro

t-BuOH

tert butanol

N(CH3 )2


Sơ đồ tóm tắt quá trình phân tích cấu trúc bằng phương
pháp X-Ray .................................................................................... 8

Hình 3.1. Phổ IR của hợp chất 4a................................................................. 28
Hình 3.2. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4a ...................................................... 29
Hình 3.3. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 4a .............................................. 29
Hình 3.4. Phổ 13C-NMR của hợp chất 4a ..................................................... 30
Hìnhh 3.5. Phổ Xray phân tử của hợp chất 4a ............................................... 31
Hình 3.6. Phổ IR của hợp chất 4b ................................................................ 32
Hình 3.7. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4b ...................................................... 32
Hình 3.8. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 4b .............................................. 33
Hình 3.9.

Phổ 13C-NMR của hợp chất 4b.................................................... 33

Hình 3.10. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 4b ............................................. 34
Hình 3.11. Phổ IR của hợp chất 4c................................................................. 35
Hình 3.12. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4c ...................................................... 36
Hình 3.13. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 4c .............................................. 37
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

f

http://www.lrc.tnu.edu.vn


Hình 3.14. Phổ 13C-NMR của hợp chất 4c ..................................................... 37
Hình 3.15. Phổ IR của hợp chất 4d ................................................................ 39
Hình 3.16. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4d ...................................................... 40
Hình 3.17. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 4d .............................................. 40

trung nghiên cứu: "Phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất dihydro
benzo[h]cinnoline-5,6-dion bằng các phương pháp hóa lý hiện đại" như phổ
hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối lượng (MS)
và phổ X-ray phân tử.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

1

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 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

13

C-NMR. Hạt nhân của nguyên tử 1H và

13

C có


2

http://www.lrc.tnu.edu.vn


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 1.1. 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 là 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 [1].
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].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

3

http://www.lrc.tnu.edu.vn



các phân tử khác nhau thì khác nhau, tương tự như sự khác nhau của các vân
ngón tay. Sự chồng khít lên nhau của phổ hồng ngoại thường được làm dẫn
chứng cho hai hợp chất giống nhau.
Khi sử dụng phổ hồng ngoại để xác định cấu trúc, thông tin thu được
chủ yếu là xác định các nhóm chức hữu cơ và những liên kết đặc trưng. Các
pic nằm trong vùng từ 4000 - 1600 cm-1 thường được quan tâm đặc biệt, vì
vùng này chứa các dải hấp thụ của các nhóm chức, như OH, NH, C=O,
C≡N… nên được gọi là vùng nhóm chức. Vùng phổ từ 1300 - 626 cm-1 phức
tạp hơn và thường được dùng để nhận dạng toàn phân tử hơn là để xác định
nhóm chức. Chính ở đây các dạng pic thay đổi nhiều nhất từ hợp chất này đến
hợp chất khác, vì thế vùng phổ từ 1500 cm-1 được gọi là vùng vân ngón tay.
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS)
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:
2e (1) > 95%

ABC
ABC


AB

A

BC
B
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 1.1).

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.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

6

http://www.lrc.tnu.edu.vn


1.1.4. X-ray tinh thể


http://www.lrc.tnu.edu.vn


độ điện tích của phân tử.Từ dữ liệu bản đồ mật độ electron, chương trình
máy tính sẽ dựng được cấu trúc không gian ba chiều của phân tử. Quá trình
xác định cấu trúc của hợp chất hữu cơ bằng phương pháp X-ray phân tử có
thể được tóm tắt như sau:

Hình 1.5. Sơ đồ tóm tắt quá trình phân tích cấu trúc bằng phương pháp X-Ray
b. Xác định cấu hình tuyệt đối
Phương pháp X-ray tinh thể có khả năng xác định chính xác cấu
hình tuyệt đối của một phân tử, nếu trong phân tử có nguyên tử có tán xạ
tia X bất thường. Để xác định cấu hình tuyệt đối của phân tử bằng phương
pháp X-ray tinh thể người ta sử dụng phương pháp của Bijvoet và phương
pháp so sánh chỉ số R.
Phương pháp Bijvoet: Do mỗi trung tâm bất đối khi được chiếu bức xạ
tia X sẽ phát ra một cặp tín hiệu bất thường Friedel, lợi dụng nguyên tắc này
Bijvoet đã so sánh tín hiệu tán xạ của một nguyên tử đánh dấu với tín hiệu của
cặp bức xạ Friedel ở trung tâm bất đối phản xạ theo hướng (h,k,l) và hướng
ngược lại (-h,-k,-l), để xác định cấu hình tuyệt đối.
Phương pháp so sánh chỉ số R: Chỉ số R được xây dựng trên cơ sở hàm
thống kê Hamilton từ toàn bộ dữ liệu của các cặp đồng phân đối quang và
được so sánh với các tính toán Bijvoet để xác định kiểu đồng phân đối quang.
Nếu giá trị của chỉ số R có sự sai khác, dù rất nhỏ (±0,1%) thì phải đánh giá
lại các giá trị này bằng phương pháp thống kê.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

8


9

http://www.lrc.tnu.edu.vn


pyranonaphthoquinon có hoạt tính kháng khuẩn (đặc biệt là các khuẩn Gram
(+)), kháng nấm, chống sốt rét, virut và chống ung thư. Vì vậy, việc nghiên
cứu tổng hợp các dẫn chất mới và nghiên cứu hoạt tính sinh học để tìm kiếm
các chất có hoạt tính cao, kháng lại các chủng vi sinh vật kháng thuốc, kháng
ung thư là vấn đề hết sức lý thú, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Các chất kháng sinh thiên nhiên thuộc lớp chất pyranonaphthoquinon
là những chất thuộc khung 1H-naphtho[2,3-c]pyran-5,10-dion[6-22].. Các
chất này chủ yếu được tìm thấy trong các vi khuẩn, vi nấm và trong thực
vật. Ví dụ điển hình về lớp chất này là eleutherin (1), nanaomycin A (2) và
nanaomycin C (3).

Eleutherin (1) được tách chiết từ tuber của Eleutherin bulbosa
(Iradeceae). Eleutherin có hoạt tính kìm hãm sự phát triển của Pycococcus
auneus, Streptococcus haemolyticus A và Bacillus subtilio. Dịch chiết của
Eleutherin americana chứa thành phần chính là eleutherin và isoeleutherin đã
được dùng để điều trị bệnh tim mạch như agina pectoris. Ngoài ra, eleutherin
được phỏt hiện cú tỏc dụng ức chế enzym topoisomeraza.
Nanomycin A (2) đã được chiết tách từ Streptomyces nosa, được phát
hiện có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn Gram (+), kháng mycoplasma và
chống lắng đọng tiểu cầu.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

10


Lapachol

(13),

α-lapachol

(14)

và

β-lapachol

(15)

là

các

pyranonaphthoquinon được tách từ cây Tabebuia avellanedae. Các chất này
có hoạt tính sinh học lý thú như kháng khuẩn, kháng nấm, kháng ký sinh
trùng, kháng ung thư…

Pentalongin (16) là hợp chất tự nhiên 3,4-dehydropyranonaphthoquinon
được chiết tách từ Pentas longiflora, đã được dùng trong y học dân gian ở
Rwanda và Kenya để chữa bệnh sốt rét và bệnh ngoài da.Dehydroherbarin
(17) và các chất Dehydroherbarin (17) là những sản phẩm tách ra từ quá trình
trao đổi chất của Trichopezilla nidulus. Các chất 18 và 19 có hoạt tính kháng
khuẩn, kháng kí sinh trùng sốt rét và độc tố tế bào.

Chất 20 (3543R1) là sản phẩm tách ra từ quá trình trao đổi chất của

còn là tác nhân ức chế miễn dich và được dùng để chữa bệnh xơ cứng. 1Aryl-2-aza-anthraquinon (32) là những dẫn chất của 2-aza-anthraquinon với
các nhóm thế aryl khác nhau ở cac bon C-1 có khả năng chống ung thư.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

13

http://www.lrc.tnu.edu.vn


Cho đến nay, chủ yếu là các nghiên cứu về chiết tách và xác định cấu trúc
của các chất này trong tự nhiên và một số các nghiên cứu tổng hợp các chất
pyranonaphthoquinon và các dẫn chất aza-anthraquinon. Nhóm của GS Norbert
De Kimpe (Đại học Tổng hợp Ghent, Bỉ) và GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến đã
nghiên cứu các phương pháp tổng hợp các chất pyranonaphthoquinon như:
pentalongin, psychorubrin, bostrycoidin, 9-O-methylbostrycoidin, dehydroherbarin,
harounoside, isagarin và một dẫn chất của 3,4-dehydropyranonaphthoquinon và 2azaanthraquinon. Ngoài ra, còn một số công trình của tác giả khác như:
Brimble, M. A, Krapcho, A. P. và nhiều tác giả khác cũng đã đề cập nghiên
cứu tổng hợp các hợp lớp chất này như: eleutherin (1), nanaomycin A (2) và
nanaomycin C (3), thysanon (12), Lapachol (13), α-lapachol (14) và βlapachol (15) và một số chất khác.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

14

http://www.lrc.tnu.edu.vn


Chương 2
THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất và phương pháp



- Phổ hồng ngoại (IR)
Phổ IR của các chất nghiên cứu được ghi trên máy Impact 410-Nicolet,
tại phòng thí nghiệm Phổ hồng ngoại Viện Hoá học - Viện Khoa học & Công
nghệ Việt Nam, đo ở dạng ép viên với KBr rắn.
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phổ 1H-NMR (500MHz) và

13

C-NMR (125MHz) của các chất nghiên

cứu được đo trên máy Bruker XL-500 tần số 500 MHz với dung môi CDCl3
và TMS là chất chuẩn, tại phòng Phổ cộng hưởng từ hạt nhân - Viện Hoá học
- Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam.
- Phổ khối lượng (MS)
Phổ khối của các chất nghiên cứu được ghi trên máy Hewlett Packard
Mass Spectrometer 5989 MS hoặc LC- MSD- Trap- SL tại phòng Cấu trúc,
Viện Hoá học- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của chất 4a
2.2.1. Quy trình tổng hợp

Hỗn hợp phản ứng của 2-hydroxyl-1,4-naphthoquinone (1,0g - 5,7 mmol)
và 2 đương lượng 4-brombenzandehit (2,11g - 11,4 mmol) trong t-BuOH (30
ml), được đun hồi lưu trong khoảng 60 phút. Sau đó thêm vào hỗn hợp phản
ứng dung dịch của methyl hidrazyl (0,26g- 5,7 mmol) trong t-BuOH (15 ml)
và tiếp tục đun hồi lưu thêm 3 giờ nữa. Sau khi phản ứng kết thúc, hỗn hợp
phản ứng được chiết với etyl axetat (50ml x 3). Pha chiết được gộp lại, rửa
bằng dung dịch natribicacbonat bão hòa, làm khan bằng MgSO 4 và loại