ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐÀO PHƯƠNG LAN

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG
CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT ARTEMISININ 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

ĐÀO PHƯƠNG LAN

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG
CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT ARTEMISININ 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


Đào Phương Lan

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 ................................................................ e
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................... f
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................... g
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ....................................................................... h
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
1.2. Tách và phân tích các đồng phân đối quang ...................................... 8
1.2.1. Phương pháp tách các đồng phân đối quang bằng enzym ........ 8
1.2.2. Tách và phân tích đồng phân đối quang bằng các phương pháp
hóa lý hiện đại ..................................................................................... 8
1.2.3. Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR ..................... 9
1.2.4. Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch (Shift reagent)
Mosher ................................................................................................. 9
1.3. Phân tách và xác định cấu trúc của artemisinin ............................... 11

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................... 26
3.1. Mục tiêu của đề tài ........................................................................... 26
3.2. Phân tích cấu trúc của DHA ............................................................. 27
3.2.1. Tổng hợp mẫu DHA ............................................................... 27
3.2.2. Phân tích cấu trúc của DHA bằng phương pháp NMR .......... 28
3.2.3. Phân tích tỷ lệ hai đồng phân α và β-DHA ............................ 31
c
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

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


3.3. Phân tích cấu trúc của hợp chất NTD.01 ......................................... 33
3.3.1. Tổng hợp NTD.01 .................................................................. 33
3.3.2. Phân tích cấu trúc của NTD.01 bằng NMR ........................... 33
3.4. Phân tích cấu trúc của hợp chất NTD.031 ....................................... 35
3.4.1. Tổng hợp chất NTD.031 ........................................................ 36
3.4.2. Phân tích cấu trúc của NTD.031 ............................................ 36
3.4.3. Phân tích tỷ lệ hai đồng phân oxiran bằng 1H-NMR ............. 38
3.5. Phân tích cấu trúc của hợp chất NTD.039 ....................................... 39
3.5.1. Tổng hợp NTD.039 ................................................................ 39
3.5.2. Phân tích cấu trúc của (NTD.039)bằng NMR........................ 40
3.5.3. Phân tích tỷ lệ hai đồng phân R,S NTD. 039 bằng 1H-NMR 41
KẾT LUẬN ............................................................................................ 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................... 43

d
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

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

Dihydroartemisinin

SKLM

Sắc kí lớp mỏng

TMS

Chất chuẩn tetramethyl silan

NTD.01

Ete allyl của artemisinin

NTD.031

Dẫn xuất epoxit

NTD.039

Dẫn xuất mở vòng epoxit

mCPBA

meta-Chloroperoxybenzoic acid

e


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Sơ đồ 1.3. Tổng hợp dẫn xuất muối natri của axit artelinic .......................... 15
Sơ đồ 1.4. Chuyển hóa dẫn xuất dihydroartemisinin thành hemiaxetal ....... 16
Sơ đồ 3.1. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn ............................................... 26
Sơ đồ 3.2. Tổng hợp mẫu DHA .................................................................... 27
Sơ đồ 3.3. Tổng hợp NTD.01 từ DHA ......................................................... 33
Sơ đồ 3.4. Tổng hợp chất NTD.031 .............................................................. 36
Sơ đồ 3.5. Tổng hợp NTD.039...................................................................... 40

h


MỞ ĐẦU
Phân tích cấu trúc các hợp chất hữu cơ là một trong số các nhiệm vụ
quan trọng của Hóa học vì chỉ khi biết chính xác cấu trúc, chúng ta mới có
câu trả lời chính xác cho việc định tính, định lượng và phân tích chúng
trong các mẫu nghiên cứu thực cũng như trong đời sống và công nghệ. Để
phân tí ch cấ u trúc của các hợp chất hữ u cơ có thể sử du ̣ng cá c phương pháp
phổ như phổ hồ ng ngoại, phổ tử ngoại khả kiế n, phổ cộng hưở ng từ ha ̣t
nhân, phổ khố i lươ ṇ g. Mỗ i phương pháp cho phé p xá c đi nh
̣ mô ̣t số thông
tin khá c nhau củ a cấ u trúc phân tử và hỗ trợ lẫn nhau trong việc xác định
cấu trúc các hợp chất hữu cơ.
Artemisinin (1) là secquiterpen lacton được phát hiện có hoạt tính kháng
kí sinh trùng sốt rét rất mạnh và đã được dùng để làm thuốc chữa bệnh sốt rét
rất hiệu quả. Tuy nhiên, việc sử dụng artemisinin trong lâm sàng còn bộc lộ
nhiều nhược điểm như độc với hệ thần kinh, dễ gây nhờn thuốc do có thời gian
bán hủy thấp. Vì vậy người ta nghiên cứu tổng hợp dẫn chất mới của artemisinin
như dihydroartemisinin (2), metyl eter (3) … có hoạt tính cao hơn đã được dùng
trong điều trị bệnh sốt rét. Các hợp chất này có ưu điểm là tan tốt trong dầu nên
có thể dùng để tiêm bắp, cả hai hợp chất này đều có hoạt tính cao hơn

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.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 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.
Đường cong biểu diễn cường độ hấp thụ với số sóng của bức xạ hồng ngoại
được gọi là phổ hồng ngoại, trên phổ biểu diễn các cực đại hấp thụ ứng với những
dao động đặc trưng của nhóm nguyên tử hay liên kết nhất định (Hình 1.1).

Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của benzyl ancol
Căn cứ vào phổ hồng ngoại đo được đối chiếu với các dao động đặc trưng
của các liên kết, ta có thể nhận ra sự có mặt của các liên kết trong phân tử. Một
phân tử có thể có nhiều dao động khác nhau và phổ hồng ngoại của các phân
tử khác nhau thì khác nhau, tương tự như sự khác nhau của các vân ngón tay.
3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

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


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


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:
4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

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




 chuan  x 6
.10 ( ppm)
o

Trong đó: νchuan, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn và của hạt nhân
mẫu đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ.
Hằng số chắn σ xuất hiện do ảnh hưởng của đám mây electron bao quanh
hạt nhân nguyên tử, do đó tùy thuộc vào vị trí của hạt nhân 1H và 13C trong
phân tử khác nhau mà mật độ electron bao quanh nó khác nhau dẫn đến chúng
có giá trị hằng số chắn σ khác nhau và do đó độ chuyển dịch hóa học của mỗi
hạt nhân khác nhau. Theo đó proton nào cộng hưởng ở trường yếu hơn sẽ có
độ chuyển dịnh hóa học lớn hơn [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.



ABC
ABC

e
ABC

2

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
6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

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


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

ABC


1.2. Tách và phân tích các đồng phân đối quang [5]
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 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:

8
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

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 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.

9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

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


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 1.4. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp (R,S)-1-phenylbutan-1-ol

10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

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


Hình 1.5. Phổ 1H-NMR của (R)-1-phenylbutan-1-ol và

Cũng tương tự, các nhà Khoa học Mỹ cũng không phát hiện được artemisinin
từ rất nhiều loài Artemisia mọc ở Mỹ [12].
Ở Việt Nam các nhà khoa học đã phát hiện cây Thanh hao hoa vàng mọc
hoang dại ở nhiều tỉnh phía bắc, sau đó nó cũng được gieo trồng đại trà để làm
nguyên liệu chiết tách artemisinin. Riêng trong năm 1999, toàn bộ lượng
artemisinin đã được chiết tách từ cây Thanh hao hoa vàng ở Việt Nam khoảng
ba tấn, trong khi đó, ở Trung Quốc lượng artemisinin sản xuất được khoảng
năm tấn hàng năm [13].

12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

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


1.4. Tổng hợp các dẫn xuất của artemisinin
1.4.1. Các dẫn xuất ete và este của artemisinin
Mặc dù artemisinin đã được dùng trong lâm sàng ở Trung Quốc và một số
nước khác kể cả ở Việt Nam để điều trị bệnh sốt rét. Tuy nhiên, việc sử dụng nó
vẫn còn những hạn chế nhất định như khả năng tan rất kém trong dầu và trong
nước. Do vậy, khi nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất của nó nhằm cải thiện những
nhược điểm đó, các nhà khoa học đã tổng hợp được một số dẫn xuất mới của
artemisinin. Các kết quả này có thể tóm tắt như ở Sơ đồ 1.1. Ví dụ, người ta đã
khử artemisininin (4) thành dihydroartemisinin (DHA) 5, sau đó chất 5 được phản
ứng với metanol và etanol với xúc tác axit tạo thành metyl ete và etyl ete, tương
ứng. Các hợp chất này có ưu điểm là tan tốt trong dầu nên có thể dùng để tiêm
bắp, cả hai hợp chất này đều có hoạt tính cao hơn artemisinin nhưng lại có thời
gian bán huỷ nhỏ hơn và gây độc với hệ thần kinh trung ương trong điều trị trường
diễn ở chó và chuột nhắt [27-29]. Tuy nhiên, White và các cộng sự, khi nghiên
cứu trên các bệnh nhân điều trị bằng cách tiêm metyl ete ở liều cao không phát

14
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

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


Sơ đồ 1.3. Tổng hợp dẫn xuất muối natri của axit artelinic
Các dẫn xuất của artemisinin như dihydroartemisinin, metyl ete, etyl ete,
artesunat và artelinat trong thực tế có hoạt tính cao hơn rất nhiều so với
artemisinin. Các dẫn xuất này được xem như là những “prodrug” của
dihydroartemisinin bởi vì người ta đã chứng minh được rằng các dẫn xuất này
chuyển về dihydroartemisinin trong in vivo.
Tỷ lệ tái phát cao và tỷ lệ điều trị tận gốc thấp của các dẫn xuất
dihydroartemisinin nhìn chung là do thời gian bán huỷ rất ngắn của chúng trong
plasmit, nguyên nhân chính là do các dẫn xuất này được chuyển hoá rất nhanh
về dihydroartemisinin dưới tác dụng của quá trình hydroxyl hoá bởi cytochrom
P-450 tạo thành hemiaxetal trung gian 10 (sơ đồ 1.4), sau đó chất trung gian
này được phân huỷ tạo thành dihydroartemisinin DHA và andehit.

15
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

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