ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HOÀNG THỊ THU HƯƠNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT
INDENOISOQUINOLIN CÓ MẠCH NHÁNH PROPYL
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ 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 THỊ THẮM

Thái Nguyên - 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HOÀNG THỊ THU HƯƠNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT
INDENOISOQUINOLIN CÓ MẠCH NHÁNH PROPYL
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60 44 01 18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... a
MỤC LỤC .................................................................................................................... b
CÁC CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN ..................................................... d
DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................................. e
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ............................................................................................ f
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... g
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) .................................................................... 5
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) .................................................................. 7
1.2. Phân tích các đồng phân đối quang ...................................................................... 9
1.2.1. Tách đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý hiện đại .................. 9
1.2.2. Phương pháp tách các đồng phân đối quang bằng enzym ................................ 9
1.2.3. Tách các đồng phân đối quang nhờ tác nhân bất đối bổ trợ ........................... 10
1.2.4. Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR ........................................... 11
1.2.5. X-ray tinh thể .................................................................................................. 15
Chương 2: THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 19

2.1. Hóa chất và thiết bị ............................................................................................ 19
2.1.1. Hóa chất và dung môi ..................................................................................... 19
2.1.2. Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc ........................................................... 19
2.1.3. Phân tích xác định cấu trúc, định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết
của các sản phẩm tổng hợp được ................................................................. 20
2.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc các dẫn xuất indenosiquinolin .................. 20
2.2.1 Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 6-allyl-5H-indeno[1,2c]isoquinolin-5,11(6H)-đion (41) ................................................................ 20

CC(Column
Chromatography)

Sắc ký cột (SKC)

d

doublet

dd

Double doublet

DEPT

Ditortionless Enhancement by Polarisation Transfer

EI-MS(Electronic
Impact Mass
Spectrocopy)

Phổ khối lượng

HMBC

Heterronuclear Multiple Bond Correlation

HMQC

Heterronuclear Multiple Quantum Corehence

t

Triplet

TLC(Thin Layer
Chromatography)

Sắc ký lớp mỏng(SKLM)

tt

Triplet triplet

d


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Phổ 1H NMR của 1-xiclopentylbut-1-en-3-on ........................................... 5
Hình 1.2: Phổ hấp thụ hồng ngoai của but-2 en-1 ol .................................................. 6
Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzetothiazol ............................................................. 8
Hình 1.4. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp este Mosher (S)-1-phenylbutan-1-ol và
(R)-1-phenylbutan-1-ol ............................................................................ 12
Hình 1.5. Phổ 1H-NMR của este Mosher (R)-1-phenylbutan-1-ol và (S)-1phenylbutan-1-ol ...................................................................................... 12
Hình 1.6. Phổ 1H-NMR của (-)-enriched và hỗn hợp (-)-enriched với CSA ............ 14
Hình 1.7. Tín hiệu 1H-NMR của CH3 trong một số trường hợp ............................... 15
Hình 1.8. Cặp tín hiệu Fiedel .................................................................................... 16
Hình 1.9. Sơ đồ tóm tắt quá trình phân tích cấu trúc ................................................ 16
Hình 2.1. Cấu trúc X-ray đơn tinh thể của hợp chất 42 ............................................ 23
Hình 2.2. Cấu trúc X-ray đơn tinh thể của hợp chất 43 ............................................ 26
Hình 3.1: Phổ IR của hợp chất 41 ............................................................................. 29

Bảng 2.1. Độ dài các liên kết trong hợp chất 42 ......................................................23
Bảng 2.2. Các góc liên kết trong hợp chất 42 ...........................................................24
Bảng 2.3. Độ dài các liên kết trong hợp chất 43 .......................................................26
Bảng 2.4. Các góc liên kết trong hợp chất 43 ...........................................................27

g


MỞ ĐẦU

Hợp chất indenoisoquinolin (1) có hoạt tính chống ung thư nhờ ức chế
enzym topoisomerase I (Top 1) ngăn cản quá trình tháo xoắn của DNA. Hợp
chất 2 (indotecan) và 3 (indimitecan) đang được thử nghiệm lâm sàng ở giai
đoạn II. Những nghiên cứu về lớp chất indenoisoquinolin cũng đã chỉ ra rằng
nhóm thế ở vòng B tại vị trí nguyên tử nitơ (N-6) là các nhóm aminopropyl,
morpholinopropyl, imdazolopropyl cho khả năng gây độc tế bào rất tốt, trong
đó có 2 thuốc đang được thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II là Indotecan (5) và
Indimitecan (6). Bên cạnh đó các chất chứa hợp phần của aminopropanol
cũng được biết đến là các lớp chất cho nhiều hoạt tính sinh học lí thú như hoạt
tính chống ung thư, chống sốt rét, kháng khuẩn, kháng nấm.

Phân tích xác định cấu trúc của các hợp chất này là một nhiệm vụ quan
trọng để có thể tìm được cơ chế lý giải những hoạt tính sinh học của chúng.
Vì vậy, đề tài này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số hợp chất
indenoisoquinolin có chứa mạch nhánh propyl bằng các phương pháp hóa lý
hiện đại như phổ hồng ngoại (IR), cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và phổ
khối lượng (MS). Kết quả của luận văn sẽ là cơ sở khoa học giá trị cho việc
nghiên cứu định tính và định lượng các dẫn xuất indenoisoquinolin chứa
mạch nhánh propyl.


đó hằng số chắn phía ngoài parabol nhỏ còn phía trong thì có hằng số chắn lớn
nghĩa là độ chuyển dịch học cùng các proton nằm phía ngoài parabol sẽ lớn còn
phía trong sẽ nhỏ
Độ chuyển dịch hóa học : Đối với các hạt nhân trong phân tử càng phức tạp
trong nguyên tử do ảnh hưỏng của các đám mây electron của các nguyên tử bên

2


cạnh.Độ chuyển dịch hóa học của

13

C trong các hợp chất hữu cơ biến đổi trong

khoảng từ 0-230ppm (so với TMS) tức là lớn gấp 20 lần so với sự biến đổi độ
chuyển dịch hóa học của 1H.
TMS là chất có hằng số chắn lớn nhất nên dùng nó làm chất chuẩn để đo độ
chuyển dịch hoá học.Đối với hạt nhân 1H thì: 0 H TMS TMS H         
Ở đây, σ TMS là hằng số chắn của chất chuẩn TMS (tetrametylsilan), σH là hằng số
chắn của hạt nhân mẫu đo, ν TMS ν H là tần số cộng hưởng của chất chuẩn và của
hạt nhân mẫu đo. Hằng số chắn σ xuất hiện do ảnh hưởng của đám mây electron
bao quanh hạt nhân nguyên tử, do đó tuỳ 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 hoá học của mỗi hạt
nhân khác nhau. Tổng quát: δ = σTMS - σX σX: hằng số chắn của chất cần đo. δ
không có thứ nguyên mà được tính bằng phần triệu (ppm). Đối với phổ CHTHN 1H
thì δ có giá trị từ 1 đến 12 ppm còn phổ 13C thì δ có giá trị từ 0 đến 220ppm. Vậy
độ chuyển dịch hoá học δ là đại lượng đặc trưng cho những hạt nhân cùng loại của
một đồng vị bị che chắn tương đương nhau trong một hợp chất. Nó không phụ

nhân nguyên tử, do đó tùy thuộc vào vị trí của hạt nhân 1H và

13

C 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 [1].
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
13

C-NMR thì δ có giá trị từ 0-230 ppm
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 [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].
Ở hợp chất VIII, hai proton Hc và Hd ứng với kí hiệu A và B,proton Hb ứng với kí
hiệu X. Vân cộng hưởng của proton Hd ở 6,67 ppm bị tách thành 4 hợp phần với Jcd=16Hz
và Jbd= 8Hz. Proton Hc cộng hưởng ở trường mạnh hơn ,6,05 ppm . Tín hiệu của Hc cũng

một chất vào số sóng hoặc bước sóng chính được gọi là phổ hấp thụ hồng ngoại.

5


Máy phổ hồng ngoại có thể đo được các mẫu ở thể khí, lỏng, rắn nhưng thông
thường nhất được chuẩn bị là dạng rắn và dạng lỏng. Chất rắn thường được nghiền nhỏ
với KBr rồi ép thành viên mỏng. Chất lỏng được đo ở dạng màng lỏng hoặc pha trong
dung môi như CCl4, CHCl3.
Ở phổ hồng ngoại, trục nằm ngang biểu diễn bước sóng (tính ra µm) hoặc số sóng
tính ra cm-1. Ở hình, trục nằm ngang phía trên biểu diễn bước sóng, trục nằm ngang phía
dưới biểu biễn số sóng, trục thẳng đứng biểu diễn phần trăm truyền qua

Hình 1.2: Phổ hấp thụ hồng ngoai của but-2 en-1 ol
Sự hấp thụ hồng ngoại của một chất thường tập trung vào những vùng hẹp tạo ra
các vân hấp thụ ( hình III.10) có rất nhiều vân hấp thụ như vân a, b, c, d, e, g, h. Vân phổ
hồng ngoại có ba đặc trưng cần được mô tả là: vị trí của vân phổ được chỉ bởi bước sóng
hoặc số sóng của đỉnh phổ; cường độ của vân phổ hồng ngoại thường được đánh giá theo
diện tích của vân phổ: vân phổ càng rộng và càng cao thì có cường độ càng lớn; hình
dáng vân phổ: để mô tả người ta cần chỉ rõ đó là vân phổ rộng(tù) hay hẹp(mảnh), chỉ có
một đỉnh hay có nhiều đỉnh phổ.
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[3].
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



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 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 [3].

7


ABC

A

ABC

AB

AB

A

BC

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 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 hoặc phương pháp NMR.
1.2.1. Tách 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:
ee 
de 

%enantiomerA  %enantiomerB
%enantiomerA  %enantiomerB

%diasteroisomerA  %diasteroisomerB
%diasteroisomerA  %diasteroisomerB

1.2.2. 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.
(7)


(15)

(14)

(16)

(17)

Sơ đồ 1.2.
Ngoài ra, có thể chuyển hóa các đối quang của các hợp chất có một tâm bất
đối thành các đồng phân “dia” nhờ phản ứng với tác nhân bất đối bổ trợ khác. Các
đồng phân “dia” nhận được có thể tách ra bằng các phương pháp hóa lý khác nhau.
Cuối cùng các tác nhân bất đối bổ trợ được loại bỏ, thu được các đồng phân đối
quang tinh khiết.

10


(18)

(19)

(21)

(20)

(23)

(22)

(25)

(24)

(26)

(27)

Sơ đồ 1.4
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 1phenylbutan-1-ol ban đầu.

Hình 1.4. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp este Mosher (S)-1-phenylbutan-1-ol và
(R)-1-phenylbutan-1-ol

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

12


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.

(28)



được tách ra. Dựa vào phổ này, người ta có thể xác định được tỷ lệ hai đồng phân
đối quang của oxaziridin.

Hình 1.6. Phổ 1H-NMR của (-)-enriched và hỗn hợp (-)-enriched với CSA
c) Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch Eu(hfc)3)
Tác nhân Eu(hfc)3 là phức của kim loại thuận từ với ligand hữu cơ có tâm bất
đối. Khi tác nhân Eu(hfc)3 kết hợp với nhóm chức (NH2, OH, SH …) trong phân tử
có một trung tâm bất đối sẽ tạo thành đồng phân “dia”. Phức dia tạo thành có một
số proton được tách ra trong từ trường và chuyển về trường thấp. Sự tách biệt và độ
chuyển dịch về phía trường thấp của một số proton phụ thuộc vào nồng độ của tác
nhân phức Eu(hfc)3.

(35)

(34)

(36)

Ví dụ, nghiên cứu phổ 1H-NMR của hỗn hợp hai đối quang (R,S)-1-axetyl-1phenylbutan, các tín hiệu proton của hai đối quang không phân biệt được trong từ
trường. Tuy nhiên, khi được tạo phức với tác nhân chuyển dịch Eu(hfc)3 thì có sự
tách tín hiệu. Nhóm metyl (triplet) được tách thành hai triplet có cường độ tương

14


đương nhau. Sự tách tín hiệu của proton trong từ trường phụ thuộc vào bản chất của
chất nghiên cứu và nồng độ của tác nhân chuyển dịch.
Qua ví dụ trên ta thấy, tín hiệu proton ở nhóm CH3 của hỗn hợp (R,S)-1axetyl-1-phenylbutan khi tạo phức với Eu(hfc) 3 đều được tách ra và có độ
chuyển dịch hóa học chuyển về phía trường thấp. Sự tách tín hiệu và độ chuyển

Mật độ electron tại một điểm trong tế bào cơ bản sẽ được tính toán bằng
công thức:
ρ(x,y,z) = [ Σhkl Fhkl exp{-2p(hx + ky + lz)}] / V
Bằng cách đo cường độ của tất cả các tín hiệu nhiễu xạ Ihkl theo mặt h,k,l khi
đã biết được các thông số cơ bản của tế bào cơ sở theo phương trình Bragg ở trên,
người ta sẽ tính toán được mật độ electron tại mọi điểm trong không gian của tế bào
cơ sở, từ đó có thể xây dựng được bản đồ mật 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 1.9. Sơ đồ tóm tắt quá trình phân tích cấu trúc
bằng phương pháp X-Ray

16