ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGÔ THỊ SAO

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT
INDENOISOQUINOLIN CÓ MẠCH NHÁNH BENZYL
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ NMR VÀ MS

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGÔ THỊ SAO

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT
INDENOISOQUINOLIN CÓ MẠCH NHÁNH BENZYL
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ NMR VÀ MS
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


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 hồng ngoại (IR). ............................................................. 2
1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) .................................... 3
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) ............................................................ 5
1.2. Phân tích các đồng phân đối quang ................................................................ 7
1.2.1. Phương pháp tách các đồng phân đối quang bằng enzym .......................... 7
1.2.2. Tách các đồng phân đối quang nhờ tác nhân bất đối bổ trợ ....................... 8
1.2.3. Tách đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý hiện đại ............ 9
1.2.4. Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR ....................................... 9
1.3 Giới thiệu một số phương pháp tổng hợp indenoisoquinoline...................... 14
Chương 2 THỰC NGHIỆM ............................................................................. 16
2.1. Hóa chất và thiết bị....................................................................................... 16
2.1.1. Hóa chất và dung môi ............................................................................... 16
2.1.2. Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc ..................................................... 16
2.1.3. Phân tích xác định cấu trúc, định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết
của các sản phẩm được chuẩn bị ......................................................................... 17
2.2. Phân tích cấu trúc của các hợp chất indenisoquinolin ................................. 17
2.2.1 Phân tích cấu trúc indenisoquinolin( 50) ................................................... 18

b


2.2.2 Phân tích cấu trúc indenisoquinolin 51a .................................................... 19
2.2.3 Phân tích cấu trúc indenisoquinolin 51b .................................................... 20
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................................... 22
3.1 Phân tích cấu trúc hợp chất indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion (50) ......... 22
3.2 Phân tích cấu trúc hợp chất indenoisoquinolin 51a ...................................... 26
3.3 Phân tích cấu trúc hợp chất indenoisoquinolin 51b ....................................... 30


ESI-MS

Electrospray ionization – mas spectrometry

EtOH

Etanol

LC-MS

Liquid chromatography – mass spectrometry

LDA

Liti ddiissopropyl amin

LiHMDS

Liti bis(trimetylsily)amit

MCPBA

Axit m-clopeoxitbenzoic

MeOH

Metanol

NBS


TMSCl

Trimetyl silyl clorua

THF

Tetrahidrofuran

d


DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 1.1 ................................................................................................................ 8
Sơ đồ 1.2 ................................................................................................................ 8
Sơ đồ 1.3 ................................................................................................................ 9
Sơ đồ 1.4 .............................................................................................................. 10
Sơ đồ 1.5: Các phương pháp chính tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin ... 15
Sơ đồ 2.1 .............................................................................................................. 18
Sơ đồ 3.1. Tổng hợp indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion (50) .......................... 22
Sơ đồ 3.2: Sơ đồ tổng hợp hợp chất 51a ............................................................. 26
Sơ đồ 3.3: Sơ đồ tổng hợp hợp chất 51b ............................................................. 30

e


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1.



Hình 3.2.

Phổ 1H-NMR giãn rộng của hơ ̣p chấ t 50 ........................................ 24

Hình 3.3.

Phổ 13C-NMR của hơ ̣p chấ t 50 ...................................................... 25

Hình 3.4.

Phổ 13C-NMR giãn rộng của hơ ̣p chấ t 50 ....................................... 25

Hình 3.5.

Phổ IR của hơ ̣p chấ t 51a ................................................................. 27

Hình 3.6.

Phổ 1H-NMR của hơ ̣p chấ t 51a ...................................................... 27

Hình 3.7.

Phổ 1H-NMR giãn rộng của hơ ̣p chấ t 51a ..................................... 28

Hình 3.8.

Phổ 13C-NMR của hơ ̣p chấ t 51a ..................................................... 29

Hình 3.9:


Heterronuclear Multiple Bond Correlation

IR(Infrared Spectrocoppy)
Phổ hồng ngoại
EI-MS(Electronic Impact
Phổ khối lượng
Mass Spectrocopy)
CC(Column
Chromatography)
TLC(Thin Layer
Chromatography)

Sắc ký cột(SKC)
Sắc ký lớp mỏng(SKLM)

ppm

Par per milion

Hz

Hertz

s

singlet

d


MỞ ĐẦU
Phân tích các hợp chất hữu cơ được coi là phương pháp của hóa học
hữu cơ, nó là một phương tiện nghiên cứu giúp đi sâu tìm hiểu bản chất cấu
tạo của các hợp chất hữu cơ, nắm được những quy luật chi phối những đặc
tính lý hóa sinh của chúng.Phân tích hữu cơ là một phần không thể thiếu trong
lĩnh vực hóa phân tích. Đây là phần kết hợp giữa hóa hữu cơ, hóa phân tích và
hóa lý hiện đại.
Hợp chất indenoisoquinolin (1) được biết đến có hoạt tính chống ung
thư nhờ ức chế enzym topoisomerase I (Top 1) ngăn cản quá trình tháo xoắn
của DNA. Các dẫn xuất của indenoisoquinolin đã được nghiên cứu, tổng hợp
như 1, 2, 3 đều cho hoạt tính ức chế Top 1. Hợp chất 2 (indotecan) và 3
(indimitecan) đang được thử nghiệm lâm sàng ở giai đoạn II. Các hợp chất
này có hoạt tính cao hơn so với thuốc chống ung thư hệ camptothecin, không
gây hiệu ứng phụ, đặc biệt bền và không bị thủy phân vì không có vòng
lacton nên trong thời gian gần đây có rất nhiều công trình nghiên cứu tổng
hợp hợp chất này.

Vì cấu trúc của lớp chất này rất phức tạp, nên việc phân tích và xác
định cấu trúc của các hợp chất indenoisoquinolin rất quan trọng và cần thiết.
Đề tài này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số hợp chất
indenoisoquinolin có chứa mạch nhánh benzyl bằng các phương pháp hóa lý
hiện đại. 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
benzyl.
1


Chương 1
TỔNG QUAN
Hóa phân tích là một lĩnh vực rất rộng , ở đó không chỉ có phân tích

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 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 [3].
1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) 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

momen từ. Nếu đặt proton trong từ trường không đổi thì moment từ của nó có

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.

4


(5)

Hình 1.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của tricloetan
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 tương đối của các hạt nhân có tương tác với nhau [2].
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 [3,4].

5



ABC

AB

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 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).

6


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.

với các chất bổ trợ chiral có từ một hoặc nhiều tâm bất đối, tạo thành sản phẩm có
từ hai tâm bất đối trở lên, có thể tách được bằng các phương pháp hóa lý khác
nhau. Dựa vào tính chất quan trong này năm 1953, Pasteur đã tách được đôi đồng
phân đối quang của axit tactaric nhờ sự tạo muối “dia” của hỗn hợp hai đối quang
với (+)-cinchotoxin, có độ tan khác nhau nên có thể tách ra khỏi nhau bằng
phương pháp kết tinh. Phương pháp này vẫn được sử dụng hiệu quả để tách hỗn
hợp hai đồng phân đối quang ra khỏi nhau.
(11)

(10)

(12)

(13)
(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.

8

%enantiomerA  %enantiomerB

%diasteroisomerA  %diasteroisomerB
%diasteroisomerA  %diasteroisomerB

1.2.4. Phân tích các đối quang nhờ phương pháp 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
9


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.
a). Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch (Shift reagent) Mosher
Đối với các hợp chất có một tâm bất đối thì hai cấu hình 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
cấu hình 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… Sau đó, nghiên cứu cấu hình của các hợp chất dia này sẽ đưa ra được

11


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)

(31)

(30)

(29)

b) Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch Chiral Pirkle
ancol (CSA)
Chiral aryltrifluorometyl carbinol (chiralPirkle ancol) là những tác
nhân hữu dụng nhất, cho phép xác đinh
̣ nhanh tỷ lê ̣ của các đồ ng phân lâ ̣p thể .
Khi có mặt của chấ t này, các đối quang của lacton, amin và ancol trong từ
trường tạo ra phổ không tương đương. Có thể là do cả hydroxyl và các hydro
cacbinyl của chấ t CSA tạo ra các tương tác với các tâm bazơ. Ưu điểm của
phương pháp này là không cần phải thực hiện các phản ứng chuyển hóa thành
các dẫn xuất với tác nhân bổ trợ nên hạn chế được quá trình raxemat hóa, đặc
biệt là có thể sử dụng để xác định cấu hình của các chất có hàm lượng nhỏ.

(33)

(32)



triplet có cường độ tương 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)1-axetyl-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 dịch hóa học proton ở nhóm CH3 của hai đối quang có sự khác biệt rõ
ràng. Đối với (R)-1-axetyl-1-phenylbutan, tín hiệu proton của nhóm CH3 được
chuyển dịch về phía trường cao so với (S)-1-axetyl-1-phenylbutan. Như vậy,
có thể phân biệt và xác định được tỷ lệ hai đồng phân (R)-1-axetyl-1phenylbutan và (S)-1-axetyl-1-phenylbutan nhờ 1H-NMR của chúng khi tạo
phức với tác nhân chuyển dịch Eu(hfc)3 (xem hình 5).

Hình 1.7. Tín hiệu 1H-NMR của CH3 trong một số trường hợp
1.3 Giới thiệu một số phương pháp tổng hợp indenoisoquinoline
Hiện nay tổng hợp các dẫn chất của indenoisoquinolin được thực hiện
theo các phương pháp chính sau đây:
Phương pháp thứ nhất: Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin thông
qua phản ứng ngưng tụ của anhiđrit homophtalic với các bazơ Schiff
[3,5,8,34].
Phương pháp thứ hai: Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin dựa
trên phản ứng của indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion (50) với các amin bậc 1
[1,2,4,12,13,15,28÷33,35].
14


Phương pháp thứ ba: Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin thông
qua phản ứng đóng vòng của 3–arylisoquinolin [14,16,17].
Phương pháp thứ tư: Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin dựa trên
phản ứng đóng vòng của dẫn chất styrenic enamit [21,23].

Nhiệt độ nóng chảy của các chất tổng hợp được đo trên máy đo trên
máy Gallenkeamp của Anh tại phòng thí nghiệm Tổng hợp hữu cơ – Viện hóa
học – Viện Hàn Lâm khoa học & Công nghệ Việt Nam.
- 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 Hóa học – Viện Hàn Lâm
Khoa học & Công nghệ Việt Nam, đo ở dạng ép viên với KBr rắn.

16