ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN ĐÌNH LONG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC
CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT 2-AZA-ANTHRAQUINON
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN ĐÌNH LONG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC
CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT 2-AZA-ANTHRAQUINON
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: GS.TS. NGUYỄN VĂN TUYẾN

THÁI NGUYÊN - 2017


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. Phân tích các đồng phân đối quang........................................................ 8
1.2.1. Phương pháp tách các đồng phân đối quang bằng enzym .............. 9
1.2.2. Tách các đồng phân đối quang nhờ tác nhân bất đối bổ trợ ........... 9
1.2.3. Tách đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý
hiện đại ................................................................................................... 10
1.2.4. Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR ......................... 11
Chương 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 17
2.1. Hóa chất và thiết bị .............................................................................. 17
2.1.1. Hóa chất và dung môi ................................................................... 17
2.1.2. Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc ......................................... 17
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 ............................................ 18
2.2. Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 2-aza-anthraquinon ............... 18

b


2.2.1. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc 3-metyl-benz[g]isoquinolin5,10-dion (39a) ........................................................................................ 18
2.2.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc 3-isopropylbenz[g]isoquinolin-5,10-dion (39b) ........................................................ 20
2.2.3. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc 3-phenylbenz[g]isoquinolin (39c) . 21
2.2.4. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc 3-(4’-florophenyl)-benz[g]
isoquinolin-5,10-dion (39d) .................................................................... 23
Chương 3. KẾT QUẢ THẢO LUẬN .......................................................... 26
3.1. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc 3-metyl-benz[g]isoquinolin5,10-dion (39a) ........................................................................................... 26

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

IR

Phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy)

MS
H, C

Phổ khối lượng va chạm điện tử (Electron
Impact-Mass Spectrometry)
Độ chuyển dịch hóa học của proton và
cacbon

ppm

Phần triệu ( parts per million )

s

singlet

dd

Double doulet

CHCl3

Clorofom


Sơ đồ 3.3: Chuẩn bị mẫu hợp chất 39c. ....................................................... 33
Sơ đồ 3.4: Chuẩn bị mẫu hợp chất 39d ........................................................ 37

e


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1.

Phổ hồng ngoại của toluen ............................................................ 4

Hình 1.2.

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của etanal ........................................ 6

Hình 1.3.

Phổ khối lượng của 2,4 đimethylpentane ..................................... 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)1-phenylbutan-1-ol...................................................................... 13

Hình 1.6.


Hình 3.7

Phổ 13C-NMR của hợp chất 39b ................................................. 32

Hình 3.8.

Phổ 1H-NMR của hợp chất 39c .................................................. 33

Hình 3.9.

Phổ 1H-NMR giãn của hợp chất 39c .......................................... 34

Hình 3.10. Phổ 13C-NMR của hợp chất 39c. ................................................ 34
Hình 3.11. Phổ 13C-NMR giãn của hợp chất 39c ......................................... 35
Hình 3.12. Phổ MS của hợp chất 39c ........................................................... 36
Hình 3.13. Phổ 1H-NMR của hợp chất 39d .................................................. 38
Hình 3.14. Phổ 13C-NMR của hợp chất 39d ................................................. 38
Hình 3.15. Phổ HSQC của hợp chất 39d ...................................................... 39
Hình 3.16. Phổ MS của hợp chất 39d ........................................................... 40

f


MỞ ĐẦU

Pyranonaphthoquinon là lớp chất kháng sinh thiên nhiên có khung 1Hnaphtho[2,3-c]pyran-5,10-dion như eleutherin (1), nanaomycin A (2) và
frenolycin B (3), psychorubrin (4) được chiết tách từ Psychotria rubra. Các
hợp chất thiên nhiên thuộc lớp chất này có hoạt tính sinh học rất lý thú như
kháng khuẩn, kháng nấm, chống ung thư và chống virut.


Do đó đề tài này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số hợp
chất 2-aza-anthraquinon bằng các phương pháp phổ hiện đại như phổ hồng
ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và phổ khối lượng (MS).

2


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh
̣ cấ u trúc
1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
Trong số các phương pháp phân tích cấu trúc, phổ hồng ngoại cho
nhiều thông tin quan trọng về cấu trúc của hợp chất.
Bức xạ hồng ngoại bao gồm một phần của phổ điện từ, đó là vùng bước
sóng khoảng 10-4 đến 10-6 m. Nó nằm giữa vi sóng và ánh sáng khả kiến.
Phần của vùng hồng ngoại được sử dụng nhiều nhất để xác định cấu trúc nằm
trong giữa 2,5x10-4 và 16x10-6 m. Đại lượng được sử dụng nhiều trong phổ
hồng ngoại là số sóng (cm-1), ưu điểm của việc dùng số sóng là là chúng tỷ lệ
thuận với năng lượng [3].
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 2 lại 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).
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


13

C có


momen từ. Nếu đặt proton trong từ trường không đổi thì moment từ của nó có
thể định hướng cùng chiều hay ngược chiều với từ trường. Đó là spin hạt
nhân có tính chất lượng tử với các số lượng tử +1/2 và -1/2 [2].
Độ chuyển dịch hóa học : Do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt
nhân 1H và 13C trong phân tử có tần số cộng hưởng khác nhau. Đặc trưng cho
các hạt nhân 1H và 13C trong phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối với hạt
nhân 1H thì:



 TMS  x 6
.10 ( ppm)
o

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:



 chuan  x 6
.10 ( ppm)
o

là 200 ppm, nguyên tử C (kí hiệu C2) trong nhóm -CH3 là 31 ppm.
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

6


lượng. Dựa vào phổ khối này có thể xác định phân tử khối và cấu tạo phân
tử của chất nghiên cứu [3,4].
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:
ABC
ABC

e
ABC

2e
2

(1) > 95%

3e (2)


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 1.3).

Hình 1.3. Phổ khối lượng của 2,4 đimethylpentane
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. Trên hình 1.3 ta
thấy pic ion phân tử của chất 2,4 đimethylpentane là 100.
1.2. Phân tích các đồng phân đối quang
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 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.

8


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,


(17)

Sơ đồ 1.2

9

(18)


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.

(19)

(20)

(22)

(21)

(23)

(24)

Sơ đồ 1.3
1.2.3. Tách đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý hiện đại

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 cấu hình của chất ban đầu. Ví dụ, để xác định
cấu hình tuyệt đối của hợp chất 1-phenylbutan-1-ol có một tâm bất đối,

11


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.

(26)

(25)

(27)



b) Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch Chiral Pirkle ancol (CSA)
Chiral aryltrifluorometyl carbinol (chiral Pirkle 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
mă ̣t 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 của phương pháp

13


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.

(34)

(33)

Ví dụ, để nghiên cứu cấu hình của hai đối quang oxaziridin nhờ tác
nhân bổ trợ CSA, kết quả do tương tác cầu hydro của oxazirindin với CSA tạo
thành phức dia, dẫn đến một số tín hiệu của hai đối quang được tách biệt
trong từ trường. Nghiên cứu của phổ 1H-NMR của hỗn hợp hai đồng phân (-)oxaziridin khi không có tác nhân chuyển dịch CSA thì các tín hiệu proton
không phân biệt được trong từ trường, nhưng khi cho kết hợp với (S)-(+)CSA thì các tín hiệu của metyl, metin 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

14



phenylbutan 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

16


Chương 2
THỰC NGHIỆM

2.1. Hóa chất và thiết bị
2.1.1. Hóa chất và dung môi
Các hoá chất dùng cho tổng hợp hữu cơ và dung môi được mua của
hãng Merck, hãng Sigma Aldrich và hãng Fluka và thuộc loại phân tích dùng
cho phân tích.
Bột silica gel cho sắc ký cột 100 - 200 mesh (Merck), bản mỏng sắc ký
silica gel đế nhôm Art. 5554 DC - Alufolien Kiesel 60F254(Merck).
2.1.2. Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc
Để xác định và phân tích cấu trúc các chất hữu cơ tổng hợp được,
chúng tôi tiến hành các phương pháp sau:
- Xác định nhiệt độ nóng chảy
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.