ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM THỊ THANH DUNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT
HEXAHYDROPYRAZIN-[1,2b]-ISOQUINOLIN
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

PHẠM THỊ THANH DUNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT
HEXAHYDROPYRAZIN-[1,2b]-ISOQUINOLIN
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI
Chuyên ngành: Hoá 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


DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ............................................................................... f
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ g
MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................... 2
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc ................................. 2
1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) ................................................... 2
1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ......................... 4
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MMS) .............................................. 6
1.2. Phân tích các đồng phân đối quang ........................................................ 7
1.2.1. Phương pháp phân tách các đồng phân đối quang bằng enzym ...... 8
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 .......................... 10
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 tổng hợp được ............................................. 17

b


2.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc ..................................................... 17
2.2.1. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất
2,3-bis(bromometyl)-1,4-dimetoxinaphtale ............................................. 17
2.2.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất
etyl 5,10-dimetoxi-1,2,3,4-tetrahidrobenzo[g]isoquinolin-3-carboxylat . 18
2.2.3. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất etyl 2-(2-cloroaxetyl)
-5,10-dimetoxy-1,2,3,4-tetrahidrobenzo[g]isoquinolin-3-carboxylat ...... 20

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

13

C- NMR

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13 (13C Nuclear
Magnetic Resonance)

DMSO

Đimetyl sunfoxit (Dimethyl sulfoxide)

1

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H Nuclear Magnetic

H- NMR

Resonance)
HPLC

Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid
Chromatography)

IR

Phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy)

MS

Microwave ( Vi sóng )

MeOH

Metanol

OMe

Methoxy

SOCl2

Sunfonylclorua

e


DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 1.1. .......................................................................................................... 8
Sơ đồ 1.2. .......................................................................................................... 9
Sơ đồ 1.3. .......................................................................................................... 9
Sơ đồ 1.4. ........................................................................................................ 11
Sơ đồ 3.1.Tổng hợp hợp chất 38 .................................................................... 26
Sơ đồ 3.2: Tổng hợp hợp chất 39 ................................................................... 27
Sơ đồ 3.3: Tổng hợp hợp chất trung gian 40 ................................................. 29
Sơ đồ 3.4: Tổng hợp hợp chất 41a ................................................................. 31
Sơ đồ 3.5: Tổng hợp hợp chất 41b ................................................................. 34

f


MỞ ĐẦU
Các dẫn xuất hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin có nhiều hoạt tính
sinh học quý như chống ung thư và kháng khuẩn nên được nhiều nhà khoa
học quan tâm nghiên cứu [1-3]. Trong đó, saframycin (1) được phân lập từ
loài Streptomyces lavendulae có hoạt tính ức chế mạnh tế bào ung thư [1-3],
phần cấu trúc quan trọng của saframycin là khung hexahydropyrazin-[1,2b]isoquinolin.

Tương

tự,

ecteinascidin

(2)

cũng

là

dẫn

xuất

của

hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin có hoạt tính mạnh với các tế bào ung
thư, được phân lập từ sinh vật biển Ecteinascidia turbinata [4-6]. Do đó
hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin còn là các synthon quan trọng cho tổng
hợp toàn phần và bán tổng hợp nhiều hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh
học mạnh có khung cấu trúc tương tự saframycin (1) và ecteinascidin (2) [112]. Các hợp chất hexahydropyrazine-[1,2b]-isoquinolin thường có cấu trúc

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).

2


Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của axit bezoic ( C6H5COOH ) (3)
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 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].
Trong phổ hồng ngoại của axit benzoic ( hình 1.1) ta thấy các pic nằm
trong vùng 3400 – 2300 cm-1 là OH ( đime) , 3540 cm-1 là OH monome ,
1744cm-1 là CO ( monome ), 1695cm-1 là CO ( đime ).

3





 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 dịch hóa học lớn hơn [1].
4


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 1.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của ethanol (4)
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].


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].
ABC

A

ABC

AB

AB

A

BC
B
B

Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo chất, phương pháp bắn phá và

pháp NMR.
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.

(7)
(8)

(6)

(9)

Sơ đồ 1.1
1.2.2. Tách các đồng phân đối quang nhờ tác nhân bất đối bổ trợ
Hỗn hợp raxemic hoặc hai đồng phân của các hợp chất đối quang có
một tâm bất đối thường không thể tách ra khỏi nhau. Tuy nhiên, khi tham gia
phản ứng 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 trọng 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.

8


(20)

(23)

(22)

Sơ đồ 1.3
1.2.3. 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

9


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


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, 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.

(24)

(25)

(27)

(26)

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 1-phenylbutan-1-ol ban đầu.

11


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


(33)

(32)

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)-(+)-

13


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
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.

(34)

(35)

14

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.
- 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 500MHz với dung môi DMSO
và TMS là chất chuẩn, tại phòng Phổ cộng hưởng từ hạt nhân – Viện Hóa học
– Viện Hàn Lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam.

16