ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

TRẦN THỊ KIM NGỌC

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT
6-ARYL PIPERAZINDION 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

TRẦN THỊ KIM NGỌC

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT
6-ARYL PIPERAZINDION 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 THẾ CHÍNH


LỜI CẢM ƠN

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................... a
MỤC LỤC................................................................................................. b
DANH MỤC SƠ ĐỒ ................................................................................ e
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................f
DANH MỤC PHỤ LỤC ........................................................................... g
MỞ ĐẦU.................................................................................................. 1
Chương 1: TỔNG QUAN.......................................................................2
1.1. Tổng quan về các phương pháp xać điṇ h cấu trú c..........................2
1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) [1]............................................ 2
1.1.2. Phương pháp phổ khối lượng (MS) [1,4]........................................ 3
1.1.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) [4]...................5
1.2. Tách và phân tích các đồng phân đối quang [5]..............................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.
Hợp chất PIPERAZINEDION.................................................................11
1.3.1. Cấu trúc của piperazinedion.......................................................... 11
1.3.2. Hoạt tính sinh học của piperazinedion.......................................... 12
1.4. Mục tiêu của luận văn...................................................................... 16
Chương 2: THỰC NGHIỆM................................................................17
2.1. Phương pháp nghiên cứu, nguyên liệu và thiết bị............................ 17
2.1.1...........................................................Phương pháp nghiên cứu
17
2.1.2. Hóa chất và dung môi....................................................................17

b


b


TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................... 42
PHỤ LỤC

b


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
MS

Phương pháp phổ khối lượng

EI

Phương pháp bắn phá bằng dòng electron

CI

Phương pháp ion hóa hóa học

FAB

Phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh

GC

Phương pháp sắc ký khí


meta-Chloroperoxybenzoic acid

NMR

Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân

d


DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 3.1. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn................................................. 27
Sơ đồ 3.2. Tổng hợp chất trung gian 5a, 5b.................................................... 28
Sơ đồ 3.3. Tổng hợp chất trung gian 6a,b.......................................................31
Sơ đồ 3.4. Tổng hợp hợp chất piperazinedion 7a............................................33

e


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của hept- 1-in...................................................2
Hình 1.2. Thiết bị phân tích phổ khối lượng (MS)....................................3
Hình 1.3. Phổ khối lượng của 3,4-Dimethoxyacetophenone.................... 5
Hình 1.4. Hệ thống phân tích phổ hạt nhân...............................................6
Hình 1.5. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của 1-etoxy-4-metoxynaphthalen7
Hình 1.6. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp (R,S)-1-phenylbutan-1-ol.............10
Hình 1.7. Phổ 1H-NMR của (R)-1-phenylbutan-1-ol và (R)-1-phenylbutan-1ol..............................................................................................11
Hình 1.8: Hợp chất piperazinedion đơn giản.......................................... 12
Hình 1.9. Các hợp chất tryprostatin.........................................................13
Hình 1.10. Cấu trúc của các cyclotryprostatins A-D...............................13

Phụ lục 11: Phổ MS của hợp chất 7b. ....................................................... 6- PL
Phụ lục 12: Phổ 1H-NMR của hợp chất 7a ................................................ 6- PL
Phụ lục 13: Phổ 13C-NMR của hợp chất 7a. .............................................. 7- PL
Phụ lục 14: Phổ IR của hợp chất 7a ........................................................... 7- PL
Phụ lục 15: Phổ MS của hợp chất 7a. ........................................................ 8- PL

g


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
tích cấu trúc củ a các
hơp

chất hữu cơ có thể sử
dun

g các phương pháp phô

như phổ hồng ngoại, phổ tử ngoaị khả kiến, phổ công hưở ng từ haṭ nhân, phô
khối lươn g. Mỗi phương pháp cho phep xac định
́
́

nhiều thông tin quan trọng về cấu trúc của hợp chất, đặc biệt là nhóm chức
các hợp chất hữu cơ. Nguyên tắc chung của phương pháp phổ hồng ngoại
là khi ta 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 hept- 1-in

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.
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,


2

ABC

ABC

2e (1) > 95%
3e (2)

-

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.
ABC
ABC
AB

A

BC

AB
A

B


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].


Hình 1.4. Hệ thống phân tích phổ hạt nhân
Giá trị quan trọng nhất trong phân tích NMR là độ chuyển dịch hóa
học δ. Giá trị này có được là 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:
δ=

ν TMS −ν x
νo

.106 ( ppm)

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:
δ=

ν chuan −ν x
νo


thể rút ra kết luận về vị trí trương đối của các hạt nhân có tương tác với
nhau, đặc biệt là cho biết các thông tin về cấu trúc không gian của phân tử
như: cấu hình cis-trans, Z-E, syn-anti, R-S, a-e…[2].
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.

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 1phenylbutan-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.

Hình 1.6. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp (R,S)-1-phenylbutan-1-ol

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)-1phenylbutan-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 1.7. Phổ 1H-NMR của (R)-1-phenylbutan-1-ol và (R)-1-phenylbutan-1-ol

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.

1.3. Hợp chất PIPERAZINEDION
1.3.1. Cấu trúc của piperazinedion
Piperazinedion (diketopiperazin) là vòng dipeptit thu được bằng cách
ngưng tụ hai α-amino axít. Các hợp chất này có rất nhiều trong tự nhiên

thuốc


(BCRP/ABCG2) trong hóa trị liệu điều trị ung thư vú [7,8]. Tryprostatin A
và B ức chế hoàn toàn chu kỳ phát triển tế bào tsFT210 trong giai đoạn
G2/M ở nồng độ tương ứng là 50µg/ml và 12,5µg/ml [7].

Hình 1.9. Các hợp chất tryprostatin.
Năm 1997, Cheng-Bin Cui và cộng sự đã phân lập được 4 hợp chất
piperazinedion khác là Cyclotryprostatin A-D (3-6) (hình 1.5) từ nấm
Aspergillus fumigatus và thăm dò hoạt tính sinh học của chúng. Kết quả
cho thấy, cả 4 hợp chất này đều có tác dụng ức chế giai đoạn G2/M của chu
kỳ tế bào động vật có vú [9].

Hình 1.10. Cấu trúc của các cyclotryprostatins A-D
Một hợp chất có khung piperazinedion khác là Phenylahistin (8)
(Hình 1.8), được phân lập từ Aspergillus ustus và có khả năng gắn kết với
microtubule, biểu hiện các hoạt tính gây độc tế bào chống lại một loạt các
dòng tế bào khối u ở ngưỡng nM [10,11]. Ngược lại, đồng phân đối quang
R biểu hiện hoạt tính gây độc tế bào thấp và hợp chất tương tự có nhóm thế
isopropyl là (-)-aurantiamine (25) có hoạt tính thấp hơn 8 40 lần trong việc
chống lại sự phát triển tế bào P388 [12].


Hình 1.11. Tác nhân ức chế trùng hợp Tubulin
Một loạt các dẫn chất của 22 được tổng hợp để loại bỏ tính bất đối và
tối ưu hóa hoạt tính sinh học. Trong đó, hợp chất có nhóm tert-butyl là
plinabulin (NPI-2358/KPU-2) (26), một chất kháng u mạnh, hoạt tính thể
hiện trên nhiều dòng tế bào khối u [12]. Hiện nay, plinabulin đang trong
giai đoạn II thử nghiệm lâm sàng để điều trị ung thư [13].