ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN QUANG SƠN

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HEMIASTERLIN
CÓ CHỨA HỆ PHENYL- α,β-CACBONYL
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ NMR VÀ MS

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN QUANG SƠN

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HEMIASTERLIN
CÓ CHỨA HỆ PHENYL- α,β-CACBONYL
BẰNG CÁC 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 THẾ CHÍNH

THÁI NGUYÊN - 2017


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................a
MỤC LỤC ........................................................................................................ b
DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT ..........................................................e
DANH MỤC HÌNHDANH MỤC SƠ ĐỒ ...................................................... f
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 3
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh
̣ cấ u trúc................................. 3
1.1.1. UV-Vis ............................................................................................ 3
1.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR).................................................. 4
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) ................................................ 5
1.1.4. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ........................ 7
1.1.5. Phương pháp phổ HMQC và HMBC............................................ 10
1.2. Tách và phân tích các đồng phân đối quang ........................................ 11
1.2.1. Phương pháp tách các đồng phân đối quang bằng enzym ............ 12
1.2.2. Tách và phân tích đồng phân đối quang bằng các phương pháp
hóa lý hiện đại ......................................................................................... 12
1.2.3. Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR ......................... 12
1.2.4. Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch (Shift reagent)
Mosher..................................................................................................... 13
1.3. Hemiasterlin ......................................................................................... 15
1.3.1. Tách chiết hemiasterlin ................................................................. 15
1.3.2. Hoạt tính chống ung thư của hemiasterlin .................................... 16
1.4. Mục tiêu của nghiên cứu ...................................................................... 17
Chương 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 18
2.1. Phương pháp nghiên cứu, nguyên liệu và thiết bị ........................... 18
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu .............................................................. 18
b



Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 28
3.1. Mục tiêu của luận văn .......................................................................... 28
3.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất trung gian 8 bằng phổ NMR ............. 29
3.3. Phân tích cấu trúc của hợp chất trung gian 9 bằng phổ NMR ............. 30
3.4. Phân tích cấu trúc của este hemiasterlin 11a,b .................................... 31
3.4.1. Phân tích cấu trúc của 11a ............................................................ 32
3.4.2. Phân tích cấu trúc của 11b ............................................................ 35
3.5. Phân tích cấu trúc của Axit Hemiasterlin 12a,b................................... 37
3.5.1. Phân tích cấu trúc của 12a ............................................................ 38
3.5.2. Phân tích cấu trúc của 12b ............................................................ 40
KẾT LUẬN .................................................................................................... 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 42
PHỤ LỤC

d


DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
Boc2O
DCC
DIBAL-H
DIPEA hoặc DIEA
DMAP
DME
DMF
DMSO
EDC
ESI-MS
EtOH

High-performance liquid chromatography
Hydroxybenzotriazole
Liquid chromatography - mass spectrometry
Lithi diisopropyl amin
Lithi bis(trimetylsilyl)amit
Metanol
N-Metylmorpholin
Nuclear magnetic resonance
N-Metylmorpholine N-oxit
Benzotriazol-1-yl-oxytripyrrolidinophosphon
-hexaflorophosphat
n-Butyl lithi
Axit p-toluen sunfonic
ter-Butyl đimetyl clo silan
ter-Butanol
Kali ter-butylat
Axit trifloaxetic
Tetrahidrofuran
Trimetylsilyl cyanit
e


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1.
Hình 1.2.
Hình 1.3.
Hình 1.4.
Hình 1.5.
Hình 1.6.
Hình 1.7.

Phổ 1H-NMR của hỗn hợp (R,S)-1-phenylbutan-1-ol ................ 14
Phổ 1H-NMR của (R)-1-phenylbutan-1-ol và (R)-1phenylbutan-1-ol ......................................................................... 14
Phổ 1H-NMR của hợp chất 8 ...................................................... 29
Phổ 1H-NMR của hợp chất 9 ...................................................... 31
Phổ IR của 11a ............................................................................ 32
Phổ 1H-NMR của 11a ................................................................. 33
Phổ 13C-NMR của 11a ................................................................ 34
Phổ ESI-MS của 11a ................................................................... 35
Phổ 1H-NMR của 11b ................................................................. 36
Phổ IR của 11b ............................................................................ 36
Phổ 13C-NMR của 11b ................................................................ 37
Phổ IR của 12a ............................................................................ 38
Phổ 1H-NMR của 12a ................................................................. 39
Phổ 1H-NMR của 12b ................................................................. 40
Phổ IR của 12b ............................................................................ 41
Phổ 13C-NMR của 12b ................................................................ 41

f


DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 3.1.
Sơ đồ 3.2
Sơ đồ 3.3.

..................................................................................................... 28
..................................................................................................... 29
..................................................................................................... 30

g

hợp chất mới và hoạt tính sinh học lý thú. Hemiasterlin là tripetit có nhiều
trung tâm bất đối trong phân tử, nên việc tổng hợp và phân tích cấu trúc các
đồng phân quang học của hemiasterlin gặp nhiều khó khăn đòi hòi cần phải áp
dụng cùng lúc nhiều phương pháp phân tích hóa lý hiện đại. Vì vậy đề tài
“Phân tích cấu trúc của một số hemiasterlin có chứa hệ phenyl- α,βcacbonyl bằng các phương pháp phổ NMR và MS” như phương pháp phổ
hồng ngoại IR, phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân NMR 1D và 2D và
phương pháp phổ khối lượng MS.
Nội dung và nhiệm vụ chính của luận án được đặt ra là:
1) Chuẩn bị các mẫu hemiasterlin nhờ các phản ứng tổng hợp hữu cơ
2) Ứng dụng nhiều phương pháp phổ hiện đại để phân tích cấu trúc của
các hemiasterlin

2


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh
̣ cấ u trúc
1.1.1. UV-Vis

Hình 1.1. Máy đo quang phổ UV-Vis
Cường độ hấp thụ của một chất thay đổi theo bước sóng của bức xạ
chiếu vào nó. Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ hấp thụ theo
giá trị của bước sóng (hoặc tần số, hoặc số sóng) được gọi là phổ hấp thụ. Phổ
hấp thụ tử ngoại khả kiến thường được nói gọn là phổ tử ngoại - khả kiến và
viết tắt là UV-Vis (Ultra Violet - Visible).

Hình 1.2. Phổ UV-VIS của isoprene
3


Hình 1.4. Phổ hồng ngoại của C5H11COOH
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.
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) [1,4]

Hình 1.5. Hệ thống máy đo phổ khối lượng

5


Nếu trong các phương pháp phổ hồng ngoại, phổ từ ngoại và phổ cộng
hưởng từ hạt nhân, người ta giữ nguyên phân tử để nghiên cứu thì ở phương
pháp phổ khối lượng, người ta lại “phá hủy” phân tử để nghiên cứu chúng.
Thoạt tiên mẫu được làm bay hơi, sau đó các phân tử ở thể khí bị bắn phá bởi
chum electron với năng lượng cao.
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:
2e (1) > 95%

ABC
ABC

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.

6


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 3).

Hình 1.6. Phổ khối lượng của hợp chất C16H34
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.
1.1.4. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)

Hình 1.7. Hệ thống máy đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân

7


Để nghiên cứu cấu trúc của các hợp chất hữu cơ, phương pháp phổ
cộng hưởng từ hạt nhân - một trong số những phương pháp vật lý hiện đại
thường được sử dụng. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân phổ biến

hằng số chắn σ xuất hiện, vì vậy 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. Do đó proton nào cộng hưởng ở trường yếu hơn
sẽ có độ chuyển dịnh hóa học lớn hơn [3].

8


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 1.8. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của etanol
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 [3].
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].

9




C qua hai hoặc ba liên kết. Đây là một phương pháp cho phép

ghép nỗi các mảnh cấu trúc với nhau.
1.2. Tách và 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 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.
11


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.
Phương pháp này thường được sử dụng để xác định độ chọn lọc đối quang

Đối với các hợp chất có một tâm bất đối thì hai đối quang 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
đối quang 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... 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.

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.

13


Hình 1.11. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp (R,S)-1-phenylbutan-1-ol

Hình 1.12. 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.


đến năm 1996 cấu trúc không gian của hemiasterlin mới được khẳng định nhờ
phổ nhiễu xạ tia X [8], sau này được các nhà khoa học chứng minh bằng
nhiều phương pháp hiện đại [8,13].
Năm 1999, nhóm nghiên cứu của Chandra K. Westergaard, Michael R.
Boyd và các cộng sự đã phân lập được bốn dẫn xuất hemiasterlin (1),
hemiasterlin A, B và C (5-7) từ hai loài hải miên Auletta sp. và
Siphonochalina spp.,đây là lần đầu tiên hemiasterlin C (7) được phân lập
chứng minh cấu trúc [10,12].
Như vậy, việc phân lập được hemiasterlin từ các loài hải miên với cấu trúc
độc đáo đã cuốn hút được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu phân lập
nhằm tìm kiếm các hợp chất mới có trúc lý thú từ sinh vật biển [6-17,19,21].
1.3.2. Hoạt tính chống ung thư của hemiasterlin
Kết quả sàng lọc hoạt tính ban đầu của Kashman đã khẳng định khả
năng gây độc tế bào ung thư P388 leukaemia của hemiasterlin (1) ở nồng độ
IC50 = 19 nM [1]. Năm 1995, Andersen đã thử nghiệm lại độc tính tế bào của
hemiasterlin trên dòng P388 leukaemia với nồng độ ức chế IC50 = 8,7 nM [7]. So
sánh hai kết quả nghiên cứu, nhóm Andersen đã giải thích do mẫu hemiasterlin
của họ có độ sạch cao hơn, điều này phù hợp với sự khẳng định của nhóm
Kashman năm 1994 là mẫu hemiasterlin cho nghiên cứu hoạt tính có độ sạch
chưa cao [6,7]. Cũng trong công trình này, Andersen đã khẳng định độc tính của
hemiasterlin với nhiều dòng tế bào khác như: ung thư vú MCF7 (ED50 = 0,089
µg/ml), ung thư glioblastoma/astrocytoma U373 (ED50 = 0,012 µg/ml), ung thư
ovarian carcinoma HEY (ED50 = 0,0014 µg/ml), các dẫn chất hemiasterlin A, B
có hoạt tính gây độc tế bào mạnh hơn hemiasterlin (1) [7].
Năm 1997, nhóm nghiên cứu của Andersen đã phát hiện cơ chế chống
ung thư của hemiasterlin. Hoạt tính độc tế bào của hemiasterlin là do làm
ngưng trệ sự phân bào ở giai đoạn metaphase của động học tế bào nhờ ức chế
quá trình polyme hóa tubulin bởi sự gắn kết của hemiasterlin lên vị trí Vinca

16