ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN XUÂN MINH

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MỘT SỐ DẪN XUẤT
2-(4-CLO-7,8-DIMETYLQUINOLIN-2-YL)
-4,5,6,7-TETRACLO-1,3-TROPOLON
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN XUÂN MINH

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MỘT SỐ DẪN XUẤT
2-(4-CLO-7,8-DIMETYLQUINOLIN-2-YL)4,5,6,7-TETRACLO-1,3-TROPOLON
BẰNG 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: PGS. TS. Dương Nghĩa Bang

THÁI NGUYÊN - 2017

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................ a
MỤC LỤC ...................................................................................................... b
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................... d
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................... e
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................ f
DANH MỤC SƠ ĐỒ ..................................................................................... g
MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 8
Chương 1. TỔNG QUAN ........................................................................... 10
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh
̣ cấ u trúc............................. 10
1.1.1. Phương pháp phổ tử ngoại (UV)................................................. 10
1.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR).............................................. 12
1.1.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) .................... 15
1.1.4. Phương pháp phổ khối lượng (MS) ............................................ 19
1.2.Tổng quan về quinolin và tropolon ..................................................... 21
1.2.1. Quinolin ...................................................................................... 21
1.2.2. Tropolon ...................................................................................... 25
Chương 2. THỰC NGHIỆM ...................................................................... 30
2.1. Dụng cụ, hóa chất và phương pháp thực hiện.................................... 30
2.2. Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu quinolin .............................. 30
2.2.1. Tổng hợp 2,7,8-trimetyl quinolin-4-on ....................................... 30
2.2.2. Tổng hợp 4-clo-2,7,8-trimetylquinolin ....................................... 24
2.2.3. Tổng hợp và kết quả phân tích 4-clo-7,8-đimetyl-5-nitro quinolin...32
2.3. Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu tropolon .............................. 33
2.3.1. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của2-(4-clo-7,8-dimetyl quinolin2- yl)- 4,5,6,7- tetraclo-1,3-troplon ....................................................... 33

b


2.3.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2-(4-clo-7,8-dimetyl-5-nitroquinolin-2 yl)-4,5,6,7-tetraclo-1,3 -troplon .......................................... 35


Me

: Metyl

MS

: Mass Spectrometry

NMR

: Nuclear magnetic resonance

OMe

: Metoxi

PPA

: Axit poliphotphoric

Py

: Pyridine

t-Bu

: Tert-butyl

t-BuOH


Hình 1:

Một số hợp chất chứa hệ quinolin, tropolon đã sử dụng làm thuốc .... 8

Hình 1.1: Phổ tử ngoại của -carotene trong dung môi n-hexan, etanol ...... 12
Hình 1.2: Phổ hồng ngoại của anilin ........................................................... 13
Hình 1.3: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat .......................... 17
Hình 1.4: Phổ khối lượng của benzamit (C6H5CONH2) ............................. 21
Hình 1.5: Một số hợp chất thiên nhiên có chứa vòng quinolin .................. 22
Hình 1.6: Một số dẫn xuất của quinolin có hoạt tính chống sốt rét ............ 22
Hình 1.7: Cấu trúc của amquinsin và leniquinsin ....................................... 23
Hình 3.1: Mật độ electron trên hệ quinolin. ................................................ 38
Hình 3.2: Phổ 1H-NMR của hợp chất 5. ..................................................... 42
Hình 3.3: Phổ 13C-NMR của hợp chất 5. .................................................... 43
Hình 3.4: Phổ MS của hợp chất 5. .............................................................. 44
Hình 3.5: Phổ 1H-NMR của hợp chất 6. ..................................................... 44
Hình 3.6: Phổ 13C-NMR của hợp chất 6. .................................................... 45
Hình 3.7: Phổ MS của hợp chất 6(MINH4) ................................................ 46

f


DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 2.1: ....................................................................................................... 30
Sơ đồ 2.2: ....................................................................................................... 31
Sơ đồ 2.3: ....................................................................................................... 32
Sơ đồ 2.4: ....................................................................................................... 33
Sơ đồ 2.6: ....................................................................................................... 35
Sơ đồ 3.1: ....................................................................................................... 37

dụng làm thành phần chính trong một số loại thuốc trên thị trường hiện nay
như: Quinin (thuốc chống sốt rét), Colxamin (thuốc chống mụn nhọt, khối u),
Colchicin (chống bệnh gút), Saquinavir ức chế virut HIV.
t-Bu
H
N

N
O
Saquinavir

Ph

O
N
H
CONH2

O

N

MeO

H2C

NR1R2

H
N

du ̣ng các phương pháp phổ hiê ̣n đa ̣i như IR,1H-NMR, 13C-NMR và phương pháp
phổ khối lượng MS để phân tích xác định cấu trúc của một số dẫn xuất 2-(4-clo7,8-dimetylquinolin-2-yl)-4,5,6,7-tetraclo-1,3-tropolon tổng hợp được.

9


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh
̣ cấ u trúc [1, 2]
1.1.1. Phương pháp phổ tử ngoại (UV)
Phổ tử ngoại, viết tắt là UV (ultraviolet) là phương pháp phân tích được
sử dụng rộng rãi từ lâu. Vùng sóng tử ngoại (UV) 200 – 400 nm.
Phổ tử ngoại của các chất hữu cơ gắn liền với bước chuyển electron
giữa mức năng lượng electron trong phân tử khi các electron chuyển từ các
obitan liên kết hoặc không liên kết lên các obitan phản liên kết có mức năng
lượng cao hơn, đòi hỏi phải hấp thụ năng lượng từ bên ngoài.
Phổ tử ngoại được ứng dụng rộng rãi trong việc xác định nối đôi liên
hợp và vòng thơm.
a. Nhóm mang màu và sự liên hợp của các nhóm mang màu
Các chất có màu là do trong phân tử của các chất chứa các nhóm nối
đôi hay nối ba như C=C, C=O, C=N, N=N, C≡C, N ≡N, –NO2… Do vậy,
chúng được gọi là nhóm mang màu. Trong phân tử có càng nhiều nhóm mang
màu liên hợp thì màu của chất sẽ càng đậm. Các chất màu đậm khi đo phổ tử
ngoại khả kiến cho λmax nằm ở vùng có bước sóng dài. Do đó, những hợp chất
hữu cơ có mạch liên hợp dài thì cực đại nằm ở phía sóng dài.
- Liên hợp π - π
Loại này xuất hiện khi trong hợp chất có chứa các nối đôi liên hợp, các
cực đại hấp thụ chuyển dịch mạnh về phía sóng dài và cường độ hấp thụ tăng
khi số nối đôi liên hợp tăng.
- Liên hợp π - p

- Ảnh hưởng của dung môi
Tùy theo bản chất phân cực của dung môi và chất tan mà phổ tử ngoại
của chất tan thay đổi theo các cách khác nhau. Khi tăng độ phân cực của dung
môi thì dải K chuyển dịchvề phía sóng dài còn dải R (n  π*) lại chuyển dịch
về phía sóng ngắn.

11


e. Ứng dụng phổ tử ngoại.
Phương pháp phổ tử ngoại có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực phân
tích định tính, phân tích cấu trúc phân tử và phân tích định lượng. Nguyên tắc
của phương pháp phân tích định lượng là dựa vào mối quan hệ giữa mật độ
quang và nồng độ dung dịch theo định luật Lambert - Beer. Ưu điểm của
phương pháp quang phổ tử ngoại trong phân tích định lượng là có độ nhạy
cao, có thể phát hiện được một lượng nhỏ chất hữu cơ hoặc ion vô cơ trong
dung dịch, sai số tương đối nhỏ (chỉ 1 đến 3%).

Hình 1.1.Phổ tử ngoại của -carotene trong dungmôi n-hexan, etanol
1.1.2. 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, thông tin chính mà phổ
hồng ngoại cho biết đó là các nhóm chức, các liên kết, kiểu liên kết.
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 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.
12


- Từ các kết quả quan sát 1-5 cố gắng phân loại hợp chất; trên cơ sở
phân loại này ta quan sát tiếp vùng dấu vân tay để cũng cố cho cấu tạo
được giả thiết.
- Nếu không có các dải hấp thụ trong vùng nhóm chức, không kể các
dải dao động hóa trị C-H thì xem có khả năng là các ete, ankyl halogenua,
hợp chất chứa lưu huỳnh, amin bậc ba và hợp chất nitro, và dựa vào bảng tần
số đặc trưng nhóm xem xét tiếp.
Trong trường hợp thông tin cấu trúc dự đoán chưa đủ tin cậy thì cần
dựa vào các dữ kiện của các phương pháp phổ khác hoặc bằng các mẫu thử
hóa học thích hợp.
Phương pháp phổ hồng ngoại có thể được ứng dụng trong phân tích định
lượng một chất trong dung dịch hay trong hỗn hợp. Cơ sở của phương pháp này
dựa trên phương trình định luật Lambert - Beer biểu hiện mối quan hệ giữa sự
hấp thụ ánh sáng và nồng độ chất:
ελlog

I
 .C.d  D
Io

Theo phương trình trên, ở một bước sóng xác định, sự hấp thụ ánh
sáng tỷ lệ với nồng độ C và chiều dày cuvet d và bản chất của chất mẫu.
Như vậy, khi phân tích một chất, đo ở một bước sóng xác định với một
cuvet có chiều dày d đã biết thì mật độ quang D λ chỉ còn tỷ lệ với nồng độ
C của mẫu chất. Vì phương trình trên chỉ chính xác với dung dịch có nồng

14


độ loãng nên phương pháp phân tích định lượng bằng phổ hồng ngoại chỉ

15


a. Hằng số chắn và từ trường hiệu dụng
Hằng số chắn xuất hiện do hai nguyên nhân:
- Hiệu ứng nghịch từ.
- Hiệu ứng thuận từ.
Tỷ lệ cường độ tín hiệu của mỗi nhóm tuân theo tam giác Pascal
như sau:
Bảng 1.1. Tỷ lệ cường độ tín hiệu
Tỷ lệ chiều cao các vạch

Số proton

Số đỉnh

Ký hiệu

1

1 đỉnh

Singlet

0

1:1

2 đỉnh


6 đỉnh

Sexlet

5

1:6:15:20:15:6:1

7 đỉnh

septet

6

trong mỗi nhóm

(N)

Nhìn bảng trên thấy các nhóm tín hiệu có độ bội lớn thì cường độ tín
hiệu đỉnh giữa và đỉnh ngoài gấp nhau nhiều lần vì thế đối với nhóm 6, 7 đỉnh
trở lên thì chỉ xuất hiện một số ít hơn. Ví dụ nhóm 7 đỉnh thường chỉ xuất
hiện 5 đỉnh.
Ngoài ra khoảng cách giữa hai đỉnh liền nhau ở mỗi nhóm được đo
bằng Hertz (Hz) và được gọi là hằng số tương tác spin-spin J. Đây là một
thông số phổ quan trọng như độ chuyển dịch hoá học.
b. Độ chuyển dịch hoá học:
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:

trong phân tử khác nhau mà mật độ electron bao quanh nó khác nhau dẫn đến

17


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 dịnh hóa học lớn hơn.
c. Tương tác spin- spinJ
Đối với mỗi hạt nhân hoặc một nhóm hạt nhân, người ta nhận được một
tín hiệu đặc trưng chỉ có một đỉnh nhưng cũng có khi gồm một nhóm 2, 3, 4,
5 đỉnh khác nhau. Ví dụ phổ cộng hưởng từ proton của etanol có các tín hiệu
đặc trưng cho nhóm OH (1đỉnh), nhóm CH2 (4đỉnh), CH3 (3đỉnh). Nguyên
nhân của sự xuất hiên nhiều đỉnh trên là do mỗi hạt nhân có I=1/2 đã sinh ra
hai từ trường riêng biệt. Hai từ trường này tác dụng lên hạt nhân bên cạnh làm
phân tách mức năng lượng chính của nó thành hai mức năng lượng khác nhau.
Trường hợp 2, 3 hạt nhân cùng tác động từ trường riêng của minh lên cùng
một hạt nhân khác thì năng lượng cộng hưởng của hạt nhân đó bị phân tách
thành nhiều mức năng lượng khác nhau mà mỗi mức năng lượng cộng hưởng
này cho một đỉnh trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton.
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.
d. Ứng dụng của phổ cộng hưởng từ hạt nhân.
- Ứng dụng trong hóa hữu cơ rất rộng lớn. Tuy nhiên, ứng dụng chủ
yếu là để xác định cấu tạo hợp chất hữu cơ tinh khiết và phân tích định tính,
định lượng hợp chất hữu cơ.
- Xác định cấu tạo hợp chất hữu cơ.
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân đặc biệt quan trọng đối với việc nghiên
cứu cấu hình mạch chính, đồng phân và dạng hình học không gian của

nghĩa rất quan trọng đối với việc nghiên cứu xác định cấu trúc các hợp chất
hữu cơ. Dựa trên các số khối thu được trên phổ có thể xây dựng cấu trúc phân
tử hoặc chứng minh sự đúng đắn của công thức cấu tạo dự kiến.

19


a. Nguyên tắc chung
Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là phá vỡ phân tử
trung hoà thành ion phân tử và các ion dương mảnh có số khối z = m/e (m là
khối lượng còn e là điện tích ion). Sau đó phân tách các ion này theo số khối
và ghi nhân thu 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.
Khi bắn phá các phân tử hợp chất hữu cơ trung hoà bằng các phân tử
mang năng lượng cao sẽ trở thành các ion phân tử mang điện tích dương hoặc
phá vỡ thành mảnh ion và các gốc theo sơ đồ sau:
2e (1) > 95%

ABC
ABC

e
ABC

2

3e (2)

ABC-



b. Ứng dụng của Phương pháp phổ khối lượng.
- Xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của
phân tử hợp chất hay từng phần tách riêng của nó
- Xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất
- Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách quan sát từng phần
tách riêng của nó
- Định lượng lượng hợp chất trong một mẫu dùng các phương pháp
khác (phương pháp phổ khối vốn không phải là định lượng)
- Nghiên cứu cơ sở của hóa học ion thể khí (ngành hóa học về ion và
chất trung tính trong chân không).

Hình 1.4.Phổ khối lượng của benzamit (C6H5CONH2)
1.2.Tổng quan về quinolin và tropolon
1.2.1. Quinolin [3,4,5,6,7]
1.2.1.1. Giới thiệu chung về quinolin
Quinolin đã được biết đến từ năm 1834 khi Runge tách được từ nhựa
than đá [8]. Từ đó đến nay, hoá học các hợp chất dị vòng quinolin phát triển
mạnh và đem lại nhiều kết quả đáng quan tâm, đặc biệt là trong hoá dược.
Mặc dù quinolin có trong nhựa than đá, song những hợp chất thiên
nhiên quan trọng chứa khung quinolin là những ankaloit.Trong vỏ dễ cây
Cinchona officinalis có hàng chục ankaloit, trong đó có hai cặp đối quang
đáng chú ý là cặp cinconin/ cinconiđin và cặp quinin/quiniđin [5]:

21


H
4



,
4

N

9

8

(R)
(S)

N
1

,
4

N
R = H, ( 8R,9S); Cinconin
R= OCH3, (8R, 9S); Quinidin

R = H, ( 8S,9R); Cinconidin
R= OCH3, (8S, 9R); Quinin

Hình 1.5: Một số hợp chất thiên nhiên có chứa vòng quinolin
Quinin là thuốc trị sốt rét, người ta biết dùng chế phẩm này từ đầu thế kỉ
XVII, nhưng phải hơn 100 năm sau (1944) Woodward mới tổng hợp toàn phần.
Các dẫn xuất của 8-hiđroxiquinolin thường có hoạt tính diệt khuẩn,

22


Một số dẫn xuất khác nhau của 4-aminoquinolin như 4-amino-6,7ddimetoxxiquinolin (amquinsin) và sản phẩm ngưng tụ với veratranđehit
(leniquinsin) có khả năng làm giảm huyết áp:
CH3O

CH3O

N

N
OCH3

CH3O

CH3O

N=CH

NH2

OCH3

Leniquinsin

Amquinsin

Hình 1.7: Cấu trúc của amquinsin và leniquinsin
Ngoài ra còn một số dẫn xuất ứng dụng làm phẩm nhuộm hay trong

O

NH2

- H2O

+

R

O
arylamin

R

H

Hîp chÊt 1,3-®icacbonyl

Quinolin

Các hợp chất 1,3-đicacbonyl có thê là đixeton dãy béo hoặc dãy thơm
và cũng có thể là một xeto anđehit.
c. Đi từ o-axylanilin và hợp chất cacbonyl có nhóm  -metylen. Tổng
hợp Friedlander
NH2
R
O

O