Phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất dihydro benzohcinnoline 5,6 dion bằng các phương pháp hóa lý hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM THỊ MAI

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ
DẪN XUẤT DIHYDROBENZO[H]CINNOLIN-5,6-DION
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2016
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM THỊ MAI

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ
DẪN XUẤT DIHYDROBENZO[H]CINNOLIN-5,6-DION
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI
Chuyên ngành: Hoá Phân tích
Mã số : 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa ho ̣c: TS. LÊ NHẬT THÙY GIANG

THÁI NGUYÊN - 2016
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn
TS. Lê Nhật Thùy Giang đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt
thời gian thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo khoa Hóa học trường Đại học
khoa học - ĐHTN cùng tập thể các thầy cô, anh chị và các bạn tại khoa hóa
học trong suốt thời gian vừa qua. Em cũng xin chân thành cảm ơn GS.TS.
Nguyễn Văn Tuyến, TS. Phạm Thế Chính, TS. Phạm Thị Thắm, TS. Đặng
Thị Tuyết Anh, KS. Nguyễn Hoàng Phương và các bạn NCS, HVCH phòng
Hóa dược - Viện Hóa học đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực
nghiệm và hoàn thành luận văn.
Tôi xin cảm ơn các anh chị, các bạn học viên lớp hóa K8D- lớp Cao
học Hóa đã trao đổi và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình tôi, bạn bè tôi
- những người đã luôn bên cạnh động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian
học tập và thực hiện luận văn này.
Thái Nguyên, tháng 10 năm 2016
Tác giả

Phạm Thị Mai

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

a




MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................a
MỤC LỤC ......................................................................................................... b
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................e
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH .............................................................. f
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 2
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh
̣ cấ u trúc ..................................... 2
1.1.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ............................. 2
1.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)....................................................... 4
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) ..................................................... 5
1.1.4. X-ray tinh thể ....................................................................................... 7
1.2. Tổng quan về lớp chất naphthoquinon ....................................................... 9
Chương 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 15
2.1. Hóa chất và phương pháp......................................................................... 15
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 15
2.1.2. Hóa chất và dung môi ........................................................................ 15
2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất
bằng sắc kí lớp mỏng ................................................................................... 15
2.1.4. Xác nhận cấu trúc............................................................................... 15
2.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của chất 4a ............................................. 16
2.2.1. Quy trình tổng hợp ............................................................................. 16
2.2.2. Phân tích cấu trúc của 4a bằng phổ IR............................................... 17

2.2.3. Phân tích cấu trúc của 4a bằng NMR ................................................ 17
2.3. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của chất 4b ............................................ 18
2.3.1. Quy trình tổng hợp ............................................................................. 18
2.3.2. Phân tích cấu trúc của 4b bằng phổ IR .............................................. 18
2.3.3. Phân tích cấu trúc của 4b bằng NMR ................................................ 19
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

b




2.4. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của chất 4c ............................................. 20
2.4.1. Quy trình tổng hợp ............................................................................. 20
2.4.2. Phân tích cấu trúc của 4c bằng phổ IR............................................... 20
2.4.3. Phân tích cấu trúc của 4c bằng NMR ................................................ 21
2.5. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của chất 4d ............................................ 22
2.5.1. Quy trình tổng hợp ............................................................................. 22
2.5.2. Phân tích cấu trúc của 4d bằng phổ IR .............................................. 22
2.5.3. Phân tích cấu trúc của 4d bằng NMR ................................................ 23
2.6. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của chất 4e ............................................. 24
2.6.1. Quy trình tổng hợp ............................................................................. 24
2.6.2. Phân tích cấu trúc của 4e bằng phổ IR............................................... 24
2.6.3. Phân tích cấu trúc của 4e bằng NMR ................................................ 25
Chương 3. KẾT QUẢ THẢO LUẬN .......................................................... 26
3.1. Mục tiêu của đề tài ................................................................................... 26
3.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 3,4-bis-(4-bromphenyl)-1methyl-1,4-dihydrobenzo [H] Cinnoline-5,6-dion (4a) .................................. 26
3.2.1. Tổng hợp chất 4a................................................................................ 27
3.2.2. Phân tích cấu trúc của chất 4a bằng IR .............................................. 27
3.2.3. Phân tích cấu trúc của chất 4a bằng phổ NMR .................................. 28

3.3. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 3,4-bis-(3-bromphenyl)-1methyl -1,4-dihydrobenzo [H]cinnoline-5,6-dion (4b) ................................... 31
3.3.1. Tổng hợp chất 4b ............................................................................... 31
3.3.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất 4b bằng phổ IR ............................... 31
3.3.3. Phân tích cấu trúc của hợp chất 4b bằng phổ NMR .......................... 32
3.4. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của hợp chất 3,4-bis-(2methoxyphenyl)-1-methyl-1,4- dihydrobenzo[H]cinnoline-5,6-dion (4c) ........... 34
3.4.1. Tổng hợp chất 4c................................................................................ 34
3.4.2. Phân tích cấu trúc của chất 4c bằng IR .............................................. 35
3.4.3. Phân tích cấu trúc của hợp chất 4c bằng NMR.................................. 35
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

c




3.5. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của hợp chất 3,4-bis-(4dimethylaminophenyl)-1-methyl-1,4 dihydrobenzo[H]cinnoline-5,6dion (4d) .......................................................................................................... 38
3.5.1. Phân tích cấu trúc của 4d bằng IR ..................................................... 38
3.5.2. Phân tích cấu trúc của 4d bằng NMR ................................................ 39
3.6. Phân tích cấu trúc của hợp chất 3,4-bis-(2-nitro-5-hydroxyphenyl)-1methyl-1,4-dihydrobenzo[H]cinnoline-5,6-dion (4e) ..................................... 42
3.6.1. Phân tích cấu trúc của 4e bằng IR...................................................... 42
3.6.2. Phân tích cấu trúc của 4e bằng NMR ................................................ 43
KẾT LUẬN .................................................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 47
PHỤ LỤC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

d

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
13

C- NMR

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

1

H- NMR

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

HPLC

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

IR

Phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy)

MS

Phổ khối lượng va chạm điện tử (Electron Impact-Mass
Spectrometry)

H, C

Độ chuyển dịch hóa học của proton và cacbon

ppm

Phần triệu (parts per million)

s

singlet

CDCl3

Cloroform

OH

hydroxy

NO2

Nitro

t-BuOH

tert butanol

N(CH3 )2

dimetylamino

OMe

Methoxy

SO2CH3

methylsulfonyl

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

e




DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH
Trang

Sơ đồ 3.1. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn ............................................... 26
Sơ đồ 3.2. Tổng hợp chất 4a .......................................................................... 27
Sơ đồ 3.4. Sơ đồ tổng hợp chất 4c .................................................................. 34
Sơ đồ 3.3. Tổng hợp chất 4b ........................................................................... 31
Hình 1.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat .............................. 3
Hình 1.2. Phổ hồng ngoại của benzyl ancol ................................................... 4
Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzamit (C6H5CONH2) ................................ 6
Hình 1.4. Cặp tín hiệu Fiedel ......................................................................... 7
Hình 1.5.

Sơ đồ tóm tắt quá trình phân tích cấu trúc bằng phương
pháp X-Ray .................................................................................... 8

Hình 3.1. Phổ IR của hợp chất 4a................................................................. 28
Hình 3.2. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4a ...................................................... 29
Hình 3.3. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 4a .............................................. 29
Hình 3.4. Phổ 13C-NMR của hợp chất 4a ..................................................... 30
Hìnhh 3.5. Phổ Xray phân tử của hợp chất 4a ............................................... 31
Hình 3.6. Phổ IR của hợp chất 4b ................................................................ 32
Hình 3.7. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4b ...................................................... 32
Hình 3.8. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 4b .............................................. 33
Hình 3.9.

Phổ 13C-NMR của hợp chất 4b.................................................... 33

Hình 3.10. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 4b ............................................. 34
Hình 3.11. Phổ IR của hợp chất 4c................................................................. 35
Hình 3.12. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4c ...................................................... 36
Hình 3.13. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 4c .............................................. 37
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

f




Hình 3.14. Phổ 13C-NMR của hợp chất 4c ..................................................... 37
Hình 3.15. Phổ IR của hợp chất 4d ................................................................ 39
Hình 3.16. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4d ...................................................... 40
Hình 3.17. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 4d .............................................. 40

Hình 3.18. Phổ 13C-NMR của hợp chất 4d..................................................... 41
Hình 3.19. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 4d ............................................. 41
Hình 3.20. Phổ IR của hợp chất 4e................................................................. 42
Hình 3.21. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4e ...................................................... 43
Hình 3.22. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 4e .............................................. 43
Hình 3.23. Phổ 13C-NMR của hợp chất 4e ..................................................... 44
Hình 3.24. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 4e ............................................. 44

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

g




MỞ ĐẦU
Lớp chất kháng sinh pyranonaphthoquinon thiên nhiên từ lâu được các
nhà khoa học hết sức quan tâm. Đó là những chất thuộc khung 1H-naphtho
[2,3-c]pyran-5,10-dion. Các chất này chủ yếu được tìm thấy trong các vi
khuẩn, vi nấm và thực vật. Một số pyranonaphthoquinon như 2-azaanthraquinon và 3,4-dehydropyranonapthoquinon có hoạt tính kháng khuẩn
(đặc biệt là các khuẩn Gram (+)), kháng nấm, chống sốt rét, virut và chống
ung thư. Do có hoạt tính sinh ho ̣c lý thú nên lớp chấ t này được các nhà hóa
học quan tâm nghiên cứu. Nhiề u hơ ̣p chấ t có cấ u trúc mới đã đươ ̣c phát hiêṇ
từ các vi sinh vâ ̣t và thực vâ ̣t. Nhiều chất có cấ u trúc mới đã tổ ng hơ ̣p bằ ng
con đường hóa ho ̣c.
Tiếp tục hướng nghiên cứu áp dụng các phản ứng hóa học hiện đại vào
tổng hợp và tím kiếm các hợp chất hóa học có cấu trúc mới và hoạt tính sinh
học lý thú, nhóm tác nghiên cứu của GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến - Viện Hóa
học đã tổng hợp được nhiều dẫn xuất nhờ phản ứng Domino, các kết quả đã
được công bố trên các tạp chí quốc tế có chỉ số trích dẫn cao. Đề tài này tập

trung nghiên cứu: "Phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất dihydro
benzo[h]cinnoline-5,6-dion bằng các phương pháp hóa lý hiện đại" như phổ
hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối lượng (MS)
và phổ X-ray phân tử.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

1




Chương 1

TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh
̣ cấ u trúc
1.1.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (CHTHN) là phương pháp vật lý hiện đại
nghiên cứu cấu trúc của các hợp chất hữu cơ. Phương pháp phổ biến được sử
dụng là phổ 1H-NMR và

13

C-NMR. Hạt nhân của nguyên tử 1H và

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.
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
.10 6 ( 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
.10 6 ( 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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

2




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.
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 1.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat
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 là 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].
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].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

3

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.
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 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 1.3).

Hình 1.2. Phổ hồng ngoại của benzyl ancol
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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

4

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,
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.
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
lượng. Dựa vào phổ khối này có thể xác định phân tử khối và cấu tạo phân
tử của chất nghiên cứu.
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

e
ABC

2

3e (2)

ABC-

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

5




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

A

ABC

AB

AB

A

BC
B
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.
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 1.1).

Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzamit (C6H5CONH2)
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.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

6




1.1.4. X-ray tinh thể

a. Giới thiệu chung
Phương pháp X-ray phân tử là phương pháp hiện đại nhất để xác định
cấu trúc phân tử của một hợp chất hữu cơ. Từ phương trình Bragg, người ta
tính toán độ dài của các cạnh tế bào cơ sở (a,b,c), chỉ số Miler (h,k,l), góc
giữa các trục tinh thể (α,β,γ), thể tích tế bào tinh thể cơ sở (V) và số lượng
phân tử (n) xây dựng nên tế bào cơ sở.
Phương trình Bragg: 2d.sin(θ) = nλ
Thể tích tế bào cơ sở: V = abc(1-cos2α-cos2β-cos2γ+2cosαcosβcosγ)1/2
Số lượng phân tử trong một tế bào cơ sở n = V.d.6,023.10 23 (d: tỷ
trọng g/cm3).
Mặt khác, khi chiếu bức xạ tia X vào phân tử, ở mỗi trung tâm liên kết
sẽ phát ra một cặp tín hiệu Friedel phản xạ theo hai hướng (h,k,l) và hướng
ngược lại (-h,-k,-l). Cường độ của tín hiệu Friedel (Fhkl, F-h,-k-l) được tính toán
nhờ cường độ của tín hiệu nhiễu xạ (Ihkl) (|Fhkl| = (Ihkl)1/2).
H,K,
L

-H,-K,L

Hình 1.4. Cặp tín hiệu Fiedel
Mật độ electron tại một điểm trong tế bào cơ bản sẽ được tính toán
bằng công thức:
ρ(x,y,z) = [ Σhkl Fhkl exp{-2p(hx + ky + lz)}] / V
Bằng cách đo cường độ của tất cả các tín hiệu nhiễu xạ Ihkl theo mặt
h, k, l khi đã biết được các thông số cơ bản của tế bào cơ sở theo phương
trình Bragg ở trên, người ta sẽ tính toán được mật độ electron tại mọi điểm
trong không gian của tế bào cơ sở, từ đó có thể xây dựng được bản đồ mật
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

7

độ điện tích của phân tử.Từ dữ liệu bản đồ mật độ electron, chương trình
máy tính sẽ dựng được cấu trúc không gian ba chiều của phân tử. Quá trình
xác định cấu trúc của hợp chất hữu cơ bằng phương pháp X-ray phân tử có
thể được tóm tắt như sau:

Hình 1.5. Sơ đồ tóm tắt quá trình phân tích cấu trúc bằng phương pháp X-Ray
b. Xác định cấu hình tuyệt đối
Phương pháp X-ray tinh thể có khả năng xác định chính xác cấu
hình tuyệt đối của một phân tử, nếu trong phân tử có nguyên tử có tán xạ
tia X bất thường. Để xác định cấu hình tuyệt đối của phân tử bằng phương
pháp X-ray tinh thể người ta sử dụng phương pháp của Bijvoet và phương
pháp so sánh chỉ số R.
Phương pháp Bijvoet: Do mỗi trung tâm bất đối khi được chiếu bức xạ
tia X sẽ phát ra một cặp tín hiệu bất thường Friedel, lợi dụng nguyên tắc này
Bijvoet đã so sánh tín hiệu tán xạ của một nguyên tử đánh dấu với tín hiệu của
cặp bức xạ Friedel ở trung tâm bất đối phản xạ theo hướng (h,k,l) và hướng
ngược lại (-h,-k,-l), để xác định cấu hình tuyệt đối.
Phương pháp so sánh chỉ số R: Chỉ số R được xây dựng trên cơ sở hàm
thống kê Hamilton từ toàn bộ dữ liệu của các cặp đồng phân đối quang và
được so sánh với các tính toán Bijvoet để xác định kiểu đồng phân đối quang.
Nếu giá trị của chỉ số R có sự sai khác, dù rất nhỏ (±0,1%) thì phải đánh giá
lại các giá trị này bằng phương pháp thống kê.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

8

Như vậy, cả hai phương pháp này chỉ dựa vào tia phản xạ đặc biệt có
cường độ cao do ảnh hưởng của cấu trúc ở những trung tâm bất đối của phân
tử mà chưa so sánh được những tia tán xạ yếu. Những yếu tố tán xạ yếu chỉ
được sử dụng khi dữ liệu X-ray có số lượng lớn. Phương pháp X-ray có thể sử
dụng hữu hiệu nhất đối với các hợp chất không chứa nguyên tử nặng hơn oxi.
Với những chất quang hoạt không tồn tại ở dạng đơn tinh thể, người ta
có thể xác định cấu hình tuyệt đối của chúng bằng cách cho chúng phản ứng
với một chất khác có chứa một hay nhiều trung tâm bất đối đã biết cấu hình
tuyệt đối. Các hợp chất có cấu hình tuyệt đối đã biết được chọn để nghiên cứu
trong phương pháp này là những chất có khả năng dễ kết tinh để nhận được
dạng đơn tinh thể. Việc xác định cấu hình tuyệt đối của các hợp chất quang
hoạt bằng phân tích X-ray được thực hiện dựa vào phần cấu hình tuyệt đối
của chất gắn kết với chất nghiên cứu. Ngoài ra, việc đưa nhóm nguyên tử
nặng như halogen (Cl, Br, I) vào phân tử hợp chất quang hoạt cũng cho phép
xác định cấu hình tuyệt đối của chất đó nhờ phương pháp Bijvoet ở trên.

Ví dụ hidroxy lacton chưa biết cấu hình tuyệt đối được chuyển thành
este với axit Mosher để tạo thành đồng phân dia. Trong trường hợp chất tạo
thành thu được dưới dạng đơn tinh thể, cấu hình tuyệt đối của hydroxy lacton
được xác định thông qua cấu hình tuyệt đối đã biết của phần tác nhân Mosher
thông qua phân tích phổ X-ray.
1.2. Tổng quan về lớp chất naphthoquinon
Lớp chất kháng sinh pyranonaphthoquinon và aza-anthraquinon tự
nhiên từ lâu đã được các nhà khoa học hết sức quan tâm. Các hợp chất này
chủ yếu được tìm thấy trong các vi khuẩn, vi nấm và thực vật. Một số
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

9




pyranonaphthoquinon có hoạt tính kháng khuẩn (đặc biệt là các khuẩn Gram
(+)), kháng nấm, chống sốt rét, virut và chống ung thư. Vì vậy, việc nghiên
cứu tổng hợp các dẫn chất mới và nghiên cứu hoạt tính sinh học để tìm kiếm
các chất có hoạt tính cao, kháng lại các chủng vi sinh vật kháng thuốc, kháng
ung thư là vấn đề hết sức lý thú, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Các chất kháng sinh thiên nhiên thuộc lớp chất pyranonaphthoquinon
là những chất thuộc khung 1H-naphtho[2,3-c]pyran-5,10-dion[6-22].. Các
chất này chủ yếu được tìm thấy trong các vi khuẩn, vi nấm và trong thực
vật. Ví dụ điển hình về lớp chất này là eleutherin (1), nanaomycin A (2) và
nanaomycin C (3).

Eleutherin (1) được tách chiết từ tuber của Eleutherin bulbosa
(Iradeceae). Eleutherin có hoạt tính kìm hãm sự phát triển của Pycococcus
auneus, Streptococcus haemolyticus A và Bacillus subtilio. Dịch chiết của
Eleutherin americana chứa thành phần chính là eleutherin và isoeleutherin đã
được dùng để điều trị bệnh tim mạch như agina pectoris. Ngoài ra, eleutherin
được phỏt hiện cú tỏc dụng ức chế enzym topoisomeraza.
Nanomycin A (2) đã được chiết tách từ Streptomyces nosa, được phát
hiện có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn Gram (+), kháng mycoplasma và
chống lắng đọng tiểu cầu.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

10

Nanaomycin C (3) có hoạt tính kháng khuẩn Gram (+) và kháng khuẩn
mycoplasma. Nanaomycin ỏA(4) và nanaomycin õA (5) đã được chiết tách từ
các chủng S. rosa var.notorusis (strain OM - 173). Nanaomycin C (3),
nanaomycinỏA(4) và nanaomycin õA (5) đều có hoạt tính kháng vi sinh vật
nhưng kém hơn so với nanaomycin A.
Nanaomycin E (7), nanaomycin B (8), nanaomycin C (3) đã được tách từ
S. rosa. Các chất 7, 8 và 9 là các dẫn chất 4a,10a-dihydronanaomycin A với
cầu epoxit tại C-4a và C-10a. Nanaomycin E (7) cũng được xác định có khả
năng kháng các vi khuẩn Gram (+) nhưng yếu hơn so với nanaomycin A (2)

Hợp chất đơn giản nhất trong số các chất pyranonaphthoquinon là
psychorubin (10). Psychorubin được tách từ Psychotria rubra bởi Lee và các cộng
sự. Psychorubin có hoạt tính gây độc rất mạnh trên dòng tế bào ung thư KB và
hoạt tính chống sốt rét, khỏnglại chủng kí sinh trùng Plasmodium falciparum.

1-hydroxyisomer của psychorubrin (10), đã được tách chiết từ vỏ thân
của cây Psychotria,là chất11 có hoạt tính gây độc tế bào trên các dòng tế bào
ung thư và hoạt tính khỏng chủng kí sinh trùng sốt rét Plasmodium falciparum
đó kháng chloroquin.Thysanon (12) đã được chiết tách từ Thysanonophora
penicilloides, có hoạt tính kháng virut human rhinovirut 3C-proteasa.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

11

Lapachol

(13),

α-lapachol

(14)

và

β-lapachol

(15)

là

các

pyranonaphthoquinon được tách từ cây Tabebuia avellanedae. Các chất này
có hoạt tính sinh học lý thú như kháng khuẩn, kháng nấm, kháng ký sinh
trùng, kháng ung thư…

Pentalongin (16) là hợp chất tự nhiên 3,4-dehydropyranonaphthoquinon
được chiết tách từ Pentas longiflora, đã được dùng trong y học dân gian ở
Rwanda và Kenya để chữa bệnh sốt rét và bệnh ngoài da.Dehydroherbarin
(17) và các chất Dehydroherbarin (17) là những sản phẩm tách ra từ quá trình
trao đổi chất của Trichopezilla nidulus. Các chất 18 và 19 có hoạt tính kháng
khuẩn, kháng kí sinh trùng sốt rét và độc tố tế bào.

Chất 20 (3543R1) là sản phẩm tách ra từ quá trình trao đổi chất của

Streptomyces tanashiensis K3543 và có hoạt tính ức chế neoplasma rất mạnh.
Chất C(3)-carbonyl pyranonaphthoquinon (21) có hoạt tính chống ung thư.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

12




Các hợp chất 2-azaanthraquinon [23-31]. có hoạt tính sinh học đặc biệt
lý thú. Benz[g]isoquinoline-5,10-dion (22) tách được từ Psychotricha
camponutans và Mitracarpus scaber có hoạt tính kháng các chủng kháng
Staphylococcus aureus và Plasmodium falciparuva. Ngoài ra, 2-azaanthraquinon (22) còn có hoạt tính kháng Trypanosoma congolense.

Ngoài 2-azaanthraquinon (22), một số dẫn chất chứa nhóm oxygen của
2-aza-anthraquinon như bostrycoidin (23) và các chất 24-27 có hoạt tính sinh
học lý thú. Bostrycoidin (23) và 9-O-methylbostrycoidin (24) được tách ra
trong quá trình đồng hoá của Fusarium. Các chất này có hoạt tính kháng lao
(tubercle bacil) và khuẩn Gram (+). Tolypocladin (25) tách được từ nấm
Tolypocladium inflatum có hoạt tính metal-chelating. 2-Azaanthraquinon có
hoạt tính gắn kết của DNA topoisomerases và được xem như là những tác
nhân chống ung thư (intercalating DNA binding agents). Những tác nhân
intercalating DNA như ametantron (28) và mitoxantron (29) là hai ví dụ về
các chất đang được sử dụng trong lâm sàng để chữa bệnh ung thư. Dựa trên
giả thiết rằng, các chất 2-aza-anthraquinon tương ứng có vai trò như các tác
nhân intercalating DNA. Khi nghiên cứu trên những giả thuyết như vậy,
người ta đã phát hiên chất Pixantron (30) (BBR 2778 Dimalat) và BFI (31)
có hoạt tính intercalating DNA rất mạnh. Pixantron (30) hiện nay đang được
nghiên cứu lâm sàng. Pixantron không chỉ có hoạt tính chống ung thư mà

còn là tác nhân ức chế miễn dich và được dùng để chữa bệnh xơ cứng. 1Aryl-2-aza-anthraquinon (32) là những dẫn chất của 2-aza-anthraquinon với
các nhóm thế aryl khác nhau ở cac bon C-1 có khả năng chống ung thư.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

13




Cho đến nay, chủ yếu là các nghiên cứu về chiết tách và xác định cấu trúc
của các chất này trong tự nhiên và một số các nghiên cứu tổng hợp các chất
pyranonaphthoquinon và các dẫn chất aza-anthraquinon. Nhóm của GS Norbert
De Kimpe (Đại học Tổng hợp Ghent, Bỉ) và GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến đã
nghiên cứu các phương pháp tổng hợp các chất pyranonaphthoquinon như:
pentalongin, psychorubrin, bostrycoidin, 9-O-methylbostrycoidin, dehydroherbarin,
harounoside, isagarin và một dẫn chất của 3,4-dehydropyranonaphthoquinon và 2azaanthraquinon. Ngoài ra, còn một số công trình của tác giả khác như:
Brimble, M. A, Krapcho, A. P. và nhiều tác giả khác cũng đã đề cập nghiên
cứu tổng hợp các hợp lớp chất này như: eleutherin (1), nanaomycin A (2) và
nanaomycin C (3), thysanon (12), Lapachol (13), α-lapachol (14) và βlapachol (15) và một số chất khác.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

14




Chương 2
THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất và phương pháp

2.1.1. Phương pháp nghiên cứu
Thực hiện các phương pháp tổng hợp hữu cơ như: phản ứng ngưng tụ
Knoevenagel, phản ứng cộng Michael, các phản ứng đóng vòng nội phân tử
tại Phòng Hoá Dược - Viện Hoá học - Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam
với mục đích tổng hợp các dẫn xuất dihydro benzo[h]cinnoline-5,6-dion.
2.1.2. Hóa chất và dung môi
Các hóa chất phục vụ cho việc tổng hợp hữu cơ và dung môi được mua
của hãng Merck (Đức) và Aldrich (Mỹ).
Bột silica gel cho sắc ký cột 100 - 200 mesh (Merck), bản mỏng sắc ký
silica gel đế nhôm Art. 5554 DC - Alufolien Kiesel 60 F254 (Merck).
2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất bằng
sắc kí lớp mỏng
Sắc kí lớp mỏng (SKLM) được sử dụng để định tính chất đầu và sản
phẩm. Thông thường chất đầu và sản phẩm có giá trị Rf khác nhau, màu sắc
và sự phát quang khác nhau. Dùng sắc kí lớp mỏng để kiểm tra phản ứng. Giá
trị Rf của các chất phụ thuộc vào bản chất của các chất và phụ thuộc vào dung
môi làm pha động. Dựa trên tính chất đó, chúng ta có thể tìm được dung môi
hay hỗn hợp dung môi để tách các chất ra xa nhau (Rf khác xa nhau) hay tìm
được hệ dung môi cần thiết để tinh chế các chất.
2.1.4. Xác nhận cấu trúc
Để xác định 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
Gallenkamp của Anh tại phòng thí nghiệm Tổng hợp hữu cơ - Viện Hoá học Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

15

- 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 Hoá học - Viện 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 500 MHz với dung môi CDCl3
và TMS là chất chuẩn, tại phòng Phổ cộng hưởng từ hạt nhân - Viện Hoá học
- Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam.
- Phổ khối lượng (MS)
Phổ khối của các chất nghiên cứu được ghi trên máy Hewlett Packard
Mass Spectrometer 5989 MS hoặc LC- MSD- Trap- SL tại phòng Cấu trúc,
Viện Hoá học- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của chất 4a
2.2.1. Quy trình tổng hợp

Hỗn hợp phản ứng của 2-hydroxyl-1,4-naphthoquinone (1,0g - 5,7 mmol)
và 2 đương lượng 4-brombenzandehit (2,11g - 11,4 mmol) trong t-BuOH (30
ml), được đun hồi lưu trong khoảng 60 phút. Sau đó thêm vào hỗn hợp phản
ứng dung dịch của methyl hidrazyl (0,26g- 5,7 mmol) trong t-BuOH (15 ml)
và tiếp tục đun hồi lưu thêm 3 giờ nữa. Sau khi phản ứng kết thúc, hỗn hợp
phản ứng được chiết với etyl axetat (50ml x 3). Pha chiết được gộp lại, rửa
bằng dung dịch natribicacbonat bão hòa, làm khan bằng MgSO 4 và loại

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

16