Phân tích cấu trúc, hàm lượng của một số dẫn xuất 2 (4 clo 8 metyl quinolin 2 yl) 4,5,6,7tetraclo 1,3 tropolon bằng một số phương pháp hóa lý hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐỖ VĂN HƯNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG CỦA
MỘT SỐ DẪN XUẤT 2-(4-CLO-8-METYLQUINOLIN-2YL)-4,5,6,7-TETRACLO-1,3-TROPOLON BẰNG MỘT SỐ
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

ĐỖ VĂN HƯNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG CỦA
MỘT SỐ DẪN XUẤT 2-(4-CLO-8-METYLQUINOLIN-2YL)-4,5,6,7-TETRACLO-1,3-TROPOLON BẰNG MỘT SỐ
PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ 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 - 2016
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




LỜI CẢM ƠN
Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy PGS. TS Dương Nghĩa Bang Trưởng Khoa Hóa - Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Trường Đại Học
Thái Nguyên, đã giao đề tài và trực tiếp hướng dẫn tận tình, giúp đỡ chu đáo cả
về tinh thần lẫn vật chất cần thiết trong suốt quá trình làm luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn:
- TS. Phạm Thế Chính - Phó Khoa Hóa - Trường Đại Học Khoa Học Tự
Nhiên - Trường Đại Học Thái Nguyên, đã giúp tôi phân tích và xử lý kết quả.
- Ban lãnh đạo khoa Hóa học trường Đại học Khoa học - ĐHTN, tập
thể các thầy cô, anh chị và các bạn tại khoa Hóa học trường Đại học Khoa học
- ĐHTN đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn
- Các thầy cô giáo phòng thí nghiệm Khoa Hóa - Trường Đại Học Khoa
Học Tự Nhiên - Trường Đại Học Thái Nguyên đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi.
- Tất cả các thầy cô đã dạy dỗ em trong suốt quá trình học tập.
Cũng nhân dịp này tôi bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến Chủ Tịch HĐQT,
BGH, đồng nghiệp THPT Trần Nhân Tông - Đông Triều - Quảng Ninh, gia
đình, người thân, bạn bè đã động viên, tạo điều kiện giúp đỡ tôi về cả vật chất
lẫn tinh thần trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này.
Tác giả luận văn

Đỗ Văn Hưng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

a



MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... a
MỤC LỤC ......................................................................................................... b
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ d
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ................................................................................e
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. f
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 3
1.1. Tổng quan về một số phương pháp xác định cấu trúc ............................... 3
1.1.1. Phương pháp phổ tử ngoại ................................................................... 3
1.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại .............................................................. 6
1.1.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân .......................................... 9
1.1.4. Phương pháp phổ khối lượng ............................................................ 11
1.2. Tổng quan về quinolin và tropolon ......................................................... 16
1.2.1. Quinolin ............................................................................................. 16
1.2.2. Tropolon............................................................................................. 20
Chương 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 25
2.1. Thiết bị, hóa chất và phương pháp phân tích ........................................... 25
2.2. Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu quinolin .................................... 25
2.2.1. Tổng hợp và kết quả phân tích 2,8-đimetylquinolin-4(1H)-on ......... 25
2.2.2. Tổng hợp và kết quả phân tích 4-clo- 2,8-đimetylquinolin ............... 26
2.2.3. Tổng hợp 5-nitro - 4-clo-2,8-đimetylquinolin .............................. 27
2.3. Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu tropolon .................................... 27
2.3.1. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2-(4-clo-8- metyl quinolin -2yl)- 4,5,6,7- tetraclo -1,3-troplon .................................................................... 27
2.3.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2-(5-nitro-4-clo-8- metyl

quinolin -2- yl)- 4,5,6,7- tetraclo -1,3-troplon ............................................. 29
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

b



2.4. Phân tích hàm lượng chất thu được bằng phương pháp LC-MS ............. 30
2.4.1. Hóa chất, thiết bị ................................................................................ 30
2.4.2. Thiết lập các thông số cho hệ thống LC/MS ..................................... 30
2.4.3. Chuẩn bị mẫu ..................................................................................... 30
2.4.4. Kết quả phân tích ............................................................................... 30
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 31
3.1. Tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu quinolin ..................................... 31
3.1.1. Tổ ng hơ p̣ mẫu 7-clo-2,8- đimetylquinolin-4(1H)-on ................... 31
3.1.2. Tổ ng hơ ̣p và phân tích cấu trúc mẫu 4-clo- 2,8-đimetylquinolin .... 31
3.1.3. Tổ ng hợp và phân tích cấu trúc mẫu 5-nitro-4,7-điclo - 2,8-đimetylquinolin .. 32
3.2. Kết quả tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu 4,5,6,7-tetraclo-1,3-tropolon ... 33
3.2.1. Kết quả phân tích cấu trúc của 2-(4-clo-8-metylquinolin-2-yl)4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon ....................................................................... 35
3.2.2. Kết quả phân tích cấu trúc của 2-(5-nitro-4-clo-8-metylquinolin2-yl)-4,5,6,7- tetraclo-1,3-tropolon.............................................................. 38
3.3. Kết quả phân tích hàm lượng ................................................................... 40
KẾT LUẬN .................................................................................................... 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 43
PHỤ LỤC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

c

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Boc2O

Di-tert-butyl dicacbonat

DCC
DIBAL-H
DIPEA hoặc DIEA
DMAP
DME
DMF
DMSO
EDC
ESI-MS
EtOH
HPLC
HOBt
LC-MS
LDA
LiHMDS
MeOH

N,N'-Dicyclohexylcacbodiimit
Di-iso-butyl nhôm hidrua
N,N’-Di -iso-propyletyl amin
4-Dimetylaminopyridin
Dimetoxyetan
Dimetyl formamit
Dimetyl sulfoxit

1-Etyl-3-(3-dimetylaminopropyl) cacbodiimit
Electrospray ionization - mass spectrometry
Etanol
High-performance liquid chromatography
Hydroxybenzotriazole
Liquid chromatography - mass spectrometry
Lithi diisopropyl amin
Lithi bis(trimetylsilyl)amit
Metanol

NMM
NMR

N-Metylmorpholin
Nuclear magnetic resonance

NMO
PyBOP

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

n-BuLi
p-TsOH
TBDMSCl
t-BuOH
t-BuOK
TFA
THF
TMSCN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

d



DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 3.1: ......................................................................................................... 31
Sơ đồ 3.2: ........................................................................................................ 31
Sơ đồ 3.3: ........................................................................................................ 32

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

e



DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1:

Một số hợp chất chứa hệ quinolin đã sử dụng làm thuốc .............. 1

Hình 2:

Tropolon và một số dẫn xuất tiêu biểu........................................... 2

Hình 1.1: Phổ hồng ngoại của benzyl ancol................................................... 7
Hình 1.2: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat ........................... 10
Hình 3.1: Mật độ electron trên hệ quinolin .................................................. 32
Hình 3.2: Phổ 1H-NMR của hợp chất 5 ....................................................... 36
Hình 3.3: Phổ 13C-NMR của hợp chất 5 ...................................................... 37
Hình 3.4: Phổ MS của hợp chất 5 ................................................................ 37
Hình 3.5: Phổ 1H-NMR của hợp chất 6 ....................................................... 38
Hình 3.6: Phổ 13C-NMR của hợp chất 6 ...................................................... 39
Hình 3.7: Phổ MS của chất 6........................................................................ 40
Hình 3.8: Phổ đồ LC-MS của hợp chất 6 ..................................................... 41
Hình 3.9: Phổ đồ MS của thành phần chính trong mẫu HUNG4 ................ 41

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

f



MỞ ĐẦU
Sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp phân tích cấu trúc đã giúp
cho việc nghiên cứu trong các ngành Khoa học đặc biệt là Tổng hợp hữu cơ
trở nên dễ dàng hơn, phát triển nhanh hơn. Trước đây, để chứng minh cấu ta ̣o
của một chất có thể mấ t hàng năm hoă ̣c có khi kéo dài nhiều năm thì nay có
thể thực hiêṇ sau vài giờ, sở di ̃ làm được như vâ ̣y là nhờ sự hỗ trơ ̣ của các

phương pháp phổ hiêṇ đại.
Để phân tích cấu trúc của các hơ ̣p chấ t hữu cơ có thể sử du ̣ng các
phương pháp phổ như phổ hồ ng ngoại, phổ tử ngoa ̣i khả kiế n, phổ cô ̣ng
hưởng từ hạt nhân, phổ khố i lươ ̣ng. Mỗi phương pháp cho phép xác đinh
̣ mô ̣t
số thông tin khác nhau và hỗ trợ lẫn nhau trong việc xác định cấu trúc các hợp
chất hữu cơ.
Quinolin là bộ khung chính trong một số ancaloit có hoạt tính sinh học
cao như Quinin (thuốc chống sốt rét), Sopcain (làm thuốc gây mê), plasmoxin
và acrikhin (đều làm thuốc chống sốt rét hiệu quả)[1], saquinavir (thuốc điều
trị HIV)[2].
t-Bu

CHON(CH2)2N(C2H5)2
H
N

N
N

O(CH2)3CH3

O

Ph

O
N
H
CONH2

Sopcain

O

N

H2C
H
N

N
OH
Saquinavir

OH
N

Quinin

Hình 1: Một số hợp chất chứa hệ quinolin đã sử dụng làm thuốc
Trong khi đó, hệ tropolon là một trong những hệ chính trong một số
hợp chất thiên nhiên, đa số những hợp chất đó (Hình 2) thể hiện những hoạt
tính sinh học quí giá [3] như làm thuốc kháng sinh, chống ung thư, chống oxi
hóa, kháng khuẩn [4] v.v.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

1

MeO

O

NR1R2

R

H

MeO

OH

OMe
Colchicine R1=H, R2=COMe
Colxamine R1=R2=Me

O

HOOC

OMe

Axit Stipitat R=H
Axit Pyberul R=OH

Hình 2: Tropolon và một số dẫn xuất tiêu biểu
Kolsamin được sử dụng trong y học như thuốc chống mụn nhọt, chống

các khối u, colchicin thể hiện hoạt tính chống khuẩn Mito[5]. Trong tài liệu
[6] cho biết về tổng hợp các dẫn xuất của Colchicin có thể hiện các hoạt tính
kháng khuẩn lao và chống các loại khuẩn gây mụn nhọt. Khoa học đã chứng
minh được hoạt tính sinh học của o-alkyl tropolon và các hợp chất tương tự
đang được sử dụng làm thành phần chất ức chế tế bào ung thư [6].
Từ những lý do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài: “Phân tích cấu trúc,
hàm lượng của một số dẫn xuất 2-(4-clo-8-metyl quinolin-2-yl)-4,5,6,7tetraclo-1,3-tropolon bằng một số phương pháp hóa lý hiện đại”. Mu ̣c tiêu
chính của đề tài là sử dụng các phương pháp phổ hiê ̣n đa ̣i như 1H-NMR, 13CNMR và phương pháp phổ khối lượng MS để phân tích cấu trúc của một số dẫn
xuất 2-(4-clo-8-metyl quinolin-2-yl)-4,5,6,7-tetraclo-1,3-tropolon

tổng hợp

được. Sử dụng phương pháp phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao để xác định
hàm lượng của sản phẩm trong các mẫu thu được.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

2



Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về một số phương pháp xác định cấu trúc
1.1.1. Phương pháp phổ tử ngoại (UV) [7,8]
Phổ tử ngoại, viết tắt là UV (ultraviolet) là phương pháp phân tích được
sử dụng rộng rãi từ lâu. Phương pháp dựa trên khả năng hấp thu chọn lọc các
bức xạ (tử ngoại) chiếu vào dung dịch chất phân tích trong 1 dung môi nhất
định. 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.
a. Bước chuyển dời năng lượng
Ở điều kiện bình thường, các electron trong phân tử nằm ở trạng thái cơ
bản, khi có ánh sáng kích thích với tần số thích hợp thì các electron này sẽ hấp thụ
năng lượng và chuyển lên các trạng thái kích thích có mức năng lượng cao hơn.
σ

 σ*

π

 π*

n



σ*, π*

Hiệu số mức năng lượng giữa hai obitan chính là năng lượng hấp thụ từ
nguồn sáng kích thích từ bên ngoài.
Năng lượng kích thích

Bước chuyển dời năng lượng

(nm)

σ  σ*

120

230

π  π*

160

184

n  σ*

180

162

n  π*

280

82

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

(E, kcal/mol)

3

b. 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 λ

max

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.
Etilen cho đỉnh hấp thụ cực đại ở 175 nm, butadien ở 217 nm còn của
hecxatrien ở 274 nm.
Đối với vòng benzen còn xuất hiện dải hấp thụ ứng với bước chuyển
dời của hệ thống electron có bước sóng 256 nm được gọi là dải B.
- Liên hợp π - p
Đây là sự liên hợp của nối đôi và cặp electron tự do ở các dị tố trong
các liên kết đôi C=Z (Z=O, N, S…) và C-X (X=Cl, Br, I…) tương ứng với
bước chuyển electron n  π*. Sự liên hợp này dẫn đến sự chuyển dịch cực đại
về phía sóng dài nhưng cường độ hấp thụ thấp.
- Liên hợp π - σ hay còn gọi là siêu liên hợp
Nhóm ankyl thế ở liên kết π gây ra hiệu ứng siêu liên hợp. Hiệu ứng
này làm cực đại hấp thụ chuyển dịch về phía sóng dài một ít nhưng không lớn
như hai hiệu ứng trên, ε max không tăng hoặc tăng không đáng kể.

Chuyển dịch bước sóng λ max về phía sóng dài: π p > π π > π σ.
Sự tăng cường độ hấp thụ εmax: π π > π p > π σ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

4



c. Các yếu tố ảnh hưởng đến cực đại hấp thụ λ max và cường độ hấp
thụ λmax .
Trong phổ UV, đại lượng đặc trưng là λ max (εmax) và được xem xét căn
cứ trên sự liên hợp của phân tử.
- Hiệu ứng thế
Khi thay thế nguyên tử H của hợp chất anken hay vòng thơm bằng các
nhóm thế khác nhau, tùy theo nhóm thế đó có liên hợp hay không liên hợp đối
với hệ nối đôi của phân tử mà ảnh hưởng nhiều hay ít đến phổ tử ngoại của
phân tử. Đối với các nhóm thế không liên hợp (như CH 3, CH2OH,
CH2COOH) thì ảnh hưởng ít còn các nhóm thế liên hợp (như C=CR 2, COOH,
OH, NO2… ) có ảnh hưởng mạnh làm chuyển dịch cực đại hấp thụ về phía
sóng dài và tăng cường độ hấp thụ.
- Hiệu ứng lập thể
Khi tính đồng phẳng của phân tử bị mất đi thì sự liên hợp của phân tử
bị phá vỡ, làm λ max giảm đi một ít nhưng ε max giảm nhiều, vì vậy có thể xem
ε max là căn cứ để so sánh tính đồng phẳng của một dạng phân tử cho trước.
Ví dụ: Xét phân tử biphenyl thế orto: gọi là góc tạo nên giữa hai mặt
phẳng chứa hai nhân phenyl, năng lượng liên hợp của phân tử được tính
theo phương trình:
ΔE = Emaxcos2 ; Emax là năng lượng liên hợp khi = 0.
(Số nhóm thế)

λ max (nm)

εmax

248
236
226
261

19 000
10 000
800
225

0 45
> 45 (một nhóm CH3)
= 90 (hai nhóm CH3)
Toluen
- 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 dịch về phía sóng dài còn dải R (n  π*) lại chuyển
dịch về phía sóng ngắn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

5

d. Cấu tạo của phổ kế tử ngoại
Phổ tử ngoại được thiết kế đo cả vùng phổ từ 200 - 1000 nm. Nó gồm
hai loại: loại 1 chùm tia đo điểm và loại hai chùm tia quét cả vùng phổ. Cả hai
loại này đều gồm các bộ phận sau:
1. Ngồn sáng: dùng đèn Tungsten halogen (đo vùng 350-1000nm) và
đèn đơteri hay đèn hiđro (đo vùng 200-350 nm).
2. Bộ chọn sóng: dùng kính lọc hoặc bộ đơn sắc. Bộ đơn sắc dùng lăng
kính chế tạo bằng thạch anh hoặc cách tử (vạch từ 2000 - 3600 vạch/mm).
3. Detectơ: phổ biến dùng tế bào nhân quang, có độ nhay và độ bền cao.
Một số máy hiện nay dùng detectơ là dàn diot gồm 1024 diot cho cả vùng tử
ngoại và khả kiến.
4. Bộ phận đọc tín hiệu: loại máy đo điểm thường có bộ phận đọc tín
hiệu là đồng hồ đo điện thế hoặc bộ phận hiện số. Máy hai chùm tia dùng bộ
phận tự ghi hoặc ghép nối với máy vi tính và máy in.
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%).
1.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
a. Ứng dụng phương pháp phổ hồng ngoại trong phân tích cấu trúc
hợp chất hữu cơ
Trong số các phương pháp phân tích cấu trúc, phổ hồng ngoại cho
nhiều thông tin quan trọng về cấu trúc của hợp chất.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

6

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 là chúng tỷ lệ
thuận với năng lượng [9].
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 1.1).

Hình 1.1. 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
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 [9].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

7

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 [9].
b. Máy đo phổ hồng ngoại
Phổ kế hồng ngoại hiện nay gồm các loại: phổ kế hồng ngoại một
chùng tia dùng kính lọc, phổ kế hồng ngoại hai chùng tia tán sắc và phổ kế
hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR)
- Phổ kế hồng ngoại một chùm tia dùng kính lọc là loại đơn giản dùng
cho phân tích định lượng khí. Trong máy có hệ thống quang học và một bơm
để hút mẫu khí dùng nguồn pin.
- Phổ kế hồng ngoại hai chùm tia tán sắc là loại phổ biến trước đây,
máy ghi phổ quét cả vùng từ 4000 cm-1 đến 200 cm-1 có nối với bộ tự ghi hay
máy vi tính.
Sơ đồ phổ kế hồng ngoại hai chùm tia tán sắc từ nguồn sáng S1 phát ra hai
chùm tia song song, một đi qua mẫu, một đi qua cuvet so sánh, sau đó chập lại
qua khe vào S3 đến lăng kính (hoặc cách tử) rồi qua khe ra S4 đi đến detectơ.
+ Nguồn sáng cho máy phổ hồng ngoại thường dùng đen Nernst (hỗn
hợp oxit kim loại 85% ZrO2 và 15% Y2O3), đèn Globa (silic cacbua SiC2),
đèn Nicrom (dây đốt niken - crom). Nhiệt độ đốt nóng khoảng 700 - 8000C.
S: Lăng kính: gồm 3 cái được chế tạo từ các vật liệu KBr, NaCl và Lì vì
mỗi loại chỉ cho một vùng ánh sáng hồng ngoại đi qua. Cách tử chế tạo bằng
thủy tinh, trên mỗi milimet được vạch từ 200 đến 300 vạch cách đều nhau.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

8



S: Detectơ: thường hay dùng là loại detectơ tế bào nhân quang, cặp
nhiệt điện hoặc tỏa nhiệt.
U: Cuvet: cuvet đo phổ hồng ngoại thường có hai loại cuvet đo mẫu
lỏng và cuvet đo mẫu rắn.
Cuvet đo mẫu lỏng (chất tinh khiết hay dung dịch) có cấu tạo gồm hai
tấm cửa sổ bằng NaCl, KBr hoặc LiF, một vòng đệm ở giữa có độ dày bằng
độ dày cuvet, vòng đệm và giá đỡ bên ngoài, ở một tấm cửa sổ và giá đỡ có
khoan hai lỗ để nạp mẫu. Để kiểm tra chính xác độ dày cuvet, người ta đặt
một cuvet không vào máy rồi đo trong một vùng bước sóng được tín hiệu phổ
hình sin rồi tính theo công thức: d = ΔN/2(v1 - v2)
Với d là chiều dày lớn mỏng. ΔN là số đỉnh cực đại, 1 và 2 là số sóng.
Các mẫu khí được đo bằng một cuvet đặc biệt, vì độ hấp thụ của các khí
thấp nên đường ánh sáng đi qua mẫu phải dài. Chiều dài thực của mỗi cuvet
khí chỉ độ 10 cm nhưng đường ánh sáng đi qua phải dài hàng met, do đó cần
có một hệ thóng gương đặt trong cuvet để ánh sáng đi qua lại mẫu nhiều lần.
1.1.3. 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

C-NMR. Hạt nhân của nguyên tử 1H và

13

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
trong phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối với hạt nhân 1H thì:


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

 TMS  x 6
.10 ( ppm)
o

9


13

C


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

10



- 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.
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.
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân viết tắt của tiếng Anh là NMR (nuclear
Magnetic Resonance) là một phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu cấu tạo
của các hợp chất hữu cơ, nó có ý nghĩa quan trọng để xác định cấu tạo các
phân tử phức tạp như các hợp chất thiên nhiên. Phương pháp phổ biến được
sử dụng là NMR - 1H và phổ NMR - 13C [10].
1.1.4. Phương pháp phổ khối lượng (MS)
Phương pháp phổ khối lượng viết tắt là MS (Mass Spectrometry) có ý
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.
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:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

11

ABC + e →
→

ABC+*

+ 2e

ABC+2*

+ 3e

Sự hình thành các ion mang điện tích +1 chiếm tỉ lệ lớn, còn lại các ion
mang điện tích +2. Năng lượng bắn phá các phân tử thành ion phân tử khoảng
15eV. Nhưng với năng lượng cao thì ion phân tử có thể phá vỡ thành các
mảnh ion dương (+), hoặc ion gốc, các gốc hoặc phân tử trung hoà nhỏ hơn:
ABC+* + e →

BC*

+

A+

ABC+* →

AB+

+

C*

AB + →

A+

+

B

→

….

Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo chất, phương pháp bắn phá và
năng lượng bắn phá. Quá trình này là quá trình ion hoá.
Các ion dương hình thành đều có khối lượng m và điện tích e, tỷ 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 các xác suất có mặt (hay cường độ I) và số khối z thì đồ
thị này được gọi là phổ khối lượng.
b. Kĩ thuật thực nghiệm
- Hoá khí mẫu
Các mẫu được nạp vào phổ kế có thể ở dạng khí, lỏng hay rắn. Trước
tiên mẫu được nạp vào một buồng kín dưới áp suất thấp từ 10 -5 đến 107

mmHg và nhiệt độ đốt nóng có thể lên đến 2000C. Dưới điều kiện này thì hầu

hết các chất lỏng và rắn đều biến thành thể hơi.

- Ion hoá mẫu
Mẫu sau khi đã hoá hơi được dẫn vào buồng ion hoá để biến các phân
tử trung hoà thành các ion. Quá trình này được thực hiện theo một số phương
pháp như:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

12



- Phương pháp va chạm electron: mẫu chất ở dạng hơi được dẫn vào
trong một buồng, ở đây có một dòng e mang năng lượng chuyển động vuông
góc với mẫu và xảy ra va chạm giữa chúng, biến các phân tử trung hoà thành
các ion phân tử hoặc các ion mảnh. Năng lượng của dòng e vào khoảng 10ev
đến 100ev. Sau đó dòng ion mới được tạo ra, chạy qua một điện trường E để
làm tăng tốc độ chuyển động, thế của điện trường được gọi là thế tăng tốc U.
- Phương pháp ion hoá hoá học: cho dòng phân tử khí va chạm với một
dòng ion dương hoặc ion âm để biến các phân tử trung hoà thành ion. Trong
quá trình này, trước tiên phải biến các phân tử khí metan thành ion, sau đó các
ion này mới va chạm với các phân tử mẫu
- Phương pháp ion hoá trường: cho mẫu dạng hơi đi qua giữa hai điện
cực cảm ứng có một điện trường mạnh, dưới tác dụng của lực tĩnh điện, phân
tử trung hoà sẽ biến thành các ion dương.
- Phương pháp ion hoá proton: cho dòng phân tử mẫu dạng hơi va đập
với dòng photon có năng lượng khoảng 10ev sẽ xảy ra quá trình ion hoá.
- Phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh: một dòng khí agon hay
xenon được bắn ra từ một khẩu súng đập thẳng vào mẫu hoà tan trong dung
môi như glixerin. Trước tiên các phân tử dung môi bị ion hoá rồi chính nó ion
hoá phân tử mẫu thành các ion tiếp theo.
- Detectơ

Các ion đi ra từ bộ phận tách có cường độ nhỏ nên cần khuyếch đại để
phát hiện. Một trong những thiết bị này là máy nhân electron. Nó tạo ra các e
thứ cấp khi có e ban đầu đập vào bề mặt tấm kim loại.
- Ghi nhận tín hiệu
Các tín hiệu từ bộ khuyếch đại truyền ra được nạp vào bộ nhớ máy tính
và xử lý kết quả rồi in ra phổ. Các phổ được biểu diễn dưới dạng phần trăm
basic (%B), đỉnh cao nhất có cường độ 100%, các đỉnh khác nhỏ hơn. Dạng
phổ MS có hình dạng sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

13



- Nguyên lý cấu tạo khối phổ kế
Khối phổ kế gồm 4 phần chính
- Hoá khí mẫu: các chất rắn hay lỏng được đưa vào buồng mẫu có áp
suất giảm 10-6 mmHg biến thành dạng khí. Lượng mẫu cần 0,1 - 1 mg.
- Ion hoá: dẫn dòng phân tử khí chạy qua một dòng electron có hướng
vuông góc với nó để ion hoá mẫu rồi đi qua điện trường U để tăng tốc.
- Tách ion theo khối lượng
- Nhận biết các ion bằng detectơ.
c. Phân loại các ion
- Ion phân tử
Ion phân tử được hình thành do mất đi 1 electron, cho nên khối lượng
của nó chính là khối lượng của phân tử hay trọng lượng phân tử, được kí hiệu
là M+. Ion phân tử có các tính chất sau:
- M+ là ion có khối lượng lớn nhất chính là trọng lượng phân tử
- M+ là ion với thế xuất hiện nhỏ nhất.
- M+ là số chẵn nếu phân tử không chứa dị tố N hay chứa một số chẵn

dị tố N và M+ sẽ là số lẽ nếu chứa một số lẻ dị tố N.
- Tất cả sự phá vỡ phân tử đều có thể tính từ hiệu số khối lượng của các
phân tử ion với ion phân tử.
- Cường độ của M+ tỷ lệ với áp suất mẫu. Nó phụ thuộc vào dãy hợp
chất, năng lượng của electron và khả năng phá vỡ phân tử. Cường độ của M +
có giá trị từ 0 đến 100%.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

14



- Ion đồng vị
Ion phân tử của các hợp chất không phải chỉ là vạch riêng lẻ vì các
nguyên tử chứa trong hợp chất thiên nhiên đều tồn tại đồng vị như

13

C bên

cạnh 12C, 15N bên cạnh 14N, 17O, 18O bên cạnh 16O, 37Cl bên cạnh 35Cl.
Các đồng vị tồn tại trong tự nhiên với các tỷ lệ khác nhau cho nên bên
cạnh vạch chính ứng với ion M+ còn có các vạch (M+1)+ và (M+2)+… với
cường độ nhỏ hơn. Chiều cao của các vạch phụ này tỷ lệ với sự có mặt của
các đồng vị trong phân tử. Người ta dựa vào các đặc điểm này để tính công
thức cộng của các hợp chất nhờ phương pháp khối phổ.
- Ion mảnh
Được sinh ra khi phân tử bị phân mảnh do va chạm với electron.
- Ion metastabin

Một số ion xuất hiện như bước trung gian giữa các ion có khối
lượng lớn và m2 có thời gian sống ngắn không ghi nhận được đầy đủ
cường độ vạch phổ nhưng cũng có thể phát hiện được sự có mặt của nó
gọi là ion metastabin m * mà m* = m22/m1. Nhờ m* ta có thể khẳng định
được m2 là do m1 sinh ra.
d. 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).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

15



1.2. Tổng quan về quinolin và tropolon
1.2.1. Quinolin
a. Giới thiệu chung về quinolin
Quinolin đã được biết đến từ năm 1834 khi Runge tách được từ nhựa
than đá [1]. 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 rễ 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.
H
4

7

H
HO
R

9

H

8

(S)
(R)

H
4

7

H

N
1

HO
R

,
4

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

9

H

8

(R)
(S)

N
1

,
4

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

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 biểu hiện hoạt tính sinh
học khác nhau, đặc biệt là hoạt tính diệt khuẩn, diệt nấm. Đó là các phức selat
của 8-hiđroxiquinolin, các dẫn xuất halogen và nhiều dẫn xuất khác.
Phức selat của 8-hiđroxiqunolin với đồng (II) được dùng để phòng nấm
mốc cho da thuộc; 5-cloro-7-iođo-8-hiđroxiquinolin là chất diệt khuẩn lị.
Quinin và cinconin là những hợp chất thiên nhiên chứa vòng quinolin
được dùng để trị bệnh sốt rét. Phỏng theo cấu trúc của chất này, người ta đã
thành công trong việc tìm kiếm những thuốc tổng hợp có hoạt tính tương tự
mà ưu việt hơn, như cloquin, plasmoquin, pentaquin,…
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

16



Cl

NHR

N

N
X
CH3O

NHCH[CH2]3NCH2CH3
CH3
R

X = H; R = CH2CH3; Cloquin
X = H; R = CH2CH2OH; Hidroxicloroquin
X = CH3; R = CH2CH3; Sontoquin

R = CH[CH2]3N(CH2CH3)2 ; Plasmoquin
CH3
R= [CH2]5NHCH(CH3)2; Pentaquin

Một số dẫn xuất của acriđin cũng biểu hiện hoạt tính chống sốt rét.
Một số dẫn xuất khác nhau của 4-aminoquinolin có hoạt tính giảm đau, hạ
sốt, kháng viêm, hạ huyết áp,… Chẳng hạn 4-amino-6,7-ddimetoxxiquinolin
(amquinsin) và sản phẩm ngưng tụ với veratranđehit (leniquinsin) là những tác
nhân làm giảm huyết áp:
CH3O

N

CH3O

N
OCH3

CH3O

CH3O

N=CH

NH2

OCH3

Leniquinsin

Amquinsin

Acrifavin, một hỗn hợp của 3,6-điaminoacriđin và 3,6-điamino-10metylacriđini clorua, là một thuốc nhiễm trùng.
Lí thú là p-đimetylaminostirylquinolin và muối amoni iođua bậc bốn
có tác dụng ức chế sự phát triển của các khối u và được dùng trong điều trị
bệnh máu trắng.
Cyanin là một nhóm phẩm nhuộm quan trọng dùng trong kĩ thuật ảnh
màu, vì chúng chứa cấu trúc có khả năng hấp thụ ánh sáng ở vùng khả kiến và
hồng ngoại. Hai chất tiêu biểu là cyanin và pinacynol:
C2H5

N

CH

N C2H5

I

C2H5

N

N
I
Pinacinol

Cyanin

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

C2H5

17