Phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất benzofindole1,4dione bằng các phương pháp hóa lý hiện đại (LV thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

BÙI KIM TUYỀN

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC
CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT BENZO[F]INDOL-1,4-DION
BẰNG CÁC PHƢƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

BÙI KIM TUYỀN

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC
CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT BENZO[F]INDOL-1,4-DION
BẰNG CÁC PHƢƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. LÊ NHẬT THÙY GIANG

THÁI NGUYÊN - 2017

LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Hóa học,
trường Đại học Khoa học Thái Nguyên đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt
những kiến thức quý báu, bổ ích trong suốt khóa học vừa qua. Đó là những
kiến thức vô cùng quan trọng giúp tôi có cơ sở vững vàng trong suốt quá trình
nghiên cứu cũng như hoàn thành khoá luận tốt nghiệp này.
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn người hướng dẫn
khoa học - TS. Lê Nhật Thùy Giang - cô đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện
cho tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tập thể nhân viên, cán bộ phòng Hóa
Dược - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam đã luôn
tạo điều kiện, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình tôi làm thực nghiệm.
Cuối cùng, tôi xin cám ơn đến những người thân yêu trong gia đình luôn
động viên, ủng hộ trong suôt quá trình thực hiện khoá luận tốt nghiệp này.
Tác giả luận văn

Bùi Kim Tuyền

a


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................a
MỤC LỤC ........................................................................................................ b
DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT ..........................................................e
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................... f
DANH MỤC SƠ ĐỒ ....................................................................................... g
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 3

1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đ nh c u trúc ................................. 3
1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR).................................................. 3
1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ........................ 4
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) ................................................ 6
1.3.4. X-ray tinh thể .................................................................................. 8
1.2. Tổng quan về lớp ch t naphthoquinon ................................................. 10
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 17
2.1. Hóa ch t và phương pháp..................................................................... 17
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu ............................................................. 17
2.1.2. Hóa ch t và dung môi ................................................................... 17
2.1.3. Đ nh tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp ch t
bằng sắc kí lớp mỏng .............................................................................. 17
2.1.4. Xác nhận c u trúc.......................................................................... 17
2.2. Quy trình chung tổng hợp các dẫn xu t 41 .......................................... 18
2.3. Tổng hợp và phân tích c u trúc hợp ch t 41a (R1 = 4-FPh, R2 = Ph) .. 18
2.3.1. Quy trình tổng hợp ........................................................................ 18
2.3.2. Phân tích c u trúc của 41a bằng phổ IR........................................ 19
2.3.3. Phân tích c u trúc của 41a bằng NMR ......................................... 19
2.4. Tổng hợp và phân tích c u trúc hợp ch t 41b (R1 = Ph, R2 = Ph) ....... 20

b


2.4.1. Quy trình tổng hợp ........................................................................ 20
2.4.2. Phân tích c u trúc của 41b bằng phổ IR ....................................... 20
2.4.3. Phân tích c u trúc của 41b bằng NMR ......................................... 20
2.5. Tổng hợp và phân tích c u trúc hợp ch t 41c (R1 = Ph, R2 = 3-MeOPh) .. 21
2.5.1. Quy trình tổng hợp ........................................................................ 21
2.5.2. Phân tích c u trúc của 41c bằng phổ IR........................................ 21
2.5.3. Phân tích c u trúc của 41c bằng NMR ......................................... 22

2.6. Tổng hợp và phân tích c u trúc hợp ch t 41d (R1 = Ph, R2 = 4-MeOPh).. 22
2.6.1. Quy trình tổng hợp ........................................................................ 22
2.6.2. Phân tích c u trúc của 41d bằng phổ IR ....................................... 23
2.6.3. Phân tích c u trúc của 41d bằng NMR ......................................... 23
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 24
3.1. Mục tiêu của đề tài ............................................................................... 24
3.2. Tổng hợp và phân tích c u trúc của 2-phenyl-3-(4-fluorobenzoyl)1H-benzo[f] indole-1,4-dione (41a) ............................................................ 25
3.2.1. Tổng hợp ch t 41a......................................................................... 25
3.2.2. Phân tích c u trúc của ch t 41a bằng IR ....................................... 26
3.2.3. Phân tích c u trúc của ch t 41a bằng phổ NMR ........................... 27
3.2.4. Phân tích c u trúc hợp ch t 41a bằng phổ MS ............................. 30
3.2.5. Phân tích c u trúc hợp ch t 41a bằng phổ X-ray .......................... 30
3.3. Tổng hợp và phân tích c u trúc của 3-benzoyl-2-phenyl-1Hbenzo[f]indole-4,9-dione 41b ...................................................................... 31
3.3.1. Tổng hợp ch t 41b ........................................................................ 31
3.3.2. Phân tích c u trúc của ch t 41b bằng IR ....................................... 32
3.3.3. Phân tích c u trúc của ch t 41b bằng phổ NMR .......................... 32
3.4. Tổng hợp và phân tích c u trúc của 2-(3-methoxyphenyl)-3-benzoyl1H-benzo[f] indole-4,9-dione 41c ............................................................... 34
3.4.1. Tổng hợp ch t 41c......................................................................... 34

c


3.4.2. Phân tích c u trúc của ch t 41c bằng IR ....................................... 35
3.4.3. Phân tích c u trúc của ch t 41c bằng phổ NMR ........................... 36
3.5. Tổng hợp và phân tích c u trúc của 2-(4-methoxyphenyl)-3-benzoyl1H-benzo[f]indole-4,9-dione (41d) ............................................................. 39
3.5.1. Tổng hợp ch t 41d ........................................................................ 39
3.5.2. Phân tích c u trúc của ch t 41d bằng IR ....................................... 39
3.5.3. Phân tích c u trúc của ch t 41d bằng phổ NMR .......................... 40
KẾT LUẬN .................................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 44

d


DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
CHTHN

Nuclear magnetic resonance

cộng hưởng từ hạt nhân

TLC

Thin Layer Chromatography

Sắc ký lớp mỏng

Me

Nhóm metyl

MS

Mass Spectroscopy

1

Proton

H-NMR

Magnenic

Phổ khối lượng
Rosonance Phổ cộng hưởng từ hạt nhân

Spectrocopy
13

C-NMR

Carbon-13

Nuclear

Magnetic Phổ cộng hưởng từ hạt nhân

Resonance Spectroscopy

cacbon 13

δ

Chuyển d ch hóa học

DEPT

Distortionless Enhancement by Phổ DEPT
Polarisation Transfer

Glc

Glucoside

Et

Ethyl

1

Proton

H-NMR

MeOPh
Et3N

C2H5
Magnetic

Resonance Phổ cộng hưởng từ hạt nhân

Spectroscopy

proton

Anisole

phenyl metyl ete

triethylamine

tri etylamin

e


DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1.

Phổ IR của hợp ch t 41a ............................................................. 26

Hình 3.2.

Phổ 1H-NMR của ch t 41a.......................................................... 28

Hình 3.3.

Phổ giãn 1H-NMR của ch t 41a.................................................. 28

Hình 3.4.

Phổ 13C-NMR của ch t 41a ........................................................ 29

Hình 3.5.

Phổ giãn 13C-NMR của ch t 41a................................................. 29

Hình 3.6.

Phổ HRMS-ESI của ch t 41a ..................................................... 30

Hình 3.7.

C u trúc tinh thể của ch t 41a..................................................... 30

Hình 3.8.

Phổ IR của hợp ch t 41b ............................................................. 31

Hình 3.9.

Phổ 1H NMR của hợp ch t 41a ................................................... 33

Hình 3.10. Phổ giãn 1H-NMR của hợp ch t 41b .......................................... 33
Hình 3.11. Phổ 13C-NMR của hợp ch t 41b ................................................. 34
Hình 3.12. Phổ giãn 13C-NMR của hợp ch t 41b ......................................... 34
Hình 3.13. Phổ IR của hợp ch t 41c ............................................................. 35
Hình 3.14. Phổ 1H-NMR của hợp ch t 41c .................................................. 36
Hình 3.15. Phổ giãn 1H-NMR của hợp ch t 41c .......................................... 36
Hình 3.16. Phổ 13C NMR của hợp ch t 41c.................................................. 38
Hình 3.17. Phổ 13C-NMR của hợp ch t 41c ................................................. 38
Hình 3.18. Phổ IR của hợp ch t 41d ............................................................. 40
Hình 3.19. Phổ 1H-NMR của hợp ch t 41d ................................................. 41
Hình 3.20. Phổ 1H-NMR của hợp ch t 41d ................................................. 41
Hình 3.21. Phổ 13C NMR của hợp ch t 41d ................................................. 42
Hình 3.22. Phổ giãn 13C-NMR của hợp ch t 41d ......................................... 42

f

DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 3.1. Tổng hợp dẫn xu t 2-aryl-3-benzoyl-1H-benzo[f]indole-4,9dion 41 ................................................................................ 25
Sơ đồ 3.2. Tổng hợp hợp ch t 41a ............................................................... 25
Sơ đồ 3.3. Tổng hợp ch t 41b ...................................................................... 31
Sơ đồ 3.4. Tổng hợp hợp ch t 41c ............................................................... 35
Sơ đồ 3.5. Tổng hợp ch t 41d ...................................................................... 39

g


MỞ ĐẦU

Ung thư là một nhóm các bệnh liên quan đến việc phân chia tế bào một
cách vô tổ chức và những tế bào đó có khả năng xâm l n những mô khác bằng
cách phát triển trực tiếp vào mô lân cận hoặc di chuyển đến nơi xa (di căn).
Nguyên nhân gây ung thư là sự sai hỏng của ADN, tạo nên các đột biến ở
các gene thiết yếu điều khiển quá trình phân bào cũng như các cơ chế quan
trọng khác. Ung thư có thể gây ra nhiều triệu chứng khác nhau phụ thuộc vào
v trí, đặc điểm và khả năng di căn của khối u. Chẩn đoán xác đ nh ung thư
thường đòi hỏi phải sinh thiết rồi quan sát trên kính hiển vi. Người b ung thư
có thể được chữa tr bằng phẫu thuật, hóa tr liệu hoặc xạ tr liệu. Nếu không
được chữa tr sớm, hầu hết các loại ung thư có thể gây tử vong, đây là một
trong những nguyên nhân gây tử vong chính trong những nước phát triển.
Ung thư có thể được điều tr bằng phẫu thuật, hóa tr liệu, xạ tr
liệu, miễn d ch tr liệu hay các phương pháp khác. Việc chọn lựa phương
pháp điều tr phụ thuộc vào v trí và độ (grade) của khối u, giai đoạn của
bệnh, cũng như tổng trạng của bệnh nhân. Một số điều tr ung thư thực
nghiệm cũng đang được phát triển.
Hóa tr liệu là điều tr ung thư bằng thuốc ("thuốc chống ung thư") có

khả năng tiêu diệt tế bào ung thư. Chúng can thiệp vào phân bào theo các
cách khác nhau.
Nhóm ch t Quinon xeton cũng được coi là nhóm ch t lớn có hoạt tính
chống ung thư, chúng có mặt nhiều trong nhiều loại thuốc đã được cục dược
phẩm và thực phẩm mỹ (FAD) khuyến cáo sử dụng. Nhóm ch t quinon xeton
có mặt trong nhiều hợp ch t thiên nhiên ở nhiều dạng sống.

1


Tiếp tục hướng nghiên cứu áp dụng các phản ứng hóa học hiện đại vào
tổng hợp và tím kiếm các hợp ch t hóa học có c u 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 xu t 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 benzo[f]indole-1,4-dione bằng các phƣơng pháp hóa lý hiện đại bao
gồm phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối
lượng (MS) và phổ X-ray phân tử.

2


Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các phƣơng pháp ác đ nh cấ

c

1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)

Trong số các phương pháp phân tích c u trúc, phổ hồng ngoại cho
nhiều thông tin quan trọng về c u trúc của hợp ch t.
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 nh t để xác đ nh c u 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.
Khi chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử các hợp ch t, 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 b kích thích là dao động hóa tr
và biến dạng, dao động hóa tr (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 h p thụ với số sóng của bức xạ hồng
ngoại được gọi là phổ hồng ngoại, trên phổ biểu diễn các cực đại h p thụ
ứng với những dao động đặc trưng của nhóm nguyên tử hay liên kết nh t
đ nh, (Hình 1.1).

Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của benzyl ancol
3


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 ch t giống nhau.
Khi sử dụng phổ hồng ngoại để xác đ nh c u trúc, thông tin thu được
chủ yếu là xác đ nh 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 h p 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 đ nh
nhóm chức. Chính ở đây các dạng pic thay đổi nhiều nh t từ hợp ch t này đến
hợp ch t khác, vì thế vùng phổ từ 1500 cm-1 được gọi là vùng vân ngón tay.
1.1.2. 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 c u trúc của các hợp ch t 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 đ nh hướng cùng chiều hay ngược chiều với từ trường. Đó là spin hạt
nhân có tính ch t lượng tử với các số lượng tử +1/2 và -1/2.
Độ chuyển d ch 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 d ch hóa học δ; đối với hạt
nhân 1H thì:



 TMS  x 6

.10 ( ppm)
o
4


Trong đó: νTMS, νx là tần số cộng hưởng của ch t 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 d ch hóa học được đ nh nghĩa
một các tổng quát như sau:



 chuan  x 6
.10 ( ppm)
o

Trong đó: νchuan, νx là tần số cộng hưởng của ch t chuẩn và của hạt nhân
mẫu đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ.
Hằng số chắn σ xu t hiện do ảnh hưởng của đám mây electron bao
quanh hạt nhân nguyên tử, do đó tùy thuộc vào v 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 tr hằng số chắn σ khác nhau và do đó độ chuyển d ch hóa học
của mỗi hạt nhân khác nhau. Theo đó proton nào cộng hưởng ở trường yếu
hơn sẽ có độ chuyển d nh hóa học lớn hơn.
Dựa vào độ chuyển d ch hóa học  ta biết được loại proton nào có mặt
trong ch t được khảo sát. Giá tr độ chuyển d ch hóa học không có thứ nguyên
mà được tính bằng phần triệu (ppm). Đối với 1H-NMR thì δ có giá tr từ 0-12
ppm, đối với 13C-NMR thì δ có giá tr từ 0-230 ppm.

Hình 1.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat

5


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 tr J
phụ thuộc vào bản ch t của hạt nhân tương tác, số liên kết và bản ch t các liên
kết ngăn giữa các tương tác.
Hằng số tương tác spin-spin J được xác đ nh 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 v trí trương đối của các hạt nhân có tương tác với nhau.
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 đ nh phân tử khối và c u tạo phân tử của ch t
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 nh t. Khi bắn phá các phân tử
hợp ch t hữu cơ trung hòa sẽ trở thành các ion phân tử mang điện tích dương
hoặc b phá vỡ thành các ion và các gốc theo sơ đồ:
2e (1) > 95%

ABC
ABC

e
ABC
ABC

2

3e (2)

-

Sự hình thành các ion mang điện tích +1 chiếm hơn 95%, còn lại là các
ion mang điện tích +2 và điện tích âm (-). Năng lượng bắn phá các phân tử

6


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 [3].
ABC

A

ABC

AB

AB

A

BC
B
B

Sự phá vỡ này phụ thuộc vào c u tạo ch t, phương pháp bắn phá và
năng lượng bắn phá. Quá trình này gọi là quá trình ion hóa.
Các 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 đ nh được xác su t có mặt của chúng, rồi vẽ đồ th
biểu diễn mối liên quan giữa xác su t có mặt (hay cường độ I) và số khối z thì
đồ th này được gọi là phổ khối lượng (Hình 1.3).

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 ch t nghiên cứu, từ các pic mảnh ion trên phổ đồ có thể xác đ nh
được c u trúc phân tử và tìm ra qui luật phân mảnh. Đây là một trong những
thông số quan trọng để qui kết chính xác c u trúc phân tử của một ch t cần
nghiên cứu khi kết hợp nhiều phương pháp phổ với nhau.
7


1.3.4. X-ray tinh thể
Phương pháp X-ray phân tử là phương pháp hiện đại nh t để xác đ nh
c u trúc phân tử của một hợp ch t 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.6,023.1023 (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 t t 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
8


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 độ điện
tích của phân tử.Từ dữ liệu bản đồ mật độ electron, chương trình máy tính sẽ
dựng được c u trúc không gian ba chiều của phân tử. Quá trình xác đ nh c u
trúc của hợp ch t 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
Phương pháp X-ray tinh thể có khả năng xác đ nh chính xác c u hình
tuyệt đối của một phân tử, nếu trong phân tử có nguyên tử có tán xạ tia X b t
thường. Để xác đ nh c u 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 b t đối khi được chiếu bức xạ
tia X sẽ phát ra một cặp tín hiệu b t thường Friedel, lợi dụng nguyên tắc này
Bijvoet đã so sánh tín hiệu tán xạ của một nguyên tử đánh d u với tín hiệu của
cặp bức xạ Friedel ở trung tâm b t đối phản xạ theo hướng (h,k,l) và hướng
ngược lại (-h,-k,-l), để xác đ nh c u hình tuyệt đối.
9


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 đ nh kiểu đồng phân đối quang.
Nếu giá tr của chỉ số R có sự sai khác, dù r t nhỏ (±0,1%) thì phải đánh giá
lại các giá tr này bằng phương pháp thống kê.
Như vậy, cả hai phương pháp này chỉ dựa vào tia phản xạ đặc biệt có
cường độ cao do ảnh hưởng của c u trúc ở những trung tâm b t 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 Xray tinh có thể sử dụng hữu hiệu nh t đối với các hợp ch t không chứa
nguyên tử nặng hơn oxi.
Với những ch t quang hoạt không tồn tại ở dạng đơn tinh thể, người ta
có thể xác đ nh c u hình tuyệt đối của chúng bằng cách cho chúng phản ứng
với một ch t khác có chứa một hay nhiều trung tâm b t đối đã biết c u hình
tuyệt đối. Các hợp ch t có c u hình tuyệt đối đã biết được chọn để nghiên cứu
trong phương pháp này là những ch t có khả năng dễ kết tinh để nhận được
dạng đơn tinh thể. Việc xác đ nh c u hình tuyệt đối của các hợp ch t quang

hoạt bằng phân tích X-ray được thực hiện dựa vào phần c u hình tuyệt đối
của ch t gắn kết với ch t nghiên cứu. Ngoài ra, việc đưa nhóm nguyên tử
nặng như halogen (Cl, Br, I) vào phân tử hợp ch t quang hoạt cũng cho phép
xác đ nh c u hình tuyệt đối của ch t đó nhờ phương pháp Bijvoet ở trên.
1.2. Tổng quan về lớp chất naphthoquinon
Lớp ch t kháng sinh pyranonaphthoquinon và aza-anthraquinon tự
nhiên từ lâu đã được các nhà khoa học hết sức quan tâm. Các hợp ch t này
chủ yếu được tìm th y trong các vi khuẩn, vi n m và thực vật. Một số
pyranonaphthoquinon có hoạt tính kháng khuẩn (đặc biệt là các khuẩn Gram
(+)), kháng n m, chống sốt rét, virut và chống ung thư. Vì vậy, việc nghiên
cứu tổng hợp các dẫn ch t mới và nghiên cứu hoạt tính sinh học để tìm kiếm

10


các ch t có hoạt tính cao, kháng lại các chủng vi sinh vật kháng thuốc, kháng
ung thư là v n đề hết sức lý thú, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Các ch t kháng sinh thiên nhiên thuộc lớp ch t pyranonaphthoquinon
là những ch t thuộc khung 1H-naphtho[2,3-c]pyran-5,10-dion. Các ch t
này chủ yếu được tìm th y trong các vi khuẩn, vi n m và trong thực vật. Ví
dụ điển hình về lớp ch t 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. D ch chiết của Eleutherin
americana chứa thành phần chính là eleutherin và isoeleutherin đã được dùng để
điều tr bệnh tim mạch như agina pectoris. Ngoài ra, eleutherin được phát hiện có
tác dụng ức chế enzym topoisomeraza.
Nanomycin A (2) đã được chiết tách từ Streptomyces nosa, được phát hiện

có hoạt tính kháng n m, kháng khuẩn Gram (+), kháng mycoplasma và chống lắng
đọng tiểu cầu.

Nanaomycin C (3) có hoạt tính kháng khuẩn Gram (+) và kháng khuẩn
mycoplasma. Nanaomycin áA(4) và nanaomycin âA (5) đã được chiết tách từ
các chủng S. rosa var.notorusis (strain OM - 173). Nanaomycin C (3),

11


nanaomycin αA(4) và nanaomycin βA (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 ch t 7, 8 và 9 là các dẫn ch t 4a,10adihydronanaomycin A với cầu epoxit tại C-4a và C-10a. Nanaomycin E (7)
cũng được xác đ nh có khả năng kháng các vi khuẩn Gram (+) nhưng yếu
hơn so với nanaomycin A (2)

Hợp ch t đơn giản nh t trong số các ch t pyranonaphthoquinon là
psychorubin (10). Psychorubin được tách từ Psychotria rubra bởi Lee và các
cộng sự. Psychorubin có hoạt tính gây độc r t 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 ch t11 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 khán g virut human rhinovirut
3C-proteasa.

12


Lapachol

(13),

α-lapachol

(14)

và

β-lapachol

(15)

là

các

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

Pentalongin (16) là hợp ch t 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 ch t Dehydroherbarin (17) là những sản phẩm tách ra từ quá trình
trao đổi ch t của Trichopezilla nidulus . Các ch t 18 và 19 có hoạt tính kháng

khuẩn, kháng kí sinh trùng sốt rét và độc tố tế bào.

Ch t 20 (3543R1) là sản phẩm tách ra từ quá trình trao đổi ch t của
Streptomyces tanashiensis K3543 và có hoạt tính ức chế neoplasma r t mạnh.
Ch t C(3)-carbonyl pyranonaphthoquinon (21) có hoạt tính chống ung thư.

13


Các hợp ch t 2-azaanthraquinon 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-aza-anthraquinon (22) còn có
hoạt tính kháng Trypanosoma congolense.

Ngoài 2-azaanthraquinon (22), một số dẫn ch t chứa nhóm oxygen của
2-aza-anthraquinon như bostrycoidin (23) và các ch t 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 ch t này có hoạt tính kháng lao
(tubercle bacil) và khuẩn Gram (+). Tolypocladin (25) tách được từ n m
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 ch t đang được sử dụng trong lâm sàng để chữa bệnh ung thư. Dựa trên
giả thiết rằng, các ch t 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 ch t Pixantron (30) (BBR 2778 Dimalat) và BFI (31)
có hoạt tính intercalating DNA r t 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 ch t của 2-aza-anthraquinon với
các nhóm thế aryl khác nhau ở cac bon C-1 có khả năng chống ung thư.
14


Cho đến nay, chủ yếu là các nghiên cứu về chiết tách và xác đ nh c u trúc
của các ch t này trong tự nhiên và một số các nghiên cứu tổng hợp các ch t
pyranonaphthoquinon và các dẫn ch t 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 ch t pyranonaphthoquinon như:
pentalongin, psychorubrin, bostrycoidin, 9-O-methylbostrycoidin, dehydroherbarin,
harounoside, isagarin và một dẫn ch t của 3,4-dehydropyranonaphthoquinon
và 2-azaanthraquinon. 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 ch t này như: eleutherin (1), nanaomycin A (2) và
nanaomycin C (3), thysanon (12), Lapachol (13), α-lapachol (14) và βlapachol (15) và một số ch t khác.
Cùng với azaanthraquinones, p-indolequinone là những hợp ch t d
vòng nitơ ch t quan trọng có hoạt tính sinh học thú v như hoạt động chống
ung thư [6] cũng như khả năng kích hoạt sự phóng thích thuốc [7]. Ví dụ như
hợp ch t 3-ethoxycarbonylbenzoindole-4,9-dion 33-35 có hoạt tính gây độc
nhiều dòng tế bào khối u ở người tốt hơn so với etoposide và doxorubicin [1e,
f, 8,9]. Hợp ch t 35 (SME-6) kích hoạt quá trình ngừng chu kì tế bào G2/M

15


và quá trình tự chết “apoptosis” đối với các tế bào ung thư phổi ở người và
kết quả là ức chế các hoạt động protease liên quan đến di căn cũng như sự
xâm nhập của tế bào vào lớp ngoài tế bào màng [1e, f]. Gần đây, 3-metyl-1Hbenzo[f]indolo-4,9-dion 36 [10] và 2-metyl-8 hydroxy-1H-benzo[f]indolo4,9-dion 37 (Utahmycin B) [11], được phân lập từ Goniothalamus tapis Miq
và Streptomyces albus, tương ứng, được tìm th y là các hợp ch t có hoạt tính

sinh học hứa hẹn.

Với các hoạt tính sinh học lý thú của nhóm ch t p-indoloquinon, đặc
biệt là benzo[f]indole-4,9-dion với khả năng kháng n m, kháng khuẩn, virut,
thuốc diệt n m, chống viêm, và chống đông máu [1e-g, 8,10- 12] các nhà
nghiên cứu đã có r t nhiều nghiên cứu nhằm tổng hợp các dẫn xu t mới của
lớp ch t này. Các phương pháp tổng hợp chủ yếu dựa trên phản ứng gốc tự do
oxy hóa bắt đầu bằng kim loại giữa 2-amino-1,4-naphtoquinon và các hợp
ch t β-dicarbonyl hoặc carbonyl [13], phản ứng Diels-Alder của indole-4,7dion với các liên hợp dien [ 14], phản ứng đa thành phần của 2-bromo-1,4naphtoquinon, amin bậc nh t và các hợp ch t β-dicacbonyl [15], phản ứng của
các dẫn xu t 1,4-naphtoquinon với sự có mặt của các xúc tác kim loại chuyển
tiếp [1k, 16], và phản ứng one-pot C,N-dialkyl hóa của enaminon sử dụng
2,3-dichloronaphthoquinon [17].
Dựa vào tổng quan tài liệu nêu trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên
cứu tổng hợp các dẫn xuất của benzo[f]indole-4,9-dion và phân tích cấu
trúc các hợp chất tổng hợp được”.
16