Phân tích cấu trúcmột số dẫn xuất 2(4clo6,8dimetylquinolin2yl)5,6,7triclo1,3tropolon bằng phương pháp phổ NMR và MS (LV thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ BÍCH LIÊN

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN-2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ BÍCH LIÊN

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MỘT SỐ DẪN XUẤT
2-(4-CLO-6,8-DIMETYLQUINOLIN-2-YL)-5,6,7-TRICLO-1,3TROPOLON BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
PHỔ NMR VÀ MS
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60 44 01 18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Dương Nghĩa Bang

THÁI NGUYÊN - 2017

LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy PGS. TS Dương Nghĩa
Bang - Trưởng Khoa Hóa học - Trường Đại Học Khoa Học - Đại Học Thái
Nguyên, đã giao đề tài và trực tiếp hướng dẫn tận tình, giúp đỡ em trong suốt quá
trình làm luận văn này.
Em xin trân trọng cảm ơn:
- Thầy TS. Phạm Thế Chính - Phó trưởng Khoa Hóa học- Trường Đại
Học Khoa Học - Đại Học Thái Nguyên đã hướng dẫn, giúp đỡ và tư vấn
chuyên môn cho em.
- Ban lãnh đạo khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học - Đại Học Thái
Nguyên, tập thể các thầy cô khoa Hóa học trường Đại học Khoa học - Đại Học
Thái Nguyên 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 em.
- 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 Ban Giám hiệu,
các đồng nghiệp công tác tại trường THPT Nhữ Văn Lan-HuyệnTiên LãngThành phố Hải Phòng, 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

Nguyễn Thị Bích Liên

a


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................a

MỤC LỤC .......................................................................................................... b
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................ d
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................e
DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................... f
MỞ ĐẦU............................................................................................................ 1
Chương 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 3

1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh
̣ cấ u trúc NMR và MS ............... 3
1.1.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ................................ 3
1.1.2. Phương pháp phổ khối lượng (MS) ........................................................ 7
1.2. Tổng quan về quinolin và tropolon .......................................................... 12
1.2.1. Quinolin................................................................................................. 12
1.2.2. Tropolon ................................................................................................ 15
Chương 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................... 21

2.1. Thiết bị, hóa chất và phương pháp phân tích ........................................... 21
2.2. Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu quinolin .................................... 21
2.2.1. Tổng hợp và kết quả phân tích 2,6,8-trimetylquinolin-4(1H)-on ......... 21
2.2.2. Tổng hợp và kết quả phân tích4-clo-2,6,8-trimetylquinolin ................. 22
2.2.3. Tổng hợp và kết quả phân tích4-clo-2,6,8-trimetyl-5-nitro-quinolin........... 23
2.3. Tổnghợp và kết quả phân tích các mẫu tropolon ..................................... 24
2.3.1. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2-(4-clo-6,8-dimetylquinolin2-yl)-5,6,7-triclo-1,3-tropolon .............................................................. 24
2.3.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2-(4-clo-6,8-dimetyl-5nitroquinolin-2-yl)-5,6,7-triclo-1,3-tropolon ........................................ 25

b


Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 27

3.1. Tổng hợp và phân tích cấu trúc mẫu quinolin ...................................... 27
3.1.1. Tổ ng hơ ̣p 2,6,8- trimetylquinolin-4(1H)-on ......................................... 27
3.1.2. Tổ ng hơ ̣p và phân tích cấu trúc mẫu 4-clo-2,6,8-trimetylquinolin ..... 28
3.1.3. Tổ ng hợp và phân tích cấu trúcmẫu 4-clo-2,6,8-trimetyl-5-nitro quinolin...... 29
3.2. Kết quả tổng hợp và phân tích cấu trúc của các tropolon ........................ 30
3.2.1. Kết quả phân tích cấu trúc của 2-(4-clo-6,8-dimetylquinolin-2-yl)5,6,7-triclo-1,3-tropolon........................................................................ 31
3.2.2. Kết quả phân tích cấu trúc của 2-(4-clo-6,8-dimetylquinolin-2-yl)5,6,7-triclo-1,3-tropolon........................................................................ 33
KẾT LUẬN...................................................................................................... 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 38
PHỤ LỤC

c


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AcOH

Axit axetic

MeONa

Natri metylat

MeOH

Metanol

HPLC

High-performance liquid chromatography

Me

Metyl

MS

Mass Spectrometry

NMR

Nuclear magnetic resonance

OMe

Metoxi

PPA

Axit poliphotphoric

Py

Pyridine

t-Bu

Tert-butyl

t-BuOH

Tert-Butanol

UV

Ultraviolet

d


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Tỷ lệ cường độ tín hiệu .................................................................... 3

e


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1:

Một số dẫn xuất của quinolin được sử dụng làm thuốc ............... 1

Hình 2:

Một số tropon, tropolon và dẫn xuất quan trọng ......................... 2

Hình 1.1.

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat ........................... 5

Hình 1.2.

Phổ khối lượng của benzamit (C8H16O) .................................... 10

Hình 1.3:

Một số hợp chất thiên nhiên có chứa vòng quinolin ................. 12

Hình 1.4:

Một số dẫn xuất của quinolin có hoạt tính chống sốt rét ........... 13

Hình 1.5:

Cấu trúc của amquinsin và leniquinsin ..................................... 13

Hình 3.1:

Mật độ electron trên hệ quinolin ................................................ 29

Hình 3.2:

Phổ 1H-NMR của hợp chất 5 ..................................................... 31

Hình 3.3:

Phổ 13C-NMR của hợp chất 5 .................................................... 32

Hình 3.4:

Phổ MS của hợp chất 5 .............................................................. 33

Hình 3.5:

Phổ 1H-NMR của hợp chất 6 ..................................................... 34

Hình 3.6:

Phổ 13C-NMR của hợp chất 6 .................................................... 35

Hình 3.7:

Phổ MS của hợp chất 6 .............................................................. 36

f


MỞ ĐẦU
Sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp phổ 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. Hiện nay có rất nhiều phương pháp hiện đại
có thể sử dụng để phân tích, xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ. Tuy
nhiên phương pháp NMR và MS vẫn được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các
quốc gia trên thế giới do những thông tin từ đó đảm bảo cho phép các nhà
khoa học xác định nhanh và chính xác cấu trúc của các hợp chất là kết quả
của quá trình tổng hợp hữu cơ.
Các hợp chất hữu cơ có chứa hệ quinolin thường thể hiện có hoạt tính
sinh học đa dạng. Nhiều hợp chất đã được sử dụng làm thành phần chính

trong một số loại thuốc đang lưu hành trên thị trường như Quinin (thuốc
chống sốt rét), Sopcain (thuốc gây mê), plasmoxin và acrikhin (thuốc chống
sốt rét) [1] (Hình 1).



HO



CH

CH2


N

CH2

N

H3CO

CHON(CH2)2N(C2H5)2
CH = CH2

HN

CH(CH2)3N(C2H5)2

N

O(CH2)3CH3

CH3
N

Quinin

Plasmoxin

Sopcain

Hình 1: Một số dẫn xuất của quinolin được sử dụng làm thuốc
Trong khi đó, các hợp chất chứa hệ tropon hay tropolon cũng có hoạt
tính sinh học rất phong phú, chúng được sử dụng để làm thuốc chữa bệnh có
hiệu quả. Ví dụ như: sử dụng làm thuốc kháng sinh, o-alkyl tropolon và các
hợp chất tương tự đang được sử dụng làm thành phần chất ức chế tế bào ung
thư, Colchicin thể hiện hoạt tính kháng khuẩn lao và chống các loại khuẩn
gây mụn nhọt. Dưới đây là một số tropolon tiêu biểu (Hình 2):

1


O

O
R

HO

O
OR HO

MeO

NR1R2
H

MeO
OMe

Tropon R=H
Tropolon R=OH

R=H
R=CH3

R=H OR
R=CH3

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

Hình 2: Một số tropon, tropolon và dẫn xuất quan trọng
Do những đặc tính có lợi đó nên hiện nay việc nghiên cứu, tổng hợp
tropolon cũng như quinolin và các dẫn xuất của chúng đang được các nhà
khoa học trong và ngoài nước quan tâm [3-6]. Tuy nhiên cho tới nay, có rấ t ít
công bố về các hợp chất có chứa đồ ng thời cả hê ̣ tropolon và quinolin.

Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất quinolin của tropolon và
xác định cấu trúc của chúng để tìm kiếm các chất có hoạt tính cao là vấn đề
hết sức lý thú và có ý nghĩa thực tiễn cao.
Từ những lý do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài “Phân tích cấu trúcmột
số dẫn xuất 2-(4-clo-6,8-dimetylquinolin-2-yl)-5,6,7-triclo-1,3-tropolon
bằng phương pháp phổ NMR và MS”. Mu ̣c tiêu chính của đề tài là sử du ̣ng
các phương pháp phổ hiê ̣n đa ̣i như 1H-NMR, 13C-NMR và phương pháp phổ
khối lượng MS để phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất 2-(4-clo-6,8dimetylquinolin-2-yl)-5,6,7-triclo-1,3-tropolon tổng hợp được.

2


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh
̣ cấ u trúc NMR và MS [1, 2]
1.1.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
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 là phổ 1H-NMR và 13C-NMR.Hạt nhân của nguyên tử 1H và 13C 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.
a. Hằng số chắn và từ trường hiệu dụng
Hằng số chắn xuất hiện do hai nguyên nhân:
- Hiệu ứng nghịch từ.
- Hiệu ứng thuận từ.
Tỷ lệ cường độ tín hiệu của mỗi nhóm tuân theo tam giác Pascal

như sau:
Bảng 1.1. Tỷ lệ cường độ tín hiệu
Tỷ lệ chiều cao các vạch
trong mỗi nhóm
1

Số đỉnh

Ký hiệu

1 đỉnh

Singlet

Số proton
(N)
0

1:1

2 đỉnh

duplet

1

1:2:1

3 đỉnh

Triplet

2

1:3:3:1

4 đỉnh

Qualet

3

1:4:6:4:1

5 đỉnh

Quynlet

4

1:5:10:10:5:1

6 đỉnh

Sexlet

5

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

7 đỉnh

septet

6

3


Nhìn bảng trên thấy các nhóm tín hiệu có độ bội lớn thì cường độ tín
hiệu đỉnh giữa và đỉnh ngoài gấp nhau nhiều lần vì thế đối với nhóm 6, 7 đỉnh
trở lên thì chỉ xuất hiện một số ít hơn. Ví dụ nhóm 7 đỉnh thường chỉ xuất
hiện 5 đỉnh.
Ngoài ra khoảng cách giữa hai đỉnh liền nhau ở mỗi nhóm được đo
bằng Hertz (Hz) và được gọi là hằng số tương tác spin-spin J. Đây là một
thông số phổ quan trọng như độ chuyển dịch hoá học.
b. Độ chuyển dịch hoá học:
Độ chuyển dịch hóa học : Do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt
nhân 1H và 13C trong phân tử có tần số cộng hưởng khác nhau. Đặc trưng cho
các hạt nhân 1H và 13C trong phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối với hạt
nhân 1H thì:



 TMS  x 6
.10 ( 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 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.
Dựa vào độ chuyển dịch hóa học  ta biết được loại proton nào có mặt
trong chất được khảo sát. Đối với 1H-NMR thì δ thường có giá trị từ 0-12
ppm, đối với 13C-NMR thì δ thường có giá trị từ 0-230 ppm.

4


Hình 1.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat
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.
c. Tương tác spin- spinJ
Đối với mỗi hạt nhân hoặc một nhóm hạt nhân, người ta nhận được một
tín hiệu đặc trưng chỉ có một đỉnh nhưng cũng có khi gồm một nhóm 2, 3, 4,
5 đỉnh khác nhau. Ví dụ phổ cộng hưởng từ proton của etanol có các tín hiệu
đặc trưng cho nhóm OH (1đỉnh), nhóm CH2 (4đỉnh), CH3 (3đỉnh). Nguyên

nhân của sự xuất hiên nhiều đỉnh trên là do mỗi hạt nhân có I=1/2 đã sinh ra
hai từ trường riêng biệt. Hai từ trường này tác dụng lên hạt nhân bên cạnh làm
phân tách mức năng lượng chính của nó thành hai mức năng lượng khác nhau.
Trường hợp 2, 3 hạt nhân cùng tác động từ trường riêng của minh lên cùng
một hạt nhân khác thì năng lượng cộng hưởng của hạt nhân đó bị phân tách
thành nhiều mức năng lượng khác nhau mà mỗi mức năng lượng cộng hưởng
này cho một đỉnh trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton.
5


Hằng số tương tác spin-spin J được xác định bằng khoảng cách giữa
các hợp phần của một vân phổ. Dựa vào hằng số tương tác spin-spin J ta có
thể rút ra kết luận về vị trí trương đối của các hạt nhân có tương tác với nhau.
d. Ứng dụng của phổ cộng hưởng từ hạt nhân
- Ứng dụng trong hóa hữu cơ rất rộng lớn. Tuy nhiên, ứng dụng chủ
yếu là để xác định cấu tạo hợp chất hữu cơ tinh khiết và phân tích định tính,
định lượng hợp chất hữu cơ.
- Xác định cấu tạo hợp chất hữu cơ.
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân đặc biệt quan trọng đối với việc nghiên
cứu cấu hình mạch chính, đồng phân và dạng hình học không gian của
phân tử.
- Ứng dụng trong của phổ cộng hưởng từ hạt nhân trong phân tích hữu
cơ.Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân cũng được ứng dụng trong cả phân
tích định tính và định lượng hợp chất hữu cơ.
- Với mục đích định tính, phổ cộng hưởng từ hạt nhân được sử dụng để
đồng nhát hóa (kiểm tra độ tinh khiết) chất phân tích với một giả định bằng
cách so sánh phổ của mẫu nghiên cứu với phổ chuẩn trong bản đồ tra cứu
(atlas) ghi trong cùng điều kiện.
- Nếu dạng của hai phổ đồng nhất với nhau thì có thể xem hai hợp
chất cùng một loại hoặc cùng một hợp chất. Việc phát hiện các nhóm chức

bằng cộng hưởng từ hạt nhân khá đơn giản đối với các nhóm có chứa các hạt
nhân từ như các nhóm amino, hidroxi, cacboxyl, anđehit, cũng như các
nhóm có chứa flo, photpho. Trong trường hợp không chứa các hạt nhân từ
(nhóm cacbonyl, một số nhóm chứa oxi và lưu huỳnh hoặc các halogen
không phải là flo) thì có thể dựa vào sự biến đổi sinh ra trong đặc tính của
những proton ở gần hoặc xa hơn. Mặc dù có sự trùng lặp đáng kể về độ dịch
hóa học,nhưng sự phân biệt các vùng hấp thụ vẫn có thể nhận biết được đối

6


với từng nhóm chức. Việc nghiên cứu đồng thời phổ hồng ngoại và phổ
cộng hưởng từ hạt nhân cũng như phổ khối lượng để phân tích nhóm chức sẽ
cho kết quả chắc chắn hơn.
- Việc áp dụng phổ cộng hưởng từ hạt nhân trong phân tích hữu cơ định
lượng là dựa vào diện tích của vạch hấp thụ (cường độ tín hiệu cộng hưởng) tỉ
lệ với số hạt nhân tạo ra sự hấp thụ đó. Việc tính hàm lượng chất nghiên cứu
có thể được thực hiện theo phương pháp thêm hoặc đường chuẩn.
1.1.2. 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:
2e (1) > 95%

ABC
ABC

e
ABC

2

3e (2)

ABC-

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:

7


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 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
Nguyên lí cấu tạo khối phổ kế: Khối phổ kế được J.Thompson( người
Anh) chế tạo đầu tiên năm 1912
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo chung của khối phổ kế:

b1. Hóa khí mẫu:
Các mẫu được nạp vào phổ kế có thể ở dạng khí, lỏng hay rắn. Trước
tiên mẫu được nạp vào 1 buồng kín dưới áp suất từ 10-5 – 10-7 mmHg và
nhiệt độ đốt nóng có thể đến 200oC. Dưới điều kiện này thì hầu hết các chất
lỏng và rắn đều biến thành thể hơi.
b2. Ion hóa mẫu:
Mẫu sau khi đã hóa hơi được dẫn vào buồng ion hóa để biến các phân
tử trung hòa thành các ion. Quá trình này có thể được thực hiện theo một số

phương pháp khác nhau như:
8


- Phương pháp va chạm electron: Mẫu chất ở dạng hơi được dẫn vào 1
buồng, ở đây có một dòng electron mang năng lượng cao chuyển động vuông
góc với mẫu và xảy ra va chạm giữa chúng, biến các phân tử trung hòa thành
các ion phân tử hoặc các ion mảnh. Năng lượng của dòng electron 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 này được dung phổ biến hơn cả
- Phương pháp ion hóa hóa học: Ion hóa hóa học là cho dòng phân tử
khí va chạm với một dòng ion dương hoặc ion âm để biến các phân tử trung
hòa thành ion phân tử hay ion mảnh.
- Phương pháp ion hóa trường: Cho dòng mẫu dạng hơi đi qua giữa hai
điện cực cảm ứng có một điện trường mạnh ( 107 - 108 v/cm ), dưới tác dụng
của lực tĩnh điện, phân tử trung hòa sẽ biến thành các ion dương.
- Phương pháp ion hóa photon: Cho dòng phân tử mẫu dạng hơi va đập
với dòng photon có năng lượng khoảng 10eV (bức xạ có chiều dài sóng từ 83
– 155nm) sẽ xảy ra quá trình ion hóa.
- Phương pháp bắn phá ion: Phương pháp thường dùng là phương
pháp bắn phá nguyên tử nhanh. Một dòng khí agon hay xenon được bắn ra từ
một khẩu súng đập thẳng vào mẫu hòa tan trong dung môi như glixerin.
Trước tiên các phân tử dung môi bị ion hóa rồi chính nó ion hóa phân tử mẫu
thành các ion tiếp theo.
b3. Tách các ion theo số khối
Các ion hình thành có số khối m/e được phân tách ra khỏi nhau bằng
các thiết bị khác nhau như:
Thiết bị phân tách ion hội tụ đơn
Thiết bị phân tách ion hội tụ kép

Thiết bị phân tách ion tứ cực

9


b4. Đêtectơ
Các ion đi ra từ bộ phân tách có cường độ nhỏ (cỡ nanoampe) nên cần
khuếch đại để phát hiện. Một trong những thiết bị này là máy nhân electron.
Nó tạo ra các electron thứ cấp khi có ion ban đầu đập vào bề mặt tấm kim
loại. độ khuếch đại khoảng 106 khi sử dụng 16 đinôt.
b5. Ghi nhận tín hiệu
Các tín hiệu từ bộ khuếch đại trươeenf ra được nạp vào bộ nhớ máy
tính và xử lí kết quả rồi in ra phổ. Các phổ được biểu diễn dưới dạng phần
trăm basic (

), đỉnh cao nhất có cường độ 100%, các đỉnh khác nhỏ hơn.

Ví dụ: Phổ phối lượng của hợp chất C8H16O

Hình 1.2. Phổ khối lượng của benzamit (C8H16O)
Như vậy, khối phổ kế gồm 4 phần chính:
- Hóa khí mẫu
- Ion hóa
- Tách ion theo khối lượng
- Nhận biết các ion bằng đêtectơ.
Để đánh giá chất lượng một khối phổ kế người ta dùng khái niệm độ
phân giải R:

10

R=
Trong đó: m là khối lượng ion;

là hiệu số khối lượng hai ion có thể

tách khỏi nhau.
Giá trị R càng lớn thì máy càng tốt.
c. Phân loại các ion
- Ion phân tử: Là các ion có số khối lớn nhất và chính là khối lượng
phân tử của chất mẫu(M+)
- Ion đồng vị: Trong tự nhiên các nguyên tố hóa học đều tồn tại các
đồng vị có tỉ lệ khác nhau, tỉ lệ này hiện ra ở chiều cao vạch phổ nên dựa vào
chiều cao vạch phổ ta có thể xác định sooa nguyên tử đồng vị trong hợp chất.
- Ion mảnh: Các ion mảnh là do sự phá vỡ phân tử sinh ra khi va chạm
electron. Tùy theo năng lượng va chạm lớn hay nhỏ mà phân tử vỡ thành
nhiều mảnh khác nhau, thông thường năng lượng va chạm vào khoảng 70eV.
- Ion metastabin: Các ion phải có thời gian sống nhất định mới ghi lại
được. Một số ion xuất hiện như bước trung gian giữa các ion có khối lượng m1,
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*
d. Giải phổ khối
Các bước giải phổ cần làm:
Nhận biết ion phân tử
Xác định thành phần nguyên tố và số nối đôi và vòng.
Dự đoán các dãy ion bất kì và các ion đặc trưng từ phổ đồ
Nhận xét cấu tạo có thể của các mảnh trung hòa từ sự có mặt của các
ion có số khối cao.
Nhận biết các ion lẻ electron bất kì và xem xét những chuyển vị có thể.
Đưa ra một cấu tạo trên cơ sở phổ khối và kiểm tra đặc tính phổ khối

của các hợp chất có cấu trúc tương tự bằng tài liệu tra cứu.
Khẳng định lại cấu tạo của hợp chất bằng sơ đồ phân mảnh thuyết minh.

11


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

7

H
HO
R

9

H

8

(S)
(R)

H
4

7

H

N
1

HO
R

,
4

N

9

H

8

(R)
(S)

N
1

,
4

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

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

Hình 1.3: Một số hợp chất thiên nhiên có chứa vòng quinolin

12


Quinin là thuốc trị sốt rét, người ta biết dùng chế phẩm này từ đầu thế kỉ

XVII, nhưng phải hơn 100 năm sau (1944) Woodward mới tổng hợp toàn phần.
Các dẫn xuất của 8-hiđroxiquinolin thường có hoạt tính diệt khuẩn, diệt nấm.
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,…
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

Hình 1.4: Một số dẫn xuất của quinolin có hoạt tính chống sốt rét

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

N

CH3O

N
OCH3

CH3O

CH3O

N=CH

NH2
Amquinsin

OCH3

Leniquinsin

Hình 1.5: Cấu trúc của amquinsin và leniquinsin
Ngoài ra còn một số dẫn xuất ứng dụng làm phẩm nhuộm hay trong
công nghiệp ảnh màu như cyanin và pinacynol.

13

1.2.1.2. Một số phương pháp tổng hợp quinolin
a. Đi từ arylamin và hợp chất cacbonyl  ,  -không no. Tổng hợp
Skraup và tổng hợp Doebner-von Miller
H

NH2

N

+

R

R

O
H

Hîp chÊt cacbonyl

Arylamin

Quinolin

 ,   kh«ng no

b. Đi từ arylamin và hợp chất 1,3-dicacbonyl. Tổng hợp Combes.
N

O

NH2

- H2O

+

R

O
arylamin

R

H

Hîp chÊt 1,3-®icacbonyl

Quinolin

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

O

R1

+

R2

N
baz¬
hoÆc axit

R1

R
R2
R3

R3

Hợp chất cacbonyl có thể là anđehit hoặc xeton ( R 1 = H, ankyl, aryl,
…) hoặc xeto este, xeto nitrin, xeto amit (R2 = H, ankyl, aryl, COOC2H5,
COCH3, CN, CONHCH3, …)
Nhóm o-axyl của anilin có thể là fomyl, axetyl, aroyl, …
d. Đi từ isatin và hợp chất cacbonyl có nhóm  -metylen. Tổng
hợp Pfitzinger
R1

O
NH
O

R

Isatin

O

KOH, H2O

NH2

N
R2

R

O

R

o

R2

H ,t

COOK
Kali isatogenat

14

+

R1

COOH


Phương pháp chung để tổng hợp các axit quinolin-4-cacboxylic có nhóm
thế ở vị trí số 2 hoặc cả hai vị trí 2 và 3, là ngưng tụ axit isatinic mới sinh ra từ
isatin với các hợp chất metylen-xeton như tổng hợp Friedlander [8, 3].
COOK
O
KOH 33%
N
H

R1CH2 C

C
O

COOH

COOH

R2

R1

O

+

O

NH2

N

N

R2

CH2R1

(R2= CH3)

1.2.1.3. Đi từ các dẫn xuất của inđole
Quinolin có thể được tổng hợp từ một số dị vòng khác, đặc biệt từ các
dẫn xuất của inđole. Chẳng hạn inđole tác dụng với diclororrocacben sinh ra
3-cloroquinolin:
NH CH3

NH
CH3

N

CH3

Cl
Cl

CH3

CH3

Cl

CH3

Đun nóng 2-metylinđole cũng thu được quinolin:
NH

N

to

CH3

1.2.2. Tropolon
1.2.2.1. Vài nét về cấu tạo của tropolon [9]
Tropolon là một dẫn xuất của tropon, có ba chất đồng phân.
O

O

O

OH

OH

α-tropolon

β-tropolon

OH

γ-tropolon

Momen lưỡng cực của nó là 3,7D. Về cơ bản troponon là một axit yếu
có Ka ≈ 10-7. Tropolon được xếp vào lớp hợp chất nonbenzenoid thơm, song
nó không tuân theo đầy đủ cấu trúc công thức được đưa ra của loại hợp chất
này. Tropolon còn có nhiều cấu trúc cộng hưởng khác mang đặc trưng riêng.

15


Tropolon được hình thành từ sự lai ghép tất cả các cấu trúc cộng hưởng
của nó, có thể vẽ như sau:
H
O
O

Trong cấu trúc của tropolon có liên kết hydro nội phân tử bền vững
được mô tả như sơ đồ dưới đây.
H

H

O

O
O

O

1.2.2.2. Một số ứng dụng của dẫn xuất tropolon
Tropon và tropolon được các nhà hoá học hữu cơ biết đến từ thập kỉ
40 của thế kỉ 20. Chúng tồn tại trong tự nhiên chủ yếu dưới dạng các
ancaloit (troponoit, tropolonoit) có trong thực vật, nấm, v.v. Đa số những
hợp chất đó thể hiện những hoạt tính sinh học quí giá và đã được sử dụng
làm thành phần một số loại thuôc kháng sinh, thuốc chống ung thư, kháng
khuẩn [10]. Trong số đó Colchicin được chiết xuất từ hoa Colchium
autumnale (mọc ở vùng núi Uran, Krưm thuộc Ucraina,v.v) được sử dụng
để chữa bệnh viêm khớp. Hiện nay nó được sử dụng làm thuốc chữa bệnh
gout cấp tính, bệnh viêm gan C và có hoạt tính chống khuẩn Mito [11,
12]. Ngoài ra, colchicin được sử dụng trong các bệnh ngoài da ví dụ như
actinic keratoses, bệnh vẩy nến…Chính vì vậy, từ các thập niên 60-70 đến
nay nhiều công trình nghiên cứu về cấu trúc cũng như hoạt tính sinh học
của các hợp chất hữu cơ có chứa hệ tropolon đã được đăng tải trên các tạp
chí quốc tế uy tín[13, 14]. Dưới đây là một số ví dụ về các hợp chất có
chứa hệ tropon và tropolon đã biết.
16


O

O

O

Tropon R=H
Tropolon R=OH

HO

O

OH

OH

R

OH

OH

MeO

O

O
OH

OR
HO

R=H
R=CH3

R=H OR
R=CH3

R=H OH
R=CH3

R=H
R=CH3

O

O

OR RO

HO

R

OH
HO

OH

HOOC
Axit Stipitat R=H
Axit Pyberul R=OH

NR1R2
H

MeO

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

OMe
O
OMe

Gần đây, một số nghiên cứu đã khẳng định một số phức bạc (I), nhôm
(III) và coban (II) với 4-isopropyltropolon có khả năng kháng khuẩn rất tốt
[15]. Hinokitiol (β-thujaplicin) là một tropolon tự nhiên có trong cây tùng
bách có khả năng chống ung thư và thiếu máu cục bộ. Nhóm các nhà khoa
họcHy lạp Maria Koufaki, Elissavet Theodorou tạiInstitute of Organic and
Pharmaceutical ChemistryAthens tổng hợp và nghiên cứu khả năng bảo vệ
thần kinh của một số dẫn xuấtβ-Thujaplicin (4-isopropyl-1,2-tropolon) và đã
có kết luận chỉ có dẫn xuất piperazin của β-Thujaplicin có khả năng bảo vệ tế
bào thần kinh khỏi sự oxi hóa do stress gây ra [16].

O
HO

  thujaplicin

Ngoài ra tropolon có tác dụng ức chế mạnh mẽ tới tăng trưởng thực vật,
có tác dụng ức chế chống bệnh viêm gan C [12] và có hoạt tính kháng khuẩn

và côn trùng, kháng virus, kháng nấm. Chúng đã được biết và sử dụng rộng
rãi trong nông nghiệp, sản phẩm lâm sàng, mỹ phẩm và các khu vực khác[17].

17