Phân tích cấu trúc của một số hợp chất Hexahydropyrazin1,2bIsoquinolin bằng các phương pháp phổ hiện đại (LV thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM THỊ THANH DUNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT
HEXAHYDROPYRAZIN-[1,2b]-ISOQUINOLIN
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN – 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM THỊ THANH DUNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT
HEXAHYDROPYRAZIN-[1,2b]-ISOQUINOLIN
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI
Chuyên ngành: Hoá Phân tích
Mã số : 60 44 01 18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS. NGUYỄN VĂN TUYẾN

THÁI NGUYÊN - 2017

LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn
GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến – viện trưởng Viện Hóa học - Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tin tưởng giao đề tài, định hướng
nghiên cứu, tận tình hướng dẫn và tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn
thành luận văn thạc sỹ này.
Em xin gửi lời trân trọng cảm ơn tới TS. Dương Nghĩa Bang, TS. Phạm
Thế Chính cùng các thầy cô khoa Hóa Học, Trường Đại Học Khoa Học - ĐH
Thái Nguyên đã tạo điều kiện, giúp đỡ em trong quá trình triển khai nghiên
cứu, thực hiện đề tài.
Em xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo cùng các thầy, cô, cán bộ, kĩ
thuật viên phòng Hóa Dược, thuộc Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học
và Công Nghệ Việt Nam đã tận tình chỉ dạy và hướng dẫn em trong quá trình
học tập, thực nghiệm và thực hiện đề tài.
Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè lớp
Cao học khóa 2015 – 2017 đã giúp đỡ và động viên em trong suốt quá trình
học tập và thực hiện luận văn này.

Tác giả luận văn

Phạm Thị Thanh Dung

a


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. a
MỤC LỤC ........................................................................................................ b
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... e

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ............................................................................... f
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................ g
MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................... 2
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc ................................. 2
1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) ................................................... 2
1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ......................... 4
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MMS) .............................................. 6
1.2. Phân tích các đồng phân đối quang ........................................................ 7
1.2.1. Phương pháp phân tách các đồng phân đối quang bằng enzym ...... 8
1.2.2. Tách các đồng phân đối quang nhờ tác nhân bất đối bổ trợ ............ 8
1.2.3. Tách đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý hiện đại . 9
1.2.4. Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR .......................... 10
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM .................................................................. 16
2.1. Hóa chất và thiết bị .............................................................................. 16
2.1.1. Hóa chất và dung môi .................................................................... 16
2.1.2. Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc .......................................... 16
2.1.3. Phân tích xác định cấu trúc, định tính phản ứng và kiểm tra độ
tinh khiết của các sản phẩm tổng hợp được ............................................. 17

b


2.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc ..................................................... 17
2.2.1. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất
2,3-bis(bromometyl)-1,4-dimetoxinaphtale ............................................. 17
2.2.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất
etyl 5,10-dimetoxi-1,2,3,4-tetrahidrobenzo[g]isoquinolin-3-carboxylat . 18
2.2.3. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất etyl 2-(2-cloroaxetyl)
-5,10-dimetoxy-1,2,3,4-tetrahidrobenzo[g]isoquinolin-3-carboxylat ...... 20

2.2.4. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của các hợp chất piperazinedion
có khung hexahidropyrazin-[1,2b]-isoqiunolin ....................................... 21
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................. 25
3.1. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của hợp chất
2,3-bis(bromometyl)-1,4-dimetoxinaphtale (38) ........................................ 25
3.1.1. Chuẩn bị hợp chất 38 ..................................................................... 25
3.1.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất 38 bằng phổ NMR ...................... 26
3.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của hợp chất etyl 5,10-dimetoxi
-1,2,3,4-tetrahidrobenzo[g]isoquinolin-3-carboxylat (39) .......................... 27
3.2.1. Chuẩn bị hợp chất 39 ..................................................................... 27
3.2.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất 39 bằng phổ NMR ...................... 27
3.3. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của chất etyl 2-(2-cloroaxetyl)
-5,10-dimetoxy-1,2,3,4-tetrahidrobenzo[g]isoquinolin-3-carboxylat (40) . 29
3.3.1. Chuẩn bị hợp chất trung gian 40 .................................................... 29
3.3.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất trung gian 40 bằng phổ NMR ..... 29
3.4. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc của các hợp chất piperazinedion

c


có khung hexahidropyrazin-[1,2b]-isoqiunolin .......................................... 30
3.4.1. Hợp chất 41a .................................................................................. 30
3.4.2. Hợp chất 41b .................................................................................. 34
KẾT LUẬN ................................................................................................... 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 38
PHỤ LỤC

d

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

13

C- NMR

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

DMSO

Đimetyl sunfoxit (Dimethyl sulfoxide)

1

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

H- NMR

Resonance)
HPLC

Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid
Chromatography)

IR

Phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy)

MS

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

H, C

Độ chuyển dịch hóa học của proton và cacbon

Ppm

Phần triệu ( parts per million )

S

Singlet

Dd

Double doulet

CHCl3

Clorofom

EtOH

Etanol

MW

Microwave ( Vi sóng )

MeOH

Metanol

OMe

Methoxy

SOCl2

Sunfonylclorua

e


DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 1.1. .......................................................................................................... 8
Sơ đồ 1.2. .......................................................................................................... 9
Sơ đồ 1.3. .......................................................................................................... 9
Sơ đồ 1.4. ........................................................................................................ 11
Sơ đồ 3.1.Tổng hợp hợp chất 38 .................................................................... 26
Sơ đồ 3.2: Tổng hợp hợp chất 39 ................................................................... 27
Sơ đồ 3.3: Tổng hợp hợp chất trung gian 40 ................................................. 29
Sơ đồ 3.4: Tổng hợp hợp chất 41a ................................................................. 31
Sơ đồ 3.5: Tổng hợp hợp chất 41b ................................................................. 34

f

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của axit benzoic (C6H5COOH) .............................. 3
Hình 1.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của ethanol ......................................... 5
Hình 1.3. Phổ khối lượng của hexan (C6H14) ................................................... 7
Hình 1.4. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp este Mosher (S)-1-phenylbutan-1-ol
và (R)-1-phenylbutan-1-ol ............................................................................. 12
Hình 1.5. Phổ 1H-NMR của este Mosher (R)-1-phenylbutan-1-ol và
(S)-1-phenylbutan-1-ol ................................................................................... 12
Hình 1.6. Phổ 1H-NMR của (-)-enriched và hỗn hợp (-)-enriched với CSA .. 14
Hình 1.7. Tín hiệu

H-NMR của CH3 trong một số trường hợp .................. 15

1

Hình 3.1: Phổ 1H-NMR của hợp chất 38 ....................................................... 26
Hình 3.2: Phổ 1H-NMR của hợp chất 39 ....................................................... 27
Hình 3.3: Phổ 13C-NMR của hợp chất 39 ...................................................... 28
Hình 3.4: Phổ 1H-NMR của hợp chất trung gian 40 ...................................... 30
Hình 3.5: Phổ 1H-NMR của hợp chất 41a ...................................................... 31
Hình 3.6: Phổ 13C-NMR của hợp chất 41a .................................................... 32
Hình 3.7: Phổ IR của hợp chất 41a ................................................................ 33
Hình 3.8: Phổ MS của hợp chất 41a .............................................................. 33
Hình 3.9: Phổ 1H-NMR của hợp chất 41b ..................................................... 34
Hình 3.10: Phổ 13C-NMR của hợp chất 41b .................................................. 35

g

MỞ ĐẦU
Các dẫn xuất hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin có nhiều hoạt tính
sinh học quý như chống ung thư và kháng khuẩn nên được nhiều nhà khoa
học quan tâm nghiên cứu [1-3]. Trong đó, saframycin (1) được phân lập từ
loài Streptomyces lavendulae có hoạt tính ức chế mạnh tế bào ung thư [1-3],
phần cấu trúc quan trọng của saframycin là khung hexahydropyrazin-[1,2b]isoquinolin.

Tương

tự,

ecteinascidin

(2)

cũng

là

dẫn

xuất

của

hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin có hoạt tính mạnh với các tế bào ung
thư, được phân lập từ sinh vật biển Ecteinascidia turbinata [4-6]. Do đó
hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin còn là các synthon quan trọng cho tổng
hợp toàn phần và bán tổng hợp nhiều hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh
học mạnh có khung cấu trúc tương tự saframycin (1) và ecteinascidin (2) [112]. Các hợp chất hexahydropyrazine-[1,2b]-isoquinolin thường có cấu trúc

phức tạp việc phân tích cấu trúc của hợp chất này đòi hỏi phải có sự kết hợp
của nhiều phương pháp phổ hiện đại. Luận văn này tập trung nghiên cứu phân
tích cấu trúc của một số hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin, nhằm tìm kiếm
các hợp chất có cấu trúc mới rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

Đề tài này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số hợp chất
hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin bằng các phương pháp phổ hiện đại như
phổ hồng ngoại (IR), cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và phổ khối lượng
(MS).

1


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh
̣ cấ u trúc
1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR).
Trong số các phương pháp phân tích cấu trúc, phổ hồng ngoại cho
nhiều thông tin quan trọng về cấu trúc của hợp chất.
Bức xạ hồng ngoại bao gồm một phần của phổ điện từ, đó là vùng bước
sóng khoảng 10-4 đến 10-6 m. Nó nằm giữa vi sóng và ánh sáng khả kiến.
Phần của vùng hồng ngoại được sử dụng nhiều nhất để xác định cấu trúc nằm
trong giữa 2,5x10-4 m 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 [3].
Khi chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử các hợp chất, bức xạ hồng
ngoại sẽ kích thích phân tử từ trạng thái dao động cơ bản lên trạng thái dao
động cao hơn. Có 2 loại dao động khi phân tử bị kích thích là dao động hóa trị
và dao động 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).

2


Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của axit bezoic ( C6H5COOH ) (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 chất giống nhau [3].
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 [3].
Trong phổ hồng ngoại của axit benzoic ( hình 1.1) ta thấy các pic nằm
trong vùng 3400 – 2300 cm-1 là OH ( đime) , 3540 cm-1 là OH monome ,
1744cm-1 là CO ( monome ), 1695cm-1 là CO ( đime ).

3

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 cấu trúc của các hợp chất hữu cơ. Phương pháp phổ biến được sử
dụng là phổ 1H-NMR và

13

C-NMR. Hạt nhân của nguyên tử 1H và

13

C có

momen từ. Nếu đặt proton trong từ trường không đổi thì moment từ của nó có
thể định hướng cùng chiều hay ngược chiều với từ trường. Đó là spin hạt
nhân có tính chất lượng tử với các số lượng tử +1/2 và -1/2 [2].
Độ chuyển dịch hóa học : Do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt
nhân 1H và 13C trong phân tử có tần số cộng hưởng khác nhau. Đặc trưng cho
các hạt nhân 1H và 13C trong phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối với hạt
nhân 1H thì:


 TMS  x 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.
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 dịch hóa học lớn hơn [1].
4


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 ethanol (4)
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 [1].

Hằng số tương tác spin-spin J được xác định bằng khoảng cách giữa các
hợp phần của một vân phổ. Dựa vào hằng số tương tác spin-spin J ta có thể rút ra
kết luận về vị trí trương đối của các hạt nhân có tương tác với nhau [2].
Trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân của ethanol ( hình 1.2 ) ta thấy đối với
13

C-NMR thì δ có giá trị 31ppm là C (CH3), δ có giá trị 200 ppm là C (CHO).

5


1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS)
Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là phá vỡ phân tử
trung hòa thành ion phân tử và các mảnh ion dương có số khối z=m/e. Sau đó
phân tách các ion này theo số khối và ghi nhận được phổ khối lượng. Dựa vào
phổ khối này có thể xác định phân tử khối và cấu tạo phân tử của chất nghiên
cứu [3,4].
Để phá vỡ phân tử người ta có nhiều phương pháp: bắn phá bằng dòng
electron (EI), phương pháp ion hóa hóa học (CI), phương pháp bắn phá
nguyên tử nhanh (FAB)… Dùng dòng eclectron có năng lượng cao để bắn
phá phân tử là phương pháp hay được sử dụng nhất. Khi bắn phá các phân tử
hợp chất hữu cơ trung hòa sẽ trở thành các ion phân tử mang điện tích dương
hoặc bị phá vỡ thành các ion và các gốc theo sơ đồ:
2e (1) > 95%

ABC
ABC

e
ABC

2

3e (2)

ABC-

Sự hình thành các ion mang điện tích +1 chiếm hơn 95%, còn lại là các
ion mang điện tích +2 và điện tích âm (-). Năng lượng bắn phá các phân tử
thành ion phân tử khoảng 10 eV. Nhưng với năng lượng cao thì ion phân tử
có thể phá vỡ thành các mảnh ion dương (+), hoặc các ion gốc, các gốc, hoặc
phân tử trung hòa nhỏ hơn, nên người ta thường thực hiện bắn phá các phân
tử ở mức năng lượng 70 eV [3].
ABC

A

ABC

AB

AB

A

BC
B
B

Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo chất, phương pháp bắn phá và

năng lượng bắn phá. Quá trình này gọi là quá trình ion hóa.

6


Các ion ion dương hình thành đều có khối lượng m và mang điện tích e,
tỉ số m/e được gọi là số khối z. Bằng cách nào đó tách các ion có số khối khác
nhau ra khỏi nhau và xác định được xác suất có mặt của chúng, rồi vẽ đồ thị
biểu diễn mối liên quan giữa xác suất có mặt (hay cường độ I) và số khối z thì
đồ thị này được gọi là phổ khối lượng (Hình 1.3).

Hexan ( C6H14 ) MW = 86.18
Hình 1.3. Phổ khối lượng của hexan (C6H14) (5)
Như vậy, khi phân tích phổ khối lượng người ta thu được khối lượng
phân tử của chất nghiên cứu, từ các pic mảnh ion trên phổ đồ có thể xác định
được cấu trúc phân tử và tìm ra qui luật phân mảnh. Đây là một trong những
thông số quan trọng để qui kết chính xác cấu trúc phân tử của một chất cần
nghiên cứu khi kết hợp nhiều phương pháp phổ với nhau.
Trên phổ khối lượng của hexan ( hình 1.3 ) cho thấy C3H7+ với m/e =
57 có cường độ lớn nhất do cắt mạch nhánh của phân tử hidrocacbon.
1.2. Phân tích các đồng phân đối quang
Phân tích các đồng phân đối quang là tách một hỗn hợp raxemic bằng
các phương pháp vật lý và hóa học. Thông thường, sự tách được thực hiện sau
khi chuyển từ đồng phân đối quang sang đồng phân “dia”; do các đồng phân
7


đối quang có các tính chất vật lý và hóa học giống nhau nên chúng không thể
tách bằng cách trực tiếp. Trong khi đó, các đồng phân “dia” có thể tách được
bằng các phương pháp kết tinh chọn lọc, phương pháp sắc ký hoặc phương

pháp NMR.
1.2.1. Phương pháp tách các đồng phân đối quang bằng enzym
Hầu hết các enzym có tính đặc hiệu với một loại cơ chất nhất định. Dựa
vào tính chất này, người ta đã sử dụng các enzym để chuyển hóa chọn lọc một
trong hai đối quang trong hỗn hợp. Ví dụ phản ứng thủy phân hỗn hợp
raxemic của este bằng enzym pig liver estease. Dưới tác dụng của enzym này,
chỉ có đồng phân S được thủy phân. Nhờ đó mà người ta tách được hai đồng
phân này ra khỏi nhau.

(7)
(8)

(6)

(9)

Sơ đồ 1.1
1.2.2. Tách các đồng phân đối quang nhờ tác nhân bất đối bổ trợ
Hỗn hợp raxemic hoặc hai đồng phân của các hợp chất đối quang có
một tâm bất đối thường không thể tách ra khỏi nhau. Tuy nhiên, khi tham gia
phản ứng với các chất bổ trợ chiral có từ một hoặc nhiều tâm bất đối, tạo
thành sản phẩm có từ hai tâm bất đối trở lên, có thể tách được bằng các
phương pháp hóa lý khác nhau. Dựa vào tính chất quan trọng này năm 1953,
Pasteur đã tách được đôi đồng phân đối quang của axit tactaric nhờ sự tạo
muối “dia” của hỗn hợp hai đối quang với (+)-cinchotoxin, có độ tan khác
nhau nên có thể tách ra khỏi nhau bằng phương pháp kết tinh. Phương pháp
này vẫn được sử dụng hiệu quả để tách hỗn hợp hai đồng phân đối quang ra
khỏi nhau.

8

(10)

(11)

(13)

(12)

(15)

(14)

(16)

(17)

Sơ đồ 1.2
Ngoài ra, có thể chuyển hóa các đối quang của các hợp chất có một tâm
bất đối thành các đồng phân “dia” nhờ phản ứng với tác nhân bất đối bổ trợ
khác. Các đồng phân “dia” nhận được có thể tách ra bằng các phương pháp
hóa lý khác nhau. Cuối cùng các tác nhân bất đối bổ trợ được loại bỏ, thu
được các đồng phân đối quang tinh khiết.

(18)

(19)

(21)

(20)

(23)

(22)

Sơ đồ 1.3
1.2.3. Tách đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý hiện đại
Các đối quang có thể được tách nhờ các phương pháp sắc ký khí (GC),
sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) có sử dụng các cột chiral. Bản chất của
các phương pháp này là các hỗn hợp đối quang tương tác với pha tĩnh (tâm
bất đối trên cột chiral), nghĩa là chỉ một trong các đối quang có tương tác

9


mạnh hơn với tâm bất đối của cột. Đối quang có tương tác yếu sẽ được rửa
giải nhanh nhờ pha động, kết quả là hai đối quang được tách ra khỏi nhau.
Phương pháp này thường được sử dụng để xác định độ chọn lọc đối quang
trong của các phản ứng. Nếu phản ứng nhận được hỗn hợp có hai đồng phân
đối quang A và B (ee=enantiomer excess, de=diasteroisomer excess), độ
chọn lọc đối quang được xác định theo công thức:
ee 

de 

%enantiomerA  %enantiomerB
%enantiomerA  %enantiomerB

%diasteroisomerA  %diasteroisomerB
%diasteroisomerA  %diasteroisomerB

1.2.4. Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR
Để xác định tỉ lệ các đồng phân lập thể có thể sử dụng nhiều phương
pháp khác nhau, nhưng phổ NMR là một phương pháp hữu ích và phổ biến, vì
nó không làm thay đổi tỉ lệ của các đồng phân trong hỗn hợp và chỉ cần lượng
nhỏ hỗn hợp hai đồng phân đối quang. Các đồng phân khác nhau được xác
định nhờ độ dịch chuyển hóa học và hằng số tương tác spin-spin của những
nguyên tử hydro trong từ trường.
Trong phổ NMR, phần lớn hạt nhân của 1H và

13

C của hai đồng phân

“dia” sẽ có tín hiệu chuyển dịch hóa học khác nhau. Tỉ lệ của các đồng phân
có mặt trong hỗn hợp có thể tính toán được bằng sự phân tích các tín hiệu
này. Nếu trong hỗn hợp có nhiều hơn hai đồng phân “dia” thì việc xác định tỉ
lệ các đồng phân bằng phổ NMR sẽ gặp khó khăn hơn, đặc biệt là các đồng
phân chiếm tỉ lệ nhỏ.
a) Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch (Shift reagent) Mosher
Đối với các hợp chất có một tâm bất đối thì hai cấu hình của chúng sẽ
không phân biệt được bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân, do tín
hiệu của chúng không được phân tách trong từ trường. Để phân biệt được hai

10


cấu hình của các hợp chất có một tâm bất đối, người ta phải chuyển hợp chất

nghiên cứu thành đồng phân dia. Cơ sở của phương pháp Mosher là chuyển
hợp chất có một tâm bất đối thành đồng phân dia bằng cách thực hiện phản
ứng của hợp chất nghiên cứu với axit R-Mosher để tạo thành este hoặc thành
amit… Sau đó, nghiên cứu cấu hình của các hợp chất dia này sẽ đưa ra được
cấu hình của chất ban đầu. Ví dụ, để xác định cấu hình tuyệt đối của hợp chất
1-phenylbutan-1-ol có một tâm bất đối, Mosher đã tổng hợp este của nó với
axit R-Mosher để tạo ra hai đồng phân dia như mô tả trong sơ đồ dưới đây.

(24)

(25)

(27)

(26)

Sơ đồ 1.4
Hai đồng phân dia này sẽ được phân biệt rõ trên phổ cộng hưởng từ hạt
nhân proton. Tín hiệu của proton bậc ba tại trung tâm bất đối của dẫn xuất este
Mosher của (R)-1-phenylbutan-1-ol sẽ dịch chuyển về phía trường cao, trong khi
tín hiệu proton bậc ba tại tâm bất đối của dẫn xuất (S)-1-phenylbutan-1-ol sẽ dịch
chuyển về phía trường thấp. Như vậy, người ta có thể xác định được cấu hình
tuyệt đối của hợp chất 1-phenylbutan-1-ol ban đầu.

11


Hình 1.4. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp este Mosher (S)-1-phenylbutan-1-ol
và (R)-1-phenylbutan-1-ol

Hình 1.5. Phổ 1H-NMR của este Mosher (R)-1-phenylbutan-1-ol
và (S)-1-phenylbutan-1-ol
Ngoài axit R-Mosher, hiện nay người ta đang nghiên cứu sử dụng một
số tác nhân bổ trợ khác để xác định cấu hình tuyệt đối của một số hợp chất
ancol, amin và axit cacboxylic có một tâm bất đối, ví dụ như các tác nhân bổ
trợ sau.

12


(28)

(31)

(30)

(29)

b) Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch Chiral Pirkle ancol (CSA)
Chiral aryltrifluorometyl carbinol (chiral Pirkle ancol) là những tác
nhân hữu dụng nhất, cho phép xác đinh
̣ nhanh tỷ lê ̣ của các đồ ng phân lâ ̣p thể .
Khi có mă ̣t của chấ t này, các đối quang của lacton, amin và ancol trong từ
trường tạo ra phổ không tương đương. Có thể là do cả hydroxyl và các hydro
cacbinyl của chấ t CSA tạo ra các tương tác với các tâm bazơ. Ưu điểm của
của phương pháp này là không cần phải thực hiện các phản ứng chuyển hóa
thành các dẫn xuất với tác nhân bổ trợ nên hạn chế được quá trình raxemat
hóa, đặc biệt là có thể sử dụng để xác định cấu hình của các chất có hàm
lượng nhỏ.

(33)

(32)

Ví dụ, để nghiên cứu cấu hình của hai đối quang oxaziridin nhờ tác
nhân bổ trợ CSA, kết quả do tương tác cầu hydro của oxazirindin với CSA tạo
thành phức dia, dẫn đến một số tín hiệu của hai đối quang được tách biệt
trong từ trường. Nghiên cứu của phổ 1H-NMR của hỗn hợp hai đồng phân (-)oxaziridin khi không có tác nhân chuyển dịch CSA thì các tín hiệu proton
không phân biệt được trong từ trường, nhưng khi cho kết hợp với (S)-(+)-

13


CSA thì các tín hiệu của metyl, metin được tách ra. Dựa vào phổ này, người
ta có thể xác định được tỷ lệ hai đồng phân đối quang của oxaziridin.

Hình 1.6. Phổ 1H-NMR của (-)-enriched và hỗn hợp (-)-enriched với CSA
c) Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch Eu(hfc)3)
Tác nhân Eu(hfc)3 là phức của kim loại thuận từ với ligand hữu cơ có
tâm bất đối. Khi tác nhân Eu(hfc)3 kết hợp với nhóm chức (NH2, OH, SH …)
trong phân tử có một trung tâm bất đối sẽ tạo thành đồng phân “dia”. Phức
dia tạo thành có một số proton được tách ra trong từ trường và chuyển về
trường thấp. Sự tách biệt và độ chuyển dịch về phía trường thấp của một số
proton phụ thuộc vào nồng độ của tác nhân phức Eu(hfc)3.

(34)

(35)

14

(36)


Ví dụ, nghiên cứu phổ 1H-NMR của hỗn hợp hai đối quang (R,S)-1axetyl-1-phenylbutan, các tín hiệu proton của hai đối quang không phân biệt
được trong từ trường. Tuy nhiên, khi được tạo phức với tác nhân chuyển dịch
Eu(hfc)3 thì có sự tách tín hiệu. Nhóm metyl (triplet) được tách thành hai
triplet có cường độ tương đương nhau. Sự tách tín hiệu của proton trong từ
trường phụ thuộc vào bản chất của chất nghiên cứu và nồng độ của tác nhân
chuyển dịch.
Qua ví dụ trên ta thấy, tín hiệu proton ở nhóm CH3 của hỗn hợp (R,S)-1axetyl-1-phenylbutan khi tạo phức với Eu(hfc)3 đều được tách ra và có độ
chuyển dịch hóa học chuyển về phía trường thấp. Sự tách tín hiệu và độ
chuyển dịch hóa học proton ở nhóm CH3 của hai đối quang có sự khác biệt rõ
ràng. Đối với (R)-1-axetyl-1-phenylbutan, tín hiệu proton của nhóm CH3 được
chuyển dịch về phía trường cao so với (S)-1-axetyl-1-phenylbutan. Như vậy,
có thể phân biệt và xác định được tỷ lệ hai đồng phân (R)-1-axetyl-1phenylbutan và (S)-1-axetyl-1-phenylbutan nhờ 1H-NMR của chúng khi tạo
phức với tác nhân chuyển dịch Eu(hfc)3 (Hình 1.7).

Hình 1.7. Tín hiệu 1H-NMR của CH3 trong một số trường hợp

15


Chương 2
THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất và thiết bị
2.1.1. Hóa chất và dung môi
Các hoá chất dùng cho tổng hợp hữu cơ và dung môi được mua của
hãng Merck, hãng Sigma Aldrich và hãng Fluka và thuộc loại phân tích dùng
cho phân tích.

Bột silica gel cho sắc ký cột 100 – 200 mesh (Merck), bản mỏng sắc ký
silica gel đế nhôm Art. 5554 DC – Alufolien Kiesel 60F254(Merck).
2.1.2. Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc
Để xác định và phân tích cấu trúc các chất hữu cơ tổng hợp được,
chúng tôi tiến hành các phương pháp sau:
- Xác định nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ nóng chảy của các chất tổng hợp được đo trên máy đo trên
máy Gallenkeamp của Anh tại phòng thí nghiệm Tổng hợp hữu cơ – Viện hóa
học – Viện Hàn Lâm khoa học & Công nghệ Việt Nam.
- Phổ hồng ngoại (IR)
Phổ IR của các chất nghiên cứu được ghi trên máy Impact 410 –
Nicolet, tại phòng thí nghiệm Phổ hồng ngoại Viện Hóa học – Viện Hàn Lâm
Khoa học & Công nghệ Việt Nam, đo ở dạng ép viên với KBr rắn.
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phổ 1H-NMR (500MHz) và

13

C-NMR (125MHz) của các chất nghiên

cứu được đo trên máy Bruker XL-500 tần số 500MHz với dung môi DMSO
và TMS là chất chuẩn, tại phòng Phổ cộng hưởng từ hạt nhân – Viện Hóa học
– Viện Hàn Lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam.

16