Phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất triflorometyl pyranonapthoquinon bằng các phương pháp hóa lý hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
–––––––––––––––––––––––

NGUYỄN THỊ HƢỜNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC
CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT TRIFLOROMETYL
PYRANONAPTHOQUINON BẰNG
CÁC PHƢƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2016


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
–––––––––––––––––––––––

NGUYỄN THỊ HƢỜNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC
CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT TRIFLOROMETYL
PYRANONAPTHOQUINON BẰNG
CÁC PHƢƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS. NGUYỄN VĂN TUYẾN

THÁI NGUYÊN - 2016


LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn
GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến đã giao đề tài và tận tình hƣớng dẫn em trong
suốt thời gian thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn các cán bộ phòng Hóa Dƣợc và các em sinh
viên phòng Hóa Dƣợc đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực nghiệm và
hoàn thành luận văn.
Tôi xin cảm ơn các thầy cô khoa Hóa Học - Trƣờng Đại Học Khoa Học
Thái Nguyên đã trang bị cho em kiến thức để tiếp cận với các vấn đề nghiên
cứu khoa học, và các anh chị, các bạn học viên lớp K8D- lớp Cao học Hóa đã
trao đổi và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình tôi, bạn bè và
đồng nghiệp của tôi - những ngƣời đã luôn bên cạnh động viên và giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này.
Hà nội,ngày 15 tháng 10năm 2016
Học viên

Nguyễn Thị Hƣờng

a


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

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................... d
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ............................................................................... e
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. f
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ............................................................................... 3
1.1. Tổng quan về các phƣơng pháp xác định cấu trúc..................................... 3
1.1.1. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (IR).......................................................... 3
1.1.2. Phƣơng pháp phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (NMR) ................................ 4
1.1.3. Phƣơng pháp phổ khối lƣợng (MS) ........................................................ 6
1.2. Phân tích các đồng phân đối quang............................................................ 7
1.2.1. Phƣơng pháp 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 phƣơng pháp hóa lý hiện đại ........
9
1.2.4. Phân tích các đối quang nhờ phƣơng pháp NMR .................................
10
1.2.5. X-ray tinh thể ........................................................................................ 15
1.2.6. Phổ CD .................................................................................................. 18
Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM........................................................................ 20
2.1. Hóa chất và thiết bị .................................................................................. 20
2.1.1. Hóa chất và dung môi ........................................................................... 20
2.1.2. Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc ................................................. 20
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 đƣợc ........................................................... 20
2.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc các hợp chất 2,3-dihydro-naptho[2,3b


b] furan-4,9-dion ............................................................................................. 21

b


2.2.1 Tổng hợp và phân tích cấu trúc 2,3-dihydro-naptho[2,3-b]furan-4,9dion (43a) ........................................................................................................ 21
2.2.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc 2,3-dihydro-naptho[2,3-b]furan-4,9dion (43b) ........................................................................................................ 26
2.2.3 Quy trình tổng hợp 2,3-dihydro-naptho[2,3-b]furan-4,9-dion (4c) ....... 27
2.2.4. Quy trình tổng hợp 2,3-dihydro-naptho[2,3-b]furan-4,9-dion (43d).... 29
Chƣơng 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN .......................................................... 31
3.1. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất 45a-d....................................... 32
KẾT LUẬN .................................................................................................... 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 46
PHỤ LỤC

c


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BPO

Benzoyl peoxit

Bu4NF

Tetrabutyl amoni florua

DHA

Đihydroartemisinin

DIBAL-H

Điissobutyl nhom hidrua

DMAP

4-Đimetyl formamit

DMF

Đimetyl formamit

ESI-MS

Electrospray ionization – mas spectrometry

EtOH

Etanol

LC-MS

Liquid chromatography – mass spectrometry

LDA

Liti ddiissopropyl amin

LiHMDS

Liti bis(trimetylsily)amit

MCPBA

Axit m-clopeoxitbenzoic

MeOH

Metanol

NBS

N-Bromxucxinimit

NCS

N-cloxucxinimit

NMR

Nuclear magnetic resonance

p-TsOH

Axit p-toluen sunfolic

t-BuOH

Ter- Butanol

t-BuOK

Ter-butylat

TFA

Axit trifloaxetic

THF

Tetrahidrofuran

TMEDA

N,N,N’,N’-Tetrametyletylenđiamin

TMSCl

Trimetyl silyl clorua

d


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 1.5.......................................................................................................... 17
Sơ đồ: 2.1 ........................................................................................................ 21
Sơ đồ 3.1: ....................................................................................................... 32

Sơ đồ 3.2.......................................................................................................... 33

e


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của benzyl ancol...................................................... 3
Hình 1.2. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân của benzyl axetat ................................ 5
Hình 1.3. Phổ khối lƣợng của benzamit (C6H5CONH2) ................................... 7
Hình 1.4. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp este Mosher (S)-1-phenylbutan-1-ol
và (R)-1-phenylbutan-1-ol .............................................................. 11
1

Hình 1.5. Phổ H-NMR của este Mosher (R)-1-phenylbutan-1-ol và (S)-1phenylbutan-1-ol ............................................................................. 12
1

Hình 1.6. Phổ H-NMR của (-)-enriched và hỗn hợp (-)-enriched với CSA .. 13
1

Hình 1.7. Tín hiệu H-NMR của CH3 trong một số trƣờng hợp ..................... 15
Hình 1.8. Cặp tín hiệu Fiedel .......................................................................... 15
Hình 1.9. Sơ đồ tóm tắt quá trình phân tích cấu trúc bằng phƣơng pháp
X-Ray .............................................................................................. 16
Hình 1.10. Phổ CD của hợp chất A và B ........................................................ 19
1

Hình 3.1. Phổ H-NMR của hợp chất 45a....................................................... 34
Hình 3.2. Phổ X-ray phân tử của hợp chất 45a. .............................................. 36
1

Hình 3.3. Phổ H-NMR của hợp chất 45b ...................................................... 37
13

Hình 3.4. Phổ C-NMR của hợp chất 45b ..................................................... 38
1

Hình 3.5. Phổ H-NMR của hợp chất 45c........................................................ 39
13

Hình 3.6. Phổ C-NMR của hợp chất 45c....................................................... 40
1

Hình 3.7. Phổ phổ H-NMR của hợp chất 45d ............................................... 42
1

Hình 3.8. Phổ phổ H-NMR của hợp chất 45d ............................................... 43

f


MỞ ĐẦU
Pyranonapthoquinon là lớp chất kháng sinh thiên nhiên có khung 1Hnaptho[2,3-c]pyran-5,10-dionnhƣ eleutherin (1), nanaomycin A (2) và
frenolycin B (3), psychorubrin (4) đƣợc chiết tách từ Psychotria rubra. Các
hợp chất thiên nhiên thuộc lớp chất này có hoạt tính sinh học rất lý thú nhƣ
kháng khuẩn, kháng nấm, chống ung thƣ và chống virut. Do có hoạt tính sinh
học lý thú nên các pyranonaphthoquinon đƣợc các nhà khoa học rất quan tâm
nghiên cứu, ngày càng có nhiều pyranonaphthoquinon có cấu trúc mới và
phức tạp đã đƣợc phát hiện từ thiên nhiên.

Các pyranonapthoquinon có gắn nhóm CF3 không có mặt trong thiên

nhiên nhiên, hơn nữa việc gắn thêm nhóm CF3 vào pyranonapthoquinon sẽ
tạo thành những hợp chất mới có cấu trúc độc đáo chờ đợi những hoạt tính
sinh học lý thú. Mặt khác do flo có độ âm điện cao và bán kính Van der
Waals nhỏ, nên việc gắn flo hoặc nhóm thế CF3 vào cấu trúc các hợp chất
hữu cơ sẽ tạo ra những thay đổi (làm gia tăng) hoạt tính sinh học của hợp chất
hữu cơ do thay đổi tính kiềm, tính ƣa mỡ, độ ổn định trong các chuyển hóa
sinh học trong cơ thể. Với đặc tính này, các dị vòng thế CF3 đang là đối tƣợng
cuốn hút các nhà khoa học nghiên cứu. Những hợp chất triflometyl
pyranonapthoquinon là những hợp chất có cấu trúc rất lý thú và phức tạp. Vì
vậy việc phân tích cấu trúc lớp chất này rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Đây là một trong những công việc cần thiết và vô cùng quan trọng đối với
nghiên cứu về lớp chất pyranonapthoquinon.

1


Đề tài này tập trung phân tích cấu trúc của một số hợp chất triflometyl
pyranonapthoquinon bằng các phƣơng pháp hóa lý hiện đại nhƣ phổ hồng
ngoại (IR), cộng hƣởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối lƣợng (MS) và phổ Xray phân tử.

2


Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về c c phƣơng ph p

c ịnh cấu tr c

1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR).

Trong số các phƣơng 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 bƣớc
-4

-6

sóng khoảng 10 đến 10 m. Nó nằm giữa vi sóng và ánh sáng khả kiến.
Phần của vùng hồng ngoại đƣợc sử dụng nhiều nhất để xác định cấu trúc nằm
-4

-6

trong giữa 2,5x10 và 16x10 m. Đại lƣợng đƣợc sử dụng nhiều trong phổ
-1

hồng ngoại là số sóng (cm ), ƣu điểm của việc dùng số sóng là là chúng tỷ lệ
thuận với năng lƣợng [3].
Khi chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử các hợp chất, bức xạ hồng
ngoại sẽ kích thích phân tử từ trạng thái dao động cơ bản lên trạng thái dao
động cao hơn. Có 2 lại dao động khi phân tử bị kích thích là dao động hóa trị
và biến dạng, dao động hóa trị (ν) là dao động làm thay đổi độ dài liên kết,
dao động biến dạng (δ) là dao động làm thay đổi góc liên kết.
Đƣờng cong biểu diễn cƣờng độ hấp thụ với số sóng của bức xạ
hồng ngoại đƣợc gọi là phổ hồng ngoại, trên phổ biểu diễn các cực đại hấp thụ
ứng với những dao động đặc trƣng của nhóm nguyên tử hay liên kết nhất định,
(Hình 1.1).

Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của benzyl ancol
3

Căn cứ vào phổ hồng ngoại đo đƣợc đối chiếu với các dao động đặc
trƣng 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, tƣơng tự nhƣ sự khác nhau của các vân
ngón tay. Sự chồng khít lên nhau của phổ hồng ngoại thƣờng đƣợc làm dẫn
chứng cho hai hợp chất giống nhau[3].
Khi sử dụng phổ hồng ngoại để xác định cấu trúc, thông tin thu đƣợc
chủ yếu là xác định các nhóm chức hữu cơ và những liên kết đặc trƣng. Các
-1

pic nằm trong vùng từ 4000 – 1600 cm thƣờng đƣợc quan tâm đặc biệt, vì
vùng này chứa các dải hấp thụ của các nhóm chức, nhƣ OH, NH, C=O,
-1

C≡N… nên đƣợc gọi là vùng nhóm chức. Vùng phổ từ 1300 – 626 cm phức
tạp hơn và thƣờng đƣợc 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
-1

hợp chất khác, vì thế vùng phổ từ 1500 cm đƣợc gọi là vùng vân ngón tay [3].
1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (CHTHN) là phƣơng pháp vật lý hiện đại
nghiên cứu cấu trúc của các hợp chất hữu cơ. Phƣơng pháp phổ biến đƣợc sử
1

dụng là phổ H-NMR và

13

1

C-NMR. Hạt nhân của nguyên tử H và

13

C có

momen từ. Nếu đặt proton trong từ trƣờng không đổi thì moment từ của nó có
thể định hƣớng cùng chiều hay ngƣợc chiều với từ trƣờng. Đó là spin hạt
nhân có tính chất lƣợng tử với các số lƣợng tử +1/2 và -1/2 [2].
Độ chuyển dịch hóa học : Do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt
1

13

nhân H và C trong phân tử có tần số cộng hƣởng khác nhau. Đặc trƣng cho
1

13

các hạt nhân H và C trong phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối với hạt
1

nhân H thì:


 TMS x

.10 6 (

ppm)

o

Trong đó: νTMS, νx là tần số cộng hƣởng của chất chuẩn TMS và của
hạt nhân mẫu đo, νo là tần số cộng hƣởng của máy phổ.
4


Đối với các hạt nhân khác thì độ chuyển dịch hóa học đƣợc định nghĩa
một các tổng quát nhƣ sau:


ch u a n x

.10 6 (

ppm)

o

Trong đó: νchuan, νx là tần số cộng hƣởng của chất chuẩn và của hạt
nhân mẫu đo, νo là tần số cộng hƣởng của máy phổ.
Hằng số chắn σ xuất hiện do ảnh hƣởng của đám mây electron bao
1

13

quanh hạt nhân nguyên tử, do đó tùy thuộc vào vị trí của hạt nhân H và C
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 hƣởng ở trƣờng yếu
hơn sẽ có độ chuyển dịnh hóa học lớn hơn [1].
Dựa vào độ chuyển dịch hóa học  ta biết đƣợc loại proton nào có mặt
trong chất đƣợc khảo sát. Giá trị độ chuyển dịch hóa học không có thứ nguyên
1

mà đƣợc tính bằng phần triệu (ppm). Đối với H-NMR thì δ có giá trị từ 0-12
13

ppm, đối với C-NMR thì δ có giá trị từ 0-230 ppm.

(5)

Hình 1.2. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân của benzyl axetat
Hằng số tương tác spin-spin J: Trên phổ NMR, mỗi nhóm hạt nhân
không tƣơng đƣơng 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
5


tín hiệu cộng hƣởng thành nhiều hợp phần là do tƣơng tác của các hạt nhân có
từ tính ở cạnh nhau. Tƣơng tác đó thể hiện qua các electron liên kết. Giá trị J
phụ thuộc vào bản chất của hạt nhân tƣơng tác, số liên kết và bản chất các liên
kết ngăn giữa các tƣơng tác [1].
Hằng số tƣơng tác spin-spin J đƣợc xác định bằng khoảng cách giữa các
hợp phần của một vân phổ. Dựa vào hằng số tƣơng tác spin-spin J ta có thể rút
ra kết luận về vị trí trƣơng đối của các hạt nhân có tƣơng tác với nhau [2].

1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS)
Nguyên tắc chung của phƣơng pháp phổ khối lƣợng là phá vỡ phân tử
trung hòa thành ion phân tử và các mảnh ion dƣơng có số khối z=m/e. Sau đó
phân tách các ion này theo số khối và ghi nhận đƣợc phổ khối lƣợng. 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 ngƣời ta có nhiều phƣơng pháp: bắn phá bằng dòng
electron (EI), phƣơng pháp ion hóa hóa học (CI), phƣơng pháp bắn phá
nguyên tử nhanh (FAB)… Dùng dòng eclectron có năng lƣợng cao để bắn
phá phân tử là phƣơng pháp hay đƣợc 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 dƣơng
hoặc bị phá vỡ thành các ion và các gốc theo sơ đồ:

6


ABC

2e (1) > 95%

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 lƣợng bắn phá các phân tử
thành ion phân tử khoảng 10 eV. Nhƣng với năng lƣợng cao thì ion phân tử
có thể phá vỡ thành các mảnh ion dƣơng (+), hoặc các ion gốc, các gốc, hoặc
phân tử trung hòa nhỏ hơn, nên ngƣời ta thƣờng thực hiện bắn phá các phân
tử ở mức năng lƣợng 70 eV [3].

7


ABC

A

ABC

AB

AB

A

BC
B
B

Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo chất, phƣơng pháp bắn phá và
năng lƣợng bắn phá. Quá trình này gọi là quá trình ion hóa.
Các ion ion dƣơng hình thành đều có khối lƣợng m và mang điện tích e,
tỉ số m/e đƣợc gọi là số khối z. Bằng cách nào đó tách các ion có số khối khác
nhau ra khỏi nhau và xác định đƣợc xác suất có mặt của chúng, rồi vẽ đồ thị
biểu diễn mối liên quan giữa xác suất có mặt (hay cƣờng độ I) và số khối z thì
đồ thị này đƣợc gọi là phổ khối lƣợng (Hình 1.3).

Hình 1.3. Phổ khối lƣợng của benzamit (C6H5CONH2)
Nhƣ vậy, khi phân tích phổ khối lƣợng ngƣời ta thu đƣợc khối lƣợng
phân tử của chất nghiên cứu, từ các pic mảnh ion trên phổ đồ có thể xác định
đƣợc 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 phƣơng pháp phổ với nhau.
1.2. Phân tích c c ồng phân ối quang
Phân tích các đồng phân đối quang là tách một hỗn hợp raxemic bằng
các phƣơng pháp vật lý và hóa học. Thông thƣờng, sự tách đƣợc thực hiện sau
khi chuyển từ đồng phân đối quang sang đồng phân “dia”; do các đồng phân
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 đƣợc
bằng các phƣơng pháp kết tinh chọn lọc, phƣơng pháp sắc ký hoặc phƣơng
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, ngƣời 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. Dƣới tác dụng của enzym này,
chỉ có đồng phân S đƣợc thủy phân. Nhờ đó mà ngƣời ta tách đƣợc 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 thƣờng 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 đƣợc bằng các
phƣơng pháp hóa lý khác nhau. Dựa vào tính chất quan trong này năm 1953,
Pasteur đã tách đƣợc 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 phƣơng pháp kết tinh. Phƣơng pháp
này vẫn đƣợc sử dụng hiệu quả để tách hỗn hợp hai đồng phân đối quang ra
khỏi nhau.


(11)

(10)

(12)
(14)

(16)

(13)
(15)

(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 đƣợc có thể tách ra bằng các phƣơng pháp
hóa lý khác nhau. Cuối cùng các tác nhân bất đối bổ trợ đƣợc loại bỏ, thu
đƣợc các đồng phân đối quang tinh khiết.

(18)

(19)

(21)

(20)

(22)

(23)

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 đƣợc tách nhờ các phƣơng pháp sắc ký khí (GC),
sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) có sử dụng các cột chiral. Bản chất của
các phƣơng pháp này là các hỗn hợp đối quang tƣơng tác với pha tĩnh (tâm
bất đối trên cột chiral), nghĩa là chỉ một trong các đối quang có tƣơng tác
mạnh hơn với tâm bất đối của cột. Đối quang có tƣơng tác yếu sẽ đƣợc rửa


giải nhanh nhờ pha động, kết quả là hai đối quang đƣợc tách ra khỏi nhau.
Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sử dụng để xác định độ chọn lọc đối quang
trong của các phản ứng. Nếu phản ứng nhận đƣợc hỗn hợp có hai đồng phân
đối quang A và B (ee=enantiomer excess, de=diasteroisomer excess), độ
chọn lọc đối quang đƣợc 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 phƣơng
pháp khác nhau, nhƣng phổ NMR là một phƣơng pháp hữu ích và phổ biến, vì
nó không làm thay đổi tỉ lệ của các đồng phân trong hỗn hợp và chỉ cần lƣợng
nhỏ hỗn hợp hai đồng phân đối quang. Các đồng phân khác nhau đƣợc xác
định nhờ độ dịch chuyển hóa học và hằng số tƣơng tác spin-spin của những
nguyên tử hydro trong từ trƣờng.

1

13

Trong phổ NMR, phần lớn hạt nhân của H và 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 đƣợc 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 đƣợc bằng phƣơng pháp phổ cộng hƣởng từ hạt nhân, do tín
hiệu của chúng không đƣợc phân tách trong từ trƣờng. Để phân biệt đƣợc hai
cấu hình của các hợp chất có một tâm bất đối, ngƣời ta phải chuyển hợp chất
nghiên cứu thành đồng phân dia. Cơ sở của phƣơng 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 đƣa ra đƣợc
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 nhƣ mô tả trong sơ đồ dƣới đây.

(25)

(24)

(26)

(27)
Sơ đồ 1.4

Hai đồng phân dia này sẽ đƣợc phân biệt rõ trên phổ cộng hƣởng 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 trƣờng 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 trƣờng thấp. Nhƣ vậy, ngƣời ta có thể xác định đƣợc
cấu hình tuyệt đối của hợp chất 1-phenylbutan-1-ol ban đầu.

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


1

Hình 1.5. Phổ H-NMR của este Mosher (R)-1-phenylbutan-1-ol
và (S)-1-phenylbutan-1-ol
Ngoài axit R-Mosher, hiện nay ngƣời 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 nhƣ các tác nhân bổ
trợ sau.

(28)

(29)

(30)

(31)

b) Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch Chiral Pirkle ancol (CSA)
Chiral aryltrifluorometyl carbinol (chiralPirkle ancol) là những tác
nhân hữu dụng nhất, cho ph p xác định nhanh tỷ lệ của các đồng phân lập thể.
Khi có mặt của chất này, các đối quang của lacton, amin và ancol trong từ
trƣờng tạo ra phổ không tƣơng đƣơng. Có thể là do cả hydroxyl và các hydro
cacbinyl của chất CSA tạo ra các tƣơng tác với các tâm bazơ. Ƣu điểm của


của phƣơng 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 đƣợc quá trình raxemat
hóa, đặc biệt là có thể sử dụng để xác định cấu hình của các chất có hàm
lƣợng nhỏ.

(33)

(32)

Ví dụ, để nghiên cứu cấu hình của hai đối quang oxaziridin nhờ tác
nhân bổ trợ CSA, kết quả do tƣơng tác cầu hydro của oxazirindin với CSA tạo
thành phức dia, dẫn đến một số tín hiệu của hai đối quang đƣợc tách biệt
1

trong từ trƣờng. Nghiên cứu của phổ H-NMR của hỗn hợp hai đồng phân (-)oxaziridin khi không có tác nhân chuyển dịch CSA thì các tín hiệu proton
không phân biệt đƣợc trong từ trƣờng, nhƣng khi cho kết hợp với (S)-(+)CSA thì các tín hiệu của metyl, metin đƣợc tách ra. Dựa vào phổ này, ngƣời
ta có thể xác định đƣợc tỷ lệ hai đồng phân đối quang của oxaziridin.

1

Hình 1.6. Phổ H-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 đƣợc tách ra trong từ trƣờng và chuyển về
trƣờng thấp. Sự tách biệt và độ chuyển dịch về phía trƣờng thấp của một số
proton phụ thuộc vào nồng độ của tác nhân phức Eu(hfc)3.

(35)

(34)

(36)

1

Ví dụ, nghiên cứu phổ H-NMR của hỗn hợp hai đối quang (R,S)-1axetyl-1-phenylbutan, các tín hiệu proton của hai đối quang không phân biệt
đƣợc trong từ trƣờng. Tuy nhiên, khi đƣợc tạo phức với tác nhân chuyển dịch
Eu(hfc)3 thì có sự tách tín hiệu. Nhóm metyl (triplet) đƣợc tách thành hai
triplet có cƣờng độ tƣơng đƣơng nhau. Sự tách tín hiệu của proton trong từ
trƣờng 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)1-axetyl-1-phenylbutan khi tạo phức với Eu(hfc)3 đều đƣợc tách ra và có độ
chuyển dịch hóa học chuyển về phía trƣờng 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 đƣợc
chuyển dịch về phía trƣờng cao so với (S)-1-axetyl-1-phenylbutan. Nhƣ vậy,

có thể phân biệt và xác định đƣợc tỷ lệ hai đồng phân (R)-1-axetyl-11

phenylbutan và (S)-1-axetyl-1-phenylbutan nhờ H-NMR của chúng khi tạo
phức với tác nhân chuyển dịch Eu(hfc)3 (xem hình 5).