luận văn thạc sĩ hóa phân tích

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐỖ VĂN HẢO

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG CỦA MỘT SỐ DẪN
XUẤT 2-(4,7-DICLO-8-METYLQUINOLIN-2-YL)5,7-DI(TERT-BUTYL)-1,3-TROPOLON BẰNG MỘT SỐ
PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2016
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC


ĐỖ VĂN HẢO

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG CỦA MỘT SỐ DẪN
XUẤT 2-(4,7-DICLO-8-METYLQUINOLIN-2-YL)5,7-DI(TERT-BUTYL)-1,3-TROPOLON BẰNG MỘT SỐ
PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60 44 01 18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

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

Thái Nguyên-2016

2

2
2


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

Đỗ Văn Hảo

3

3

MỤC LỤC

4

4


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

5

AcOH

Axit axetic

MeONa

Natri metylat

MeOH
HPLC
Me
MS
NMR
OMe
PPA
Py
t-Bu
t-BuOH

UV

Metanol
High-performance liquid chromatography
Metyl
Mass Spectrometry
Nuclear magnetic resonance
Metoxi
Axit poliphotphoric
Pyridine
Tert-butyl
Tert-Butanol
Ultraviolet

5


DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
6

6


7

7

DANH MỤC CÁC HÌNH

8

8


MỞ ĐẦU
Những hợp chất hữu cơ có chứa hệ quinolin, tropolon 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 lưu hành trên thị trường như quinin,
plasmoxin và acrikhin (thuốc chống sốt rét hiệu quả), Sopcain (thuốc gây mê),
Colxamin (thuốc chống mụn nhọt, khối u), Colchicin (chống bệnh gút),
Saquinavir là một trong những chất ức chế virut HIV hiệu quả nhất hiện nay.
t-Bu
H
N

N
O
Saquinavir

Ph

O
N
H
CONH2

O

N

MeO

H2C

NR1R2

H
N

N

H

MeO
OMe

OH

OH

N

Colchicin R1=H, R2=COMe
OMe
Quinin Colxamin R1=R2=Me

O

Hình 1: Một số hợp chất chứa hệ quinolin, tropolon đã sử dụng làm thuốc
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.
Hiện nay ở nước ta việc ứng dụng các phương pháp phổ trong giảng
dạy, học tập, nghiên cứu khoa học và trong đời sống sản xuất là rất phổ biến.
Các phương pháp phổ không chỉ ứng dụng trong phạm vi ngành hóa học mà
còn ở nhiều ngành khác nhau như hóa sinh, y dược, nông nghiệp, dầu khí, vật
liệu, môi trường.
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. Trước đây, để chứng minh cấu tạo của một
chất có thể mất hàng năm hoặc có khi kéo dài nhiều năm thì nay có thể thực

9

9


hiện sau vài giờ, sở dĩ làm được như vậy là nhờ sự hỗ trợ của các phương
pháp vật lý hiện đại.
Để phân tích cấu trúc của các hợp chất hữu cơ có thể sử dụng các
phương pháp phổ như phổ hồng ngoại, phổ tử ngoại khả kiến, phổ cộng
hưởng từ hạt nhân, phổ khối lượng. Mỗi phương pháp cho phép xác định một
số thông tin khác nhau của cấu trúc phân tử và hỗ trợ lẫn nhau trong việc xác
định cấu trúc các hợp chất hữu cơ.
Từ những lý do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài “ Phân tích cấu trúc,
hàm lượng của một số dẫn xuất 2-(4,7-diclo-8-metyl quinolin-2-yl)-5,7di(tert-butyl)-1,3-tropolon bằng một số phương pháp phân tích hóa lý hiện
đại”. Mục tiêu chính của đề tài là sử dụng các phương pháp phổ hiện đại như 1HNMR, 13C-NMR và phương pháp phổ khối lượng MS để phân tích cấu trúc của

một số dẫn xuất 2-(4,7-Diclo-8-metyl quinolin-2-yl)-5,7-di(tert-butyl)-1,3tropolon tổng hợp được. Sử dụng phương pháp phân tích sắc ký lỏng hiệu năng
cao HPLC để xác định hàm lượng của sản phẩm trong các mẫu thu được.

10

10


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc [1, 2]
1.1.1. Phương pháp phổ tử ngoại (UV)
Phổ tử ngoại, viết tắt là UV (ultraviolet) là phương pháp phân tích được
sử dụng rộng rãi từ lâu. Vùng sóng: tử ngoại (UV) 200 - 400 nm.
Phổ tử ngoại được ứng dụng rộng rãi trong việc xác định nối đôi liên
hợp và vòng thơm.
a. Nhóm mang màu và sự liên hợp của các nhóm mang màu
Các chất màu đậm khi đo phổ tử ngoại khả kiến cho λmax nằm ở vùng có
bước sóng dài. Do đó, những hợp chất hữu cơ có mạch liên hợp dài thì cực
đại nằm ở phía sóng dài.
- Liên hợp π - π
Loại này xuất hiện khi trong hợp chất có chứa các nối đôi liên hợp, các
cực đại hấp thụ chuyển dịch mạnh về phía sóng dài và cường độ hấp thụ tăng
khi số nối đôi liên hợp tăng.
- Liên hợp π - p
Đây là sự liên hợp của nối đôi và cặp electron tự do ở các dị tố trong
các liên kết đôi C=Z (Z=O, N, S…) và C-X (X=Cl, Br, I…) tương ứng với
bước chuyển electron n → π*. Sự liên hợp này dẫn đến sự chuyển dịch cực
đại về phía sóng dài nhưng cường độ hấp thụ thấp.
- Liên hợp π - σ hay còn gọi là siêu liên hợp

Nhóm ankyl thế ở liên kết π gây ra hiệu ứng siêu liên hợp. Hiệu ứng
này làm cực đại hấp thụ chuyển dịch về phía sóng dài một ít nhưng không lớn
như hai hiệu ứng trên, εmax không tăng hoặc tăng không đáng kể.
Chuyển dịch bước sóng λ max về phía sóng dài: π→ p > π→ π > π→ σ .
Sự tăng cường độ hấp thụ εmax: π→ π > π→ p > π→ σ .
11

11


b. Các yếu tố ảnh hưởng đến cực đại hấp thụ λmax và cường độ hấp
thụ λmax
Trong phổ UV, đại lượng đặc trưng là λmax (εmax) và được xem xét căn
cứ trên sự liên hợp của phân tử.
- Hiệu ứng thế
Khi thay thế nguyên tử H của hợp chất anken hay vòng thơm bằng các
nhóm thế khác nhau, tùy theo nhóm thế đó có liên hợp hay không liên hợp đối
với hệ nối đôi của phân tử mà ảnh hưởng nhiều hay ít đến phổ tử ngoại của
phân tử. Đối với các nhóm thế không liên hợp (như CH 3, CH2OH,
CH2COOH) thì ảnh hưởng ít còn các nhóm thế liên hợp (như COOH, OH,
NO2… ) có ảnh hưởng mạnh làm chuyển dịch cực đại hấp thụ về phía sóng
dài và tăng cường độ hấp thụ.
- Hiệu ứng lập thể
Khi tính đồng phẳng của phân tử bị mất đi thì sự liên hợp của phân tử
bị phá vỡ, làm λmax giảm đi một ít nhưng εmax giảm nhiều, vì vậy có thể xem
εmax là căn cứ để so sánh tính đồng phẳng của một dạng phân tử cho trước.
- Ảnh hưởng của dung môi
Tùy theo bản chất phân cực của dung môi và chất tan mà phổ tử ngoại
của chất tan thay đổi theo các cách khác nhau. Khi tăng độ phân cực của dung
môi thì dải K chuyển dịch về phía sóng dài còn dải R (n → π*) lại chuyển

dịch về phía sóng ngắn.
e. Ứng dụng phổ tử ngoại.
Phương pháp phổ tử ngoại có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực phân
tích định tính, phân tích cấu trúc phân tử và phân tích định lượng. Nguyên tắc
của phương pháp phân tích định lượng là dựa vào mối quan hệ giữa mật độ
quang và nồng độ dung dịch theo định luật Lambert - Beer. Ưu điểm của
phương pháp quang phổ tử ngoại trong phân tích định lượng là có độ nhạy
cao, có thể phát hiện được một lượng nhỏ chất hữu cơ hoặc ion vô cơ trong
12

12


dung dịch, sai số tương đối nhỏ (chỉ 1 đến 3%).

Hình 1.1. Phổ tử ngoại của -carotene trong dungmôi n-hexan, etanol
1.1.2. 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, thông tin chính mà phổ
hồng ngoại cho biết đó là các nhóm chức, các liên kết, kiểu liên kết.
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 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 1.2).

13

13


Hình 1.2. Phổ hồng ngoại của anilin
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.
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.
- Dựa vào mặt (dạng) phổ đồ có thể đánh giá định tính hợp chất chưa
biết thuộc loại thơm hoặc béo (vùng dấu vân tay).
- Quan sát vùng dao động hóa trị C-H và nhận biết các dải có nguồn
gốc hoặc béo hoặc thơm/olefin.
- Đánh giá mức độ phân nhánh mạch các bon dựa vào sự đánh giá gần
đúng tỉ lệ metyl: metilen từ cường độ tương đối của các dải hấp thụ trong
vùng C-H bão hòa dưới 3000 cm-1.
- Quan sát vùng tần số cao của phổ 4000 - 3000 cm -1. Sự xuất hiện của
các dải trong vùng này là do sự có mặt các liên kết O-H, N-H và C≡H.
- Quan sát các dải có cường độ tương đối trong vùng 2500 - 1600 cm -1
14

14


cho biết sự có mặt hay vắng mặt các liên kết C≡C, C≡N, C=O, C=C.

- Từ các kết quả quan sát 1-5 cố gắng phân loại hợp chất; trên cơ sở
phân loại này ta quan sát tiếp vùng dấu vân tay để cũng cố cho cấu tạo
được giả thiết.
- Nếu không có các dải hấp thụ trong vùng nhóm chức, không kể các
dải dao động hóa trị C-H thì xem có khả năng là các ete, ankyl halogenua,
hợp chất chứa lưu huỳnh, amin bậc ba và hợp chất nitro, và dựa vào bảng tần
số đặc trưng nhóm xem xét tiếp.
Trong trường hợp thông tin cấu trúc dự đoán chưa đủ tin cậy thì cần
dựa vào các dữ kiện của các phương pháp phổ khác hoặc bằng các mẫu thử
hóa học thích hợp.
Phương pháp phổ hồng ngoại có thể được ứng dụng trong phân tích
định lượng một chất trong dung dịch hay trong hỗn hợp. Cơ sở của phương
pháp này dựa trên phương trình định luật Lambert - Beer biểu hiện mối quan
hệ giữa sự hấp thụ ánh sáng và nồng độ chất:
log

I
= .C.d = D
Io

ε

λ

Theo phương trình trên, ở một bước sóng xác định, sự hấp thụ ánh
sáng tỷ lệ với nồng độ C và chiều dày cuvet d và bản chất của chất mẫu.
Như vậy, khi phân tích một chất, đo ở một bước sóng xác định với một
cuvet có chiều dày d đã biết thì mật độ quang D λ chỉ còn tỷ lệ với nồng độ
C của mẫu chất. Vì phương trình trên chỉ chính xác với dung dịch có nồng
độ loãng nên phương pháp phân tích định lượng bằng phổ hồng ngoại chỉ

áp dụng đo trong dung dịch, còn theo phương pháp ép mẫu rắn (ép KBr) thì
chỉ phân tích bán định lượng.
Phương pháp phân tích định lượng nhờ phổ hồng ngoại cũng có thể
thực hiện theo cách lập đường chuẩn. Pha một loạt mẫu với các nồng độ
khác nhau của chất cần xác định ở dạng tinh khiết rồi đo giá trị D λ của
15

15


chúng, sau đó vẽ đồ thị biễu diễn sự phụ thuộc D λ vào nồng độ C. Vấn đề
khó khăn và mắc sai số trong phương pháp này là tính tỷ số I 0/I. Về nguyên
tắc, giá trị I 0 và I có thể xác định trên phổ theo các tìm đường nền rồi đo
giá trị I0và I. Khó khăn ở đây là xác định đường nền sao cho sai số phương
pháp là nhỏ nhất bởi vì trên đường cong phổ có sự che phủ nhau của các
đỉnh cho nên có thể có một số vị trí khác nhau khi vẽ đường nền. Vì thế
ngoài phương pháp đường nền, người ta còn tiến hành theo một số phương
pháp khác để đạt độ chính xác cao hơn.
Sau khi thiết lập được đồ thị đường chuẩn, cần chú ý đường chuẩn này
chỉ sử dụng được trong phạm vi giới hạn nồng độ ứng với đoạn thẳng của
đường biểu diễn, bởi vì trong giới hạn này mới có sự tuyến tính giữa mật độ
quang và nồng độ dung dịch. Sau đó có thể xác định nồng độ của dung dịch
mẫu cần tìm bằng cách đo giá trị Dx rồi chiếu lên đồ thị để tìm giá trị Cx.
Phương pháp phổ hồng ngoại cũng có thể áp dụng để phân tích định
lượng hỗn hợp nhưng thực hiện rất phức tạp.
1.1.3. 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:
16

16


Bảng 1.1. Tỷ lệ cường độ tín hiệu
Tỷ lệ chiều cao các vạch
Số proton
Số đỉnh Ký hiệu
trong mỗi nhóm
(N)
1
1 đỉnh
Singlet
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
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 δ: 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:

δ=

ν TMS −ν x
.10 6 ( ppm)
νo

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:
17

17


δ=

ν chuan −ν x
.10 6 ( ppm)
νo

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 δ 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.

Hình 1.3. 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- spin J
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
18

18


đặc trưng cho nhóm OH (1 đỉnh), nhóm CH2 (4 đỉnh), CH3 (3 đỉnh). 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.
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
19

19


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
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.
1.1.4. Phương pháp phổ khối lượng (MS)
Phương pháp phổ khối lượng viết tắt là MS (Mass Spectrometry) có ý
nghĩa rất quan trọng đối với việc nghiên cứu xác định cấu trúc các hợp chất
hữu cơ. Dựa trên các số khối thu được trên phổ có thể xây dựng cấu trúc phân
tử hoặc chứng minh sự đúng đắn của công thức cấu tạo dự kiến.
a. Nguyên tắc chung
Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là phá vỡ phân tử
trung hoà thành ion phân tử và các ion dương mảnh có số khối z = m/e (m là
khối lượng còn e là điện tích ion). Sau đó phân tách các ion này theo số khối
và ghi nhân thu được phổ khối lượng. Dựa vào phổ khối này có thể xác định
phân tử khối và cấu tạo phân tử của chất nghiên cứu.
Khi bắn phá các phân tử hợp chất hữu cơ trung hoà bằng các phân tử
mang năng lượng cao sẽ trở thành các ion phân tử mang điện tích dương hoặc
20

20


phá vỡ thành mảnh ion và các gốc theo sơ đồ sau:
ABC

2e (1) > 95%

ABC

e

ABC
ABC

2

3e (2)

-

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

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. Ứng dụng của Phương pháp phổ khối lượng.
- Xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của
phân tử hợp chất hay từng phần tách riêng của nó
- Xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất
- Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách quan sát từng phần tách
riêng của nó
- Định lượng lượng hợp chất trong một mẫu dùng các phương pháp
khác (phương pháp phổ khối vốn không phải là định lượng)
21

21


- Nghiên cứu cơ sở của hóa học ion thể khí (ngành hóa học về ion và
chất trung tính trong chân không).

Hình 1.4. Phổ khối lượng của benzamit (C6H5CONH2)
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
4

8

(S)
(R)

H
4

7

H

N
1

HO
R

,

N

9

H
4

8

(R)
(S)

N
1

,

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

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

Hình 1.5: Một số hợp chất thiên nhiên có chứa vòng quinolin

22

22


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 1.6: 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

Leniquinsin

Hình 1.7: Cấu trúc của amquinsin và leniquinsin
23

23

OCH3


Ngoài ra còn một số dẫn xuất ứng dụng làm phẩm nhuộm hay trong
công nghiệp ảnh màu như cyanin và pinacynol.
1.2.1.2. Một số phương pháp tổng hợp quinolin
a. Đi từ arylamin và hợp chất cacbonyl

α,β

-không no. Tổng hợp

Skraup và tổng hợp Doebner-von Miller
H

NH2
+

R

N
R

O

H

Hî p chÊt cacbonyl

Arylamin

Quinolin

α , β − kh«ng no

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

O

NH2

- H 2O

+

R

O
arylamin

R

H

Hî p chÊt1,3-®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

α

-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, …
24

24


d. Đi từ isatin và hợp chất cacbonyl có nhóm

α

-metylen.

Tổng hợp Pfitzinger
R1

O
NH
O

R

NH2

KOH, H2O

R

O

O

Isatin

R1

N
R2

R

H+, to

R2

COOK
Kali isatogenat

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

N
H

R1CH2 C

C

KOH 33%

O

R2

COOH

COOH
R1

O

+

O

NH2

N

N

R2

CH2R1

(R2= CH3)

1.2.2.3. 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

Cl
CH3

CH3

Cl

Cl

CH3

Đun nóng 2-metylinđole cũng thu được quinolin:
NH
CH3

to

N

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.
25

25

CH3