Phân tích cấu trúc một số dẫn xuất indenoisoquinolin hình thành từ phản ứng giữa INDENO1,2 CISOCHROMEN 5,11 ĐION và các amin bậc 1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ THU HÀ

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MỘT SỐ DẪN XUẤT
INDENOISOQUINOLIN HÌNH THÀNH TỪ PHẢN ỨNG
GIỮA INDENO[1,2-C]ISOCHROMEN-5,11-ĐION VÀ
CÁC AMIN BẬC 1

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ THU HÀ

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MỘT SỐ DẪN XUẤT
INDENOISOQUINOLIN HÌNH THÀNH TỪ PHẢN ỨNG
GIỮA INDENO[1,2-C]ISOCHROMEN-5,11-ĐION VÀ
CÁC AMIN BẬC 1

Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 8440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LỤC QUANG TẤN

THÁI NGUYÊN - 2018


LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm
ơn TS. Lục Quang Tấn – Giảng viên Phân hiệu Đại học Thái Nguyên
tại tỉnh Lào Cai đã tin tưởng giao đề tài, định hướng nghiên cứu, tận
tình hướng dẫn và tạo những điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành
luận văn thạc sĩ này.
Tôi xin gửi lời trân trọng cảm ơn tới GS.TS Nguyễn Văn Tuyến,
TS Phạm Thế Chính cùng các thầy cô khoa Hóa học trường Đại học
Khoa Học – Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong
quá trình triển khai nghiên cứu, thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo cùng các cán bộ, kĩ
thuật viên phòng Hóa Dược thuộc viện Hóa học, Viện hàn lâm khoa
học và công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá
trình triển khai nghiên cứu và 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 người 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 21 tháng 5 năm 2018
Học viên

Nguyễn Thị Thu Hà

i


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................i
MỤC LỤC ...................................................................................................................... ii
DANH

MỤC

CHỮ

VIẾT

......................................................................................iv

TẮT

DANH

ĐỒ.......................................................................................................v

MỤC

SƠ

DANH

MỤC

HÌNH .......................................................................................................vi 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 cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ...............................................2
1.1.2.Phương pháp phổ hồng ngoại (IR). ........................................................................5
1.1.3.
Phương
pháp
phổ
.......................................................................7

khối

lượng

(MS)

1

1.1.4. Phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân H.......................................9
13

1.1.5. Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân C..........................................................15
1.1.6. Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều 2D–NMR ...............................18
Chương 2: THỰC NGHIỆM .........................................................................................23
2.1.
Hóa
chất
và
.................................................................................................23
2.1.1.
Hóa
chất

và
..........................................................................................23

thiết
dung

bị
môi

2.1.2. Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc ...............................................................23
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................................................................................................23
2.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc các dẫn xuất indenosiquinolin ......................24
2.2.1. Phân tích cấu trúc hợp chất 7...............................................................................24
2.2.2. Phân tích hợp chất 8 ............................................................................................27
2.2.3. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 9 .................................................28
Chương 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN ...........................................................................30
3.1 Sơ đồ chuẩn bị các mẫu phân tích ...........................................................................30
3.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 7..................................................................................30
1

3.2.1. Phân tích cấu trúc hợp chất 7 bằng phổ H-NMR ...............................................31

ii


13

3.2.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 7 bằng phổ C-NMR .............................................33
3.3.

Phân
tích
cấu
8....................................................................34

trúc

indenoisoquinolin

3.3.1. Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng phổ hồng ngoại (IR) ....................................34

ii


1

3.3.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng H-NMR ......................................................35
3.3.3. Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng 13C-NMR....................................................37
3.4. Phân tích cấu trúc hợp chất indenoisoquinolin 9.....................................................41
3.4.1. Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng phổ hồng ngoại (IR) ....................................41
1

3.4.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân H-NMR ........42
13

3.4.3. Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng C-NMR .....................................................43
KẾT LUẬN ...................................................................................................................45
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................46
PHỤ LỤC ......................................................................................................................50

3


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
13

C- NMR:
H-NMR:
TLC(Thin Layer
Chromatography)
IR(Infrared
Spectrocoppy)
EI-MS(Electronic
Impact Mass
Spectrocopy)
HMBC
HMQC
HSQC
HMBC:
TOCSY:
HMQC-TOCSY:
1

Hz
COSY:
NOESY
ROESY
COLOC
APT
DEPT

Nuclear Magnetic Resonance Spectroocopy
Proton Nuclear Magenetic Resonance Spectroocopy
Sắc ký lớp mỏng(SKLM)
Phổ hồng ngoại
Phổ khối lượng
Heterronuclear Multiple Bond Correlation
Heterronuclear Multiple Quantum Corehence
Heterronuclear Single Quantum Corehence
Heteronuclear Multiple-Bond Correlation
Total Correlation Spectroscopy
Heteronuclear Multiple-Quantum Correlation with
additional TOCSY transfer
Hertz
Correlation Spectroscopy
Nuclear Overhauser effect spectroscopy
Rotational frame nuclear Overhauser effect spectroscopy
Correlation spectroscopy for Long- Rang Couplings
Attached Proton Test
Distortioness Enhancement by Polarization Transfer


DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 3.1: Sơ đồ chuẩn bị các mẫu phân tích ..................................................... 30
Sơ đồ 3.2 Tổng hợp indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion (7) ...............................
31
Sơ đồ 3.3. Sơ đồ tổng hợp indenoisoquinolin 8 ...................................................
34
Sơ đồ 3.4. Sơ đồ tổng hợp indenoisoquinolin 9. ..................................................
41

DANH MỤC HÌNH
1

Hình 1.1: Phổ H NMR của 1-xiclopentylbut-1-en-3-on ...................................... 5
Hình 1.2:Phổ hấp thụ hồng ngoai của but-2 en-1 ol..................................................
6
Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzetothiazol ....................................................... 8
Hình 1.4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của etylbenzen. Chiều cao bậc
thang đường cong tích phân tỷ lệ với số proton ở mỗi nhóm ...............................
9
Hình 1.5. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của một số hợp chất................... 11
Hình 1.6. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của 3-brom-2-tert-butoxithiophen
............................................................................................................................. 12
Hình 1.7. Phổ lý thuyết A2B................................................................................ 12
1

Hình 1.8. Phổ H-NMR của 1,3,4-tribrombut-1-in ............................................. 13
Hình 1.9. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của stirenoxit ............................. 13
Hình 1.10 Phổ lí thuyết hệ ABX với JAX và JBX a) ngược dấu, b) cùng dấu ... 14
Hình 1.11. Phổ lý thuyết A2B2 ............................................................................ 15
13

Hình 1.12. Phổ CHTN– C có tương tác C–H (a) và xóa tương tác C–H (b) .... 17
13

Hình 1.13. Phổ 2DJ- C-NMR của hexan ........................................................... 19
1

Hình 3.1. Phổ H-NMR của hợp chất 7............................................................... 31
1

Hình 3.2. Phổ H-NMR giãn rộng của hợp chất 7 .............................................. 32
13

Hình 3.3. Phổ C-NMR của hợp chất 7 ............................................................. 33
13

Hình 3.4. Phổ C-NMR giãn rộng của hợp chất 7 ............................................. 33
Hình 3.5: Phổ IR của hợp chất 8 ......................................................................... 35
1

Hình 3.6. Phổ H-NMR của hợp chất 8............................................................... 36
1

Hình 3.7. Phổ H-NMR giãn rộng của hợp chất 8 .............................................. 37
13

Hình 3.8. Phổ C-NMR của hợp chất 8 ............................................................. 38
Hình 3.9. Phổ HMBC giãn của hợp chất 8 ......................................................... 39
Hình 3.10. Phổ HMBC giãn vùng cacbon thơm của hợp chất 8......................... 40
Hình 3.11. Phổ HSQC giãn của hợp chất 8......................................................... 40
Hình 3.12. Phổ IR của hợp chất 9 ....................................................................... 41
1

Hình 3.13. Phổ H-NMR của hợp chất 9............................................................. 42
1

Hình 3.14. Phổ H-NMR giãn rộng của hợp chất 9 ............................................ 43

13

Hình 3.15. Phổ C-NMR của hợp chất 9 ........................................................... 43


MỞ ĐẦU
Trong cơ thể sống, enzym topoisomerase xúc tác cho nhiều thay đổi về
cấu trúc của DNA, tạo điều kiện cho những quá trình sinh lý quan trọng diễn ra
bên trong tế bào như phiên mã, sao mã và phân ly vào nhiễm sắc thể.
Topoisomease là những đích hiệu quả trong chống ung thư do enzym này hoạt
động rất mạnh ở các tế bào đang tăng sinh đặc biệt là các tế bào ung thư
[5,7,19,20,21].
Indenoisoquinoline là nhóm chất thể hiện hoạt tính ức chế topoisomerase I, do
có đặc tính ổn định, không bị thủy phân, không gây độc giống như
Camptothecin nên trong thời gian gần đây có rất nhiều công trình nghiên cứu
nhằm cải thiện và nâng cao hoạt tính sinh học của các indenoisoquinolin, một số
dẫn chất như Indotecan (2) và Indimitecan (3) đã được đưa vào nghiên cứu thử
nghiệm lâm sàng giai đoạn II. Các hợp chất này có hoạt tính cao hơn so với
thuốc hệ camptothecin nhưng không gây hiệu ứng phụ, đặc biệt bền, không bị
thủy phân vì không có vòng lacton [6,9,10,12, 14, 15].

Ngày nay, với việc ứng dụng các phương pháp hóa lý hiện đại vào xác
định cấu trúc của các hợp chất phức tạp đã góp phần làm sáng tỏ những hoạt
tính sinh học của chúng [5÷25]. Do đó, đề tài này tập trung nghiên cứu phân tích
cấu trúc của một số hợp chất indenoisoquinolin có hình thành từ phản ứng giữa
Indeno[1,2-c]Isochromen-5,11-đion và các amin bậc 1 bằng các phương pháp
hóa lý hiện đại, đây sẽ là cơ sở khoa học giá trị cho việc nghiên cứu mối liên
quan giữa cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học.
1

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc.
1.1.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (phổ CHTHN) 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 hợp chất hữu cơ phức tạp như các hợp chất thiên nhiên, các thuốc chữa
bệnh, các chất trong thành phần dầu mỏ. Phương pháp phổ biến được sử dụng là
1

CHTHN- 1H và phổ CHTHN- 13C. Hạt nhân của nguyên tử H 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 hoá học
Hằng số chắn và từ trường hiệu dụng:
Hằng số chắn xuất hiện do hai nguyên nhân:
- Hiệu ứng nghịch từ: các điện tử bao quanh nguyên tử sinh ra một từ
trường riêng, ngược chiều với từ trường ngoài nên làm giảm tác dụng của nó lên
hạt nhân nguyên tử. Lớp vỏ điện tử càng dày đặc thì từ trường riêng ngược chiều
với từ trường ngoài càng lớn tức hằng số chắn càng lớn.
- Hiệu ứng thuận từ: bao quanh phân tử là lớp vỏ điện tử, các điện tử này
chuyển động sinh ra một dòng điện vòng, do đó xuất diện một từ trường riêng có

hướng thay đổi ngược hướng hoặc cùng hướng với từ trường ngoài. Tập hợp tất
cả các điểm trên các đường sức mà tại đó tiếp tuyến vuông góc với từ trường
ngoài sẽ tạo nên một mặt parabol. Phía trong mặt parabol, từ trường tổng hợp
nhỏ hơn B0 vì từ trường riêng ngược hướng với từ trường ngoài, còn phía ngoài
parabol thì từ trường tổng hợp lớn hơn B0 vì từ trường riêng cùng hướng với từ
trường ngoài. Do đó hằng số chắn phía ngoài parabol nhỏ còn phía trong thì có
2


hằng số chắn lớn nghĩa là độ chuyển dịch học cùng các proton nằm phía ngoài
parabol sẽ lớn còn phía trong sẽ nhỏ
Độ chuyển dịch hóa học : Đối với các hạt nhân trong phân tử càng phức
tạp trong nguyên tử do ảnh hưỏng của các đám mây electron của các nguyên tử
13

bên cạnh. Độ chuyển dịch hóa học của C trong các hợp chất hữu cơ biến đổi
trong khoảng từ 0-230ppm (so với TMS) tức là lớn gấp 20 lần so với sự biến đổi
1

độ chuyển dịch hóa học của H.
TMS là chất có hằng số chắn lớn nhất nên dùng nó làm chất chuẩn để đo
độ chuyển dịch hoá học.Đối với hạt nhân 1H thì: 0 H TMS TMS H


Ở đây, σ TMS là hằng số chắn của chất chuẩn

TMS
(tetrametylsilan), σH là hằng số chắn của hạt nhân mẫu đo, ν TMS ν H là tần số
cộng hưởng của chất chuẩn và của hạt nhân mẫu đo. Hằng số chắn σ xuất hiện
do ảnh hưởng của đám mây electron bao quanh hạt nhân nguyên tử, do đó tuỳ

1

thuộc vào vị trí của hạt nhân H và

13

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 hoá học của mỗi hạt nhân khác nhau. Tổng quát:
δ = σTMS – σX σX: hằng số chắn của chất cần đo. δ không có thứ nguyên mà
được tính bằng phần triệu (ppm). Đối với phổ CHTHN 1H thì δ có giá trị từ 1
đến 12 ppm còn phổ 13C thì δ có giá trị từ 0 đến 220ppm. Vậy độ chuyển dịch
hoá học δ là đại lượng đặc trưng cho những hạt nhân cùng loại của một đồng vị
bị che chắn tương đương nhau trong một hợp chất. Nó không phụ thuộc vào
thiết bị bên ngoài (cường độ từ trường hay tần số sóng) không có thứ nguyên và
được tính bằng ppm
1

13

Do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt nhân H và C trong phân tử
1

có tần số cộng hưởng khác nhau. Đặc trưng cho các hạt nhân H và
1

phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối với hạt nhân H thì:


 TMS  x
ppm)
3

6

.10 (

13

C trong



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.

4


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

 chuan  x

.106 (

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
1

13

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 hưởng ở trường yếu hơn sẽ có độ chuyển
dịnh hóa học lớn hơn [1].
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
1

mà được 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
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].
Ở hợp chất VIII, hai proton Hc và Hd ứng với kí hiệu A và B, proton Hb
ứng với kí hiệu X. Vân cộng hưởng của proton Hd ở 6,67 ppm bị tách thành 4
4


hợp phần với Jcd=16Hz và Jbd= 8Hz. Proton Hc cộng hưởng ở trường mạnh hơn ,
6,05 ppm . Tín hiệu của Hc cũng là một vân bốn. Ở vân này cũng xác định được
Jcd=16 Hz và

5


Jbc= 1Hz. Sở dĩ giá trị Jbc nhỏ vì đó là tương tác truyền qua 4 liên kết (trong đó
có một liên kết đôi). Proton Hb không những tương tác với Hc, Hd mà còn tương
tac với hai nhóm metylen trong vòng xiclopentan. Tín hiệu của Hb thể hiện ở vân
bội ở khoảng 2,6 ppm.Tín hiệu của proton khác trong vòng xiclopentan thể hiện
bởi một vân “béo” ở khoảng 1,7 ppm. Tín hiệu của nhóm metyl (a) thể hiện bởi
một vân
đơn ở 2,23 ppm.(hình bên
dưới)

1

Hình 1.1: Phổ H NMR của 1-xiclopentylbut-1-en-3-on
1.1.2.Phương pháp phổ hồng ngoại (IR).

Khi các phân tử hấp thụ năng lượng từ bên ngoài có thể dẫn đến quá trình
quay, dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó. Tùy theo năng lượng kích
thích lớn hay nhỏ có thể xảy ra quá trình quay, dao động hay cả quay và dao
động đồng thời. Để kích thích các quá trình trên có thể sử dụng tia sáng vùng
hồng ngoại (phổ hồng ngoại) hoặc tia khuyếch tán Raman (phổ Raman).
Bức xạ hồng ngoại bao gồm một phần của phổ điện từ, đó là vùng bước
-4

-6

sóng khoảng 10 đến 10 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
-4

-6

giữa 2,5x10 và 16x10 m. Đại lượng được sử dụng nhiều trong phổ hồng ngoại


-1

là số sóng (cm ), 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 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.
Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ hấp thụ bức xạ hồng
ngoại của một chất vào số sóng hoặc bước sóng chính được gọi là phổ hấp thụ

hồng ngoại.
Máy phổ hồng ngoại có thể đo được các mẫu ở thể khí, lỏng, rắn nhưng
thông thường nhất được chuẩn bị là dạng rắn và dạng lỏng. Chất rắn thường được
nghiền nhỏ với KBr rồi ép thành viên mỏng. Chất lỏng được đo ở dạng màng lỏng
hoặc pha trong dung môi như CCl4, CHCl3.
Ở phổ hồng ngoại, trục nằm ngang biểu diễn bước sóng (tính ra µm) hoặc
số
-1

sóng tính ra cm . Ở hình, trục nằm ngang phía trên biểu diễn bước sóng, trục
nằm ngang phía dưới biểu biễn số sóng, trục thẳng đứng biểu diễn phần trăm
truyền qua

Hình 1.2:Phổ hấp thụ hồng ngoai của but-2 en-1
ol
Sự hấp thụ hồng ngoại của một chất thường tập trung vào những vùng hẹp
tạo ra các vân hấp thụ ( hình 1.2) có rất nhiều vân hấp thụ như vân a, b, c, d, e, g,
h. Vân phổ hồng ngoại có ba đặc trưng cần được mô tả là: vị trí của vân phổ


được chỉ bởi bước sóng hoặc số sóng của đỉnh phổ; cường độ của vân phổ hồng
ngoại thường được đánh giá theo diện tích của vân phổ: vân phổ càng rộng và
càng cao thì có


cường độ càng lớn; hình dáng vân phổ: để mô tả người ta cần chỉ rõ đó là vân
phổ rộng(tù) hay hẹp (mảnh), chỉ có một đỉnh hay có nhiều đỉnh phổ.
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
-1

trong vùng từ 4000 – 1600 cm 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
-1

gọi là vùng nhóm chức. Vùng phổ từ 1300 – 626 cm 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
-1

vùng phổ từ 1500 cm được gọi là vùng vân ngón tay [3].
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS)
Nếu như trong các phương pháp phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt
nhân ,người ta giữ nguyên phân tử để nghiên cứu thì ở phương pháp phổ khối
lượng người ta phá hủy chất phân tử để nghiên cứu chúng
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:
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 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.
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).

Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzetothiazol


Như vậy, khi phân tích phổ khối lượng là quy kết cho mỗi pic trên phổ một
mảnh phân tử xác định và chỉ rõ sự tạo thanh ion mảnh đó, từ đó rút ra những
kết luận về cấu tạo của phân tử chất. Để xác định cấu tạo những mảnh có khối
lượng lớn có ý nghĩa quan trọng hơn những mảnh nhỏ. Những pic có cường độ
lớn là những pic ứng với các ion tạo thành với xác xuất cao khi phân mảnh, nên
cần được xem xét đầy đủ. Các yếu tố chi phối sự phân mảnh và các cách phân

mảnh đầu tiên đặc trưng cho mỗi loại hợp chất được xem xét đầy đủ, 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.
1

1.1.4. Phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân H
1.1.4.1. Cường độ vạch phổ
Diện tích giới hạn bởi đường cong phổ tỷ lệ với số proton của mỗi nhóm,
nhưng việc đo diện tích này khó chính xác. Người ta sử dụng đường cong tích
phân để xác định tỷ lệ số proton của mỗi nhóm, vì chiều cao của bậc thang tỷ lệ
với số proton ở mỗi nhóm. Ngoài ra, chiều cao bậc thang còn tỷ lệ với nồng độ
chất trong dung dịch, do đó người ta có thể tính được nồng độ chất dựa vào
đường chuẩn và chất chuẩn.[4]

Hình 1.4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của etylbenzen. Chiều cao
bậc thang đường cong tích phân tỷ lệ với số proton ở mỗi nhóm


1

Các phổ cộng hưởng từ nhân H hiện nay, thay vì đường cong tích phân
cho số liệu tỷ lệ proton của mỗi nhóm ở chân mỗi tín hiệu phía dưới phổ, nhìn
các số liệu này có thể dự đoán được số proton có mặt ở mỗi nhóm trong phân tử
và xác định tổng số proton trên phổ có phù hợp với tổng số proton trong công
thức dự đoán không.
Các chữ số ở phía dưới phổ chỉ số proton tương ứng của mỗi nhóm tín
hiệu phổ, tương đương với tỷ lệ chiều cao bậc thang ở đường cong tích phân.
Các chữ số phía trên cho các giá trị độ chuyển dịch hóa học của các tín hiệu, các

nhóm tín hiệu cộng hưởng trên phổ đều là multiplet (bội đỉnh) do sự tương tác
của các nhóm proton ở nguyên tử cacbon gần nhau gây ra .
1.1.4.2. Phân loại phổ
Khi trong phân tử có các nhóm hạt nhân tương tác với nhau, người ta kí
hiệu các hạt nhân đó bằng các chữ cái A, B, C,..., M, X. Các hạt nhân có độ
chuyển dịch hoá học như nhau gọi là các hạt nhân tương đương và được kí hiệu
bằng một loại chữ cái, có chỉ số ở dưới bên phi chữ cái đó để chỉ số hạt tương
đương.
Nếu tỷ số

A  B

cách

J

 1 thì các hạt nhân được kí hiệu bằng các chữ cái

AB

xa nhau, như AX, AX2,... còn trường hợp khác được kí hiệu bằng các chữ cái
liền nhau như AB, A2B, ABC,...
Trường hợp


 6 thì xếp vào phổ bậc 1, còn lại xếp vào phổ bậc cao.
J

Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân là để tìm các giá trị độ chuyển dịch
hoá học và hằng số tương tác J cho mỗi proton.

a) Phân tích phổ bậc 1
Đối với phổ bậc 1, có thể áp dụng quy tắc số vạch tối đa bằng n + 1 (n là số
hạt nhân nhóm bên cạnh tương tác) và tỷ lệ chiều cao các đỉnh trong một nhóm
tuân theo quy tắc Pascan:
Tû lÖ chiÒu cao c¸c v¹ch
trong mçi nhãm
10


Sè v¹ch
trong
nhãm cã
t¬ng t¸c
0

1
1 1
1
1
1
1

5

2

2

1

3
4

1

3
6

10

3

1
4

10

4

1
5

5

1

Hệ phổ bậc 1 thường gặp có dạng AmXn và AmMnXy. Các hệ phổ AX có thể
tìm thấy số đỉnh của mỗi nhóm dễ dàng và hằng số tương tác J (khoảng cách
giữa hai đỉnh liền nhau), và tần số A hay X (điểm giữa hai đỉnh xa nhau nhất
trong nhóm). Dưới đây là một số ví dụ (hình 1.5).

Am
Xn

Sè ®Ønh:

m+1

n+1

AX

Cl 2 CH -C HBr2

A 2X

Cl 2 C H-CH 2 Br

A 3X

CH 3 -CH =O

A 6X

C H 3 -C HCH 3
N O2

Hình 1.5. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của một số hợp chất
b) Phổ bậc cao AB, AB2, và ABX
Phổ AB
11

Các phổ được xếp vào hệ phổ bậc cao có



và

 6 đơn giản nhất là hệ AB

J

ABX. Để tìm các thông số  và J trực tiếp trên phổ như hệ phổ bậc 1, ta xét ví
dụ phổ cộng hưởng từ nhân proton của 3–brom–2-tert–butoxitiophen (hình 1.6)
thuộc hệ phổ AB gồm hai cặp nhóm đỉnh, các thông số được tính theo công
thức:
AB = 0,5(2 + 3 )



AB

( 1   4 )( 2   3 )



A = AB + AB / 2 (Hz)

A = AB – AB / 2 (Hz)

Hình 1.6. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của 3-brom-2-tertbutoxithiophen
Phổ A2B

Hình 1.7. Phổ lý thuyết A2B


Phổ A2B là hệ phổ gồm 3 hạt nhân tương tác với nhau trong đó có hai hạt
nhân tương đương. Phổ gồm hai phần, về lý thuyết phần A có 8 đỉnh và phần B
1

có 6 đỉnh (hình 1.8) nhưng phổ thực thì số đỉnh ít hơn, ví dụ phổ H–NMR của
1,3,4-tribrombut-1-in phần A chỉ xuất hiện 4 đỉnh và phần B 4 đỉnh (hình 1.8).
Có thể phân tích phổ A2B như trên hình 1.8, tính các giá trị như sau:
 B = 3

;  A = ½ ( 5 +  7 )

JAB = 1/3  ( 1,4 + 5,8 ) 

1

Hình 1.8. Phổ H-NMR của 1,3,4-tribrombut-1-in
Phổ ABX
Phổ ABX thường gặp trong phổ cộng hưởng proton đặc biệt các hợp chất
19

31

thơm và anken cũng như các hợp chất chứa hạt nhân từ khác ( F, P) gồm ba
hạt nhân không tương đương tương tác với nhau phân tách phổ thành hai phần

riêng biệt. Để phân tích phổ cần tách riêng biệt phần AB và phần X, ví dụ phổ
1

H-NMR của stirenoxit ở dưới, phần AB có 8 đỉnh và phần X có 4 đỉnh (hình

1.9).

Hình 1.9. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của stirenoxit