(Luận văn thạc sĩ) Phân tích cấu trúc của một số sản phẩm của phản ứng ngưng tụ Piperazindione với Andehyde bằng các phương pháp phổ hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

VŨ HỒNG LĨNH

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ SẢN PHẨM CỦA
PHẢN ỨNG NGƯNG TỤ PIPERAZINDIONE VỚI
ANDEHYDE BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN -2019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

VŨ HỒNG LĨNH

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ SẢN PHẨM CỦA
PHẢN ỨNG NGƯNG TỤ PIPERAZINDIONE VỚI
ANDEHYDE BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI
Chuyên ngành:Hóa phân tích
Mã số: 8 44 01 18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. PHẠM THẾ CHÍNH

THÁI NGUYÊN -2019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn:
Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Phạm Thế Chính người
thầy đã giao đề tài, tận tình chỉ bảo và truyền đam mê nghiên cứu cho em trong
suốt quá trình hoàn thành luận văn, người thầy đã tận tình hướng dẫn để em
hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cám ơn PGS.TS Phạm Thị Thắm và các bạn HVCH
phòng Hóa hữu cơ khoa Hóa học trường Đại học Khoa học - ĐHTN đã giúp đỡ
em rất nhiều trong suốt quá trình làm luận văn
Em xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ thực nghiệm và kinh phí từ đề tài
nafosted mã số 104.01-2016.18.
Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo khoa Hóa học trường Đại học
Khoa học - Đại học Thái Nguyên, tập thể các thầy cô, anh chị và các bạn tại
khoa Hóa học trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện
giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu cùng toàn thể cán bộ giáo viên
Trường THPT Lương Tài - Bắc Ninhđã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian và
công việc để em hoàn thành luận văn.
Cuối cùng em xin bày tỏ sự cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn quan
tâm, động viên giúp đỡ tôi.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn.
Tác giả luận văn

Vũ Hồng Lĩnh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. a
DANH MỤC SƠ ĐỒ ................................................................................... b
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................... c
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)[1,4] ................................................ 2
1.1.2.Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)[1,4] ...................... 3
1.1.3.Phương pháp phổ khối lượng (MS) [1,4] ............................................. 7
1.2. Hợp chất PIPERAZINEDION ............................................................... 9
1.3. Mục tiêu của luận văn .......................................................................... 11
Chương 2 THỰC NGHIỆM ..................................................................... 12
2.1. Phương pháp nghiên cứu, nguyên liệu và thiết bị................................ 12
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu................................................................... 12
2.1.2. Hóa chất và thiết bị ........................................................................... 12
2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất bằng
sắc kí lớp mỏng ................................................................................... 13
2.1.4. Xác nhận cấu trúc .............................................................................. 13
2.2. Chuẩn bị mấu nghiên cứu .................................................................... 13
2.2.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 19 (BG06) ............................................... 14
2.2.2.Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 21 ............................................................. 14
2.3.Phân tích cấu trúc của hợp chất 19........................................................ 14
2.3.1. Tiến hành ghi nhận tín hiệu IR của chất 19 ...................................... 14

2.3.2. Tiến hành ghi nhận tín hiệu NMR của chất19 .................................. 15
Phân tích cấu trúc của 19 bằng phổ 2D (HSQC, HMBC) .......................... 15
2.4.Phân tích cấu trúc của hợp chất 21(PT25V2) ....................................... 15
2.4.1. Tiến hành ghi nhận tín hiệu NMR của chất 21 ................................. 15
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




2.4.2. Phân tích cấu trúc của 21 bằng phổ 2D (HSQC, HMBC) ................. 16
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 17
3.1. Mục tiêu của đề tài ............................................................................... 17
3.2. Phân tích cấu trúc của andehit 19 (BG06) ........................................... 17
3.2.1.Phân tích cấu trúc andehit 19 bằng phương pháp phổ IR .................. 17
3.2.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 19 bằng phương pháp phổ NMR .......... 18
3.2.3.Phân tích cấu trúc hợp chất 19 bằng phổ HMBC và HSQC .............. 20
3.3. Phân tích cấu trúc hợp chất 21. ............................................................ 24
KẾT LUẬN ................................................................................................ 32
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 33
PHỤ LỤC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DMF

Dimetyl formamit

MS

Phương pháp phổ khối lượng

NMR

phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân

EI

Phương pháp bắn phá bằng dòng electron

CI

Phương pháp ion hóa hóa học

FAB

Phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh

SKLM

Sắc kí lớp mỏng

TMS

Chất chuẩn

THF

Tetrahidrofuran

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 3.1. Sơ đồ chuẩn bị mẫu andehit 19.................................................. 17
Sơ đồ 3.2. Sơ đồ chuẩn bị mẫu 21. ............................................................. 24

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của ethanol .......................................................... 3
Hình 1.2. Phổ NMR của 2,2-dimethylpropanol ............................................ 5
Hình 1.3. Phổ EI-MS và cơ chế phân mảnh của benzamid .......................... 8
Hình 1.4. Một số hợp chất diketopiperazin ................................................. 10
Hình 3.1. Phổ IR của hợp chất andehit 19. ................................................. 18
Hình 3.2. Phổ 1H-NMR của hợp chất andehit 19. ...................................... 18
Hình 3.3. Phổ 1H-NMR giãn của hợp chất 19 ............................................ 19
Hình 3.4. Phổ 13C-NMR của hợp chất 19. ................................................. 20
Hình 3.5. Phổ HSQC của hợp chất 19 ........................................................ 21

Hình 3.6. Phổ HMBC của hợp chất 19 ....................................................... 22
Hình 3.7. Phổ HMBC của hợp chất 19 ....................................................... 22
Hình 3.8. Phổ 1H-NMR của hợp chất 21 .................................................... 25
Hình 3.9. Phổ 1H-NMR giãn của hợp chất 21 ở vùng 5-2 ppm ................. 25
Hình 3.10. Phổ 1H-NMR giãn của hợp chất 21 ở vùng thơm. ................... 26
Hình 3.11. Phổ 13C-NMR của hợp chất 21 . .............................................. 27
Hình 3.12. Phổ 13C-NMR giãn của hợp chất 21 . ...................................... 27
Hình 3.13. Phổ 13C-NMR giãn của hợp chất 21 . ...................................... 28
Hình 3.14. Phổ HSQC của hợp chất 21 . .................................................... 29
Hình 3.15. Phổ HSQC của hợp chất 21 . .................................................... 29
Hình 3.16. Phổ HMBC của hợp chất 21 . ................................................... 30
Hình 3.17. Phổ HMBC của hợp chất 21 . ................................................... 30
Hình 3.18. Phổ HMBC của hợp chất 21 . ................................................... 31

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




MỞ ĐẦU
Phân tích cấu trúc các hợp chất hữu cơ là một trong số các nhiệm vụ quan
trọng của Hóa học vì chỉ khi biết chính xác cấu trúc, chúng ta mới có câu trả
lời chính xác cho việc định tính, định lượng và phân tích chúng trong các mẫu
nghiên cứu thực cũng như trong đời sống và công nghệ. 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.
Piperazinedion là lớp cấu trúc phổ biến nhất được tìm thấy trong tự nhiên,
có nhiều hoạt tính sinh học quý như: Tryprostatins A (1) và B (2) có hoạt tính
ức chế khối u, Cyclotryprostatin A-D (3-6) có hoạt tính ức chế chu kỳ phát triển
tế bào động vật có vú, Fumitremorgin C (7) là một chất ức chế BCRP/ABCG2
làm kháng trung gian trong hóa trị liệu để điều trị ung thư vú, phenylahistin (8)
có hoạt tính ức chế trùng hợp tubulin chúng là những hợp chất tiềm năng để
phát triển các loại thuốc chống ung thư. Do có hoạt tính sinh học lý thú nên các
hợp chất diketopiperazin được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tổng
hợp.Sản phẩm ngưng tụ của phản ứng piperazinedion với andehit có nhiều hoạt
tính sinh học lý thú, đặc biệt là cấu trúc rất phức tạp với phân tử có nhiều nhân
thơm, có nhiều trung tâm bất đối xứng nên việc phân tích cấu trúc của hợp chất
này gặp rất nhiều khó khăn, vì vậy mà phải có sự kết hợp nhiều phương pháp
phân tích cấu trúc. Do đóluận văn “Phân tích cấu trúc của một số sản phẩm
của phản ứng ngưng tụ piperazindione với andehyde bằng các phương
pháp phổ hiện đại” rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc
1.1.1.Phương pháp phổ hồng ngoại(IR)[1,4]
Phương pháp phổ hồng ngoại cho ta biết thông tin về nhóm chức và một
số liên kết đặc trưng có mặt trong phân tử

Cơ sở của phương pháp phổ hồng ngoại là: Trong phân tử hợp chất hữu
cơ có một số dao động khi ta chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử bức xạ
hồng ngoại kích thích các dao động phân tử. Những dao động dẫn tới sự biến
đổi momen lưỡng cực của phân tử mới quan sát được trên phổ hồng ngoại . Có
hai loại dao động khi bị tác động bởi bức xạ hồng ngoại 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. Trong vùng hồng
ngoại của phổ điện từ, sự hấp thụ các bức xạ là do sự thay đổi năng lượng các
trạng thái dao động của phân tử. Các phân tử khác nhau sẽ hấp thụ ở các vùng
bức xạ khác nhau. Chỉ những dao động gây ra sự thay đổi phân cực mới phát
sinh các dải trong phổ hồng ngoại. Các đám phổ khác nhau có mặt trong phổ
hồng ngoại tương ứng với các nhóm chức đặc trưng và các liên kết có trong
phân tử.
Trên phổ hồng ngoại trục hoành biểu diễn số sóng với trị số giảm dần
(4000 - 400cm-1). Trong đó các nhóm nguyên tử trong hợp chất hữu cơ hấp thụ
ở vùng 4000- 650cm-1. Vùng phổ từ 4000 - 1500cm-1 được gọi là vùng nhóm
chức vì chứa hầu hết các vân hấp thu của các nhóm chức như OH, NH, C=O,
C=N, C=C... Vùng phổ nhóm chức tập trung vào bốn vùng mà ở mỗi vùng, tần
số đặc trưng của nhóm có giá trị thay đổi phụ thuộc vào cấu tạo của phân tử.
Vùng 3650-2400cm-1 chứa các vân dao động hóa trị của X-H (X: O, N, C, S,
P); vùng 2400 -1900cm-1 gồm các vân do dao động hóa trị của các nhóm mang
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




liên kết ba hoặc hai liên kết đôi kề nhau; vùng 1900 - 1500cm-1 chứa các vân
dao động hóa trị của các nhóm mang liên kết đôi và do dao động biến dạng của
nhóm -NH2. Vùng phổ 1500 - 700cm-1 mặc dù có chứa các vân hấp thụ đặc
trưng cho dao động hóa trị của các liên kết đơn như C-C, C-N, C-O. và các vân

do dao động biến dạng của các liên kết C-H, C-C... nhưng thường được dùng để
nhận dạng toàn phân tử hơn là để xác định các nhóm chức, vì ngoài vân hấp thụ
trên còn có nhiều vân hấp thụ xuất hiện do tương tác mạnh giữa các dao động.

CH2

CO
CH3

OH

Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của ethanol
Phổ hồng ngoại được đo trên máy FTIR-Impact-410 bằng phương pháp
viên nén KBr hoặc bao film - Viện Hóa học.
1.1.2.Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)[1,4]
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân là phương pháp hiện đại quan trọng bậc nhất
để xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ.
Hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương và luôn tự quay quang mình
nó, khi quay nó sinh ramomen quán tính được gọi là momen spin và momen từ
µ đồng thời mỗi hạt nhân nguyên tử còn được đặc trưng bởi số lượng tử spin I.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Khi hạt nhân nguyên tử nằm trong từ trường hấp thu hoặc phát xạ một bức xạ
điện từ, thì chỉ có hạt nhân chứa số lẻ các proton hay neutron mới có momen từ
sẽ được nhận diện và phân tích. Các hạt nhân thường được đo nhất là 1H-NMR
và 13C-NMR.. Phổ NMR dựa trên sự ghi lại quá trình cộng hưởng từ sinh ra bởi
các hạt nhân spin khác 0 được kích thích bởi năng lượng của tần số dưới tác

động của từ trường bên ngoài.
Do mỗi hạt nhân đặt trong từ trường ngoài đều chịu hiệu ứng chắn từ,
hiệu ứng này khác nhau đối với mỗi loại hạt nhân trong phân tử,do các hạt nhân
1

H hoặc 13C trong phân tử chịu hiệu ứng chắn từ khác nhau nên chúng có tần

số cộng hưởng khác nhau. Đại lượng đặc trưng cho khả năng cộng hưởng của
các nguyên tố hoặc nhóm nguyên tố tương đương gọi là độ dịch chuyển hóa
học, kí hiệu là δ, không có thứ nguyên.Giá trị δ có được là 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 dịch chuyển
hóa học δ, đối với hạt nhân 1H thì:


 TMS  x 6
.10 ( ppm)
o

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

νchuẩn, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn và của hạt nhân mẫu đo, νo

là tần số cộng hưởng của máy phổ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Dựa vào độ chuyển dịch hóa học  ta biết được loại proton nào có mặt
trong chất được khảo sát. Đối với 1H-NMR thì δ có giá trị từ 0-12 ppm, đối với
13

C-NMR thì δ có giá trị từ 0-230 ppm.
Một đại lượng cũng rất quan trọng trong phân tích NMR là hằng số

tương tác J, đại lượng đặc trưng cho tương tác spin- spin, được tính bằng
khoảng cách giữa hai đỉnh tín hiệu cần xác định tương tác, thứ nguyên là Hz.
J = ∆δ x (tần số máy)
Từ giá trị J cho ta biết mối quan hệ và vị trí của các proton, cho biết
các thông tin về cấu trúc không gian của phân tử

Hình 1.2. Phổ NMR của 2,2-dimethylpropanol
Phổ proton 1H-NMR
Trong phổ1H -NMR, độ dịch chuyển hóa học  của các proton được xác
định tùy thuộc vào mức độ lai hóa của các nguyên tử cũng như các đặc trưng
riêng của từng phân tử. Mỗi loại proton cộng hưởng ở một trường khác nhau, vì
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

vậy chúng được biểu diễn bằng một độ dịch chuyển hóa học khác nhau. Dựa vào
những đặc trưng của  và tương tác J để có thể cung cấp các thông tin giúp xác
định cấu trúc hóa học của hợp chất.
Phổ cacbon

13

C-NMR

Phổ này cho tín hiệu vạch cacbon. Mỗi nguyên tử cacbon sẽ cộng hưởng ở
một trường khác nhau và cho một tính hiệu phổ khác nhau. Thang đo cho phổ 13CNMR cũng được tính bằng ppm nhưng với dải đo rộng hơn phổ proton, từ 0230ppm. Ngoài ra, phổ 13C-NMR còn được ghi theo phương pháp DEP.Phổ này
cho ta tín hiệu phân loại cacbon khác nhau. Trên phổ DEPT, tín hiệu của cacbon
bậc 4 biến mất. Tín hiệu của CH và CH3 nằm cùng một phía, tín hiệu của CH2
nằm ở phía ngược lại đối với phổ DEPT 135. Trên phổ DEPT 90 chỉ xuất hiện
tín hiệu phổ của các nhóm CH.
Với những hợp chất có cấu trúc đơn giản, hay gặp có thể xác định được
cấu trúc chỉ với số liệu cộng hưởng từ hạt nhân một chiều (1H-NMR, 13C-NMR
). Với các chất phức tạp hơn thì cần tiến hành đo thêm các phổ NMR hai chiều
(HSQC, HMBC). Cơ sở của phương pháp 2D - NMR là dựa theo nguyên tắc
phổ cộng hưởng từ hạt nhân biến đổi Fourier (2D - FT/NMR)
Phổ HSQC thể hiện mối liên quan giữa tín hiệu của proton 1H trên một
trục với tín hiệu của nguyên tử 13C trên trục khác.
Phổ HMBC: Đây là phổ thể hiện tương tác xa (2 liên kết và 3 liên kết)
giữa cacbon và proton trong phân tử và nhờ đó mà từng phần của phân tử cũng
như toàn bộ phân tử được xác định. Phổ này đặc biệt thích hợp trong trường
hợp phân tử chứa cacbon bậc bốn vì nó thể hiện mối liên quan của tín hiệu
proton 1H ở một nguyên tử 13C với tín hiệu của 13C khác ở cách xa nó 2-3 liên
kết thậm chí trong một số trường hợp là bốn liên kết.
Vậy, Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) một chiều và hai chiều cho ta
biết chi tiết về cấu trức phân tử.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Phổ NMR được ghi trên máy Bruker Avance 500 với TMS làm chất nội
chuẩn tại Viện Hóa học.
1.1.3.Phương pháp phổ khối lượng (MS) [1,4]
Phương pháp phổ khối lượng viết tắt MS, là một phương pháp phân tích
hiệu quả để chứng minh hợp chất chưa biết bằng cách xác định khối lượng phân
tử, xác định định tính và xác định định lượng của các vết hợp chất hữu cơ
Cơ sở của phương pháp phổ khối lượng đối với các hợp chất hữu cơ là
phá vỡ phân tử trung hòa thành ion phân tử và các mảnh ion dương hoặc phá
vỡ thành các mảnh ion, các gốc theo sơ đồ sau:

M+ e- → M++ 2eAB + e- → AB+. +2eAB+.→ A+ + B.
Các ion có độ bội điện tích (điện tích ≥2) chỉ được tạo thành rất ít so với
ion có điện tích bằng 1 (≥95%). Ion phân tử và các ion mảnh là các phân tử có
khối lượng. Nếu gọi khối lượng của một ion là m và điện tích của nó là Z thì tỷ
số m/z được gọi là số khối. Ion có tỷ số khối lượng điện tích khác nhau sẽ có
bắn kính vòng quay khác nhau. Ion càng nặng thì đường cong chuyển động có
bán kính càng lớn. Điều này gọi là quét khối lượng hay quét phổ khối. Ion phân
tử có số khối ký hiệu là M+
Sự phá vỡ phụ thuộc vào cấu tạo chất, phương pháp bắn phá và năng
lượng bắn phá. Quá trình này gọi là quá trình ion hóa.
Để phá vỡ phân tử có nhiều phương pháp ion hóa:Ion hóa bằng va chạm
electron(EI), ion hóa hóa học (CI), ion hóa phun mù điện tử(ESI), ion hóa bắn
phá nguyên tử nhanh(FAB). Dòng electron có năng lượng cao để bắn phá phân
tử là phương pháp sử dụng nhiều nhất. Quá trình bắn phá các phân tử hợp chất
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

hữu cơ trung hòa để trở thành các ion phân tử mang điên tích dương hoặc bị
phá vỡ thành các gốc theo nguyên tắc bảo toàn khối lượng và điện tích.
Tùy thuộc vào mỗi phương pháp mà năng lượng bắn phá thay đổi.
Phương pháp va chạm electron để tạo ra ion phân tử cần năng lượng 10- 15eV,
còn tạo ra ion mảnh cần có năng lượng cao (70eV). Các ion này có thể phân
mảnh nhờ sự đứt gãy liên kết tạo thành các ion mảnh nhỏ hơn.

Hình 1.3. Phổ EI-MS và cơ chế phân mảnh của benzamid
Khi phân tích phổ khối lượng là tìm mối liên quangiữa các số khối xuất
hiện trên phổ khối lượng để tìm được khối lượng phân tử và cấu tạo phân tử
dựa trên cơ chế phá vỡ phân tử. Đây cũng là thông tin để kết luận chính xác cấu
trúc phân tử của chất cần nghiên cứu khi kết hợp những phương pháp phổ hiện
đại với nhau.
Phổ khối EI-MS dựa vào sự phân mảnh ion dưới tác dụng của chùm ion
bắn phá với năng lượng khác nhau, phổ biến là 70eV được đo trên máy MSEngine-5989-HP tại Viện Hóa học - Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




nam. Phổ khối phân giải cao HR-MS được đo trên máy FT-ICR 910-MS tại
Viện Hóa học các hợp chất tự nhiên - Cộng hòa Pháp.
1.2. Hợp chất PIPERAZINEDION

Piperazinedion là lớp cấu trúc phổ biến nhất được tìm thấy trong tự
nhiên, có nhiều hoạt tính sinh học quý như:

Tryprostatins A (1) và B (2) có hoạt tính ức chế khối u [5,6],
Cyclotryprostatin A-D (3-6) có hoạt tính ức chế chu kỳ phát triển tế bào động
vật có vú [7], Fumitremorgin C (7) là một chất ức chế BCRP/ABCG2 làm
kháng trung gian trong hóa trị liệu để điều trị ung thư vú [8], phenylahistin (8)
có hoạt tính ức chế trùng hợp tubulin [9,10] chúng là những hợp chất tiềm năng
để phát triển các loại thuốc chống ung thư. Những hợp chất này được tìm thấy
trong thiên nhiên và có nhiều hoạt tính sinh học như kháng khuẩn, kháng nấm
đặc biệt là khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư nên được các nhà
khoa học quan tâm nghiên cứu tổng hợp[11,12].
Bên cạnh đó, khung piperazinedion còn là các synthon quan trọng được
sử dụng trong tổng hợp toàn phần và bán tổng hợp nhiều hợp chất thiên nhiên
có hoạt tính sinh học mạnh như saframycin và eteinascindin…

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Hình 1.4. Một số hợp chất diketopiperazin
Các hợp chất piperazinedion không chỉ là một lớp cấu trúc phổ biến của
tự nhiên mà còn có khả năng liên kết với một phạm vi rộng với các thụ thể.
Nhờ tính chất đó các piperazinedion là đối tượng cho việc nghiên cứu phát triển
thuốc. Cấu trúc của piperazinedion đơn giản nhất là một bộ khung dị vòng 6
cạnh, có thể đưa các nhóm thế vào sáu vị trí khác nhau và kiểm soát lập thể lên
tới bốn vị trí.
Năm 2000, nhóm nghiên cứu của Yoshio Hayashi đã tổng hợp toàn phần
dẫn xuất phenylahistin (1) và aurantiamin (2) [13].Yoshio Hayashi và cộng sự
đã tổng hợp nhiều dẫn xuất của plinabulin với sự thay thế vòng imidazol bằng
các vòng thơm khác và nhóm benzyl bằngcác aryl [14]. Kết quả đã nhận được

hai hợp chất mới 30a và 30b có hoạt tính gây độc tế bào ung thư với IC5o tương
ứng là 2,6 nM và 1,4 nM[14;15]. Các phức ferrocene có khả năng gây độc nhiều
loại tế bào ung thư thực nghiệm, phức này có hoạt tính dựa trên phản ứng oxy
hóa tại tế bào để nhận được các ferrocenium có trung tâm oxy hoạt động (ROS),
các ROS này tấn công vào DNA của tế bào ung thư theo cơ chế ankyl hóa
[16,17]. Nhóm nghiên cứu của Anna Wieczorek đã tổng hợp nhiều dẫn chất lai
của plinabulin với các phức ferrocene nhờ thay thế nhánh phenyl bằng ferrocyl
đồng thời có sự thay thế nhánh imidazol bằng các nhóm chức khác nhau. Các
hợp chất này đều thể hiện hoạt tính ức chế mạnh tubulin [18]. Năm 2008, Yuri
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Yamazaki và cộng sự đã tổng hợp các dẫn xuất mới của plinabulin nhờ thay thế
nhóm imidazole bằng nhóm oxazole nhận được hợp KPU-244 (37) có hoạt tính
ức chế tế bào ung thư HT-29 ở nồng độ 4 nM (mạnh hơn so vớiplinabulin) [19].
Tiếp theo, năm 2009 và 2010, nhóm nghiên cứu này lại tổng hợp nhiều hợp
chất lai nhạy sáng của KPU-244 (photoaffinity) nhờ gắn bitinyl peptit ở vị trí
số 4 của benzophenon hoặc gắn vào nhóm tert-butyl của vòng oxazol. Các hợp
chất này có hoạt tính tương đương nhưng khả năng tương thích tốt với tubulin
ở vùng xung quanh giữa α và β-tubulin [20,21].
Do có nhiều tác dụng dược lý quý báu mà hợp chất piperazindion đã thu
hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới.
1.3. Mục tiêu của luận văn
Sau khi chuẩn bị các sản phẩm ngưng tụ của piperazindion với andehyde
sẽ được tiến hành phân tích cấu trúc. Để phân tích cấu trúc ta cần phải kết hợp
nhiều phương pháp phân tích phổ hiện đại khác nhau như phổ IR, phổ NMR1D
và NMR2D

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Chương 2
THỰC NGHIỆM
2.1. Phương pháp nghiên cứu, nguyên liệu và thiết bị
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu
Các mẫu nghiên cứu được chuẩn bị bằng các phương pháp tổng hợp hữu
cơ được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ - Hóa dược - Trường Đại
học Khoa học - Đại học Thái Nguyên. Nhằm mục đích chuẩn bị các mẫu nghiên
cứu cho phân tích cấu trúc.
2.1.2. Hóa chất và thiết bị
2.1.2.1 Hóa chất
Các hóa chất phục vụ cho việc tổng hợp hữu cơ và dung môi được mua
của hãng Merck (Đức) và Aldrich (Mỹ). Silicagel cho sắc ký cột là loại 100 200 mesh (Merck), bản mỏng sắc ký silica gel là bản nhôm tráng sẵn Art. 5554
DC - Alufolien Kiesel 60 F254 (Merck).
Các dung môi thông dụng trong sắc kí cột, săc kí lớp mỏng, bao gồm nhexane, ethyl acetate, và methanol
Thuốc thử hiện hình các vết hữu cơ trên sắc kí lớp mỏng: H2SO4 10%
Na2SO4 khan; K2CO3; Cs2CO3; 1,4-diacetylpiperazinne-2,5-dione; 4chloro-2,8 dimethylquinoline; 4-methxybenzaldehyde; 3-bromoprop-1-yne
2.1.2.2. Thiết bị
Các dụng cụ thủy tinh cơ bản của phòng thí nghiệm.
Các loại cột sắc ký bằng thủy tinh với các kích thước khác nhau.
Máy cô quay chân không Eyela 1200B
Máy quay phổ IR hãng Shimadzu IR-408
Máy cộng hưởng từ hạt nhân NMR hãng Bruker Avance II 500 dùng để
ghi phổ 1H, 13C, HSQC, HMBC.
Máy khối phổ FT-ICR 910-MS dùng để ghi phổ khối lượng HR - MS.
Phổ IR được xác định trên máy FT-IR Spectrum Two Perkinelmer L160

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất bằng
sắc kí lớp mỏng
Sắc kí lớp mỏng (SKLM) được sử dụng để định tính các chất và hỗn hợp
sản phẩm. Thông thường các chất có giá trị Rf khác nhau, màu sắc và sự phát
quang khác nhau. Giá trị Rf của các chất phụ thuộc vào bản chất của các chất và
phụ thuộc vào dung môi làm pha động. Dựa trên tính chất đó, chúng ta có thể tìm
được dung môi hay hỗn hợp dung môi để tách các chất ra xa nhau (Rf khác xa
nhau) hay tìm được hệ dung môi cần thiết để tinh chế các chất.
2.1.4. Xác nhận cấu trúc
Để xác định cấu trúc các chất hữu cơ tổng hợp được, luận văn tiến hành
các phương pháp sau:
2.1.4.1. 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 500 MHz với dung môi thích hợp
và TMS là chất chuẩn, tại Trung tâm Phân tích cấu trúc - Viện Hoá học - Viện
Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam.
2.1.4.2. Phổ hồng ngoại (IR)
Phổ IR của các chất nghiên cứu được xác định trên máy FT-IR Spectrum
Two Perkinelmer L160 tại phòng Hóa dược - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm

Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Các mẫu nghiên cứu được đo ở dạng ép
viên với KBr rắn.
2.2. Chuẩn bị mấu nghiên cứu
Các mẫu nghiên cứu được chuẩn bị từ các nguyên liệu đầu là hợp chất

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




2.2.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 19 (BG06)
Hợp chất 16 (500mg, 2.6mmol) trong dung môi THF (20ml) và cho thêm
SeO2 (433mg, 3.9mmol) được thực hiện trong điều kiện ở nhiệt độ phòng đồng
thời khuấy đều 24h. Sau đó hỗn hợp được đun hồi lưu trong 24 h. Kết thúc
phản ứng hỗn thu được cô đuổi dung môi ở áp suất thấp tạo thành sản phẩm thô
19. Sản phẩm thô được làm sạch bằng sắc kí cột hệ dung môi n-hexan/EtOAc
9/1 (v/v) thu được 428 mg sản phẩm sạch 19. Hiệu suất phản ứng đạt 80%.
2.2.2.Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 21
Hợp chất 15 lấy 100mg tương ứng 0.5 mmol cho phản ứng với 104 mg
chất 19 (0.5mmol) trong THF (20ml) và cho thêm 139mg K2CO3 (1mmol) được
thực hiện trong điều kiện ở nhiệt độ phòng đồng thời khuấy đều 24h. Sau đó
hỗn hợp được đun hồi lưu trong 24 h. Kết thúc phản ứng hỗn thu được cô đuổi
dung môi ở áp suất thấp tạo thành sản phẩm thô.
Sản phẩm thô 20 hòa tan trong DMF, thêm chất 17 (0.5 mmol, 68mg) và
chất 18 (1mmol, 119mg), Cs2CO3 (1,5 mmol, 489mg). Sau đó đun nóng ở
120oC trong 5 h. Kết thúc phản ứng hỗn hợp sản phẩm này được chiết ba lần
với etylaxetat, dịch chiết được làm khô bằng Na2SO4 khan. Dung môi được
loại bỏ ở áp suất thấp thu được hỗn hợp sản phẩm thô 21. Sản phẩm thô 21
được làm sạch bằng sắc kí cột hệ dung môi n-hexan/etylaxetat 7/3 thu được sản
phẩm sạch 21 có màu vàng ở dạng rắn (91mg, 40%)

2.3.Phân tích cấu trúc của hợp chất 19
2.3.1. Tiến hành ghi nhận tín hiệu IR của chất 19
Cân 2 mg hợp chất 19 được trộn với100 mg KBr trong cối mã não, trộn
đều và được nghiền mịn thành hỗn hợp đồng nhất bằng chày của cối mã não.
Hỗn hợp này được đưa vào thiết bị ép viên thủy lực 50 tấn của hãng HP, sau đó
mẫu được đo lần lượt trên trên máy FT-IR Spectrum Two Perkinelmer L160

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




tại phòng Hóa dược - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam.
IR (KBr) cm-1: 2964,56; 2833,50; 1710,75; 1495,22; 1318,69; 1178,30;
933,47; 876,68; 759,13; 543,78; 492,13.
2.3.2. Tiến hành ghi nhận tín hiệu NMR của chất19
25 mg chất 19 ở trên được cho vào trong ống NMR loại (tubes NMR
của Aldrich) dài 20,3 mm, rộng 5 mm sau đó cho 0,8 ml CDCl3 và lắc đều cho
mẫu tan hết vào dung môi tạo thành hệ đồng nhất. Mẫu được đo trên máy Bruker
XL-500 tần số 500 MHz với TMS là chất chuẩn, tại Trung tâm Phân tích cấu trúc
- Viện Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam.
1

H-NMR (CDCl3, 500 MHz)δ ppm: 10,16 (1H, s, nhóm CHO ); các tín

hiệu của 4 H trong vòng thơm tại :8,13 (1H, dd, J= 1Hz; 8,5 Hz); 8,05 (1H, s);
7.69 (1H, t, J=6,5 Hz); 7,62-7,65 (1H, dd, J= 7 Hz; 8 Hz); còn 2,88 (3H, s,
nhóm CH3).
13

C-NMR (CDCl3, 125 MHz)δ ppm: 193,0 (C=O); chín tín hiệu gồm

151,2 ; 147,8 ; 144,2 ; 139,5; 131,3 ; 129,9 ; 128,1 ; 122,2 ; 117,2 là cacbon
trong vòng thơm; còn 18,1 (CH3).
Phân tích cấu trúc của 19 bằng phổ 2D (HSQC, HMBC)
35 mg 19 ở trên được cho vào trong ống NMR loại (tubes NMR của
Aldrich) dài 20,3 mm, rộng 5 mm sau đó cho 0,8 ml CDCl 3 và lắc đều cho mẫu
tan hết vào dung môi tạo thành hệ đồng nhất. Mẫu được đo trên máy Bruker
XL-500 tần số 500 MHz với TMS là chất chuẩn, tại Trung tâm Phân tích cấu
trúc - Viện Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam. Thời gian
đo với HSQC là 3h, HMBC là 4h (kết quả ở phụ lục 3 và phụ lục 4).
2.4.Phân tích cấu trúc của hợp chất 21(PT25V2)
2.4.1. Tiến hành ghi nhận tín hiệu NMR của chất 21
25 mg chất 21 ở trên được cho vào trong ống NMR loại (tubes NMR của
Aldrich) dài 20,3 mm, rộng 5 mm sau đó cho 0,8 ml DMSO và lắc đều cho mẫu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




tan hết vào dung môi tạo thành hệ đồng nhất. Mẫu được đo trên máy Bruker XL500 tần số 500 MHz với TMS là chất chuẩn, tại Trung tâm Phân tích cấu trúc Viện Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam.
H-NMR (DMSO, 500 MHz) δ ppm: Tín hiệu của 8 nguyên tử hidro vùng

1

thơm tại δ ppm: 8,12 (1H, s); 8,02 (1H, d, J= 8,5 Hz); 7,75 (1H, t, J= 8,5 Hz); 7,617,65 (1H, m ); 7,48 (1H, d, J =8,5 Hz); 7,42 (1H, d, J = 8,5 Hz); 7,00 (1H, d, J=
8,5 Hz); 6,97 (1H, t, J = 11.5 Hz).Hai tín hiệu H của nhóm CH= tại 7,27 ppm
(1H,s) và 7,36 ppm (1H, s). Cặp tín hiệu của H nhóm CH2 bị tách ra tại 4,88
ppm (1H, d, J= 2,5 Hz) và 4,38ppm (1H, d, J=2,0 Hz ), tín hiệu của H nhóm ankin

tại 4,74-4,77 ppm (1H, dd, J= 2Hz, 10,5 Hz). Tín hiệu của nhóm OMe tại 3,97
ppm (3H, s) và tín hiệu của H nhóm CH3 tại 2,64 ppm
C-NMR (DMSO, 125 MHz) δ ppm: 170,3 (C=O); 161,3 (C=O); 161,1 ;

13

159,9 ; 159,5; 159,2; 151,2 ; 146,6; 141,6 ; 137,3; 131,4; 131,2; 128,3; 125,9;
124,5; 124,2 ; 121,4 ; 119,8 ; 114,2 ; 113,5 ; 55,2 (C-OMe); 34,5 (C-CH2); 34,1
(C-CH); 33,8; 17,7 (CH3).
2.4.2.Phân tích cấu trúc của 21 bằng phổ 2D (HSQC, HMBC)
35 mg 21 ở trên được cho vào trong ống NMR loại (tubes NMR của
Aldrich) dài 20,3 mm, rộng 5 mm sau đó cho 0,8 ml DMSO và lắc đều cho mẫu
tan hết vào dung môi tạo thành hệ đồng nhất. Mẫu được đo trên máy Bruker
XL-500 tần số 500 MHz với TMS là chất chuẩn, tại Trung tâm Phân tích cấu
trúc - Viện Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam. Thời
gian đo với HSQC là 3h, HMBC là 4h (kết quả ở phụ lục 8 và phụ lục 9).
.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN