Phân Tích Cấu Trúc Của Một Số Dẫn Xuất 2-ARYL-3-BENZOYL-1H-BENZO[f]INDOLE-4,9-DIONE

UYỄ

Ị

U

Ị

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT
2-ARYL-3-BENZOYL-1H-BENZO[f]INDOLE-4,9-DIONE
BẰ

Á P

Ơ

P ÁP PHỔ HIỆ

U

THÁI NGUYÊN – 2018

I.


UYỄ

Ị

U

Ị

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT
2-ARYL-3-BENZOYL-1H-BENZO[f]INDOLE-4,9-DIONE
BẰ

Á P

Ơ

P ÁP P Ổ HIỆ

P

I.

n tích

8440118

U

Ớ

DẪ

. Ê

THÁI NGUYÊN – 2018

ÙY


Ả

Ơ

Với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn S. Lê
hật hùy iang – Viện óa học - Viện àn lâm Khoa học và ông nghệ Việt
am đã tin tưởng giao đề tài, định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn và tạo
những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành luận văn thạc sĩ này.
Em xin gửi lời trân trọng cảm ơn tới PGS. S Dương
S. Phạm hế
ọc –

hính cùng các thầy cơ khoa

ại học hái

óa

ghĩa Bang, PGS.

ọc, rường

ại

ọc Khoa

guyên đã tạo điều kiện, giúp đỡ em trong quá trình triển

khai nghiên cứu, thực hiện đề tài.
Em xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo cùng các thầy, cô, cán bộ, kĩ
thuật viên phịng
ơng

ghệ Việt

óa Dược, thuộc Viện

óa học – Viện

àn lâm Khoa học và

am đã tận tình chỉ dạy và hướng dẫn em trong quá trình học

tập, thực nghiệm và thực hiện đề tài.
uối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè lớp ao
học khóa 2016 – 2018, Ban giám hiệu và anh chị em đồng nghiệp trường

P

Lê Ích Mộc đã giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và thực hiện
luận văn này.

c iả l ậ vă

Nguyễn Thị Thu Hòa

a

MỤC LỤC
L I CẢ Ơ ..................................................................................................... a
MỤC LỤC ........................................................................................................... b
DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT ............................................................ d
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................ e
DANH MỤ SƠ Ồ ............................................................................................ f
DANH MỤC PHỤ LỤC CÁC HÌNH PHỔ ......................................................... g
MỞ ẦU .............................................................................................................. 1
ƯƠ
1. ỔNG QUAN ................................................................................ 2
1.1. Tổng quan các phương pháp phân tích để phân lập và xác định cấu trúc
các hợp chất ...................................................................................................... 2
1.1.1. ác phương pháp sắc ký ........................................................................ 2
1.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) [4-7] ............................................ 4
1.1.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ........................... 6
1.2. Tổng quan về tách chiết, tổng hợp và hoạt tính sinh học của
benzo[f]indol-4,9-dione.................................................................................. 10
ƯƠ
2.
ỰC NGHIỆM ......................................................................... 16
2.1. Hóa chất và phương pháp ....................................................................... 16
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu.................................................................. 16
2.1.2. Hóa chất và dung mơi ...................................................................... 16
2.1.3. ịnh tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất bằng
sắc kí lớp mỏng .......................................................................................... 16
2.1.4. Xác nhận cấu trúc ............................................................................. 16
2.2. Quy trình chung chuẩn bị mẫu các dẫn xuất 2-aryl-3-benzoyl-1Hbenzo[f]indol-4,9-dione.................................................................................. 17
2.3. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 2-(3-bromophenyl)-3benzoyl-1H-benzo[f]indole-4,9-dione (29a) .................................................. 17

2.3.1. Quy trình chuẩn bị mẫu .................................................................... 17
2.3.2. Phân tích cấu trúc của 29a bằng phổ IR .......................................... 17
2.3.3. Phân tích cấu trúc của 29a bằng NMR ............................................ 18
2.4. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 2-(4-chlorophenyl)-3benzoyl-1H-benzo[f]indole-4,9-dione (29b) ................................................. 18
2.4.1. Quy trình chuẩn bị mẫu .................................................................... 18
2.4.2. Phân tích cấu trúc của 29b bằng phổ IR .......................................... 19
2.4.3. Phân tích cấu trúc của 29b bằng NMR ............................................ 19
2.5. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 2-(4dimethylaminophenyl)-3-benzoyl-1H-benzo[f]indole-4,9-dione (29c)......... 20
2.5.1. Quy trình chuẩn bị mẫu .................................................................... 20
2.5.2. Phân tích cấu trúc của 29c bằng phổ IR ........................................... 20
2.5.3. Phân tích cấu trúc của 29c bằng NMR............................................. 20
2.6. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 2-phenyl-3-(3hydroxybenzoyl)-1H-benzo[f]indole-4,9-dione (29d) ................................... 21
2.6.1. Quy trình chuẩn bị mẫu .................................................................... 21
2.6.2. Phân tích cấu trúc của 29d bằng phổ IR .......................................... 21
b


2.6.3. Phân tích cấu trúc của 29d bằng NMR ............................................ 22
2.7. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 2-(4-methoxyphenyl)-3-(3hydroxybenzoyl)-1H - benzo [f]indole -4,9-dione (29e) ............................... 22
2.7.1. Quy trình chuẩn bị mẫu .................................................................... 22
2.7.2. Phân tích cấu trúc của 29e bằng phổ IR ........................................... 23
2.7.3. Phân tích cấu trúc của 29e bằng NMR............................................. 23
ƯƠ
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 24
3.1. Mục tiêu của đề tài .................................................................................. 24
3.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 2-(3-bromophenyl)-3benzoyl-1H-benzo[f] indole-4,9-dione (29a) ................................................. 25
3.2.1. Chuẩn bị mẫu hợp chất 29a ............................................................. 25
3.2.2. Phân tích cấu trúc của chất 29a bằng IR .......................................... 25
3.2.3. Phân tích cấu trúc của chất 29a bằng phổ NMR.............................. 26
3.3. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 2-(4-chlorophenyl)-3benzoyl-1H-benzo[f]indole-4,9-dione (29b) ................................................. 29

3.3.1. Chuẩn bị mẫu hợp chất 29b ............................................................. 29
3.3.2. Phân tích cấu trúc của chất 29b bằng IR.......................................... 29
3.3.3. Phân tích cấu trúc của chất 29b bằng phổ NMR ............................. 30
3.4. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 2-(4dimethylaminophenyl)-3-benzoyl-1H-benzo[f]indole-4,9-dione (29c)......... 33
3.4.1. Chuẩn bị mẫu hợp chất 29c.............................................................. 33
3.4.2. Phân tích cấu trúc của chất 29c bằng IR .......................................... 33
3.4.3. Phân tích cấu trúc của chất 29c bằng phổ NMR .............................. 34
3.5. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 2-phenyl-3-(3hydroxybenzoyl)-1H-benzo[f]indole-4,9-dione (29d) ................................... 37
3.5.1. Chuẩn bị mẫu hợp chất 29d ............................................................. 37
3.5.2. Phân tích cấu trúc của chất 29d bằng IR.......................................... 37
3.5.3. Phân tích cấu trúc của chất 29d bằng phổ NMR ............................. 38
3.6. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 2-(4-methoxyphenyl)-3-(3hydroxybenzoyl)-1H-benzo[f]indole-4,9-dione (29e) ................................... 41
3.6.1. Chuẩn bị mẫu hợp chất 29e.............................................................. 41
3.6.2. Phân tích cấu trúc của chất 29e bằng phổ NMR .............................. 41
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 46
PHỤ LỤC CÁC HÌNH PHỔ ............................................................................... 1

c


DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
13

C- NMR

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

DMSO

1

H- NMR

imetyl sunfoxit (Dimethyl sulfoxide)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H Nuclear Magnetic
Resonance)

HPLC

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

IR

Phổ hồng ngoại ( nfrared Spectroscopy)

MS

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

H, C

ộ chuyển dịch hóa học của proton và cacbon

Ppm

Phần triệu ( parts per million )

S

Singlet

Dd

Double doulet

d


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cách tính giá trị Rf............................................................................... 2
Hình 1.2. Các bước tiến hành sắc ký bản mỏng. ................................................. 3
Hình 1.3. Các bước tiến hành sắc ký cột (CC) .................................................... 4
Hình 1.4. Phổ hồng ngoại của axit benzoic ( C6H5COOH ) ................................ 5
Hình 1.5. Hệ thống phân tích phổ hạt nhân ......................................................... 6
Hình 1.6. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat ................................... 9
Hình 1.7. Cấu trúc của Kinamycin A và Utahmycin B ...................................... 10
Hình 1.8. Một số phương pháp tổng hợp hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione .... 11
Hình 3.1. Phổ IR của hợp chất 29a .................................................................... 26
Hình 3.2. Phổ 1H-NMR của hợp chất 29a .......................................................... 27
Hình 3.3. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 29a.................................................. 27
Hình 3.4. Phổ 13C-NMR của hợp chất 29a ........................................................ 28
Hình 3.5. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 29a................................................. 28
Hình 3.6. Phổ IR của hợp chất 29b .................................................................... 29
Hình 3.7. Phổ 1H-NMR của hợp chất 29b .......................................................... 31
Hình 3.8. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 29b.................................................. 31
Hình 3.9. Phổ 13C-NMR của hợp chất 29b ........................................................ 32
Hình 3.10. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 29b............................................... 32

Hình 3.11. Phổ IR của hợp chất 29c .................................................................. 33
Hình 3.12. Phổ 1H-NMR của hợp chất 29c ....................................................... 35
Hình 3.13. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 29c ............................................... 35
Hình 3.14. Phổ 13C-NMR của hợp chất 29c ...................................................... 36
Hình 3.15. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 29c ............................................... 36
Hình 3.16. Phổ IR của hợp chất 29d.................................................................. 37
Hình 3.17. Phổ 1H-NMR của hợp chất 29d ....................................................... 39
Hình 3.18. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 29d............................................... 39
Hình 3.19. Phổ 13C-NMR của hợp chất 29d ...................................................... 40
Hình 3.20. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 29d............................................... 40
Hình 3.21. Phổ 1H-NMR của hợp chất 29e ....................................................... 42
Hình 3.22. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 29e ............................................... 43
Hình 3.23. Phổ 13C-NMR của hợp chất 29e ...................................................... 43
Hình 3.24. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 29e ............................................... 44
Hình 3.25. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 29e ............................................... 44

e


D

Ụ

Ơ Ồ

Sơ đồ 1. Tổng hợp hợp chất 2,3-dihydro-lH-benzo[f]indol-4,9-dione theo
Hiroshi Suginome ............................................................................................... 11
Sơ đồ 2. Tổng hợp hợp chất 1-methyl-1H-benzo[f]indol-4,9-dione theo Patrice
Vanelle ................................................................................................................ 12
Sơ đồ 3. Tổng hợp hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione theo C. C. Tseng ............ 12

Sơ đồ 4. Tổng hợp hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione theo Jin-Wei Sun ........... 13
Sơ đồ 5. Tổng hợp hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione theo Shanshan Guo ....... 13
Sơ đồ 6. Tổng hợp hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione theo Quang H. Luu........ 14
Sơ đồ 7. Tổng hợp các hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione theo L. Zhang.......... 14
Sơ đồ 8. Tổng hợp dẫn xuất 2-aryl-3-benzoyl-1H-benzo[f]indole-4,9-dione 29
............................................................................................................................ 25
Sơ đồ 9. Tổng hợp hợp chất 29a ........................................................................ 25
Sơ đồ 10. Tổng hợp hợp chất 29b ...................................................................... 29
Sơ đồ 11. Tổng hợp hợp chất 29c ...................................................................... 33
Sơ đồ 12. Tổng hợp hợp chất 29d ...................................................................... 37
Sơ đồ 13. Tổng hợp hợp chất 29e ...................................................................... 41

f


D

Ụ P Ụ Ụ

Á

Ì

P Ổ

Phụ lục 1. Phổ IR của hợp chất 29a .............................................................. 1/PL
Phụ lục 2. Phổ 1H-NMR của hợp chất 29a .................................................... 1/PL
Phụ lục 3. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 29a ........................................... 2/PL
Phụ lục 4. Phổ

13

C-NMR của hợp chất 29a .................................................. 2/PL

Phụ lục 5. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 29a ........................................... 3/PL
Phụ lục 6. Phổ IR của hợp chất 29b .............................................................. 3/PL
Phụ lục 7. Phổ 1H-NMR của hợp chất 29b .................................................... 4/PL
Phụ lục 8. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 29b ............................................ 4/PL
Phụ lục 9. Phổ

13

C-NMR của hợp chất 29b .................................................. 5/PL

Phụ lục 10. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 29b ......................................... 5/PL
Phụ lục 11. Phổ IR của hợp chất 29c............................................................. 6/PL
Phụ lục 12. Phổ 1H-NMR của hợp chất 29c.................................................. 6/PL
Phụ lục 13. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 29c ......................................... 7/PL
Phụ lục 14. Phổ

13

C-NMR của hợp chất 29c................................................. 7/PL

Phụ lục 15. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 29c ......................................... 8/PL
Phụ lục 16. Phổ IR của hợp chất 29d ............................................................ 8/PL
Phụ lục 17. Phổ 1H-NMR của hợp chất 29d .................................................. 9/PL
Phụ lục 18. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 29d .......................................... 9/PL
Phụ lục 19. Phổ 13C-NMR của hợp chất 29d ............................................... 10/PL
Phụ lục 20. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 29d ....................................... 10/PL

Phụ lục 21. Phổ 1H-NMR của hợp chất 29e................................................ 11/PL
Phụ lục 22. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 29e ....................................... 11/PL
Phụ lục 23. Phổ 13C-NMR của hợp chất 29e ............................................. 12/PL
Phụ lục 24. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 29e ....................................... 12/PL
Phụ lục 25. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 29e ....................................... 13/PL

g


Ở ẦU
Phân tích cấu trúc các hợp chất nói chung và phân tích cấu trúc hợp chất hữu cơ
nói riêng là nhiệm vụ quan trọng trong hóa phân tích hiện đại. ể phân tích cấu trúc
của các hợp chất hữu cơ, người ta phải kết hợp sử dụng nhiều phương pháp phân tích
khác nhau, vì mỗi phương pháp chỉ cho một số thông tin xác định, việc tổ hợp các
phương pháp phân tích cho ta đầy đủ các dữ liệu cho phép khẳng định chính xác cấu
trúc các hợp chất.
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. rước đây, để chứng minh cấu tạo của một chất có thể mất hàng năm hoặc
có khi k o dài nhiều năm thì nay có thể thực hiện sau vài giờ, sở dĩ làm được như vậy
là nhờ sự hỗ trợ của các phương pháp phổ hiện đại.
hông thường để xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ người ta thường sử
dụng các phương pháp như như sau phương pháp phổ như phổ hồng ngoại cho ta các
thơng số về nhóm chức, liên kết, phổ tử ngoại khả kiến cho ta biết các kiểu liên kết,
phổ cộng hưởng từ hạt nhân cho ta thông tin về khung cấu trúc, phổ khối lượng cho ta
biết thông số về khối lượng phân tử, tỷ lệ các đồng vị, nguyên tố tham gia cấu trúc
hoặc cơ chế phân mảnh.
Naphthoquinone và các dẫn xuất là lớp chất đang được các nhà khoa học quan
tâm nghiên cứu bởi khả năng tương hợp sinh học của chúng. Chúng có khả năng gây
độc tế bào, có thể ảnh hưởng đến enzym như topoisomeras - nhóm các enzym rất quan

trọng đối với sự sao chép ADN trong nhân tế bào. Các chất kháng sinh tự nhiên khung
naphthoquinone được tìm thấy trong vi khuẩn, vi nấm và thực vật. Một số hợp chất tự
nhiên và các dẫn xuất tổng hợp, bán tổng hợp như pyranonapthoquinone,
azaanthraquinone,
naphtho[2,3-b]furan-4,9-dione,
benzo[f]indol-4,9-dione,
benzo[h]cinnolin-5,6-dione có hoạt tính kháng khuẩn (đặc biệt là khuẩn Gram (+)),
kháng nấm, chống sốt rét, vi rút và chống ung thư. Do đó, việc nghiên cứu tổng hợp
lớp chất này là có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
ề tài này chúng tơi tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một s dẫn
xuất 2-aryl-3-benzoyl-1H-benzo[f]indole-4,9-dione bằ
c c p ươ
p p phổ
hiệ đại.

1


C

Ơ

1. Ổ

QU

1.1. Tổng quan các phương pháp phân tích để phân lập và xác định cấu trúc các hợp
chất
1.1.1. Các phương pháp sắc ký
Phương pháp sắc ký lớp mỏng (TLC)

Sắc ký lớp mỏng là công cụ đắc lực trong nghiên cứu hợp chất hữu cơ vì đơn
giản, ít tốn thiết bị và dung môi mà lại đạt hiệu quả cao [1,2].
Sắc ký lớp mỏng là kỹ thuật tách các chất được tiến hành khi cho pha động di
chuyển qua pha tĩnh đã đặt sẵn hỗn hợp chất cần phân tích. Pha tĩnh là chất hấp phụ
được lựa chọn tùy theo yêu cầu phân tích, được trải mỏng đồng nhất và được cố định
trên các phiến kính hoặc kim loại. Pha động là một hệ dung môi đơn hoặc đa thành
phần được trộn với nhau theo tỷ lệ nhất định tùy theo mục đích cụ thể. Trong q trình
di chuyển qua lớp hấp phụ, các cấu tử trong hỗn hợp mẫu thử được di chuyển trên lớp
mỏng theo hướng pha động, với những tốc độ khác nhau. Kết quả, ta thu được một sắc
ký đồ trên lớp mỏng.
ại lượng đặc trưng cho mức độ di chuyển của chất phân tích là hệ số di
chuyển Rf được tính bằng tỷ lệ giữa khoảng dịch chuyển của chất thử và khoảng dịch
chuyển của dung mơi (Hình 1.1). Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến giá trị Rf.

Hình 1.1. Cách tính giá trị Rf.
ác bước trong kỹ thuật sắc ký lớp mỏng (Hình 1.2):

 Chuẩn bị bản mỏng: Bản mỏng trước khi dùng phải hoạt hóa trong tủ sấy và
sấy ở 105-110°C trong một giờ.

ể nguội và bảo quản trong bình hút ẩm. Dùng bút

chì mềm kẻ bản mỏng. Vạch đường chấm chất phân tích (cách m p dưới của bản
mỏng 1,2 cm), đường giới hạn di chuyển của dung môi (cách mép trên của bản mỏng

2


0,8 cm) và đánh dấu vị trí chấm chất (các vết chấm cách nhau 0,5 cm và cách hai bờ
bên của bản mỏng ít nhất 1 cm).

 Chấm chất phân tích lên bản mỏng: Dùng ống mao quản hoặc micropipet chấm
chất lên các vị trí đã đánh dấu. Các vết chấm phải nhỏ, lượng chất phải đồng đều,
không quá lớn dễ kéo vết hoặc chồng vết, cũng không quá nhỏ khó hiện vết bằng
thuốc thử.
 Triển khai sắc ký: Bình triển khai thường là bình thủy tinh, có nắp đậy kín và
đáy phải bằng. Lót giấy lọc xung quanh thành trong của bình. Pha hệ dung mơi với tỷ
lệ thích hợp và vừa đủ, rót vào bình triển khai. Lắc rồi để giấy lọc thấm đều dung môi.
ặt bản mỏng gần như thẳng đứng với bình triển khai, các vết chấm phải ở trên bề
mặt của lớp dung môi triển khai.

ậy kín bình và để n ở nhiệt độ khơng đổi. Khi

dung môi chạy đến đường giới hạn, lấy bản mỏng ra khỏi bình và sấy khơ bản mỏng
rồi hiện vết.

 Hiện vết trên bản mỏng: Có thể hiện vết bằng cách soi V (bước sóng 254 và
365 nm) hoặc phun thuốc thử .

Hình 1.2. ác bước tiến hành sắc ký bản mỏng.
Hiện nay, chủ yếu sử dụng bản mỏng tráng sẵn silica gel Merck 60 F254, kích
thước 20×20 cm, dày 0,2 mm.
Phương pháp sắc ký cột (CC) [3]
Sắc ký cột là một dạng của sắc ký bản mỏng. Trong sắc ký cột, chất hấp phụ
pha tĩnh được nhồi trong các ống hình trụ gọi là “cột”.

hờ vậy mà có thể triển khai

nhiều hệ dung môi khác nhau từ phân cực yếu đến mạnh.
Giống như sắc ký lớp mỏng, phương pháp này cũng dựa vào độ phân cực của
các chất, những chất có ái lực lớn hơn đối với chất hấp phụ sẽ ra khỏi cột chậm hơn và

những chất có ái lực yếu hơn sẽ ra khỏi cột nhanh hơn trong quá trình sắc ký. Sự tách
trong cột xảy ra chủ yếu theo cơ chế hấp phụ hoặc phân bố tùy theo tính chất của chất
được sử dụng làm cột.
3


Kỹ thuật sắc ký cột (Hình 1.3):

 Chuẩn bị chất hấp phụ và cột: Silicagel phải được hoạt hóa ở 120°C trong 4
giờ trước khi đưa lên cột. Cột sắc ký phải là một khối đồng nhất, phải thật khô và lắp
thẳng đứng trên một giá cố định vững chắc.

 Nhồi cột: Chất hấp phụ phải được phân tán đồng đều trong cột. Có 2 cách
nhồi cột: nhồi khơ và nhồi ướt với dung môi. Sau khi đưa chất hấp phụ lên cột, rót
dung mơi vào cột và để chạy liên tục một thời gian để ổn định cột và không được để
khô dung môi trong cột.

 Đưa chất cần phân tách lên cột: Phải đưa chất lên cột sao cho chất phân tán
thành một lớp mỏng đồng đều trên mặt cột bằng phẳng. Có nhiều cách đưa chất lên
cột phương pháp dùng đĩa giấy, cho thẳng dung dịch chất cần phân tách lên cột, trộn
chất cần phân tách với một lượng chất hấp phụ…

 Rửa cột: Tùy theo chất hấp phụ dùng và yêu cầu tốc độ chảy của cột mà áp
dụng cách rửa cột bằng áp suất thường hoặc áp xuất nén. Hứng dịch chảy ra ở đáy cột
theo phân đoạn, theo thời gian hoặc bằng ống nghiệm cùng thể tích.

Hình 1.3. ác bước tiến hành sắc ký cột (CC)
1.1.2. P ươ

p

pp ổ ồ

ại (

) [4-7]

Phương pháp phân tích cấu trúc bằng phổ hồng ngoại (IR) cho nhiều thông tin
quan trọng về cấu trúc của hợp chất, đặc biệt là nhóm chức các hợp chất hữu cơ.
Nguyên tắc chung của phương pháp phổ hồng ngoại là khi ta 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. ó hai 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.
4


Mỗi dao động riêng có một mức năng lượng nhất định nên khi chiếu tia hồng
ngoại có năng lượng E= (h ) λ trong đó λ có bước sóng dài từ 100cm-1, thì các dao
động hấp thu năng lượng ở bước sóng nhất định và dao động mạnh hơn nhanh hơn. Sự
hấp thu năng lượng này được ghi lại thành biểu đồ gọi là phổ hồng ngoại.

hư vậy

mỗi pic trên phổ hồng ngoại ứng với một dao động và vì trong phân tử có nhiều loại
dao động nên phổ hồng ngoại có nhiều pic rất phức tạp. Vì thế khi phân tích phổ hồng
ngoại người ta chỉ chú ý những pic chính đặc trưng cho một số loại liên kết.
ường 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.

ăn 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.

Hình 1.4. Phổ hồng ngoại của axit benzoic ( C6H5COOH )
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. ác pic nằm trong vùng
từ 4000 – 1600 cm-1 thường được quan tâm đặc biệt, vì vùng này chứa các dải hấp thụ
của các nhóm chức, như O ,

,

=O,

≡ … nên được gọi là vùng nhóm chức.

Vùng phổ từ 1300 – 626 cm-1 phức tạp hơn và thường được dùng để nhận dạng tồn
phân tử hơn là để xác định nhóm chức. Chính ở đây các dạng pic thay đổi nhiều nhất
5


từ hợp chất này đến hợp chất khác, vì thế vùng phổ từ 1500 cm-1 được gọi là vùng vân
ngón tay.
1.1.3. P ươ

p

p p ổ cộ

ưở

từ ạt

(

)

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân, viết tắt là NMR (Nuclear Magnetic Resonance), là
phương pháp hiện đại và được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu Hóa học. Trong
phương pháp phân tích cấu trúc này, chỉ các nguyên tố có spin hạt nhân ≠0 mới được
nhận diện và phân tích. Ngày nay, có nhiều hạt nhân có thể nghiên cứu bằng kĩ thuật
MR như :

, ,

, P và F được ứng dụng hiệu quả trong xác định cấu trúc phân tử.

rong đó phổ biến nhất là phương pháp phổ 1H-NMR và
nguyên tử 1H và

13

13

C-NMR. Hạt nhân của

C có momen từ. Nếu đặt proton trong từ trường khơng đổi thì

momen từ của nó có thể định hướng cùng chiều hay ngược chiều với từ trường. ó là
spin hạt nhân có tính chất lượng tử với các số lượng tử +1/2 và -1/2 [4,5].

Hình 1.5. Hệ thống phân tích phổ hạt nhân
a. Tính chất của hạt nhân trong từ trường ngoài [4-7]
Hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương và tự quay quanh mình nó tạo nên
dịng điện vịng có momen điện từ μ, đồng thời cũng tạo ra momen quay gọi là momen
spin . hư vậy hạt nhân nguyên tử được đặc trưng bằng momen từ  và momen spin
P.

Khi đặt hạt nhân nguyên tử vào từ trường ngồi có cường độ B0 thì dưới tác
dụng của đường sức từ trường ngoài momen từ của hạt nhân bị xoay đi một hướng
nhất định trong không gian gọi là lượng tử hóa và được đặc trưng bằng số lượng tử từ
m (m có các giá trị - , + và + ) đối với các nguyên tử có hạt nhân như 1H , 13C và 31
6


P thì I chỉ có 2 giá trị là +1/2 và -1/2. Nếu gọi Z là trục của hướng từ trường ngồi B0
thì hình chiếu của μ trên trục Z là

 z và có năng lượng là E=  z .B0, lúc này có 2

trường hợp, một trường hợp momen từ của hạt nhân có hướng trùng với hướng của
momen từ ngồi B0 và có năng lượng thấp E1. rường hợp thứ 2 momen từ của hạt
nhân có hướng khơng trùng với hướng từ trường ngồi B0 và khi đó nó có năng lượng
cao E2. Hiệu số hai mức năng lượng này là năng lượng cần để chuyển hướng momen
từ của hạt nhân trùng hướng với từ ngoài: ∆E= E2- E1=

h
γB0

2

(1) (γ gọi là hằng số

hồi chuyển nó phụ thuộc vào từng loại hạt nhân).
Tỷ lệ giữa các hạt nhân năng lượng thấp N1 và hạt nhân năng lương cao

2

theo

sự phân bố Boltman.
N1
= eE / KT (2)
N2

k là hằng số phụ thuộc bản chất của hạt nhân T là nhiệt độ tuyệt đối.
b. Hằng số chắn
Bất kỳ hạt nhân nào cũng có lớp vỏ các điện tử bao bọc. ác điện tử này sinh ra
một từ trường B’ ngược chiều với từ trường ngoài B0 để che chắn cho hạt nhân, làm
giảm bớt sự tác động của từ trường ngoài lên hạt nhân. Vì thế, từ trường ngồi tác
dụng thực sự lên hạt nhân bị yếu đi, người ta gọi nó là từ trường hiệu dụng và ký hiệu
là Bc. Vì mỗi hạt nhân có một lớp vỏ điện từ xác định nên sự che chắn này là cố định
vì thế gọi nó là hằng số chắn và ký hiệu là σ, khi đó Be = B0 (1-σ).

hư thế mật độ

điện tử càng cao hằng số chắn càng lớn, từ trường hiệu dụng càng bé, hạt nhân càng
được bảo vệ, khơng bị tác dụng lớn của từ trường ngồi.
Các hạt nhân có vỏ điện tử giống nhau thì có hằng số chắn bằng nhau, các hạt

nhân như thế gọi là hạt nhân tương đương. Các hạt nhân khơng có vỏ điện từ giống
nhau, khơng có hằng số chắn bằng nhau gọi là hạt nhân khơng tương đương. Có hai
ngun nhân xuất hiện hằng số chắn:
- Hiệu ứng nghịch từ: ác điện tử bao quanh hạt nhân sinh ra từ trường ngược
chiều với từ trường ngoài làm giảm bớt (chắn bớt) sự tác dụng của nó lên hạt nhân.
Lớp vỏ điện tử càng dày, mật độ càng cao càng chắn nhiều, hằng số chắn càng lớn.
hư thế các nhóm có hiệu ứng +I có hằng số chắn lớn: CH3, C2H5… các nhóm có
7


hiệu ứng –I có hằng số bé: Cl, Br, NO2… ác hợp chất có hằng số chắn lớn nằm ở
phía trường mạnh.
- Hiệu ứng thuận từ:

ối với các hợp chất có liên kết π như olefin, ankin,

benzen và cacbonyl. Ở đây các điện tử chuyển động sinh ra dòng điện vòng và tạo ra
từ riêng cùng chiều hay ngược chiều với từ trường ngoài. Các nghiên cứu cho thấy các
hợp chất này có từ trường riêng cùng chiều với từ trường ngồi nghĩa là có hiệu ứng
thuận từ, nghĩa là hằng số chắn b , trường hiệu dụng lớn, nên các hợp chất có hằng số
chắn bé nằm ở phía trường yếu.
c. Độ dịch chuyển hóa học [4-7]
Giá trị quan trọng nhất trong phân tích

MR là độ chuyển dịch hóa học . Giá

trị này có được là do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt nhân 1H và 13C trong
ặc trưng cho các hạt nhân 1H và 13C trong

phân tử có tần số cộng hưởng khác nhau.

phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối với hạt nhân 1H thì:


 TMS  x 6
.10 ( ppm)
o

Trong đó: νTMS, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn TMS và của hạt nhân
mẫu đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ.
ối với các hạt nhân khác thì độ chuyển dịch hóa học được định nghĩa một các
tổng quát như sau


 chuan  x 6
.10 ( ppm)
o

Trong đó: νchuan, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn và của hạt nhân mẫu
đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ.
Hằng số chắn σ xuất hiện do ảnh hưởng của đám mây electron bao quanh hạt
nhân ngun 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
[6].

8

Hình 1.6. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat
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 khơng có thứ nguyên mà được tính
bằng phần triệu (ppm).

ối với 1H- MR thì δ có giá trị từ 0-12 ppm, đối với

13

C-

MR thì δ có giá trị từ 0-230 ppm.
Hằng số tương tác spin-spin J: Trên phổ NMR, mỗi nhóm hạt nhân khơng
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. ương
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 [6].
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, đặc biệt là cho biết các
thông tin về cấu trúc không gian của phân tử như cấu hình cis-trans, Z-E, syn-anti, RS, a-e…[5].

9


1.2. Tổng quan về tách chiết, tổng hợp và hoạt tính sinh học của benzo[f]indol-4,9dione
Do sự tương hợp sinh học rộng của p-indolquinone, đặc biệt là benzo[f]indol-4,9dione đã được sử dụng như một chất chống ung thư, chống nấm, kháng khuẩn, kháng
virút, chống viêm và chống đông máu [8-14].
Kinamycin A, B, C và D là lớp chất kháng sinh tự nhiên có khung benzo[f]indol4,9-dione được tách chiết từ lồi Streptomyceus murayamaceusis vào những năm

1970. Các hợp chất có cấu trúc này có khả năng kháng khuẩn Gram (+) rất mạnh [15].

Hình 1.7. Cấu trúc của Kinamycin A và Utahmycin B
ương tự như kinamycin, utahmycin B [8] và 3-metyl-1H-benzo[f]indol-4,9dione được tìm thấy trong thực vật họ Na (Goniothalamus tapis Mig và Streptomyces
albus) [9]. Các sản phẩm tổng hợp và bán tổng hợp đều có hoạt tính sinh học lý thú [8,
10-15].
ác phương pháp tổng hợp hợp chất này tập trung chủ yếu bằng việc xây dựng
vịng pyrrol trên khung 1,4-naphthoquinone (hình 1.7) như phản ứng oxy hóa gốc tự
do giữa 2-amino-1,4-naphthoquinone với β-dicacbonyl hoặc cacbonyl [16], phản ứng
Diels-Alder của indol-4,7-dione với dien liên hợp [17], phản ứng đa thành phần giữa
2-brom-1,4-naphthoquinone với amin bậc 1 và các hợp chất β-dicacbonyl [18], các
phản ứng của dẫn xuất 1,4-naphthoquinone sử dụng xúc tác kim loại chuyển tiếp [19,
20, 21,22] và phản ứng domino [23] hoặc dựa trên phản ứng cộng Micheal sử dụng
tác nhân isoxyanit [24].
Anken
Ankyl
β-carbonyl
Carbonyl
Enaminon
Vinyl azid

10


Hình 1.8. Một số phương pháp tổng hợp hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione
rong phương pháp thứ nhất, năm 1993 Hiroshi Suginome và cộng sự [25] đã
tổng hợp thành công 2,3-dihydro-lH-benzo[f]indol-4,9-dione (5a-d) từ 2-amino-l,4naphthoquinone (3) và các anken khác nhau. Phản ứng xảy ra theo cơ chế cộng quang
hóa [3+2]. Quy trình phản ứng được đưa ra trong sơ đồ 1.

ơ đồ 1. Tổng hợp hợp chất 2,3-dihydro-lH-benzo[f]indol-4,9-dione theo Hiroshi

Suginome
Tiếp theo năm 2015 bằng phản ứng one-pot, Patrice Vanelle và cộng sự đã tổng
hợp thành cơng các chất 1-metyl-1H-benzo[f]indol-4,9-dione thơng qua thơng qua
đóng vòng Sonogashira giữa 2-brom-3-(metylamino)naphthalen-1,4-dione (6) với
rượu propagylic sử dụng xúc tác Palladi để tạo thành đồng phân regio của 2- và 3(clometyl)-1-metyl-1H-benzo[f]indol-4,9-dione (8) sau khi clo hóa bằng tác nhân
SOCl2. Các hợp chất 9a-l được tạo thành sau đó khi cho hợp chất 8 tác dụng với các
andehit thơm hoặc N-(benzensunfonyl)-benzylimin với sự có mặt của TDAE ở -20oC
[26]. Quy trình phản ứng được đưa ra trong sơ đồ 2.

11


ơ đồ 2. Tổng hợp hợp chất 1-methyl-1H-benzo[f]indol-4,9-dione theo Patrice
Vanelle
rước đó, năm 2002 bằng phản ứng oxi hóa gốc tự do giữa 2-amino-1,4naphthoquinone và β-dicacbonyl sử dụng xúc tác muối Ce(IV) hoặc Mn(II), C. Tseng
và cộng sự đã tổng hợp thành công các hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione mới [16] (sơ
đồ 3).

ơ đồ 3. Tổng hợp hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione theo C. C. Tseng
Năm 2013 Jin-Wei Sun đã tổng hợp các hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione (16 và
18) thông qua phản ứng của 1,4-naphthoquinone (14) với các β-enaminone sử dụng
xúc tác muối u( ). rong trường hợp này, muối u( ) được xem như một chất xúc
tác kép, vừa đóng vai trị như một tác nhân axit Lewis vừa là chất xúc tác oxy hóa để
hình thành các liên kết mới C-C và C-N tại vị trí 2, 3 của hợp chất 14 [27] (sơ đồ 4).

12


ơ đồ 4. Tổng hợp hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione theo Jin-Wei Sun
Trong một nghiên cứu khác, bằng xúc tác Mn(II) Shanshan Guo và cộng sự đã

tổng hợp thành công các hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione mới (21) từ vinyl azid (20)
và 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone (19) [28]. Hiệu suất phản ứng đạt từ 64% đến 97%
(sơ đồ 5).

ơ đồ 5. Tổng hợp hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione theo Shanshan Guo
Khi sử dụng xúc tác muối Ce(III) với sự trợ giúp của sóng siêu âm, Quang H.
Luu cũng đã tổng hợp thành công các hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione mới (23ak) từ 1,4-naphthoquinone và α-aminoaxetal thông qua phản ứng one-pot [29] (sơ
đồ 6).

13


ơ đồ 6. Tổng hợp hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione theo Quang H. Luu
ăm 2016, bằng viêc sử dụng phản ứng domino L. Zhang và cộng sự đã tổng
hợp thành công 15 hợp chất mới có khung benzo[f]indol-4,9-dione mà khơng đi từ các
chất có khung naphthoquinone ban đầu [24]. Phản ứng được thực hiện bằng việc sử
dụng metyleneinden-1,3-dione phản ứng với TosMIC, xúc tác AgOAc. Phản ứng xảy
ra theo cơ chế cộng đóng vịng [3+2]/tạo vịng imizoyl/mở vịng cyclopropanol/tạo dị
vịng thơm. Quy trình phản ứng được đưa ra trong sơ đồ 7.

ơ đồ 7. Tổng hợp các hợp chất benzo[f]indol-4,9-dione theo L. Zhang
Từ những kết quả nghiên cứu tổng quan cho thấy rằng, các hợp chất dị vịng
khung naphthoquinone có nhiều hoạt tính sinh học.

ây là một trong những lớp chất

có nhiều tiềm năng trong việc tổng hợp thuốc chống ung thư cũng như dược phẩm
trong tương lai.
Các hợp chất dị vòng khung naphthoquinone có thể được tổng hợp theo nhiều
phương pháp khác nhau nhưng chủ yếu theo hai con đường chính đó là tổng hợp các

14


chất mới trên cơ sở khung naphthoquinone hoặc từ các tác nhân khác nhau khơng có
khung naphthoquinone có sẵn. Phản ứng xảy ra có thể xảy ra theo nhiều bước hoặc
một bước bằng phản ứng domino.
Xuất phát từ những nghiên cứu trên, luận án tập trung vào nghiên cứu tổng hợp
một số dị vịng 2-aryl-3-benzoyl-1H-benzo[f]indol-4,9-dione trên cơ sở khung
naphthoquinone có sẵn sử dụng phản ứng domino đa thành phần.

ây là một trong

những phương pháp tổng hợp mới, có hiệu quả đang được các nhà khoa học quan tâm
nghiên cứu.

15


C

Ơ

2.

Ự

Ệ

2.1. Hóa chất và phương pháp
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu

Thực hiện các phương pháp tổng hợp hữu cơ như phản ứng ngưng tụ
Knoevenagel, phản ứng cộng Michael, các phản ứng đóng vịng nội phân tử tại Phịng
ố Dược - Viện Hố học - Viện Khoa học & Cơng nghệ Việt Nam với mục đích
tổng hợp để chuẩn bị mẫu các dẫn xuất 2-aryl-3-benzoyl-1H-benzo[f]indole-4,9-dione
cho việc phân tích cấu trúc.
2.1.2. Hóa chất và dung mơi
Các hóa chất phục vụ cho việc tổng hợp hữu cơ và dung môi được mua của hãng
Merck ( ức) và Aldrich (Mỹ).
Bột silica gel cho sắc ký cột 100 - 200 mesh (Merck), bản mỏng sắc ký silicagel
đế nhôm Art. 5554 DC - Alufolien Kiesel 60 F254 (Merck).
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 chất đầu và sản phẩm.
hông thường chất đầu và sản phẩm có giá trị Rf khác nhau, màu sắc và sự phát quang
khác nhau. Dùng sắc kí lớp mỏng để kiểm tra phản ứng. Giá trị Rf của các chất phụ
thuộc vào bản chất của các chất và phụ thuộc vào dung mơi làm pha động. Dựa trên
tính chất đó, chúng ta có thể tìm được dung mơi hay hỗn hợp dung môi để tách các
chất ra xa nhau (Rf khác xa nhau) hay tìm được hệ dung mơi cần thiết để tinh chế các
chất.
2.1.4. Xác nhận cấu trúc
ể xác định cấu trúc các chất hữu cơ tổng hợp được, chúng tôi tiến hành các
phương pháp sau
- Xác định nhiệt độ nóng chảy: Nhiệt độ nóng chảy của các chất tổng hợp được
đo trên máy Buchi Melting Point B-545 tại phịng

óa dược (Viện Hố học - Viện

Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam).
- Phổ hồng ngoại (IR): Phổ IR của các chất nghiên cứu được ghi trên máy
Spectrum Two Perkin Elmer tại Phịng

óa dược, Viện Hố học, đo ở dạng ép viên
16