Phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất quinoline diketopiperazine bằng các phương pháp phổ hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

TRẦN THỊ THU HẰNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ
DẪN XUẤT QUINOLINE – DIKETOPIPERAZINE
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN -2020

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




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

TRẦN THỊ THU HẰNG

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ
DẪN XUẤT QUINOLINE – DIKETOPIPERAZINE
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
PGS.TS. CHEN XUEBING

THÁI NGUYÊN -2020

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 tại
phòng Hóa dược 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 Marie Curie – Hải Phòng đã 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

Trần Thị Thu Hằng

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




MỤC LỤC
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)........................................................... 2
1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ................................ 3
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) ........................................................ 7
1.2. Nhóm hợp chất quinoline ............................................................................... 8
1.2.1. Giới thiệu chung ...................................................................................... 8
1.2.2. Hoạt tính chống ký sinh trùng sốt rét....................................................... 9
1.2.3. Hoạt tính kháng sinh .............................................................................. 10
1.2.4. Hoạt tính chống ung thư ........................................................................ 11
1.3. Nhóm hợp chất piperazinedion ..................................................................... 11
1.4. Mục tiêu của luận văn ................................................................................... 13
Chương 2: THỰC NGHIỆM................................................................................ 15
2.1. Phương pháp nghiên cứu, nguyên liệu và thiết bị ......................................... 15
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 15
2.1.2. Hóa chất và thiết bị ................................................................................ 15
2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất bằng sắc

kí lớp mỏng ...................................................................................................... 15
2.1.4. Xác nhận cấu trúc .................................................................................. 16
2.2. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu ............................................................................. 16
2.2.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 31 ................................................................. 17
2.2.2. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 33 ................................................................. 17
2.2.3. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 35 ................................................................. 17
2.2.4. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 36 ................................................................. 18
2.3. Phân tích cấu trúc của hợp chất theo sơ đồ 2.1 ............................................. 18
2.3.1. Quy trình phân tích chất 31 và chất 33 bằng phổ IR ............................. 18
2.3.2. Quy trình phân tích chất 31 và chất 33 bằng phổ NMR ........................ 18
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




2.3.3. Phân tích cấu trúc của 31 bằng phổ 2D (HSQC, HMBC) ..................... 19
2.4. Quy trình phân tích cấu trúc của hợp chất theo sơ đồ 2.2 ............................. 19
2.3.1. Quy trình phân tích chất 35 bằng phổ IR ............................................... 19
2.4.2. Quy trình phân tích chất 35 và 36 bằng NMR ....................................... 19
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 21
3.1. Mục tiêu của đề tài ........................................................................................ 21
3.2. Phân tích cấu trúc của quinoline-piperazindinone ........................................ 21
3.2.1. Phân tích cấu trúc của hợp chất 31 ........................................................ 22
3.2.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất quinoline-piperazindione 33 ............... 26
3.3. Phân tích cấu trúc của các hợp chất plinabulin ............................................. 27
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 32
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 33

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

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CI

Phương pháp ion hóa hóa học

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

FAB

Phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh

SKLM

Sắc kí lớp mỏng

THF

Tetrahidrofuran

TMS

Chất chuẩn nội tetrametylsilan

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




DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của Dichloromethane................................................... 3
Hình 1.2. Mô phỏng spin của electron .................................................................. 3
Hình 1.3. Phổ 1H-NMR của 4-hydroxybenzylalcohol .......................................... 5
Hình 1.4. Phổ 13C-NMR của methyl methacrylate ................................................ 6
Hình 1.5. Phổ HSQC của một hợp chất hữu cơ..................................................... 6
Hình 1.6. Phổ HMBC của Gentisamide (2,5 – Dihydroxybenzamide) ................. 7
Hình 1.7. Phổ EI-MS và cơ chế phân mảnh của benzamid ................................... 8
Hình 1.8. Một số hợp chất diketopiperazin ......................................................... 13
Hình 3.1. Phổ IR của hợp chất 31........................................................................ 22
Hình 3.2. Phổ 1H-NMR của hợp chất 31 ............................................................. 23
Hình 3.3. Phổ 13C-NMR của hợp chất 31 ............................................................ 24
Hình 3.4. Phổ HSQC của hợp chất 31 ................................................................. 25
Hình 3.5. Phổ HMBC của hợp chất 31 ................................................................ 25

Hình 3.6. Phổ 1H-NMR của hợp chất 33 ............................................................. 27
Hình 3.7. Phổ 1H-NMR của hợp chất 35 ............................................................. 28
Hình 3.8. Phổ 13C-NMR của hợp chất 35 ............................................................ 29
Hình 3.9. Phổ 1H-NMR của hợp chất 36 ............................................................. 30
Hình 3.10. Phổ 13C-NMR của hợp chất 36 .......................................................... 30

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 2.1. Quy trình chuẩn bị mẫu quinoline-diketonpiperazine ............... 16
Sơ đồ 2.2. Quy trình chuẩn bị mẫu plinabulin ............................................ 16

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, hóa dược 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, người ta 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.
Các dẫn xuất của quinoline thường có hoạt tính sinh học quý như chống ký
sinh trùng sốt rét, hoạt tính kháng sinh và hoạt tính chống ung thư, do đó nhóm chất
này đã được ứng dụng rộng rãi trong lâm sàng để điều trị bệnh. Một trong những ứng
dụng quan trọng nhất của quinoline là xây dựng khung cấu trúc của thuốc chống sốt
rét.

Piperazinedione hay còn gọi là diketopiperazine là lớp cấu trúc phổ biến nhất
được tìm thấy trong tự nhiên, có nhiều hoạt tính sinh học quý như: ức chế chu kỳ phát
triển tế bào động vật có vú đặc biệt là hoạt tính ức chế trùng hợp tubulin. Do đó, các
hợp chất diketopiperazine được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tổng hợp.
Sự kết hợp giữa quinoline và diketopiperazine sẽ tạo thành nhóm hợp chất mới
có cấu trúc rất phức tạp nên việc nghiên cứu phân tích cấu trúc của chúng đòi hỏi kết
hợp nhiều phương pháp phân tích phổ khác nhau. Do đó luận văn “Phân tích cấu
trúc của một số dẫn xuất quinoline-diketopiperazine 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)
Để giải thích cấu tạo các hợp chất hữu cơ hiện nay nguời ta sử dụng nhiều
phương pháp vật lý khác nhau nhưng trước tiên là các phương pháp phổ như phổ
hồng ngoại (IR), tử ngoại-khả kiến (UV-VIS), phổ huỳnh quang lân quang, phổ cộng
hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối lượng (MS)…
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. 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 4000650cm-1. Vùng phổ từ 4000 - 1500cm-1 được gọi là vùng nhóm chức vì chứa hầu hết
các đỉnh hấp thụ 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 đỉnh
dao động hóa trị của X-H (X: O, N, C, S, P); vùng 2400 -1900cm-1 gồm các đỉnh do
dao động hóa trị của các nhóm mang liên kết ba hoặc hai liên kết đôi kề nhau; vùng
1900 - 1500cm-1 chứa các đỉnh hấp thụ của 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 đỉnh hấp thụ đặc trưng cho dao động hóa trị của các liên kết đơn như CC, C-N, C-O và các đỉnh hấp thụ 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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




chức, vì ngoài đỉnh hấp thụ trên còn có nhiều đỉnh hấp thụ xuất hiện do tương tác
mạnh giữa các dao động.

Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của Dichloromethane
1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Thông thường, hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương và luôn tự quay
quanh mình nó, khi quay nó sinh ra momen 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.

Hình 1.2. Mô phỏng spin của electron
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. Phổ NMR dựa trên sự ghi lại quá trình cộng hưởng từ

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




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 1H 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.


 TMS  x
.106  a ppm
o

νTMS, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn nội 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
.106  a 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.
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 13C-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

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




Phổ proton 1H-NMR
Trong phổ 1H-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 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.

Hình 1.3. Phổ 1H-NMR của 4-hydroxybenzylalcohol
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 13C-NMR
cũng được tính bằng ppm nhưng với dải đo rộng hơn phổ proton, từ 0-230ppm. 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.

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




Hình 1.4. Phổ 13C-NMR của methyl methacrylate
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.

Hình 1.5. Phổ HSQC của một hợp chất hữu cơ
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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




cacbon bậc bốn vì nó thể hiện mối liên quan của tín hiệu proton 1H ở một nguyên tử
13

C với tín hiệu của 13C khác ở cách xa nó 2-3 liên kết.

Hình 1.6. Phổ HMBC của Gentisamide (2,5 – Dihydroxybenzamide)
Như vậy, phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) một chiều và hai chiều cho ta
biết chi tiết về cấu trúc phân tử.
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS)
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, định
tính và 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.

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




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 bán 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.

Hình 1.7. Phổ EI-MS và cơ chế phân mảnh của benzamid
Khi phân tích phổ khối lượng là tìm mối liên quan giữa 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.
1.2. Nhóm hợp chất quinoline
1.2.1. Giới thiệu chung
Quinoline là hợp chất dị vòng quan trọng, có hoạt tính sinh học quý như kháng
sốt rét, kháng khuẩn, kháng nấm, chống ung thư… Do có hoạt tính sinh học này nên

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




việc tổng hợp các hợp chất này rất được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu
[1].
Công thức phân tử của quinoline là C9H7N, khối lượng phân tử: 129.16 đvC

Quinoline
Xét về mặt cấu trúc, quinoline có cấu trúc vòng phẳng, trong đó tất cả các
nguyên tử carbon cũng như nguyên tử nitơ đều ở trạng thái lai hóa sp2. Các orbital p
của thành phần pyridine trong phân tử tạo thành hệ liên hợp thơm, cũng xen phủ với
các orbital p của vòng benzene tạo thành một hệ liên hợp khép kín trong toàn bộ phân
tử phẳng. Tổng số điện tử π trong hệ liên hợp này là 10, thỏa mãn điều kiện 4n + 2
cho nên hệ liên hợp có tính thơm. Trên nguyên tử nitơ ngoài đôi điện tử π của liên
kết C=N tham gia vào hệ liên hợp nói trên vẫn còn một đôi điện tử tự do phân bố trên
orbital sp2 và nguyên tử nitơ này sẽ thể hiện tính base.
1.2.2. Hoạt tính chống ký sinh trùng sốt rét
Vào năm 1820 một hợp chất có khung quinine được phân lập từ cây Canh-kina, bởi các nhà khoa học người Pháp Pierre Joseph Pelletier và Joseph Bienaime
Caventou được đặt tên là quinine, xuất phát từ tên tiếng Tây Ban Nha gọi tên thực
vật trên là quina. Hợp chất này đã được phát hiện có khả năng chống ký sinh trùng

sốt rét, được sử dụng điều trị sốt rét những năm đầu thế kỷ XX. Dựa trên khung cơ
bản này, người ta đã tổng hợp hàng loạt các dẫn chất và phát hiện chloroquine và
mefloquine có hoạt tính chống sốt rét mạnh hơn so với quinine.

1
2
3
Nhóm chất quinoline có khả năng ức chế mạnh ký sinh trùng sốt rét khi có các
nhóm thế ở các vị trí C-2, C-4 và C-8. Cơ chế hoạt động của nhóm thuốc này đến nay
chưa thực sự rõ ràng, có nhiều giả thiết khác nhau nhưng người ta tin rằng các hợp
chất quinoline ức chế quá trình polyme hóa của nhân heme của ký sinh trùng, ngăn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




chặn quá trình polyme hóa trong bào chất (cytoplasma) để hình thành hemozoin dẫn
đến sự tích tụ quá nhiều heme tự do là nguồn gây độc cho tế bào của ký sinh trùng.
1.2.3. Hoạt tính kháng sinh
Các hợp chất quinoline có chứa nhóm thế cacboxilic tại vị trí C-3 và nhóm
ketone tại vị trí C-4 có hoạt tính kháng sinh mạnh, nhóm chất này được biết đến với
tên gọi khác là kháng sinh dòng quinolone. Thế hệ đầu tiên của nhóm kháng sinh này
là acid nalidixic, sau đó người ta đã thiết kế các dòng kháng sinh thuộc thế hệ thứ hai,
thế hệ thứ ba của quinolone được phát triển nhờ gắn thêm các nhóm thế ở các vị trí
N-1, C-6 và C-7 trên khung quinoline.

Nhóm quinolone có phổ kháng khuẩn rộng, kháng được hầu hết các vi khuẩn
thuộc cả hai nhóm Gram (-) và Gram (+), đặc biệt khi gắn thêm flo vào vị trí C-6 đã
tạo ra nhiều dòng kháng sinh mới có nhiều ưu điểm vượt trội. Ví dụ, một số kháng
sinh thuộc quinolone: kháng sinh thế hệ thứ 2 như norfloxacin, oflocacine,

ciprofloxacine… kháng sinh thế hệ 3 như sparfloxacine, levofloxacine, DU-6859, các
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




kháng sinh này có thể kháng được nhiều dòng vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm trong đó
có treptococci và stamphylococci.
1.2.4. Hoạt tính chống ung thư
Nhóm chất quinoline có khả năng kháng ung thư mạnh với cơ chế lý thú và
can thiệp chọn lọc vào quá trình phát triển của tế bào ung thư. Các hợp chất quinoline
hiện nay đang được sử dụng trong lâm sàng để điều trị nhiều loại ung thư, ví dụ
camptothecin và iriotecan đây là hai hợp chất thuộc nhóm quinoline. Hợp chất
camptothecin được phân lập từ loài thực vật Camptotheca acuminate khả năng gắn
kết mạnh mẽ với enzym tháo xoắn DNA topoisomerase và làm bền hóa trạng thái
xoắn của DNA làm cho DNA không thể tháo xoắn để tiếp tục nhân bản theo chu trình
phát triển, tế bào ung thư sẽ bị chết theo lập trình. Do có hoạt tính lý thú nên các nhà
hóa học không ngừng nghiên cứu để tìm ra các phương pháp mới tổng hợp các hợp
chất quinolone.

1.3. Nhóm hợp chất piperazindione
Piperazindione là lớp cấu trúc phổ biến nhất được tìm thấy trong tự nhiên, có
nhiều hoạt tính sinh học quý như:

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




R

H

O

OR O
OH

MeO

N

O

R2

O
OH
N

N

HN

N
H

R1

N

N
H

H

N

N
H

O

O

( 17 ) Cyclotryprostatin A, R= H (19) Cyclotryprostatin C, R 1 = H, R 2=OH
( 18 ) Cyclotryprostatin B, R= Me (20 ) Cyclotryprostatin D, R 1 = R 2 = H

(15) Tryprostatin A, R= OMe
(16) Tryprostatin B, R= H

O
MeO

O
N

NH

N

N
H

N
NH

HN
O

O

(21) Fumitremorgin C

(22) (-)-Phenylahistin

Tryprostatins A (15) và B (16) có hoạt tính ức chế khối u [5,6],
Cyclotryprostatin A-D (17-20) có hoạt tính ức chế chu kỳ phát triển tế bào động vật
có vú [7], Fumitremorgin C (21) là một chất ức chế BCRP/ABCG2 làm kháng trung
gian trong hóa trị liệu để điều trị ung thư vú [8], phenylahistin (22) 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 piperazindione 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…
O
O

NH
N
N
H

O
NH

NH
HN

O
HN

23 (Requef otine)

HN

O
25 Cyclo(Phe-Trp)
O

O

O
NH
HN
O
26 Cyclo(Phe-His)

NH
N

NH
HN

NH

HN

N

O
24 Cyclo(Trp-His)

N

NH

NH

N
NH

O
27 Cyclo(Phe-dehydroHis)

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

NH

HN
O
28 Cyclo(Lue-Trp)




Hình 1.8. Một số hợp chất diketopiperazin
Các hợp chất piperazindione 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 piperazindione là đối tượng cho việc nghiên cứu phát triển thuốc. Cấu
trúc của piperazindione 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 và aurantiamin [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 bằng các 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 Yamazaki và cộng sự đã tổng hợp các dẫn xuất mới của plinabulin nhờ
thay thế nhóm imidazole bằng nhóm oxazole nhận được hợp chất có hoạt tính ức chế
tế bào ung thư HT-29 ở nồng độ 4 nM (mạnh hơn so với plinabulin) [19]. Tiếp theo,

năm 2009 và 2010, nhóm nghiên cứu này lại tổng hợp nhiều hợp chất lai nhạy sáng
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 piperazindione đã thu hút
được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới.
1.4. Mục tiêu của luận văn
Quinoline và piperazindinone đều là các nhóm chất dị vòng có cấu trúc hoá
học rất phức tạp, đặc biệt khi các khung cấu trúc này có liên kết với nhiều nhóm thế
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




khác nhau ở các vị trí khác nhau trên khung cấu trúc. Việc gắn kết hai khung cấu trúc
này sẽ trở thành một nhóm chất mới có khung cấu trúc phức tạp hơn do kế thừa các
đặc tính về cấu trúc của hai khung quinoline và piperazindione, do đó việc nghiên
cứu phân tích cấu trúc của lớp chất lai này, đòi hỏi phải kết hợp được nhiều phương
pháp pháp phổ cùng lúc, ngoài ra việc phân tích này sẽ rất có ý nghĩa khoa học và
thực tiễn nhằm tìm ra các bước đơn giản và hiệu quả để phân tích cấu trúc của nhóm
chất này, đây là sẽ là bước tiền đề cho các nghiên cứu phân tích định tính và định
lượng ở bước sau.
Sau khi chuẩn bị các hợp chất thuộc lớp chất quinoline-diketonpiperazine,
plinabulin bằng các phản ứng tổng hợp hữu cơ sẽ được tiến hành phân tích cấu trúc
bằng các phương pháp pháp phổ hiện đại. Để phân tích cấu trúc ta cần phải kết hợp
nhiều phương pháp phân tích khác nhau như phổ IR, phổ NMR-1D và NMR-2D.

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 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). Silica gel 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, sắc kí lớp mỏng, bao gồm n-hexane,
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; 4-chloro2,8 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 Buchi
Máy FT-IR Simadzu
Máy cộng hưởng từ hạt nhân NMR hãng Bruker Avance II 500 dùng để ghi
phổ 1H, 13C, HSQC, HMBC.
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

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




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:
Phổ IR được đo phản xạ và ép viên KBr trên máy Simadzu, phổ 1H-NMR
(500MHz), 13C-NMR (125MHz) và phổ HSQC, HMBC 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.
2.2. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu
Các mẫu nghiên cứu được chuẩn bị nhờ phản ứng tổng hợp hữu cơ hiện đại
theo hai sơ đồ như sau:
CHO

NO2 Cl
1.0 eq
N

O
Ac

CH3

N
N
O

29

Ac

CHO

NO2 Cl
Me

30

1.5 eq CsCO3 ,
DMF, r.t

NO2 Cl

N

N
O

Ac 1.5 eq CsCO3
DMF, 
3.0 eq MeI

O
Me

NO 2
N

CH3

32

1.0 eq

O

N
N

N
CH3

31

Me

NO2

O
33

Sơ đồ 2.1. Quy trình chuẩn bị mẫu quinoline-diketonpiperazine

Sơ đồ 2.2. Quy trình chuẩn bị mẫu plinabulin

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




2.2.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 31
Dung dịch 1,4-diacetyl-2,5-piperazinedione (29) (1,0 equiv.) và 4-chloro-8methylquinoline-2-carbaldehyde derivatives (1,5 equiv.) trong DMF (10 mL) khô
được làm lạnh đến 0oC. Dung dịch CsCO3 (3,0 equiv.) trong DMF (10 mL) khô được
thêm vào từng giọt trong 30 phút. Sau khi thêm, đặt hỗn hợp ở nhiệt độ phòng và
khuấy trong 24 giờ. Sau đó, thêm 50 ml nước vào hỗn hợp phản ứng và chiết hỗn hợp
bằng ethyl acetate. Pha hữu cơ được rửa bằng nước và nước muối bão hòa. Làm khô
pha hữu cơ bằng MgSO4, lọc chất làm khô và bay hơi dung môi trong hợp chất thô
có chứa chân không 31, sau đó được tinh chế bằng sắc ký cột trên silica gel (HexaneEtOAc, 8: 2) để thu được hợp chất tinh khiết 31.
2.2.2. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 33
Dung dịch hợp chất (31) (1,0 equiv.) và 4-nitrobenzaldehyd (32) (1,5 equiv.)
và MeI (3,0 equiv.) trong DMF khô (5 mL) được làm lạnh đến 0oC. Sau đó thêm vào
từng giọt dung dịch CsCO3 (3,0 equiv.) trong DMF khô (5 mL) trong 30 phút. Sau
khi thêm, đặt hỗn hợp đến 80oC và khuấy trong 24 giờ. Sau đó, thêm nước (50 mL)
vào hỗn hợp phản ứng và chiết hỗn hợp bằng ethyl acetate. Pha hữu cơ được rửa bằng
nước và nước muối bão hòa. Làm khô pha hữu cơ bằng muối MgSO4, lọc chất làm
khô và bay hơi dung môi trong hợp chất thô có khả năng chứa 33, sau đó được tinh
chế bằng phép sắc ký cột trên silica gel (Hexane-EtOAc, 8: 2) để thu được hợp chất
tinh khiết 33.
2.2.3. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 35
Dung dịch 1,4-diacetyl-2,5-piperazinedione (29) (1,0 equiv.) và 4methoxybenzaldehyd (34) (1,5 equiv.) và MeI (1,5 equiv.) trong DMF khô (10 mL)
đã được làm mát đến 0oC. Dung dịch CsCO3 (3,0 equiv.) trong DMF khô (10 mL)
sau đó được thêm vào từng giọt trong 30 phút. Sau khi thêm, đặt hỗn hợp ở nhiệt độ

phòng và khuấy trong 24 giờ. Sau đó, thêm nước (50 mL) vào hỗn hợp phản ứng và
chiết hỗn hợp bằng ethyl acetate. Pha hữu cơ được rửa bằng nước và nước muối bão
hòa. Làm khô pha hữu cơ bằng MgSO4, lọc chất làm khô và bay hơi dung môi trong
hợp chất thô có khả năng 35, sau đó được tinh chế bằng phép sắc ký cột trên silica
gel (Hexane-EtOAc, 9: 1) để thu được hợp chất tinh khiết 35.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




2.2.4. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 36
Dung dịch hợp chất (35) (1,0 equiv.), 4-methoxybenzaldehyde (34) (1,5
equiv.) và MeI (1,5 equiv.) trong DMF khô (5 mL) đã được làm mát đến 0oC. dung
dịch CsCO3 (3,0 equiv.) trong DMF khô (5 mL) được thêm vào từng giọt trong 30
phút. Sau khi thêm, đặt hỗn hợp đến 80oC và khuấy trong 24 giờ. Sau đó, thêm nước
(50 mL) vào hỗn hợp phản ứng và chiết hỗn hợp bằng ethyl acetate. Pha hữu cơ được
rửa bằng nước và nước muối bão hòa. Làm khô pha hữu cơ bằng muối MgSO4, lọc
chất làm khô và bay hơi dung môi trong hợp chất thô có khả năng chứa hợp chất 36,
sau đó được tinh chế bằng phép sắc ký cột trên silica gel (Hexane-EtOAc, 9: 1) để
thu được hợp chất tinh khiết 36.
2.3. Phân tích cấu trúc của hợp chất theo sơ đồ 2.1
2.3.1. Quy trình phân tích chất 31 và chất 33 bằng phổ IR
Cân 2 mg hợp chất 31 hoặc chất 33 được trộn với 100 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 Simadzu tại phòng Hóa dược - Viện Hóa học Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Chất 31, IR (KBr) cm-1: 3080; 3040; 2924; 2852; 1681; 1629; 1579; 1525;
1429; 1361; 1217; 1188; 835; 746.
Chất 33, IR (KBr) cm-1: 3074; 2922; 2848; 1716; 1688; 1583; 1527; 1508;
1300; 1249; 1097; 1029; 825; 729

2.3.2. Quy trình phân tích chất 31 và chất 33 bằng phổ NMR
25mg chất 31 hoặc hợp chất 33 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 XL500 tần số 500 MHz với TMS là chất chuẩn nội, tại Trung tâm Phân tích cấu trúc Viện Hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam.

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