Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích cấu trúc của một số dẫn xuất indenoisoquinolin có hình thành từ phản ứng giữa Indeno[1,2-c]Isochromen-5,11-đion và các amin bậc 1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ THU HÀ

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ THU HÀ

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

Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 8440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LỤC QUANG TẤN

THÁI NGUYÊN - 2018


LỜI CẢM ƠN
Với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm
ơn TS. Lục Quang Tấn – Giảng viên Phân hiệu Đại học Thái Nguyên
tại tỉnh Lào Cai đã tin tưởng giao đề tài, định hướng nghiên cứu, tận
tình hướng dẫn và tạo những điều kiện tốt nhất cho tơi hồn thành
luận văn thạc sĩ này.
Tơi xin gửi lời trân trọng cảm ơn tới GS.TS Nguyễn Văn Tuyến,
TS Phạm Thế Chính cùng các thầy cơ khoa Hóa học trường Đại học
Khoa Học – Đại học Thái Ngun đã tạo điều kiện giúp đỡ tơi trong
q trình triển khai nghiên cứu, thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo cùng các cán bộ, kĩ
thuật viên phịng Hóa Dược thuộc viện Hóa học, Viện hàn lâm khoa
học và công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ tơi trong q
trình triển khai nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình tơi, bạn
bè và đồng nghiệp của tôi - những người đã luôn bên cạnh động viên
và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này.

Hà nội,ngày 21 tháng 5 năm 2018
Học viên

Nguyễn Thị Thu Hà

i

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
MỤC LỤC ...................................................................................................................... ii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................................iv
DANH MỤC SƠ ĐỒ.......................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................vi
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN ...............................................................................................2
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc. ..................................................2
1.1.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ...............................................2
1.1.2.Phương pháp phổ hồng ngoại (IR). ........................................................................5
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) .......................................................................7
1.1.4. Phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H .......................................9
1.1.5. Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C ..........................................................15
1.1.6. Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều 2D–NMR ...............................18
Chương 2: THỰC NGHIỆM .........................................................................................23
2.1. Hóa chất và thiết bị .................................................................................................23
2.1.1. Hóa chất và dung mơi ..........................................................................................23
2.1.2. Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc ...............................................................23
2.1.3. Phân tích xác định cấu trúc, định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các
sản phẩm tổng hợp được................................................................................................23
2.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc các dẫn xuất indenosiquinolin ......................24
2.2.1. Phân tích cấu trúc hợp chất 7...............................................................................24
2.2.2. Phân tích hợp chất 8 ............................................................................................27
2.2.3. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 9 .................................................28
Chương 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN ...........................................................................30
3.1 Sơ đồ chuẩn bị các mẫu phân tích ...........................................................................30
3.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 7..................................................................................30
3.2.1. Phân tích cấu trúc hợp chất 7 bằng phổ 1H-NMR ...............................................31
3.2.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 7 bằng phổ 13C-NMR .............................................33

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

ii


3.3.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng 1H-NMR ......................................................35
3.3.3. Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng 13C-NMR....................................................37
3.4. Phân tích cấu trúc hợp chất indenoisoquinolin 9 .....................................................41
3.4.1. Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng phổ hồng ngoại (IR) ....................................41
3.4.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR ........42
3.4.3. Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng 13C-NMR .....................................................43
KẾT LUẬN ...................................................................................................................45
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................46
PHỤ LỤC ......................................................................................................................50

iii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
13

C- NMR:
H-NMR:
TLC(Thin Layer
Chromatography)
IR(Infrared
Spectrocoppy)
EI-MS(Electronic
Impact Mass

Spectrocopy)
HMBC
HMQC
HSQC
HMBC:
TOCSY:
HMQC-TOCSY:
1

Hz
COSY:
NOESY
ROESY
COLOC
APT
DEPT

Nuclear Magnetic Resonance Spectroocopy
Proton Nuclear Magenetic Resonance Spectroocopy
Sắc ký lớp mỏng(SKLM)
Phổ hồng ngoại
Phổ khối lượng

Heterronuclear Multiple Bond Correlation
Heterronuclear Multiple Quantum Corehence
Heterronuclear Single Quantum Corehence
Heteronuclear Multiple-Bond Correlation
Total Correlation Spectroscopy
Heteronuclear Multiple-Quantum Correlation with
additional TOCSY transfer

Hertz
Correlation Spectroscopy
Nuclear Overhauser effect spectroscopy
Rotational frame nuclear Overhauser effect spectroscopy
Correlation spectroscopy for Long- Rang Couplings
Attached Proton Test
Distortioness Enhancement by Polarization Transfer

iv


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

v


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

Hình 1.8. Phổ 1H-NMR của 1,3,4-tribrombut-1-in ............................................. 13
Hình 1.9. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của stirenoxit ............................. 13
Hình 1.10 Phổ lí thuyết hệ ABX với JAX và JBX a) ngược dấu, b) cùng dấu ... 14
Hình 1.11. Phổ lý thuyết A2B2 ............................................................................ 15
Hình 1.12. Phổ CHTN–13C có tương tác C–H (a) và xóa tương tác C–H (b) .... 17
Hình 1.13. Phổ 2DJ-13C-NMR của hexan ........................................................... 19
Hình 3.1. Phổ 1H-NMR của hợp chất 7............................................................... 31
Hình 3.2. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 7 .............................................. 32
Hình 3.3. Phổ 13C-NMR của hợp chất 7 ............................................................. 33
Hình 3.4. Phổ 13C-NMR giãn rộng của hợp chất 7 ............................................. 33
Hình 3.5: Phổ IR của hợp chất 8 ......................................................................... 35
Hình 3.6. Phổ 1H-NMR của hợp chất 8............................................................... 36
Hình 3.7. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 8 .............................................. 37
Hình 3.8. Phổ 13C-NMR của hợp chất 8 ............................................................. 38
Hình 3.9. Phổ HMBC giãn của hợp chất 8 ......................................................... 39
Hình 3.10. Phổ HMBC giãn vùng cacbon thơm của hợp chất 8......................... 40
Hình 3.11. Phổ HSQC giãn của hợp chất 8......................................................... 40
Hình 3.12. Phổ IR của hợp chất 9 ....................................................................... 41
Hình 3.13. Phổ 1H-NMR của hợp chất 9............................................................. 42
Hình 3.14. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 9 ............................................ 43
Hình 3.15. Phổ 13C-NMR của hợp chất 9 ........................................................... 43
vi


MỞ ĐẦU
Trong cơ thể sống, enzym topoisomerase xúc tác cho nhiều thay đổi về
cấu trúc của DNA, tạo điều kiện cho những quá trình sinh lý quan trọng diễn ra
bên trong tế bào như phiên mã, sao mã và phân ly vào nhiễm sắc thể.
Topoisomease là những đích hiệu quả trong chống ung thư do enzym này hoạt
động rất mạnh ở các tế bào đang tăng sinh đặc biệt là các tế bào ung thư

[5,7,19,20,21].
Indenoisoquinoline là nhóm chất thể hiện hoạt tính ức chế topoisomerase I, do
có đặc tính ổn định, không bị thủy phân, không gây độc giống như
Camptothecin nên trong thời gian gần đây có rất nhiều cơng trình nghiên cứu
nhằm cải thiện và nâng cao hoạt tính sinh học của các indenoisoquinolin, một số
dẫn chất như Indotecan (2) và Indimitecan (3) đã được đưa vào nghiên cứu thử
nghiệm lâm sàng giai đoạn II. Các hợp chất này có hoạt tính cao hơn so với
thuốc hệ camptothecin nhưng không gây hiệu ứng phụ, đặc biệt bền, không bị
thủy phân vì khơng có vịng lacton [6,9,10,12, 14, 15].

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


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc.
1.1.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (phổ CHTHN) viết tắt của tiếng Anh là NMR
(nuclear Magnetic Resonance) là một phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu
cấu tạo của các hợp chất hữu cơ, nó có ý nghĩa quan trọng để xác định cấu tạo
các hợp chất hữu cơ phức tạp như các hợp chất thiên nhiên, các thuốc chữa
bệnh, các chất trong thành phần dầu mỏ. Phương pháp phổ biến được sử dụng là
CHTHN- 1H và phổ CHTHN- 13C. Hạt nhân của nguyên tử 1H và

13

C có

momen từ. Nếu đặt proton trong từ trường khơng đổi thì moment từ của nó có
thể định hướng cùng chiều hay ngược chiều với từ trường. Đó là spin hạt nhân
có tính chất lượng tử với các số lượng tử +1/2 và -1/2 [2].
Độ chuyển dịch hoá học
Hằng số chắn và từ trường hiệu dụng:
Hằng số chắn xuất hiện do hai nguyên nhân:
- Hiệu ứng nghịch từ: các điện tử bao quanh nguyên tử sinh ra một từ
trường riêng, ngược chiều với từ trường ngồi nên làm giảm tác dụng của nó lên
hạt nhân nguyên tử. Lớp vỏ điện tử càng dày đặc thì từ trường riêng ngược chiều
với từ trường ngồi càng lớn tức hằng số chắn càng lớn.
- Hiệu ứng thuận từ: bao quanh phân tử là lớp vỏ điện tử, các điện tử này
chuyển động sinh ra một dòng điện vịng, do đó xuất diện một từ trường riêng có
hướng thay đổi ngược hướng hoặc cùng hướng với từ trường ngoài. Tập hợp tất
cả các điểm trên các đường sức mà tại đó tiếp tuyến vng góc với từ trường
ngồi sẽ tạo nên một mặt parabol. Phía trong mặt parabol, từ trường tổng hợp
nhỏ hơn B0 vì từ trường riêng ngược hướng với từ trường ngồi, cịn phía ngồi
parabol thì từ trường tổng hợp lớn hơn B0 vì từ trường riêng cùng hướng với từ
trường ngồi. Do đó hằng số chắn phía ngồi parabol nhỏ cịn phía trong thì có
2


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

bên cạnh. Độ chuyển dịch hóa học của 13C trong các hợp chất hữu cơ biến đổi
trong khoảng từ 0-230ppm (so với TMS) tức là lớn gấp 20 lần so với sự biến đổi
độ chuyển dịch hóa học của 1H.
TMS là chất có hằng số chắn lớn nhất nên dùng nó làm chất chuẩn để đo
độ chuyển dịch hố học.Đối với hạt nhân 1H thì: 0 H TMS TMS H
 Ở đây, σ TMS là hằng số chắn của chất chuẩn TMS
(tetrametylsilan), σH là hằng số chắn của hạt nhân mẫu đo, ν TMS ν H là tần số
cộng hưởng của chất chuẩn và của hạt nhân mẫu đo. Hằng số chắn σ xuất hiện
do ảnh hưởng của đám mây electron bao quanh hạt nhân nguyên tử, do đó tuỳ
thuộc vào vị trí của hạt nhân 1H và

13

C trong phân tử khác nhau mà mật độ

electron bao quanh nó khác nhau dẫn đến chúng có giá trị hằng số chắn σ khác
nhau và do đó độ chuyển dịch hoá học của mỗi hạt nhân khác nhau. Tổng quát:
δ = σTMS – σX σX: hằng số chắn của chất cần đo. δ khơng có thứ ngun mà
được tính bằng phần triệu (ppm). Đối với phổ CHTHN 1H thì δ có giá trị từ 1
đến 12 ppm cịn phổ 13C thì δ có giá trị từ 0 đến 220ppm. Vậy độ chuyển dịch
hoá học δ là đại lượng đặc trưng cho những hạt nhân cùng loại của một đồng vị
bị che chắn tương đương nhau trong một hợp chất. Nó khơng phụ thuộc vào
thiết bị bên ngồi (cường độ từ trường hay tần số sóng) khơng có thứ ngun và
được tính bằng ppm
Do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt nhân 1H và 13C trong phân tử
có tần số cộng hưởng khác nhau. Đặc trưng cho các hạt nhân 1H và 13C trong
phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối với hạt nhân 1H thì:


 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.
3


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

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 nguyên tử, do đó tùy thuộc vào vị trí của hạt nhân 1H và 13C trong phân
tử khác nhau mà mật độ electron bao quanh nó khác nhau dẫn đến chúng có giá
trị hằng số chắn σ khác nhau và do đó độ chuyển dịch hóa học của mỗi hạt nhân
khác nhau. Theo đó proton nào cộng hưởng ở trường yếu hơn sẽ có độ chuyển
dịnh hóa học lớn hơn [1].
Dựa vào độ chuyển dịch hóa học  ta biết được loại proton nào có mặt
trong chất được khảo sát. Giá trị độ chuyển dịch hóa học khơng có thứ ngun
mà được tính bằng phần triệu (ppm). 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
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. Tương tác đó thể hiện qua các electron liên kết. Giá trị J phụ thuộc
vào bản chất của hạt nhân tương tác, số liên kết và bản chất các liên kết ngăn
giữa các tương tác [1].
Hằng số tương tác spin-spin J được xác định bằng khoảng cách giữa các hợp
phần của một vân phổ. Dựa vào hằng số tương tác spin-spin J ta có thể rút ra kết
luận về vị trí trương đối của các hạt nhân có tương tác với nhau [2].
Ở hợp chất VIII, hai proton Hc và Hd ứng với kí hiệu A và B, proton Hb ứng
với kí hiệu X. Vân cộng hưởng của proton Hd ở 6,67 ppm bị tách thành 4 hợp phần
với Jcd=16Hz và Jbd= 8Hz. Proton Hc cộng hưởng ở trường mạnh hơn ,6,05 ppm .
Tín hiệu của Hc cũng là một vân bốn. Ở vân này cũng xác định được Jcd=16 Hz và
4


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

Hình 1.1: Phổ 1H NMR của 1-xiclopentylbut-1-en-3-on
1.1.2.Phương pháp phổ hồng ngoại (IR).
Khi các phân tử hấp thụ năng lượng từ bên ngồi có thể dẫn đến q trình
quay, dao động xung quanh vị trí cân bằng của nó. Tùy theo năng lượng kích
thích lớn hay nhỏ có thể xảy ra q trình quay, dao động hay cả quay và dao
động đồng thời. Để kích thích các q trình trên có thể sử dụng tia sáng vùng
hồng ngoại (phổ hồng ngoại) hoặc tia khuyếch tán Raman (phổ Raman).
Bức xạ hồng ngoại bao gồm một phần của phổ điện từ, đó là vùng bước

sóng khoảng 10-4 đến 10-6 m. Nó nằm giữa vi sóng và ánh sáng khả kiến. Phần
của vùng hồng ngoại được sử dụng nhiều nhất để xác định cấu trúc nằm trong
giữa 2,5x10-4 và 16x10-6 m. Đại lượng được sử dụng nhiều trong phổ hồng ngoại

5


là số sóng (cm-1), ưu điểm của việc dùng số sóng là là chúng tỷ lệ thuận với
năng lượng [3].
Khi chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử các hợp chất, bức xạ hồng
ngoại sẽ kích thích phân tử từ trạng thái dao động cơ bản lên trạng thái dao động
cao hơn. Có 2 lại dao động khi phân tử bị kích thích là dao động hóa trị và biến
dạng, dao động hóa trị (ν) là dao động làm thay đổi độ dài liên kết, dao động
biến dạng (δ) là dao động làm thay đổi góc liên kết.
Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ hấp thụ bức xạ hồng ngoại
của một chất vào số sóng hoặc bước sóng chính được gọi là phổ hấp thụ hồng ngoại.
Máy phổ hồng ngoại có thể đo được các mẫu ở thể khí, lỏng, rắn nhưng thơng
thường nhất được chuẩn bị là dạng rắn và dạng lỏng. Chất rắn thường được nghiền
nhỏ với KBr rồi ép thành viên mỏng. Chất lỏng được đo ở dạng màng lỏng hoặc pha
trong dung môi như CCl4, CHCl3.
Ở phổ hồng ngoại, trục nằm ngang biểu diễn bước sóng (tính ra µm) hoặc số
sóng tính ra cm-1. Ở hình, trục nằm ngang phía trên biểu diễn bước sóng, trục nằm
ngang phía dưới biểu biễn số sóng, trục thẳng đứng biểu diễn phần trăm truyền qua

Hình 1.2:Phổ hấp thụ hồng ngoai của but-2 en-1 ol
Sự hấp thụ hồng ngoại của một chất thường tập trung vào những vùng hẹp tạo
ra các vân hấp thụ ( hình 1.2) có rất nhiều vân hấp thụ như vân a, b, c, d, e, g, h. Vân
phổ hồng ngoại có ba đặc trưng cần được mơ tả là: vị trí của vân phổ được chỉ bởi
bước sóng hoặc số sóng của đỉnh phổ; cường độ của vân phổ hồng ngoại thường
được đánh giá theo diện tích của vân phổ: vân phổ càng rộng và càng cao thì có

6


cường độ càng lớn; hình dáng vân phổ: để mơ tả người ta cần chỉ rõ đó là vân phổ
rộng(tù) hay hẹp (mảnh), chỉ có một đỉnh hay có nhiều đỉnh phổ.
Căn cứ vào phổ hồng ngoại đo được đối chiếu với các dao động đặc trưng
của các liên kết, ta có thể nhận ra sự có mặt của các liên kết trong phân tử. Một
phân tử có thể có nhiều dao động khác nhau và phổ hồng ngoại của các phân tử
khác nhau thì khác nhau, tương tự như sự khác nhau của các vân ngón tay. Sự
chồng khít lên nhau của phổ hồng ngoại thường được làm dẫn chứng cho hai
hợp chất giống nhau[3].
Khi sử dụng phổ hồng ngoại để xác định cấu trúc, thông tin thu được chủ
yếu là xác định các nhóm chức hữu cơ và những liên kết đặc trưng. Các pic nằm
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 OH, NH, C=O, C≡N… nên được
gọi là vùng nhóm chức. Vùng phổ từ 1300 – 626 cm-1 phức tạp hơn và thường
được dùng để nhận dạng toàn phân tử hơn là để xác định nhóm chức. Chính ở đây
các dạng pic thay đổi nhiều nhất từ hợp chất này đến hợp chất khác, vì thế vùng
phổ từ 1500 cm-1 được gọi là vùng vân ngón tay [3].
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS)
Nếu như trong các phương pháp phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt
nhân ,người ta giữ nguyên phân tử để nghiên cứu thì ở phương pháp phổ khối
lượng người ta phá hủy chất phân tử để nghiên cứu chúng
Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là phá vỡ phân tử
trung hòa thành ion phân tử và các mảnh ion dương có số khối z=m/e. Sau đó
phân tách các ion này theo số khối và ghi nhận được phổ khối lượng. Dựa vào
phổ khối này có thể xác định phân tử khối và cấu tạo phân tử của chất nghiên
cứu [3,4].
Để phá vỡ phân tử người ta có nhiều phương pháp: bắn phá bằng dịng

electron (EI), phương pháp ion hóa hóa học (CI), phương pháp bắn phá ngun
tử nhanh (FAB)… Dùng dịng eclectron có năng lượng cao để bắn phá phân tử
là phương pháp hay được sử dụng nhất. Khi bắn phá các phân tử hợp chất hữu

7


cơ trung hòa sẽ trở thành các ion phân tử mang điện tích dương hoặc bị phá vỡ
thành các ion và các gốc theo sơ đồ:
2e (1) > 95%

ABC
ABC

e
ABC
ABC

2

3e (2)

-

Sự hình thành các ion mang điện tích +1 chiếm hơn 95%, cịn lại là các
ion mang điện tích +2 và điện tích âm (-). Năng lượng bắn phá các phân tử thành
ion phân tử khoảng 10 eV. Nhưng với năng lượng cao thì ion phân tử có thể phá
vỡ thành các mảnh ion dương (+), hoặc các ion gốc, các gốc, hoặc phân tử trung
hòa nhỏ hơn, nên người ta thường thực hiện bắn phá các phân tử ở mức năng
lượng 70 eV [3].

ABC

A

ABC

AB

AB

A

BC
B
B

Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo chất, phương pháp bắn phá và năng
lượng bắn phá. Q trình này gọi là q trình ion hóa.
Các ion ion dương hình thành đều có khối lượng m và mang điện tích e, tỉ
số m/e được gọi là số khối z. Bằng cách nào đó tách các ion có số khối khác
nhau ra khỏi nhau và xác định được xác suất có mặt của chúng, rồi vẽ đồ thị
biểu diễn mối liên quan giữa xác suất có mặt (hay cường độ I) và số khối z thì
đồ thị này được gọi là phổ khối lượng (Hình 1.3).

Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzetothiazol
8


Như vậy, khi phân tích phổ khối lượng là quy kết cho mỗi pic trên phổ một
mảnh phân tử xác định và chỉ rõ sự tạo thanh ion mảnh đó, từ đó rút ra những

kết luận về cấu tạo của phân tử chất. Để xác định cấu tạo những mảnh có khối
lượng lớn có ý nghĩa quan trọng hơn những mảnh nhỏ. Những pic có cường độ
lớn là những pic ứng với các ion tạo thành với xác xuất cao khi phân mảnh, nên
cần được xem xét đầy đủ. Các yếu tố chi phối sự phân mảnh và các cách phân
mảnh đầu tiên đặc trưng cho mỗi loại hợp chất được xem xét đầy đủ, người ta
thu được khối lượng phân tử của chất nghiên cứu, từ các pic mảnh ion trên phổ
đồ có thể xác định được cấu trúc phân tử và tìm ra qui luật phân mảnh. Đây là
một trong những thông số quan trọng để qui kết chính xác cấu trúc phân tử của
một chất cần nghiên cứu khi kết hợp nhiều phương pháp phổ với nhau.
1.1.4. Phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H
1.1.4.1. Cường độ vạch phổ
Diện tích giới hạn bởi đường cong phổ tỷ lệ với số proton của mỗi nhóm,
nhưng việc đo diện tích này khó chính xác. Người ta sử dụng đường cong tích
phân để xác định tỷ lệ số proton của mỗi nhóm, vì chiều cao của bậc thang tỷ lệ
với số proton ở mỗi nhóm. Ngồi ra, chiều cao bậc thang còn tỷ lệ với nồng độ
chất trong dung dịch, do đó người ta có thể tính được nồng độ chất dựa vào
đường chuẩn và chất chuẩn.[4]

Hình 1.4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của etylbenzen. Chiều cao
bậc thang đường cong tích phân tỷ lệ với số proton ở mỗi nhóm
9


Các phổ cộng hưởng từ nhân 1H hiện nay, thay vì đường cong tích phân
cho số liệu tỷ lệ proton của mỗi nhóm ở chân mỗi tín hiệu phía dưới phổ, nhìn
các số liệu này có thể dự đốn được số proton có mặt ở mỗi nhóm trong phân tử
và xác định tổng số proton trên phổ có phù hợp với tổng số proton trong cơng
thức dự đốn khơng.
Các chữ số ở phía dưới phổ chỉ số proton tương ứng của mỗi nhóm tín
hiệu phổ, tương đương với tỷ lệ chiều cao bậc thang ở đường cong tích phân.

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

A  B
 1 thì các hạt nhân được kí hiệu bằng các chữ cái cách
J AB

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


 6 thì xếp vào phổ bậc 1, cịn lại xếp vào phổ bậc cao.
J

Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân là để tìm các giá trị độ chuyển dịch
hoá học và hằng số tương tác J cho mỗi proton.
a) Phân tích phổ bậc 1
Đối với phổ bậc 1, có thể áp dụng quy tắc số vạch tối đa bằng n + 1 (n là số
hạt nhân nhóm bên cạnh tương tác) và tỷ lệ chiều cao các đỉnh trong một nhóm
tuân theo quy tắc Pascan:

10


Tỷ lệ chiều cao các
vạch trong mỗi nhóm

Số vạch trong nhóm
có tương tác
0

1
1
1
1
1
1

2
3

4
5

1

1

3
6

10

2

1

3

1
4

10

4

1
5

5

1

H ph bc 1 thng gp cú dng AmXn và AmMnXy. Các hệ phổ AX có thể
tìm thấy số đỉnh của mỗi nhóm dễ dàng và hằng số tương tác J (khoảng cách
giữa hai đỉnh liền nhau), và tần số A hay X (điểm giữa hai đỉnh xa nhau nhất
trong nhóm). Dưới đây là một số ví dụ (hình 1.5).
Xn

Am

Sè ®Ønh:

m+1

n+1

AX

Cl 2 CH-CHBr2

A 2X

Cl 2 CH-CH 2 Br

A 3X

CH 3 -CH=O

A 6X

CH 3 -CH-CH 3
NO2

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

11

Các phổ được xếp vào hệ phổ bậc cao có


 6 đơn giản nhất là hệ AB và
J

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

 AB  ( 1   4 )(  2   3 )

A = AB + AB / 2 (Hz)

A = AB – AB / 2 (Hz)

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

Hình 1.7. Phổ lý thuyết A2B
12


Phổ A2B là hệ phổ gồm 3 hạt nhân tương tác với nhau trong đó có hai hạt
nhân tương đương. Phổ gồm hai phần, về lý thuyết phần A có 8 đỉnh và phần B
có 6 đỉnh (hình 1.8) nhưng phổ thực thì số đỉnh ít hơn, ví dụ phổ 1H–NMR của
1,3,4-tribrombut-1-in phần A chỉ xuất hiện 4 đỉnh và phần B 4 đỉnh (hình 1.8).
Có thể phân tích phổ A2B như trên hình 1.8, tính các giá trị như sau:

B = 3 ; A = ½ ( 5 + 7 )
JAB = 1/3  ( 1,4 + 5,8 ) 

Hình 1.8. Phổ 1H-NMR của 1,3,4-tribrombut-1-in
Phổ ABX
Phổ ABX thường gặp trong phổ cộng hưởng proton đặc biệt các hợp chất
thơm và anken cũng như các hợp chất chứa hạt nhân từ khác (19F, 31P) gồm ba
hạt nhân không tương đương tương tác với nhau phân tách phổ thành hai phần
riêng biệt. Để phân tích phổ cần tách riêng biệt phần AB và phần X, ví dụ phổ
1

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

1.9).

Hình 1.9. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của stirenoxit
13


Về lý thuyết hệ phổ ABX gồm hai phần, phần AB có 8 đỉnh cịn phần X có
6 đỉnh, để thực hiện ta tạm chia phần AB thành AB’ và AB’’, từ phần này có thể
tìm được JAB và các giá trị:
’A =  A + ½JAX

’B = B + ½JBX

’’A = A + ½JAX

’’B= B + ½JBX

Tuỳ theo sự cùng dấu hay trái dấu của JAX và JBX mà dạng phổ thay đổi như
ở hình 1.10.

Hình 1.10 Phổ lí thuyết hệ ABX với JAX và JBX a) ngược dấu, b) cùng dấu
Trong phần AB có hai nhóm bốn đỉnh, từ đây tìm được A, B, JAB, JAX và
JBX , trong phần X chỉ tìm được X.
Phổ A2B2
Hệ phổ A2B2 của các hệ gồm bốn hạt nhân tương tác với nhau trong đó có
hai cặp hạt nhân tương đương nhau. Về lý thuyết hệ phổ A2B2 có cấu trúc phụ
thuộc vào tỷ số J/ (hình 1.11). Về lý thuyết phổ A2B2 có tất cả 14 đỉnh chia

14


làm hai phần đối xứng, khoảng cách hai đỉnh ngoài của mỗi phần là 2JAB cịn hai
đỉnh phía ngồi có cường độ cao nhất là A và B.

Hình 1.11. Phổ lý thuyết A2B2
1.1.5. Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C
Vì tất cả các hợp chất hữu cơ đều chứa nguyên tử cacbon mà trong tự
nhiên, nguyên tử cacbon-13 chiếm tỷ lệ 1,1% nên phổ cộng hưởng từ nhân 13C
(CHTN–13C) hiện nay có ý nghĩa quan trọng, nó cho nhiều thơng tin hơn phổ
CHTN–1H, ví dụ ở hợp chất hữu cơ khơng chứa hiđro thì khơng có tín hiệu
trong phổ CHTN–1H nhưng nó cho tín hiệu của phổ CHTN–13C. Vì tỷ lệ của 13C
15


nhỏ và hằng số tỷ lệ gyromagnetic thấp nên tín hiệu cộng hưởng từ thường nhỏ,
người ta phải đo trên phổ kế cộng hưởng từ biến đổi Fourier (FT). Khi dùng máy
này có thể ghi phổ CHTN–13C theo một số cách khác nhau, nhưng quan trọng

nhất là phương pháp phổ 13C tương tác 1H và xóa tương tác 1H. Cả hai phương
pháp đều cho các thơng tin có giá trị trong việc phân tích cấu trúc các hợp chất
hữu cơ. [4]
1.1.5.1. Phổ 13C tương tác 1H
Trên phổ tương tác 13C–1H nhận được các nhóm đỉnh khác nhau có thể là
đỉnh đơn hay bội đỉnh. Vì 13C và 1H đều có I = 1/2 nên quy tắc đa vạch được áp
dụng giống như ở tương tác 1H–1H của phổ CHTN–1H:
singlet (1 vạch)

khơng có C

duplet (2 vạch)

có 1 H

triplet (3 vạch)

có 2 H

CH2

quartet (4 vạch)

có 3 H

CH3

CH

Hằng số tương tác J(13C–H) phụ thuộc vào đặc trưng s của obitan lai hoá ở

nguyên tử cacbon. Đặc trưng s càng lớn thì hằng số tương tác càng lớn:

C

H

Lai hóa

JC–H (Hz)

sp3

125

C

H

sp2

160

C

H

sp

250

Khi có nhóm thế âm điện gắn vào nguyên tử cacbon thì 1JC–H thường tăng:
CH4 125 Hz, CH3Cl 151 Hz, CH2Cl2 178 Hz, CHCl3 209 Hz
Tương tác C và H ở cách xa nhau hơn 1 liên kết thường rất nhỏ, ví dụ 2JC–H =
5 Hz, thường không thấy.
Tương tác giữa 13C và 13C cạnh nhau ít có ý nghĩa cho việc chứng minh cấu
tạo.

16


1.1.5.2. Phương pháp phổ 13C xóa tương tác 1H
Phổ 13C tương tác 1H cho nhiều nhóm đỉnh do sự khác nhau về số proton
trong các nhóm CH, CH2 và CH3, nhưng cường độ của nhiều đỉnh quá nhỏ lẫn với
cả nhiễu của máy, do đó việc giải phổ gặp khó khăn, vì vậy người ta đã đưa ra
cách làm đơn giản hố bản phổ để chọn một số thơng tin cần thiết, bằng cách xóa
đi các vạch tương tác C–H. Bây giờ ứng với mỗi nguyên tử cacbon chỉ có 1
vạch phổ. Ví dụ:

a)

b)

Hình 1.12. Phổ CHTN–13C có tương tác C–H (a) và xóa tương tác C–H (b)
Trong tạp chí, loại phổ CHTN–13C xóa tương tác C–H được kí hiệu là
13

C{1H}. Thực tế phổ CHTN–13C tương tác C–H ngày nay ít đo. Thay cho

phương pháp đó, người ta dùng các phương pháp kĩ thuật hiện đại như APT
(Attached Proton Test) có thể phân biệt được C, CH, CH2 và CH3.

Khi dùng kĩ thuật này thì tín hiệu của nhóm C và CH2 nằm ở phía trên, cịn
tín hiệu của nhóm CH và CH3 nằm ở phía dưới đường nằm ngang như hình 4.19.
Ngồi ra cịn sử dụng phương pháp DEPT (Distortioness Enhancement by
Polarization Transfer) để ghi phổ, theo phương pháp này tín hiệu CH3 và CH ở
phía trên cịn CH2 ở phía dưới. Ví dụ phổ CHTN–13C ghi theo DEPT của 2butanol ở dưới:
CH3 CH3
CH3--CH 2--CH--CH3
CH

OH

CH 2

Cường độ các vạch phổ trong phổ xóa tương tác 13C–1H tỷ lệ với:
17