MỞ ĐẦU Pyranonapthoquinon là lớp chất kháng sinh thiên nhiên có khung 1H- naptho[2,3-c]pyran-5,10-dionnhƣ eleutherin (1), nanaomycin A (2) và frenolycin B (3), psychorubrin (4) đƣợc chiết tách từ Psychotria rubra. Các hợp chất thiên nhiên thuộc lớp chất này có hoạt tính sinh học rất lý thú nhƣ kháng khuẩn, kháng nấm, chống ung thƣ và chống virut. Do có hoạt tính sinh học lý thú nên các pyranonaphthoquinon đƣợc các nhà khoa học rất quan tâm nghiên cứu, ngày càng có nhiều pyranonaphthoquinon có cấu trúc mới và phức tạp đã đƣợc phát hiện từ thiên nhiên. Các pyranonapthoquinon có gắn nhóm CF3 không có mặt trong thiên nhiên nhiên, hơn nữa việc gắn thêm nhóm CF3 vào pyranonapthoquinon sẽ tạo thành những hợp chất mới có cấu trúc độc đáo chờ đợi những hoạt tính sinh học lý thú.
Mặt khác do flo có độ âm điện cao và bán kính Van der Waals nhỏ, nên việc gắn flo hoặc nhóm thế CF3 vào cấu trúc các hợp chất hữu cơ sẽ tạo ra những thay đổi (làm gia tăng) hoạt tính sinh học của hợp chất hữu cơ do thay đổi tính kiềm, tính ƣa mỡ, độ ổn định trong các chuyển hóa sinh học trong cơ thể. Với đặc tính này, các dị vòng thế CF3 đang là đối tƣợng cuốn hút các nhà khoa học nghiên cứu. Những hợp chất triflometyl pyranonapthoquinon là những hợp chất có cấu trúc rất lý thú và phức tạp. Vì vậy việc phân tích cấu trúc lớp chất này rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Đây là một trong những công việc cần thiết và vô cùng quan trọng đối với nghiên cứu về lớp chất pyranonapthoquinon. 1 Đề tài này tập trung phân tích cấu trúc của một số hợp chất triflometyl pyranonapthoquinon bằng các phƣơng pháp hóa lý hiện đại nhƣ phổ hồng ngoại (IR), cộng hƣởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối lƣợng (MS) và phổ X- ray phân tử. 2 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan về c c phƣơng ph p c ịnh cấu tr c 1.
Phương pháp phổ hồng ngoại (IR). Trong số các phƣơng pháp phân tích cấu trúc, phổ hồng ngoại cho nhiều thông tin quan trọng về cấu trúc của hợp chất. Bức xạ hồng ngoại bao gồm một phần của phổ điện từ, đó là vùng bƣớc sóng khoảng 10-4 đến 10-6 m. Nó nằm giữa vi sóng và ánh sáng khả kiến.
Phần của vùng hồng ngoại đƣợc sử dụng nhiều nhất để xác định cấu trúc nằm trong giữa 2,5x10-4 và 16x10-6 m. Đại lƣợng đƣợc sử dụng nhiều trong phổ hồng ngoại là số sóng (cm-1), ƣu điểm của việc dùng số sóng là là chúng tỷ lệ thuận với năng lƣợng [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.
Đƣờng cong biểu diễn cƣờng độ hấp thụ với số sóng của bức xạ hồng ngoại đƣợc gọi là phổ hồng ngoại, trên phổ biểu diễn các cực đại hấp thụ ứng với những dao động đặc trƣng của nhóm nguyên tử hay liên kết nhất định, (Hình 1. Phổ hồng ngoại của benzyl ancol 3 Căn cứ vào phổ hồng ngoại đo đƣợc đối chiếu với các dao động đặc trƣng 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, tƣơng tự nhƣ sự khác nhau của các vân ngón tay. Sự chồng khít lên nhau của phổ hồng ngoại thƣờng đƣợc làm dẫn chứng cho hai hợp chất giống nhau[3].
Khi sử dụng phổ hồng ngoại để xác định cấu trúc, thông tin thu đƣợc chủ yếu là xác định các nhóm chức hữu cơ và những liên kết đặc trƣng. Các pic nằm trong vùng từ 4000 – 1600 cm-1 thƣờng đƣợc quan tâm đặc biệt, vì vùng này chứa các dải hấp thụ của các nhóm chức, nhƣ OH, NH, C=O, C≡N… nên đƣợc gọi là vùng nhóm chức. Vùng phổ từ 1300 – 626 cm-1 phức tạp hơn và thƣờng đƣợc 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 đƣợc gọi là vùng vân ngón tay [3].
Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (CHTHN) là phƣơng pháp vật lý hiện đại nghiên cứu cấu trúc của các hợp chất hữu cơ. Phƣơng pháp phổ biến đƣợc sử dụng là phổ 1H-NMR và 13C-NMR. Hạt nhân của nguyên tử 1H và 13C có momen từ. Nếu đặt proton trong từ trƣờng không đổi thì moment từ của nó có thể định hƣớng cùng chiều hay ngƣợc chiều với từ trƣờng.
Đó là spin hạt nhân có tính chất lƣợng tử với các số lƣợng tử +1/2 và -1/2 [2]. Độ chuyển dịch hóa học : Do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt nhân 1H và 13C trong phân tử có tần số cộng hƣởng khác nhau. Đặc trƣng 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 .10 6 ( ppm) o Trong đó: νTMS, νx là tần số cộng hƣởng của chất chuẩn TMS và của hạt nhân mẫu đo, νo là tần số cộng hƣởng của máy phổ. 4 Đối với các hạt nhân khác thì độ chuyển dịch hóa học đƣợc định nghĩa một các tổng quát nhƣ sau: chuan x 6 .10 ( ppm) o Trong đó: νchuan, νx là tần số cộng hƣởng của chất chuẩn và của hạt nhân mẫu đo, νo là tần số cộng hƣởng của máy phổ.
Hằng số chắn σ xuất hiện do ảnh hƣởng 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 hƣởng ở trƣờng yếu hơn sẽ có độ chuyển dịnh hóa học lớn hơn [1]. Dựa vào độ chuyển dịch hóa học ta biết đƣợc loại proton nào có mặt trong chất đƣợc khảo sát. Giá trị độ chuyển dịch hóa học không có thứ nguyên mà đƣợc 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. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân của benzyl axetat Hằng số tương tác spin-spin J: Trên phổ NMR, mỗi nhóm hạt nhân không tƣơng đƣơng 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 5 tín hiệu cộng hƣởng thành nhiều hợp phần là do tƣơng tác của các hạt nhân có từ tính ở cạnh nhau. Tƣơng tác đó thể hiện qua các electron liên kết.
Giá trị J phụ thuộc vào bản chất của hạt nhân tƣơng tác, số liên kết và bản chất các liên kết ngăn giữa các tƣơng tác [1]. Hằng số tƣơng tác spin-spin J đƣợc xác định bằng khoảng cách giữa các hợp phần của một vân phổ. Dựa vào hằng số tƣơng tác spin-spin J ta có thể rút ra kết luận về vị trí trƣơng đối của các hạt nhân có tƣơng tác với nhau [2]. Phương pháp phổ khối lượng (MS) Nguyên tắc chung của phƣơng pháp phổ khối lƣợng là phá vỡ phân tử trung hòa thành ion phân tử và các mảnh ion dƣơng có số khối z=m/e.
Sau đó phân tách các ion này theo số khối và ghi nhận đƣợc phổ khối lƣợng. 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 ngƣời ta có nhiều phƣơng pháp: bắn phá bằng dòng electron (EI), phƣơng pháp ion hóa hóa học (CI), phƣơng pháp bắn phá nguyên tử nhanh (FAB)… Dùng dòng eclectron có năng lƣợng cao để bắn phá phân tử là phƣơng pháp hay đƣợc sử dụng nhất. Khi bắn phá các phân tử hợp chất hữu cơ trung hòa sẽ trở thành các ion phân tử mang điện tích dƣơng hoặc bị phá vỡ thành các ion và các gốc theo sơ đồ: ABC 2e (1) > 95% ABC e 2 ABC 3e (2) ABC- Sự hình thành các ion mang điện tích +1 chiếm hơn 95%, còn lại là các ion mang điện tích +2 và điện tích âm (-).
Năng lƣợng bắn phá các phân tử thành ion phân tử khoảng 10 eV. Nhƣng với năng lƣợng cao thì ion phân tử có thể phá vỡ thành các mảnh ion dƣơng (+), hoặc các ion gốc, các gốc, hoặc phân tử trung hòa nhỏ hơn, nên ngƣời ta thƣờng thực hiện bắn phá các phân tử ở mức năng lƣợng 70 eV [3]. 6 ABC A BC ABC AB B AB A B Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo chất, phƣơng pháp bắn phá và năng lƣợng bắn phá. Quá trình này gọi là quá trình ion hóa.
Các ion ion dƣơng hình thành đều có khối lƣợng m và mang điện tích e, tỉ số m/e đƣợc gọi là số khối z. Bằng cách nào đó tách các ion có số khối khác nhau ra khỏi nhau và xác định đƣợc xác suất có mặt của chúng, rồi vẽ đồ thị biểu diễn mối liên quan giữa xác suất có mặt (hay cƣờng độ I) và số khối z thì đồ thị này đƣợc gọi là phổ khối lƣợng (Hình 1. Phổ khối lƣợng của benzamit (C6H5CONH2) Nhƣ vậy, khi phân tích phổ khối lƣợng ngƣời ta thu đƣợc khối lƣợng phân tử của chất nghiên cứu, từ các pic mảnh ion trên phổ đồ có thể xác định đƣợc 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 phƣơng pháp phổ với nhau.
Phân tích c c ồng phân ối quang Phân tích các đồng phân đối quang là tách một hỗn hợp raxemic bằng các phƣơng pháp vật lý và hóa học. Thông thƣờng, sự tách đƣợc thực hiện sau khi chuyển từ đồng phân đối quang sang đồng phân “dia”; do các đồng phân đối quang có các tính chất vật lý và hóa học giống nhau nên chúng không thể 7 tách bằng cách trực tiếp. Trong khi đó, các đồng phân “dia” có thể tách đƣợc bằng các phƣơng pháp kết tinh chọn lọc, phƣơng pháp sắc ký hoặc phƣơng pháp NMR.