Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6-aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:61

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn này tập trung vào việc ứng dụng các phương pháp phổ trong phân tích cấu trúc của các hợp chất 6-aryl piperazinedion (sơ đồ 3.1), nhằm tìm đưa ra phương pháp phân tích hiệu quả cấu trúc của các hợp chất này phục vụ nghiên cứu tìm kiếm các hợp chất mới có cấu trúc lý thú. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6-aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TRẦN THỊ KIM NGỌC PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT 6-ARYL PIPERAZINDION BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2017
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TRẦN THỊ KIM NGỌC PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT 6-ARYL PIPERAZINDION BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60 44 01 18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM THẾ CHÍNH THÁI NGUYÊN - 2017
LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn: Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn 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 cảm ơn GS.TS Nguyễn Văn Tuyến, TS. Phạm Thị Thắm và các bạn HVCH phòng Hóa dược Viện Hóa học đã giúp đỡ em rất nhiều về thực nghiệm trong suốt thời gian làm luận văn. Em xin chân thành cám ơn PGS.TS Dương Nghĩa Bang và các bạn HVCH phòng Hóa hữu cơ khoa Hóa học trường Đại học Khoa học - ĐHTN đã giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình làm luận văn. Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo khoa Hóa học trường Đại học Khoa học - ĐHTN, tập thể các thầy cô, anh chị và các bạn tại khoa Hóa học trường Đại học Khoa học - ĐHTN 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. Em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô đã dạy dỗ em nên người! Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn. Tác giả luận văn Trần Thị Kim Ngọc a
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ........................................................................................... a MỤC LỤC ................................................................................................. b DANH MỤC SƠ ĐỒ ................................................................................ e DANH MỤC HÌNH ................................................................................... f DANH MỤC PHỤ LỤC ........................................................................... g MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1 Chương 1: TỔNG QUAN ....................................................................... 2 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh ̣ cấ u trúc ............................. 2 1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) [1] ............................................ 2 1.1.2. Phương pháp phổ khối lượng (MS) [1,4] ........................................ 3 1.1.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) [4] ................... 5 1.2. Tách và phân tích các đồng phân đối quang [5] ................................ 8 1.2.1. Phương pháp tách các đồng phân đối quang bằng enzym .............. 8 1.2.2. Tách và phân tích đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý hiện đại .................................................................................................. 8 1.2.3. Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR. .......................... 9 1.2.4. Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch (Shift reagent) Mosher. 9 1.3. Hợp chất PIPERAZINEDION ......................................................... 11 1.3.1. Cấu trúc của piperazinedion .......................................................... 11 1.3.2. Hoạt tính sinh học của piperazinedion .......................................... 12 1.4. Mục tiêu của luận văn ...................................................................... 16 Chương 2: THỰC NGHIỆM ............................................................... 17 2.1. Phương pháp nghiên cứu, nguyên liệu và thiết bị ............................ 17 2.1.1. Phương pháp nghiên cứu............................................................... 17 2.1.2. Hóa chất và dung môi ................................................................... 17 2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất bằng sắc kí lớp mỏng ....................................................................................... 17 2.1.4. Xác nhận cấu trúc .......................................................................... 17 b
2.2. Phân tích cấu trúc hợp chất trung gian 5a,b .................................... 18 2.2.1. Tổng hợp ethyl (1S,3S)-1-(3-methoxyphenyl)-2,3,4,9-tetrahydro- 1H-pyrido[3,4-b]indole-3-carboxylate .................................................... 18 2.2.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất 5a,b ............................................ 19 2.3. Tổng hợp chất trung gian 6a,b ......................................................... 20 2.4. Phân tích cấu trúc của các piperazinedion 7a,b ............................... 20 2.4.1. Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ 7a,b............................. 20 2.4.2. Phân tích cấu trúc của 7a bằng phổ IR ......................................... 21 2.4.3. Phân tích cấu trúc của 7a,b bằng phương pháp phổ NMR ........... 21 2.4.4. Phân tích cấu trúc của 7a,b bằng phương pháp phổ MS .............. 22 2.5. Phân tích cấu trúc của các piperazinedion 8a,8b ............................. 23 2.5.1. Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ 8a,b............................. 23 2.5.2. Phân tích cấu trúc của 8a,b bằng phương pháp phổ NMR ........... 23 2.6. Phân tích cấu trúc của các piperazinedion 9a,b ............................... 24 2.6.1. Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ 9a,b............................. 24 2.6.2. Phân tích cấu trúc của 9a,b bằng phương pháp phổ NMR ........... 25 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................... 27 3.1. Mục tiêu của luận văn ...................................................................... 27 3.2. Phân tích cấu trúc của các hợp chất trung gian 5a,b ....................... 28 3.2.1. Chuẩn bị mẫu nguyên liệu trung gian 5a,b ................................... 28 3.2.2. Phân tích cấu trúc của trung gian 5a,b bằng phổ NMR ................ 28 3.3. Chuẩn bị các hợp chất trung gian 6a,b ............................................ 31 3.4. Phân tích cấu trúc của các piperazinedion 7a và 7b ........................ 32 3.5. Phân tích cấu trúc của các piperazinedion 8a và 8b ........................ 36 3.6. Phân tích cấu trúc của các piperazinedion 9a và 9b ........................ 38 KẾT LUẬN ............................................................................................ 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................... 42 PHỤ LỤC c
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MS Phương pháp phổ khối lượng EI Phương pháp bắn phá bằng dòng electron CI Phương pháp ion hóa hóa học FAB Phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh GC Phương pháp sắc ký khí HPLC Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao DHA Dihydroartemisinin SKLM Sắc kí lớp mỏng TMS Chất chuẩn NTD.01 Ete allyl của artemisinin NTD.031 Dẫn xuất epoxit NTD.039 Dẫn xuất mở vòng epoxit mCPBA meta-Chloroperoxybenzoic acid NMR Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân d
DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 3.1. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn ................................................. 27 Sơ đồ 3.2. Tổng hợp chất trung gian 5a, 5b ................................................... 28 Sơ đồ 3.3. Tổng hợp chất trung gian 6a,b ...................................................... 31 Sơ đồ 3.4. Tổng hợp hợp chất piperazinedion 7a ........................................... 33 e
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của hept- 1-in .................................................. 2 Hình 1.2. Thiết bị phân tích phổ khối lượng (MS) ................................... 3 Hình 1.3. Phổ khối lượng của 3,4-Dimethoxyacetophenone .................... 5 Hình 1.4. Hệ thống phân tích phổ hạt nhân .............................................. 6 Hình 1.5. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của 1-etoxy-4-metoxynaphthalen 7 Hình 1.6. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp (R,S)-1-phenylbutan-1-ol ............ 10 Hình 1.7. Phổ 1H-NMR của (R)-1-phenylbutan-1-ol và (R)-1-phenylbutan-1- ol .............................................................................................. 11 Hình 1.8: Hợp chất piperazinedion đơn giản .......................................... 12 Hình 1.9. Các hợp chất tryprostatin. ....................................................... 13 Hình 1.10. Cấu trúc của các cyclotryprostatins A-D .............................. 13 Hình 1.11. Tác nhân ức chế trùng hợp Tubulin ...................................... 14 Hình 1.12 Cấu trúc của một số hợp chất ức chế PDE-5 ......................... 14 Hình 1.13. Các chất đối kháng oxytoxin ................................................. 15 Hình 3.1. Phổ 1H-NMR của hợp chất cis-5a .......................................... 29 Hình 3.2. Phổ 1H-NMR của hợp chất trans-5b ....................................... 31 Hình 3.3. Phổ IR của hợp chất 7a. .......................................................... 33 Hình 3.4. Phổ MS của hợp chất 7a. ........................................................ 34 Hình 3.5: Phổ 1H-NMR của hợp chất 7a ................................................ 35 Hình 3.6. Phổ 13C-NMR của hợp chất 7a .............................................. 36 Hình 3.7: Phổ 1H-NMR của hợp chất 7b ................................................ 36 Hình 3.8. Phổ 1H-NMR của hợp chất 8a ................................................ 37 Hình 3.9. Phổ 1H-NMR của hợp chất 8b ................................................ 38 Hình 3.10. Phổ 1H-NMR của hợp chất 9a .............................................. 39 Hình 3.11. Phổ 1H-NMR của hợp chất 9b .............................................. 40 f
DANH MỤC PHỤ LỤC Phụ lục 1: Phổ 1H-NMR của hợp chất cis-5a ............................................ 1- PL Phụ lục 2: Phổ 1H-NMR của hợp chất trans-5b ........................................ 1- PL Phụ lục 3: Phổ 1H-NMR của hợp chất 8b .................................................. 2- PL Phụ lục 4: Phổ 1H-NMR của hợp chất 8a .................................................. 2- PL Phụ lục 5: Phổ 1H-NMR của hợp chất 9a ................................................. 3- PL Phụ lục 6: Phổ 1H-NMR của hợp chất 9b .................................................. 3- PL Phụ lục 7: Phổ 13C-NMR của hợp chất 9b ................................................ 4- PL Phụ lục 8: Phổ 1H-NMR của hợp chất 7b .................................................. 4- PL Phụ lục 9: Phổ 13C-NMR của hợp chất 7b ................................................. 5- PL Phụ lục 10: Phổ IR của hợp chất 7b........................................................... 5- PL Phụ lục 11: Phổ MS của hợp chất 7b. ....................................................... 6- PL Phụ lục 12: Phổ 1H-NMR của hợp chất 7a ................................................ 6- PL Phụ lục 13: Phổ 13C-NMR của hợp chất 7a. .............................................. 7- PL Phụ lục 14: Phổ IR của hợp chất 7a ........................................................... 7- PL Phụ lục 15: Phổ MS của hợp chất 7a. ........................................................ 8- PL g
MỞ ĐẦU Phân tích cấu trúc các hợp chất hữu cơ là một trong số các nhiệm vụ quan trọng của Hóa học vì chỉ khi biết chính xác cấu trúc, chúng ta mới có câu trả lời chính xác cho việc định tính, định lượng và phân tích chúng trong các mẫu nghiên cứu thực cũng như trong đời sống và công nghệ. Để phân tích cấu trúc của các hơ ̣p chấ t hữu cơ có thể sử du ̣ng các phương pháp phổ như phổ hồ ng ngoại, phổ tử ngoa ̣i khả kiến, phổ cô ̣ng hưởng từ ha ̣t nhân, phổ khố i lươ ̣ng. Mỗi phương pháp cho phép xác định mô ̣t số thông tin khác nhau của cấ u trúc phân tử và hỗ trợ lẫn nhau trong việc xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ. Piperazinedion là lớp cấu trúc phổ biến nhất được tìm thấy trong tự nhiên có hoạt tính chống ung thư như tryprostatins A (1) và B (2), trong đó cyclotryprostatin A-D có hoạt tính ức chế chu kỳ phát triển của tế bào động vật có vú, phenylahistin (8) có hoạt tính chống ưng thư nhờ ức chế quá trình trùng hợp tubulin. Ngoài ra các hợp chất piperazinedion còn có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virut... Do có hoạt tính sinh học quý nên các hợp chất này được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tổng hợp nhằm tìm kiếm các hợp chất mới có hoạt tính sinh học lý thú. Các hợp chất thiên nhiên có nguồn gốc sinh vật biển như piperazinedion thường có cấu trúc rất phức tạp với phân tử có nhiều nhân thơm, có nhiều trung tâm bất đối xứng nên việc phân tích cấu trúc của các hợp chất này gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi phải có sự kết hợp nhiều phương pháp phân tích cấu trúc. Do đó đề tài “Phân tích cấu trúc của một số hợp chất 6-aryl piperazindione bằng các phương pháp phổ hiện đại” rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 1
Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh ̣ cấ u trúc 1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) [1] Trong số các phương pháp phân tích cấu trúc, phổ hồng ngoại 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. Có 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. Đường 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 (Hình 1.1). Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của hept- 1-in 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 2
ngón tay. Sự chồng khít lên nhau của phổ hồng ngoại thường được làm dẫn chứng cho hai hợp chất giống nhau. 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. 1.1.2. Phương pháp phổ khối lượng (MS) [1,4] Phương pháp khối phổ (MS) là một kỹ thuật phân tích hóa học giúp xác định hàm lượng và loại chất hóa học có trong một mẫu bằng cách đo tỷ lệ khối lượng trên điện tích và số lượng của các ion pha khí. Đây là phương pháp phân tích hiện đại được sử dụng phổ biến trong các phép phân tích cấu trúc và phân tích hàm lượng các hợp chất hóa học. Hình 1.2. Thiết bị phân tích phổ khối lượng (MS) 3
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. Để phá vỡ phân tử người ta có nhiều phương pháp: bắn phá bằng dòng electron (EI), phương pháp ion hóa hóa học (CI), phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh (FAB)… Dùng dòng electron 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 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: 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 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. ABC A BC ABC AB B AB A B Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo chất, phương pháp bắn phá và năng lượng bắn phá. Quá trình này gọi là quá 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 4
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 3,4-Dimethoxyacetophenone Như vậy, khi phân tích phổ khối lượng 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. 1.1.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) [4] 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 I≠0 mới được nhận diện và phân tích. Ngày nay, có nhiều hạt nhân có thể nghiên cứu bằng kĩ thuật NMR, tuy nhiên phổ biến nhất là H, C, N, P và F được ứng dụng hiệu quả trong xác định cấu trúc phân tử. Trong đó phổ biến nhất là phương pháp phổ 1H-NMR và 13C-NMR. Hạt nhân của nguyên tử 1H và 13C có momen từ. Nếu đặt proton trong từ trường không 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]. 5
Hình 1.4. Hệ thống phân tích phổ hạt nhân Giá trị quan trọng nhất trong phân tích NMR là độ chuyển dịch hóa học . Giá trị này có được là do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt nhân 1 H 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. 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. 6
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 [3]. 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 không có thứ nguyên 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. Hình 1.5. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của 1-etoxy-4-metoxynaphthalen Hằng số tương tác spin-spin J: Trên phổ NMR, mỗi nhóm hạt nhân không 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 [3]. 7
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, R-S, a-e…[2]. 1.2. Tách và phân tích các đồng phân đối quang [5] Phân tích các đồng phân đối quang là tách một hỗn hợp raxemic bằng các phương pháp vật lý và hóa học. Thông thường, sự tách được 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 tách khỏi nhau bằng cách trực tiếp. Trong khi đó, các đồng phân “dia” có thể tách được bằng các phương pháp kết tinh chọn lọc, phương pháp sắc ký. 1.2.1. Phương pháp tách các đồng phân đối quang bằng enzym Hầu hết các enzym có tính đặc hiệu với một loại cơ chất nhất định. Dựa vào tính chất này, người ta đã sử dụng các enzym để chuyển hóa chọn lọc một trong hai đối quang trong hỗn hợp. Ví dụ phản ứng thủy phân hỗn hợp raxemic của este bằng enzym pig liver estease. Dưới tác dụng của enzym này, chỉ có đồng phân S được thủy phân, nhờ đó mà người ta tách được hai đồng phân này ra khỏi nhau. 1.2.2. Tách và phân tích đồng phân đối quang bằng các phương pháp hóa lý hiện đại Các đối quang có thể được tách nhờ các phương pháp sắc ký khí (GC), sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) có sử dụng các cột chiral. Bản chất của các phương pháp này là các hỗn hợp đối quang tương tác với pha tĩnh (tâm bất đối trên cột chiral), nghĩa là chỉ một trong các đối quang có tương tác mạnh hơn với tâm bất đối của cột. Đối quang có tương tác yếu sẽ được rửa giải nhanh nhờ pha động, kết quả là hai đối quang được tách ra khỏi nhau. 8
Phương pháp này thường được sử dụng để xác định độ chọn lọc đối quang trong của các phản ứng. Nếu phản ứng nhận được hỗn hợp có hai đồng phân đối quang A và B (ee=enantiomer excess, de=diasteroisomer excess), độ chọn lọc đối quang được xác định theo công thức: %enantiomerA  %enantiomerB ee  %enantiomerA  %enantiomerB %diasteroisomerA  %diasteroisomerB de  %diasteroisomerA  %diasteroisomerB 1.2.3. Phân tích các đối quang nhờ phương pháp NMR. Để xác định tỉ lệ các đồng phân lập thể có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng phổ NMR là một phương pháp hữu ích và phổ biến, vì nó không làm thay đổi tỉ lệ của các đồng phân trong hỗn hợp và chỉ cần lượng nhỏ hỗn hợp hai đồng phân đối quang. Các đồng phân khác nhau được xác định nhờ độ dịch chuyển hóa học và hằng số tương tác spin-spin của những nguyên tử hydro trong từ trường. Trong phổ NMR, phần lớn hạt nhân của 1H và 13C của hai đồng phân “dia” sẽ có tín hiệu chuyển dịch hóa học khác nhau. Tỉ lệ của các đồng phân có mặt trong hỗn hợp có thể tính toán được bằng sự phân tích các tín hiệu này. Nếu trong hỗn hợp có nhiều hơn hai đồng phân “dia” thì việc xác định tỉ lệ các đồng phân bằng phổ NMR sẽ gặp khó khăn hơn, đặc biệt là các đồng phân chiếm tỉ lệ nhỏ. 1.2.4. Phương pháp sử dụng tác nhân chuyển dịch (Shift reagent) Mosher. Đối với các hợp chất có một tâm bất đối thì hai đối quang của chúng sẽ không phân biệt được bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân, do tín hiệu của chúng không được phân tách trong từ trường. Để phân biệt được hai đối quang của các hợp chất có một tâm bất đối, người ta phải chuyển hợp chất nghiên cứu thành đồng phân dia. Cơ sở của phương pháp Mosher là chuyển hợp chất có một tâm bất đối thành đồng phân dia bằng cách thực hiện phản ứng của hợp chất nghiên cứu với axit R-Mosher để tạo thành este hoặc 9
thành amit... Ví dụ, để xác định cấu hình tuyệt đối của hợp chất 1- phenylbutan-1-ol có một tâm bất đối, Mosher đã tổng hợp este của nó với axit R-Mosher để tạo ra hai đồng phân dia như mô tả trong sơ đồ dưới đây. Hình 1.6. Phổ 1H-NMR của hỗn hợp (R,S)-1-phenylbutan-1-ol Hai đồng phân dia này sẽ được phân biệt rõ trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton. Tín hiệu của proton bậc ba tại trung tâm bất đối của dẫn xuất este Mosher của (R)-1-phenylbutan-1-ol sẽ dịch chuyển về phía trường cao, trong khi tín hiệu proton bậc ba tại tâm bất đối của dẫn xuất (S)-1-phenylbutan-1-ol sẽ dịch chuyển về phía trường thấp. Như vậy, người ta có thể xác định được cấu hình tuyệt đối của hợp chất 1- phenylbutan-1-ol ban đầu. 10
Hình 1.7. Phổ 1H-NMR của (R)-1-phenylbutan-1-ol và (R)-1-phenylbutan-1-ol Ngoài axit R-Mosher, hiện nay người ta đang nghiên cứu sử dụng một số tác nhân bổ trợ khác để xác định cấu hình tuyệt đối của một số hợp chất ancol, amin và axit cacboxylic có một tâm bất đối, ví dụ như các tác nhân bổ trợ sau. 1.3. Hợp chất PIPERAZINEDION 1.3.1. Cấu trúc của piperazinedion Piperazinedion (diketopiperazin) là vòng dipeptit thu được bằng cách ngưng tụ hai α-amino axít. Các hợp chất này có rất nhiều trong tự nhiên như là sản phẩm của sự thoái hóa các polypeptit, đặc biệt là trong chế biến thực phẩm và đồ uống. Các tiểu đơn vị này thường được tìm thấy riêng rẽ hoặc được gắn vào cấu trúc lớn hơn, phức tạp hơn trong một loạt các hợp chất tự nhiên phân lập từ: nấm, địa y, vi khuẩn, thực vật và động vật có vú [6]. 11