Tài liệu Nghiên cứu tổng hợp và tính chất của vài dẫn xuất 1-aryltetrazole và bis-thiazolidin-4-on

®¹i häc quèc gia hµ néi tr-êng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn ----------------------------- Hoàng Thị Lý NGHI£N CøU Tæng hîp vµ tÝnh chÊt CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT 1-ARYLTETRAZOL VÀ BIS-THIAZOLIDIN-4-ON Chuyªn ngµnh: Ho¸ h÷u c¬ M· sè: 62 44 27 01 tãm t¾t LuËn ¸n tiÕn sÜ ho¸ häc Hµ Néi - 2012 1 C«ng tr×nh ®-îc hoµn thµnh t¹i Khoa Ho¸ häc, Tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn, §¹i häc Quèc gia Hµ Néi. Ng-êi h-íng dÉn khoa häc: gs. tskh. Nguyễn Đình Triệu Ph¶n biÖn : GS.TS. Trần Mạnh Bình Ph¶n biÖn : PGS.TS. Phạm Hữu Điển Ph¶n biÖn : PGS.TS. Trần Thạch Văn LuËn ¸n sÏ ®-îc b¶o vÖ tr-íc héi ®ång cÊp nhµ n-íc chÊm luËn ¸n tiÕn sÜ häp t¹i Tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn - §HQGHN Vµo håi 9 giê 00, ngµy 15 th¸ng 03 n¨m 2012 Cã thÓ t×m hiÓu luËn ¸n t¹i : - Th- viÖn Quèc gia ViÖt Nam - Trung t©m Th«ng tin - Th- viÖn, §¹i häc Quèc gia Hµ Néi 2 MỤC LỤC Trang 1 MỞ ĐÀU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ TETRAZOLE 2 1.1.1. Cấu trúc và các liên kết trong phân tử 2 1.1.2. Tính chất của tetrazole 3 1.1.3. Phương pháp điều chế tetrazole 11 1.2. TỔNG QUAN VỀ AZO 19 1.2.1. Cấu tạo 19 1.2.2. Tổng hợp các hợp chất diazo thơm 20 1.2.3. Phản ứng ghép của muối diazoni 23 1.2.4. Phổ của các aminoazoaren 25 1.3. TỔNG QUAN VỀ AZOMETIN 26 1.3.1. Cấu tạo của các azometin 26 1.3.2. Một số phương pháp chính tổng hợp azometin 26 1.3.3. Tính chất phổ của các azometin 29 1.3.4. Tác dụng ức chế ăn mòn của azometin 30 1.4. TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT CỦA THIAZOLIDIN-4-ON 31 1.4.1. Phương pháp tổng hợp thiazolidin-4-on 32 1.4.2. Phổ của các thiazolidin-4-on 36 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 37 2.1. TỔNG HỢP CÁC CHẤT ĐẦU 37 2.1.1. Tổng hợp các dẫn xuất aminoazoaren 37 2.1. 2. Tổng hợp các dẫn xuất aminoazometin 41 2.1.3. Tổng hợp các dẫn xuất bis -azometin 43 2.2. TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT 1-ARYL TETRAZOL 46 2.2.1. Tổng hợp các dẫn xuất 1-aryltetrazole trực tiếp từ các amino thơm 46 2.2.2. Tổng hợp các dẫn xuất 1-aryltetrazole từ các dẫn xuất aminoazoaren 50 5 2.2.3. Tổng hợp các dẫn xuất tetrazole từ aminozometin 52 2.2.4. Tổng hợp các bis-tetrazol-1-yl 53 2.3. TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT BIS-THIAZOLIDIN-4-ON 54 2.4. THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC 58 2.5. THỬ ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI CỦA AZOMETIN 59 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. TỔNG HỢP CÁC CHẤT ĐẦU 60 3.1.1. Tổng hợp các aminoazoaren 60 3.1.2. Tổng hợp các dẫn xuất bis- azometin và dẫn xuất aminoazometin 69 3.2. TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT 1-ARYL TETRAZOL 87 3.2.1. Đi từ các aminoaren 87 3.2.2. Đi từ các aminoazoaren 99 3.2.3. Từ các aminoazometin 111 3.3. TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT BIS -TETRZOL-1-YL 113 3.3.1. Phổ hồng ngoại của bis-tetrazol-1-yl 114 3.3.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR của bis-tetrazol-1-yl 115 3.3.3. Phổ khối lượng của bis-tetrazol-1-yl 117 3.4. TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT THIAZOLIDIN-4-ON 119 3.4.1. Phổ hồng ngoại của bis- thiazoliđin-4-on 120 3.4.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR của bis-thiazoliđin-4-on. 121 3.4.3. Phổ khối lượng của bis-thiazoliđin-4-on 124 3.5. KHẢO SÁT TÍNH ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 CỦA CÁC BIS- 125 AZOMETIN TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT HCl 2M 3.6. THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC 127 KẾT LUẬN CHUNG 132 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC Đà CÔNG BỐ 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO 134 PHỤ LỤC 143 6 DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Một số băng phổ đặc trưng của tetrazole 4 Bảng 1. 2. Phổ tử ngoại của một số dẫn xuất tetrazole 5 Bảng 1.3. Phổ tử ngoại của các dẫn xuất bis-tetrazolylnbenzen 6 Bảng 1.4. Độ chuyển dịch hoá học của proton trong phổ 1H-NMR của một số tetrazole. 6 Bảng 1.5. Độ chuyển dịch hoá học của cacbon trong phổ 13C-NMR của một số tetrazole 7 Bảng 1.6. Momen lưỡng cực µ của tetrazole 8 Bảng 1.7. Các hằng số axit của một vài tetrazole 10 Bảng 1.8. Các hằng số bazơ của tetrazole 11 Bảng 3.1. Kết quả tổng hợp các amino azoaren 61 Bảng 3.2. Phổ 1H-NMR của một số amino azoaren 64 Bảng 3.3. Phổ MS của các amino azoaren 67 Bảng 3.4. Kết quả tổng hợp các dẫn xuất bis-azometin 70 Bảng 3.5. Phổ 1H-NMR và 13C-NMR của một số bis-azometin 74 Bảng 3.6. Phổ MS của một số bis-azometin 78 Bảng 3.7. Kết quả tổng hợp các aminoazometin 80 Bảng 3.8. Phổ 1H-NMR của một số dẫn xuất aminoazometin 83 Bảng 3.9. Số khối và cường độ các mảnh ion của các aminoazometin 84 Bảng 3.10. Kết quả tổng hợp, phổ IR và UV của 1-aryl tetrazole từ amin 88 Bảng 3.11. Dữ kiện phổ 1H – NMR của 1-ary ltetrazole từ amin sẵn có 93 Bảng 3.12. Phổ 13 C - NMR của một số 1-aryltetrazol từ amin sẵn có 95 Bảng 3.13. Phổ khối lượng của các dẫn xuất 1-aryltetrazole từ amin sẵn có 97 Bảng 3.14 Kết quả tổng hợp các dẫn xuất 1-aryltetrazole từ aminoazoaren 99 Bảng 3.15. Phổ IR và UV của các dẫn xuất 1-aryltetrazole aminoazoaren 102 Bảng 3.16. Phổ 1H-NMR của một số dẫn xuất 1-aryltetrazole đi từ aminoazoaren 105 Bảng 3.17. Phổ 13 C- NMR (δppm, JHz) của một số dẫn xuất 1-aryltetrazole từ 107 aminoazoaren Bảng 3.18. Phổ MS của các dẫn xuất 1-aryltetrazole đi từ aminoazoaren 7 109 Bảng 3.19. Kết quả Phổ H –NMR của các tetrazole từ aminoazometin 113 Bảng 3.20. Kết quả tổng hợp các dẫn xuất bis-tetrazol-1-yl 114 Bảng 3.21. Dữ kiện phổ 1H – NRM của bis-tetrazol-1-yl 116 Bảng 3.22: Phổ khối lượng của một số dẫn xuất bis-tetrazol-1-yl 117 Bảng 3.23. Kết quả tổng hợp các dẫn xuất bis-thiazolidin-4-on 119 Bảng 3.24. Phổ hồng ngoại của các dẫn xuất bis- thiazoliđin-4-on 120 Bảng 3.25. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR của các dẫn xuất bis-thiazoliđin-4-on. 122 Bảng 3.26. Kết quả khảo sát tính ức chế ăn mòn thép CT3 của các bis- azometin 126 Bảng 3.27. Kết quả thử hoạt tính sinh học tại viện 19-8 128 Bảng 3.28. Kết quả thử hoạt tính sinh học tại Khoa Sinh học trường ĐH Khoa 130 học Tự nhiên 8 DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 3.1. Phổ IR của 4-amino-1-[(napht-2’-ylđiazenyl)naphtalen 63 Hình 3.2: Phổ UV của 4-amino-1-(naphtalen-1’-ylđiazenyl)naphtalen 64 Hình 3.3. Một phần phổ 1H-NMR của 4-amino-1- (napht-2’-ylđiazenyl) naphtalen 65 Hình 3.4: Phổ MS của 4-amino-1- (napht-1’-yl điazenyl)naphtalen 68 Hình 3.5. Phổ IR của bis-[(m-nitro benzyli den)-4,4’-điaminođiphenyl] ete (B4) 72 Hình 3.6: Phổ UV 4,4’- bis-( o- nitro benzyliđen)-điaminođiphenyl ete 72 Hình 3.7. Phổ UV của 4,4’- bis-(p- cloro benzyliđen)- điaminođiphenyl ete 72 Hình 3.8. Một phần phổ 1H -NMR của 4,4’- bis-( o- nitro benzyliđen)điamino điphenyl ete 76 Hình 3.9. Phổ 13C- NMR của bis-(m-nitro benzyliđen)-4,4’-điaminođiphenyl ete 77 Hình 3.10. Phổ MS của bis-(m-nitro benzyliđen)-4,4’-điaminođiphenyl ete). 78 Hình 3.11. Phổ IR của 1- amino-4-(4’-nitro benzyliden) amino benzen 82 Hình 3.12. Một phần phổ 1H-NMR của 1-amino-4-(4’-nitro benzyliden amino benzen 84 Hình 3.13. Phổ IR của 1-(p-nitro phenyl)tetrazole 90 Hình 3.14. Phổ tử ngoại của 1-(p. nitro phenyl)tetrazole 91 Hình 3.15. Phổ 1H – NMR của 1-(p. Nitro phenyl)tetrazole 95 Hình 3.16. Phổ 13 C – NMR của 1-(p-nitro phenyl)tetrazole 96 Hình 3.17. Phổ khối của 1-(p.nitro phenyl)tetrazole 98 Hình 3.18. Phổ IR của (4-amino phenyl)-[(napht-2’-yl)điazen (A4) 101 Hình 3.19. Phổ IR của 1-[4’-[(napht-2’’-yldiazenyl)napht-1’-yl]tetrazole 101 Hình 3.20. Phổ UV của 4-amino napht-1-yl (napht-1’-yl)điazen 104 Hình 3.21. Phổ UV của 1-[4’-(napht-1’’-yl điazenyl)napht-2’-yl]tetrazole 104 9 Hình 3.22. Một phần phổ 1H-NMR của 1-[4’-(phenylđiazenyl)phenyl]tetrazole 106 Hình 3.23 Phổ 13C-NMR của 4- (1-tetrazolyl)azobenzen 107 Hình 3.24. Phổ HMBC của 4- (1-tetrazolyl)azobenzen 108 Hình 3.25. Phổ MS của 1-[4’-(napht-2’’-ylđiazenyl)napht-1’-yl]tetrazole 110 Hình 3.26. Phổ IR của hợp chất 1- amino-4-(2’-nitro benzyliđen)amino benzen 111 Hình 3.27. Phổ 1H-NMR của 1- amino-4-(2’-nitro benzyliđen)aminobenzen 112 Hình 3.28. Phổ 1H-NMR của N- amino-2-(4’-đimetyl amino benzyliđen) aminobenzen 112 Hình 3.29. Phổ hồng ngoại của bis-(tetrazol-1-yl)-4,4’-điphenyl ete 115 Hình 3.30: Phổ 1H - NMR của bis-(tetrazol-1-yl)-4,4’-điphenyl metan 115 Hình 3.31: Phổ 13C – NMR của bis-(tetrazol-1-yl)-4,4’-điphenyl metan 115 Hình 3.32: Phổ HMBC của bis-(tetrazol-1-yl)-4,4’-điphenyl metan 116 Hình 3.33. Phổ khối của bis-(tetrazol-1-yl)-4,4’-điphenyl ete 118 Hình 3.34. Phổ IR của 1,4- bis-(p-cloro benzyliđen)phenylenđiamin 121 Hình 3.35. Phổ IR 4,4’- bis-(p- cloro benzyliđen)điaminođiphenyl ete 121 Hình 3. 36. Phổ 1H-NMR của 4,4’- bis – [5- (p-cloro phenyl) thiazoliđin - 4- on -3-yl] điphenyl ete 123 Hình 3.37. Phổ 13C-NMR của 4,4’- bis – [5- (p.cloro phenyl) thiazoliđin - 4- on -3-yl] điphenyl ete 124 Hình 3..38. Phổ MS của 1,4-bis-[5-piriđin thiazoliđin-4-on-3-yl]benzen 124 10 DANH SÁCH CÁC SƠ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ Sơ đồ 2.1. Sơ đồ phản ứng chung 38 Sơ đồ 3.1. Sơ đồ phân mảnh của 4-amino phenyl-( 3’-nitro phenyl)điazen và 4- 68 amino phenyl-( 4’-nitro phenyl)điazen Sơ đồ 3.2. Sơ đồ phân mảnh của bis-(m-nitro benzyliđen)-4,4’-điaminođiphenyl ete 79 Sơ đồ 3.3. Sơ đồ phân mảnh của AZ1-AZ9 86 Sơ đồ 3.4. Cơ chế của phản ứng tổng hợp tetrazole. 90 Sơ đồ 3.5. Sơ đồ phá vỡ phân tử 1-aryltetrazole 97 Sơ đồ 3.6 Sơ đồ phá vỡ bis-(tetrazol-1-yl)-4,4’-điphenyl ete 98 Sơ đồ 3.7. Sơ đồ phân mảnh của 1-[4’-[(napht-1’’-yldiazenyl)napht-1’-yl] 110 tetrazole Sơ đồ 3.8 Sơ đồ phá vỡ phân tử của 1,4-bis-[5(piriđin)-thiazoliđin-4-on-3-yl]benzen 11 118 DANH MỤC NHỮNG KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN ÁN - Các phƣơng pháp sắc ký CC : Column Chromatography (Sắc ký cột) DCC: Droplet Countercurrent Chromatography (Sắc ký giọt ngược dòng) GC: Gas Chromatography (Sắc ký khí) GC-MS: Gas Chromatography- Mass Spectrometry (Sắc ký khí khối phổ) TLC: Thin-layer Chromatography (Sắc ký lớp mỏng) - Các phƣơng pháp phổ MS : EI: Mass Spectrometry (Phổ khối lượng) Electron Impact (Va chạm electron) IR: Infrared Spectrometry (Phổ hồng ngoại) UV: Ultraviolet Spectrometry (Phổ tử ngoại) NMR: Nuclear Magnetic Resonance Spectrometry (Phổ cộng hưởng từ hạt nhân) 2D-NMR : Two-Dimensional Nuclear Magnetic Resonance Spectrometry (Phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều) 1 H-NMR: 13 C-NMR: Proton Magnetic Resonance Spectrometry (Phổ cộng hưởng từ proton) Carbon -13 Nuclear Magnetic Resonance Spectrometry (Phổ cộng hưởng từ hạt nhân cacbon-13). DEPT: Distortionless Enhancement by Polarisation Tranfer COSY : CO relation SpectroCop Y HMQC: Heteronuclear Multiple Quantum Coherence HMBC: Heteronuclear Multiple Bond Coherence δ (ppm) : Độ chuyển dịch hóa học J (Hz): Hằng số tương tác spin-spin s: singlet bs: singlet tù d: doublet q: quartet t: triplet m: multiplet - Các phƣơng pháp thử hoạt tính sinh học 12 IC50 : 50% Inhibitory Concentration (Nồng độ ức chế 50% ) MIC: Minimum Inhibitory Concentration (Nồng độ ức chế tối thiểu) VSVKĐ: Vi sinh vật kiểm định - Các dung môi DMSO: di metyl sunfoxit EtOAc : Etyl axetat EtOH : Etanol MeOH: Metanol (EtO)3CH: Trietyl othorformat - Các ký hiệu khác K.H. Ký hiệu Si gel: Silicagel Tonc : Nhiệt độ nóng chảy 13 MỞ ĐẦU Hóa học các hợp chất chất dị vòng là một trong những lĩnh vực rất phát triển của Hóa học Hữu cơ, chúng không những phong phú về số lượng, đa dạng về cấu trúc mà các tính chất cũng có nhiều điều rất lý thú. Bởi vậy, hóa học các hợp chất dị vòng luôn là tâm điểm của các nhà khoa học trong và ngoài nước chú ý quan tâm nghiên cứu. Trong hóa học dị vòng, các hợp chất chứa vòng tetrazol và thiazolidin đã và đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu, người ta nhận thấy rằng các hợp chất này có rất nhiều ứng dụng đi vào thực tế cuộc sống như trong Công nghiệp, Nông nghiệp... Đặc biệt trong lĩnh vực y học, các hợp chất này đã và đang được nghiên cứu làm thuố c như thuốc kháng sinh , thuốc chữa bệnh tiểu đường, thuốc tim mạch…Nhiều hợp chất chứa dị vòng thiazoliđin-4-on đã được biết đến nhờ những hoạt tính sinh học đa dạng và quý giá như gây mê, gây tê, chống lao, chống nhiễm khuẩn, chống co giật, kháng amip, tẩy giun và diệt nấm [35,41, 52]. Ngoài ra, nhiều dẫn xuất của chúng còn được ứng dụng trong các lĩnh vực khác như chất bảo vệ màu của polivinyl clorua, chất chống ăn mòn trên bề mặt kim loại, chất khơi mào cho hỗn hợp nổ, các muối tetrazole có thể bị khử thành chất màu fomazan để làm phẩm nhuộm [15,18,20, 85-88]... Chính vì thế tổng hợp và nghiên cứu về các hợp chất mới có chứa hệ vòng aryltetrazole và thiazoliđin-4-on vẫn luôn được nhiều người quan tâm và giữ vị trí quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu về các hợp chất dị vòng [7, 21, 110,47]. Căn cứ vào những thành tựu nói trên, từ nguyên liệu đầu là các amin thơm, andehit thơm sẵn có và axit thioglycolic, chúng tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp và tính chất của một số dẫn xuất 1-aryltetrazole và bis- thiazolidin-4-on ”. Những nội dung chính của luận án: 1. Tổng hợp các dẫn xuất aminoazoaren, dẫn xuất aminoazometin và bis- azometin. 2. Tổng hợp có định hướng các hợp chất hữu cơ dự kiến có hoạt tính sinh học như các dẫn xuất 1-aryltetrazole, bis-tetrazol-1-yl và bis-thiazolidin-4-on. 3. Xác định cấu trúc của các hợp chất đã nghiên cứu bằng các phương pháp phổ, nhằm cung cấp những dữ liệu về phổ của các chất này, đồng thời tìm hiểu mối quan hệ giữa cấu trúc phân tử và tính chất phổ. 4. Thăm dò hoạt tính sinh học và khả năng ức chế ăn mòn kim loại của một số hợp chất đã tổng hợp được nhằm tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học cao. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 14 1.1. TỔNG QUAN VỀ TETRAZOLE 1.1.1. Cấu trúc và các liên kết trong phân tử Tetrazole là hợp chất dị vòng 5 cạnh không bão hòa với một nguyên tử cacbon và 4 nguyên tử nitơ [6, 40, 58, 116-118]. Công thức chung và cách đánh số được chỉ ra như ở dưới đây: R-C5 R C N1H N4 N 3 NH N N2 H N N 5- Arylterazole C N-R N N N 1- Aryltetrazole R= H, NH2, CN, COOC2H5, CON (C2H5)2 , Br,C6H5... Đối với đồng phân tetrazole thế vị trí 5 có hai dạng tautome hóa I và II. R-C NH N R-C N N N NH N N 1H- Tetrazole (I) 2H- Tetrazole (II) Tetrazole tồn tại 3 dãy dẫn xuất mono thế và hai dãy dẫn xuất 2 lần thế: - Các tetrazole mono thế: H-C N - C 2 H5 N H-C N N N N Cl - C N - C6H5 N N 1- Etyl tetrazole NH N N 2- Phenyl tetrazole 5- Clo tetrazole - Các dẫn xuất tetrazole hai lần thế: H2N - C N - CH2-C6H5 N HOOC - C N N N - CH3 N N 1- Benzyl-5- amino tetrazole N Axit-2- metyl tetrazol -5- cacboxylic 15 N N N N Tetrazolo piridin Ngoài ra tetrazole còn tồn tại ở dạng ngưng tụ 1,5-hai lần thế, điển hình như tetrazolo piridin. Các muối tetrazoli và tetrazolin có các nhóm thế ở hai nguyên tử nitơ được biết với các nhóm thế ở vị trí 2,3-; 1,4- như sau: H3C C N N N Cl H3C C N C6H5 H3C N N N C6H5 2,3- Diphenyl-5-metyltetrazoli clorua N CH3 I 1,4,5-Trimetyltetrazoli iotdua Thực tế, đa số các tetrazolin được nghiên cứu có nhóm thế ở vị trí 1,4 hay 1, 3của vòng như sau: NH C6H5CH2 C N N N O CH3 N 1-Metyl-4-benzyl-5-iminotetrazole C N N N CH3 N CH3 1,3-Dimetyltetrazolin-5-on 1.1.2. Tính chất của tetrazole 1.1.2.1. Tính chất chung Đa số các tetrazole là các chất rắn dạng tinh thể, trừ một số ít dẫn xuất tetrazole ở dạng đơn vòng tồn tại ở thể lỏng. Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của các tetrazole một lần thế ở vị trí 2 thường thấp hơn so với các dẫn xuất tetrazole một lần thế ở vị trí 1 tương ứng. Các tetrazole một lần thế ở vị trí 5 nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn so với các đồng phân ở vị trí 1 và vị trí 2 [18-20,33,53-55, 60, 82, 112]. Tetrazole có nhiệt độ nóng chảy ở 156oC, dễ dàng tan trong nước và rượu nhưng khó tan trong ete và benzen. Phổ hồng ngoại của tetrazole ở trạng thái rắn và trong dung môi không phân cực đã chỉ ra sự có mặt của các nguyên tử trong phân tử [19, 33, 40, 77, 107]. Bằng phương pháp phân tích Rơnghen [41] có thể xác định được cấu trúc tinh thể, cấu trúc phân tử của muối 1,3-đimetyl-5-iminotetrazolin, một vài dẫn xuất 5aminotetrazole và dạng monohydrat của muối natri của tetrazole. Đối với các dãy khác của tetrazole cũng đã nhận được phổ Rơnghen dạng bột, hai phân đoạn và đây cũng chính là cơ sở có lợi để nhận ra các hợp chất này. 16 1.1.2.2. Phổ hồng ngoại Các tetrazole, các tetrazole -5 thế và tetrazole-1,5 hai lần thế hấp thụ trong vùng hồng ngoại từ 1110  1000cm-1, sự hấp thụ trong vùng 1298-1265cm-1 đặc trưng cho dao động của nhóm azit -N-N=N- trong vòng tetrazole. Các muối tetrazole có đặc trưng hấp thụ mạnh ở 1200  1220 và 1320cm-1 [19  20]. Cấu trúc trion của các tetrazolithion thế ở vị trí 1 được xác định trên cơ sở sự hấp thụ trong vùng từ 1183÷1232cm-1 đặc trưng cho liên kết C=S và sự vắng mặt hấp thụ được gây ra bởi nhóm thion . C N HN N S CH2C6H5 O N C N HN N C6H5 N Đồng thời phổ hồng ngoại của 1-aryltetrazolinon đã khẳng định cấu trúc ở dạng 5xeto mà không phải là dạng đồng phân 5-hydroxi. Các vạch hấp thụ ở 493 và 956cm-1 thuộc về nhóm amino và imino tương ứng được tìm thấy trong phổ hồng ngoại của 5aminotetrazole và 1-etyl-5-metylamino tetrazole[17÷20,42,47]. Đặc biệt sự hấp thụ ở vùng 900÷1300 cm-1 là vùng hồng ngoại của 1-aryltetrazole với 4 pic đặc trưng: 1210, 1090, 1000 và 960cm-1. Đây chính là cơ sở quan trọng để chứng minh sự có mặt của vòng tetrazole [17, 42, 80, 98, 107] . Bảng 1.1. Một số băng phổ đặc trưng của tetrazole (cm-1) N Ar N R Ar NH2 NH2 Vòng tetrazole 3370,3175 1240,1120 3370,3165 1240,1135 ----- 1150,1080 ---- 1220, 1120 ---- 1220, 1120 S NH2 N H C6H5O C6H5p-Br-C6H4N H 17 N C R N 1.1.2.3. Phổ tử ngoại Phổ tử ngoại của tetrazole và ankyl tetrazole hấp thụ yếu trong vùng 200  220 nm [33, 41,78, 85, 115]. Sự thế ở vị trí 5 bao gồm cả sự cộng hợp trực tiếp vào nguyên tử cacbon ở vị trí 5 bởi các nguyên tử N, S hay O đều dẫn tới sự chuyển dịch cực đại hấp thụ ở vùng cao hơn. Các nhóm thế phenyl ở các vị trí khác nhau trong vòng tetrazole cũng đã gây ra sự chuyển dịch bathochrom và đây là cơ sở để phân biệt giữa các đồng phân với nhau, như được chỉ ra ở bảng sau: Bảng.1. 2. Phổ tử ngoại của một số dẫn xuất tetrazole Chất λmax (nm) 1-Allyl-5-amino tetrazole 222 2-Allyl-5-amino tetrazole 244 5-Nitro amino tetrazole 277 1-Metyl tetrazolin-5-on 218,5 1-Phenyl tetrazole 236 2-Phenyl tetrazole 250 5-Phenyl tetrazole 241 Sự hấp thụ cực đại trong các dị vòng 5 cạnh có chứa nhóm thế aryl, kể cả các aryltetrazole đều có sự liên hệ với vị trí của nhóm aryl trong các dị vòng liên hợp [111]. Sự liên hợp thẳng với nhóm thế aryl của vòng tetrazole với mạch phân tử tương ứng với sự hấp thụ 270÷290 nm, trong trường hợp khi nhóm aryl liên kết với nguyên tử N ở vị trí 2 của hệ liên hợp thì sự hấp thụ quan sát thấy ở độ dài của sóng nằm trong vùng thấp hơn. Qui luật này đã được mô tả một cách chi tiết bởi phổ tử ngoại (UV) của các dẫn xuất 2,3-diphenyl-5-hexyltetrazoli clorua liên hợp theo mạch thẳng (IV) và 2-metyl-5phenyltetrazole (V). p-C6H13 C N N N C6H5 N C Cl C6H5 N N N N C6 H 5 IV  max =270 nm V CH3  max =240 nm Với cực đại hấp thụ ở 232nm của 1-metyl -5-phenyltetrazole đã cho sự đóng góp đáng kể trong việc xác định dạng lưỡng cực không liên hợp thẳng của các tetrazole. 18 Sự hấp thụ ở vùng 258 nm của 2-metylaminotetrazole cũng đã góp phần chứng minh cho sự tồn tại của cấu trúc meso [34,47]. Với các dẫn xuất bis-tetrazolylbenzen có cực đại hấp thụ nằm trong vùng thấp hơn, có lẽ do ảnh hưởng của vòng tetrazole đến hiệu ứng dịch chuyển này. Vị trí của vòng tetrazole gắn với nhân phenyl có ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cực đại hấp thụ [29, 63, 118], đồng thời sự có mặt của nhóm thế cũng gây nên sự chuyển dịch cực đại hấp thụ về vùng thấp hơn điều này được chỉ ra ở bảng sau: Bảng 1.3. Phổ tử ngoại của các dẫn xuất bis-tetrazolylbenzen R N N N N C N N N N R Hợp chất max ( nm) εmax H 1,2- 207 29400 H 1,3- 229 32900 H 1,4- 262 21000 ’ 1,2- 205 34700 2 -t-but R 1.1.2.4. Phổ cộng hƣởng từ 1H-NMR và 13C- NMR Trên phổ 1H – NMR của các aryltetrazole cho thấy đều xuất hiện tín hiệu singlet của proton nhóm -HC=N- nằm ở vùng 8,51 10,81ppm, đồng thời có đầy đủ tín hiệu của các proton trong phân tử với cường độ và số lượng nguyên tử phù hợp [19,43,111,113,115]. Bảng 1.4: Độ chuyển dịch hoá học của proton trong phổ 1H – NMR của một số tetrazole. Công thức 3' 4' H-5 H-2’ H-3’(H-4’) CCl4 9,14 7,79 7,52 0,27 N CDCl3 9,02 7,61 7,46 0,15 N (CD3)2CO 9,67 7,9 7,6 0,3 CF3COOH 9,72 7,6 7,47 0,13 5 2' 1' 1 N N ∆(H2’- H3’/4’) Dung môi 19 3' 5 2' 1' 4' N BF4 CH3 N + 1 N N 3' 2' 4' N 2 1' 5 N N N 3' 2' 2 1' 4' N 5 N + BF4 - N N C2H5 CDCl3 10,74 7,81 7,56 0,25 (CD3)2CO 11,3 8,02 7,76 0,26 CH3NO2 10,81 7,93 7,79 0,14 CF3COOH 10,51 7,7 7,56 0,14 85%D2SO4 10,39 7,76 7,7 0 CCl4 CDCl3 8,51 8,63 8,15 8,13 7,50 7,52 0,65 0,61 (CD3)2CO CF3COOH 8,92 8,72 8,14 7,78 7,64 7,28 0,50 0,50 (CD3)2CO CH3NO2 10,26 9,79 8,26 8,25 7,81 7,79 0,45 0,48 CF3COOH 85%D2SO4 9,52 9,57 8,03 8,20 7,58 7,74 0,45 0,46 (CD3)2CO 9,18 - - - N N H N N Phổ 13C-NMR của các aryltetrazole đều cho tín hiệu đặc trưng của nguyên tử cacbon ở nhóm -HC=N- của các dẫn xuất nằm trong khoảng 138,4÷152,5 ppm [115], đồng thời có mặt đầy đủ tín hiệu của các nguyên tử cacbon trong phân tử. Bảng 1.5: Độ chuyển dịch hoá học của cacbon trong phổ 13C-NMR một số tetrazole Công thức 3' 4' 5 2' 1' N N N 3' 4' 5 2' 1' + N N N N N C 2 H5 BF4- N N N N N N N BF4N+ C2 H5 Dung môi C5 C 1’ C 2’ C 3’ C 4’ CDCl3 140.3 133.4 120.8 129.8 129.6 (CD3)2SO 149.8 132.8 120.0 128.9 128.5 85% H2SO4 138.4 - 130.6 132.7 CDCl3 151.8 131.4 118.7 128.5 128.5 - 152.3 135.3 118.8 128.7 128.7 85% H2SO4 147.5 - 121.1 130.6 133.8 (CD3)2CO 148.3 121.5 130.3 133.1 20 121.4 Dioxan 143.3 ---- ---- ---- ---- (CD3)2CO 143.3 ---- ----- ---- ---- (CD3)2SO 142.1 ---- ---- ---- ---- N H N N N 1.1.2.5. Phổ khối lƣợng Phổ khối lượng của các tetrazole cho pic ion phân tử với cường độ yếu, chứng tỏ phân tử tetrazole không bền nhiệt và dễ dàng bị phân mảnh trong quá trình ion hóa [23, 34,57,81,89,114]. Robert R. Fraser và cộng sự [89] cho rằng phổ khối lượng của các aryltetrazole trong quá trình phân mảnh tạo ra ion đồng vị N15 chiếm 47,5%. Trong quá trình ion hóa vòng tetrazole kém bền hơn vòng aren vì vòng tetrazole bị vỡ trước tiên . Phổ khối của các hơ ̣p chất 1-aryltetrazole cho thấy vòng tetrazole trong quá trình ion hóa , thường cắ t các nhóm -N=N-; -H; -H=CN-, CH2N2 hoặc CH2N, -N=N-N=CH-, sau đó mới xảy ra sự phá vỡ vòng thơm. 1.1.2.6. Momen lƣỡng cực Các tetrazole -1 và 5-mono thế và 1, 5 hai lần thế có momen lưỡng cực cao hơn các dị vòng năm cạnh chứa nitơ khác [39,87], điều này được chỉ ra ở bảng sau: Bảng 1.6. Momen lưỡng cực µ của tetrazole Chất µ (D) Pirol 1,80 Pirazol 1,57 Imidazol 3,84 1,2,3-Triazol 1,77 1,2,4- Triazol 3,17 Tetrazole 5,11 5-Amino tetrazole 5,71 1-Metyl 5- (p.nitro phenyl)tetrazole 3,87 1-Etyl tetrazole 5,46 2-Etyl tetrazole 2,65 21 Giá trị momen lưỡng cực lớn của tetrazole có liên quan trực tiếp đến hiệu ứng phân cực của cặp electron không chia của nguyên tử nitơ ở vị trí 3. Giản đồ sự phân bố mật độ điện tử của phân tử tetrazole được thể hiện như sau: + 0,181 N N - 0,075 +0,167 C N - 0,027 NH + 0,116 Điểm cuối điện tích dương của lưỡng cực được phân bố ở gần nguyên tử cacbon của vòng tetrazole còn điểm cuối điện tích âm ở giữa các nguyên tử nitơ ở vị trí 2 và 3. Đồng thời, điện tích dương nhỏ của nhóm NH ở vị trí 1 cho biết sự thiếu hụt electron do sự tham gia tạo ra hệ thống electron vòng thơm bằng liên kết electron σ của nhóm –NH. Còn giá trị điện tích dương lớn hơn ở nguyên tử cacbon của vòng tetrazole thể hiện hiệu ứng cảm ứng của nguyên tử nitơ N4, dọc theo liên kết phân cực C-N. Điện tích âm nhỏ ở các nguyên tử nitơ N2 và N3 thể hiện sự chuyển dịch electron của hệ thống electron π trong vòng. Từ các giá trị này cho thấy các tác nhân ái điện tử khi tấn công vào vòng tetrazole chỉ tập trung ở các nguyên tử nitơ trong vòng. Các nhóm thế aryl hút electron trong các phenyl tetrazole thế đã làm giảm momen lưỡng cực, gây ra sự tương tác ngược lại với tác dụng của vòng tetrazole (Xem bảng 1.6). Đối với các đồng phân tetrazole thế ở vị trí 2, có momen lưỡng cực thấp hơn nhiều so với tetrazole (5,11D) [116]. Dựa trên sự tính toán momen lưỡng cực của đồng phân tautome (I), (II) và đối với phổ cộng hưởng từ proton 1H-NMR người ta có thể chứng minh rằng tetrazole tồn tại ở dạng tautome (I). R-C NH N R-C N N N N NH N 1H-tetrazole (I) 2H- tetrazole (II) Mặt khác, momen lưỡng cực của 1,3- dimetyl-5-iminotetrazolin (μ = 4,02 D) thấp hơn so với nhiều tetrazole. Sự phân biệt của hệ thống vòng tetrazolin và tetrazole được biểu hiện ở sự giảm đáng kể giá trị momen lưỡng cực (Ví dụ: 1,4-dimetyltetrazolin có μ = 1,14D còn 1,4-dimetyl-5-iminotetrazolin có μ = 1,65D). 22