Tài liệu Phân tích cấu trúc một số indenoisoquinolin có dị vòng no ở mạch nhánh bằng các phương pháp hóa lý hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC VŨ NGỌC TÂN PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MỘT SỐ INDENOISOQUINOLIN CÓ DỊ VÒNG NO Ở MẠCH NHÁNH BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC VŨ NGỌC TÂN PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MỘT SỐ INDENOISOQUINOLIN CÓ DỊ VÒNG NO Ở MẠCH NHÁNH BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 8440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LỤC QUANG TẤN THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Với lòng 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 tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Tôi xin gửi lời trân trọng cảm ơn tới GS.TS Nguyễn Văn Tuyến, PGS. Phạm Thị Thắm, PGS.TS Phạm Thế Chính cùng các thầy cô khoa Hóa học trường Đại học Khoa Học – Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá 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 phòng Hóa Dược thuộc viện Hóa học, Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình triển khai nghiên cứu và thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình tôi, 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 18 tháng 5 năm 2019 Học viên Vũ Ngọc Tân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 Chương 1. TỔNG QUAN................................................................................................ 2 1.1. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ..................................................2 1.1.1. Phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H .......................................5 1.1.2. Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C .......................................................... 12 1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR). ........................................................................15 1.3. Tổng quan về nhiễu xạ tia X đơn tinh thể .............................................................. 17 Chương 2. THỰC NGHIỆM .........................................................................................19 2.1. Hóa chất và thiết bị .................................................................................................19 2.1.1. Hóa chất và dung môi .......................................................................................... 19 2.1.2. Thiết bị xác định và phân tích cấu trúc ............................................................... 19 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 ..................................................................20 2.2. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc các dẫn xuất indenosiquinolin ......................20 2.2.1. Phân tích cấu trúc hợp chất 6...............................................................................21 2.2.2. Phân tích hợp chất 7 ............................................................................................ 22 2.2.3. Chuẩn bị mẫu và phân tích cấu trúc hợp chất 8 .................................................23 2.2.4. Phân tích hợp chất 9 ............................................................................................ 27 2.2.5. Phân tích hợp chất 10 .......................................................................................... 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 6..................................................................................31 3.2.1. Phân tích cấu trúc hợp chất 6 bằng phổ 1H-NMR ...............................................31 3.2.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 6 bằng phổ 13C-NMR .............................................32 3.3. Phân tích cấu trúc indenoisoquinolin 7....................................................................34 3.3.1. Phân tích cấu trúc hợp chất 7 bằng phổ hồng ngoại (IR) ....................................34 3.3.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 7 bằng 1H-NMR ......................................................35 3.3.3. Phân tích cấu trúc hợp chất 7 bằng 13C-NMR .....................................................36 3.4. Phân tích cấu trúc hợp chất indenoisoquinolin 8…………………………………37 3.4.1. Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR ...37 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3.4.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng 13C-NMR .....................................................39 3.4.3. Phân tích cấu trúc hợp chất 8 bằng nhiễu xạ tia X đơn tinh thể .......................... 40 3.5. Phân tích cấu trúc hợp chất indenoisoquinolin 9....................................................41 3.5.1 Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng phổ hồng ngoại (IR) .....................................41 3.5.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR ...............42 3.5.3.Phân tích cấu trúc hợp chất 9 bằng phổ 13C-NMR ...............................................43 3.6. Phân tích cấu trúc hợp chất indenoisoquinolin 10 ...................................................44 3.6.1.Phân tích cấu trúc hợp chất 10 bằng phổ hồng ngoại (IR) ...................................45 3.6.2.Phân tích cấu trúc hợp chất 10 bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR ..45 3.6.3.Phân tích cấu trúc hợp chất 10 bằng phổ 13C-NMR .............................................47 KẾT LUẬN ...................................................................................................................48 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 49 PHỤ LỤC CÁC PHỔ..……………………………………………………………………….54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 13 1 C- NMR: H-NMR: TLC(Thin Layer Nuclear Magnetic Resonance Spectroocopy Proton Nuclear Magenetic Resonance Spectroocopy Sắc ký lớp mỏng(SKLM) Chromatography) IR(Infrared Phổ hồng ngoại Spectrocoppy) EI-MS(Electronic Phổ khối lượng Impact Mass Spectrocopy) HMBC Heterronuclear Multiple Bond Correlation HMQC Heterronuclear Multiple Quantum Corehence HSQC Heterronuclear Single Quantum Corehence HMBC: Heteronuclear Multiple-Bond Correlation TOCSY: Total Correlation Spectroscopy HMQC-TOCSY: Heteronuclear Multiple-Quantum Correlation with additional TOCSY transfer Hz Hertz COSY: Correlation Spectroscopy NOESY Nuclear Overhauser effect spectroscopy ROESY Rotational frame nuclear Overhauser effect spectroscopy COLOC Correlation spectroscopy for Long- Rang Couplings APT Attached Proton Test DEPT Distortioness Enhancement by Polarization Transfer Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 3.1. Sơ đồ chuẩn bị các mẫu phân tích ................................................................ 30 Sơ đồ 3.2. Chuẩn bị mẫu indeno [1,2-c] isochromen-5,11-đion 6 ................................ 31 Sơ đồ 3.3. Sơ đồ tổng hợp indenoisoquinolin 7 ............................................................. 34 Sơ đồ 3.4. Sơ đồ chuẩn bị mẫu indenoisoquinolin 8. .....................................................37 Sơ đồ 3.5. Sơ đồ chuẩn bị mẫu indenoisoquinolin 9. .....................................................41 Sơ đồ 3.6. Sơ đồ chuẩn bị mẫu indenoisoquinolin 10. ...................................................44 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Phổ 1H NMR của 1-xiclopentylbut-1-en-3-on ................................................5 Hình 1.2. 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 ...................................................6 Hình 1.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của một số hợp chất ............................... 8 Hình 1.4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của 3-brom-2-tert-butoxithiophen .........9 Hình 1.5. Phổ lý thuyết A2B ............................................................................................ 9 Hình 1.6. Phổ 1H-NMR của 1,3,4-tribrombut-1-in .......................................................10 Hình 1.7. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của stirenoxit ........................................10 Hình 1.8. Phổ lí thuyết hệ ABX với JAX và JBX a) ngược dấu, b) cùng dấu ...............11 Hình 1.9. Phổ lý thuyết A2B2.........................................................................................12 Hình 1.10. Phổ CHTN–13C có tương tác C–H (a) và xóa tương tác C–H (b) ...............14 Hình 1.11. Phổ hấp thụ hồng ngoai của but-2 en-1 ol ...................................................16 Hình 3.1. Phổ 1H-NMR của hợp chất 6 ........................................................................31 Hình 3.2. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 6.........................................................32 Hình 3.3. Phổ 13C-NMR của hợp chất 6 ........................................................................33 Hình 3.4. Phổ 13C-NMR giãn rộng của hợp chất 6........................................................33 Hình 3.5. Phổ IR của hợp chất 7....................................................................................35 Hình 3.6. Phổ 1H-NMR của hợp chất 7 .........................................................................35 Hình 3.7. Phổ 13C-NMR của hợp chất 8 ........................................................................37 Hình 3.8. Phổ 1H-NMR của hợp chất 8 .........................................................................38 Hình 3.9. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 8.........................................................39 Hình 3.10. Phổ 13C-NMR của hợp chất 8 ......................................................................39 Hình 3.11. Mô hình cấu trúc phân tử của hợp chất 8 theo phương pháp X-ray tinh thể. ..................................................................................40 Hình 3.12. Phổ IR của hợp chất 9..................................................................................41 Hình 3.13. Phổ 1H-NMR của hợp chất 9 .......................................................................43 Hình 3.14. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 9.......................................................43 Hình 3.14. Phổ 13C-NMR của hợp chất 9 ......................................................................44 Hình 3.15. Phổ IR của hợp chất 10................................................................................45 Hình 3.16. Phổ 1H-NMR của hợp chất 10 .....................................................................46 Hình 3.17. Phổ 13C-NMR của hợp chất 10 ....................................................................47 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU Phân tích cấu trúc các hợp chất hữu cơ là một trong số nhiệm vụ quan trọng của Hóa học vì khi biết chính xác cấu trúc giúp chúng ta có câu trả lời chính xác cho việc phân tích định tính, định lượng các chất, góp phần làm sáng tỏ các ứng dụng của hợp chất đó trong đời sống và công nghệ. Để phân tích cấu trúc của các hợp chất hữu cơ có thể sử dụng kết hợp các phương pháp hóa lý hiện đại khác nhau. 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 của các hợp chất hữu cơ. 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 [6÷26]. Indenoisoquinolin là nhóm chất đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tổng hợp, phân tích cấu trúc và xác định hoạt tính sinh học trong thời gian gần đây do có khả năng ức chế sự phát triển tế bào ung thư theo cơ chế ức chế topoisomerase I. Indenoisoquinoline có đặc tính ổn định, không bị thủy phân, không gây độc giống như Camptothecin, một số dẫn chất như Indotecan (1) và Indimitecan (2) 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 không có vòng lacton [6,9,10,12, 14, 15]. Do đó, luận văn này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của một số hợp chất indenoisoquinolin có dị vòng no ở mạnh nhánh 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 của chúng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 2 Chương 1 TỔNG QUAN 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 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]. 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 ngoài 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 ngoài 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 vòng, 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 vuông góc với từ trường ngoài 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 ngoài, còn phía ngoài parabol thì từ trường tổng hợp lớn hơn B0 vì từ trường riêng cùng hướng với từ trường ngoài. Do đó hằng số chắn phía ngoài parabol nhỏ còn phía trong thì có hằng số chắn lớn nghĩa là độ chuyển dịch học cùng các proton nằm phía ngoài parabol sẽ lớn còn phía trong sẽ nhỏ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3 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 hoá 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 C trong phân tử khác nhau mà mật độ 13 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 không có thứ nguyên mà được tính bằng phần triệu (ppm). Đối với phổ CHTHN 1H thì δ có giá trị từ 1 đến 12 ppm còn 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 không phụ thuộc vào thiết bị bên ngoài (cường độ từ trường hay tần số sóng) không có thứ nguyên 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 .10 6 ( 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: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 4   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 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 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 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 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 [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 Jbc= 1Hz. Sở dĩ giá trị Jbc nhỏ vì đó là tương tác truyền qua 4 liên kết (trong đó có một liên kết đôi). Proton Hb không những tương tác với Hc, Hd mà còn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 5 tương tac với hai nhóm metylen trong vòng 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 1.1.1. Phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H 1.1.1.1. 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. Ngoài 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] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 6 Hình 1.2. 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 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 đoán 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 công thức dự đoán không. 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 . 1.1.1.2. 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 7 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,...   6 thì xếp vào phổ bậc 1, còn lại xếp vào phổ bậc cao. J Trường hợp 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: Tû lÖ chiÒu cao c¸c v¹ch trong mçi nhãm Sè v¹ch trong nhãm cã t-¬ng t¸c 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 1 5 Hệ phổ bậc 1 thường gặp có dạng 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). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 8 Am Sè ®Ønh: n+1 Xn m+1 AX Cl2CH-CHBr2 A2X Cl2CH-CH2Br A3X CH3-CH=O A6X CH3-CH-CH3 NO2 Hình 1.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của một số hợp chất b) Phổ bậc cao AB, AB2, và ABX Phổ AB Các phổ được xếp vào hệ phổ bậc cao có   6 đơn giản nhất là hệ AB J và 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 thông số được tính theo công thức: AB = 0,5(2 + 3 )  AB  ( 1   4 )(  2   3 ) A = AB + AB / 2 (Hz) A = AB – AB / 2 (Hz) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 9 Hình 1.4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của 3-brom-2-tertbutoxithiophen Phổ A2B Hình 1.5. Phổ lý thuyết A2B 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 )  Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 10 Hình 1.6. 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 1H-NMR của stirenoxit ở dưới, phần AB có 8 đỉnh và phần X có 4 đỉnh (hình 1.9). Hình 1.7. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của stirenoxit Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 11 Về lý thuyết hệ phổ ABX gồm hai phần, phần AB có 8 đỉnh còn 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 J AX và JBX mà dạng phổ thay đổi như ở hình 1.10. Hình 1.8 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 A 2B2 có cấu trúc phụ thuộc vào tỷ số J/ (hình 1.11). Về lý thuyết phổ A2B2 có tất cả 14 đỉnh chia làm hai phần đối xứng, khoảng cách hai đỉnh ngoài của mỗi phần là 2J AB còn hai đỉnh phía ngoài có cường độ cao nhất là A và B. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 12 Hình 1.9. Phổ lý thuyết A2B2 1.1.2. 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 thông tin hơn phổ CHTN–1H, ví dụ ở hợp chất hữu cơ không chứa hiđro thì không có tín hiệu trong phổ CHTN–1H nhưng nó cho tín hiệu của phổ CHTN–13C. Vì tỷ lệ của 13 C nhỏ và hằng số tỷ lệ gyromagnetic thấp nên tín hiệu cộng hưởng từ thường Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn