Luận văn Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất Aryltetrazol có hoạt tính sinh học

NH2 Nâu đỏ 165-166 49 6 A6 NH2 Đỏ thẫm 178-180 62 Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 7 A7 NH2 Đỏ thẫm 126-128 60 8 A8 NH2 Đỏ 150 65 9 A9 NH2 Đỏ 98-100 52 3.1.1 Phổ hồng ngoại (IR) của các aminoazoaren Khi phân tử hấp thụ bức xạ trong vùng hồng ngoại sẽ làm quay phân tử quanh trục không gian của phân tử gay ra những dao động của nguyên tử và liên kết trong phân tử. Những dao động này làm biến đổi momen lƣỡng cực, tạo ra tín hiệu trên phổ hồng ngoại. Vì vậy, phổ hồng ngoại là một trong những phƣơng pháp vật lý hiện đại giúp phát hiện ra những nhóm chức, nghiên cứu cấu tạo của các chất. Nhờ phƣơng pháp đo phổ hồng ngoại, chúng tôi ghi đƣợc những thông tin để khẳng định cấu trúc các hợp chất tổng hợp đƣợc. Trên phổ IR của aminoazoaren (xem bảng 3.2) xuất hiện các pic hấp thụ đặc trƣng ở 3500-3300cm-1 ( 2NH amin bậc 1), ở 3055-3022cm-1 (νC-H thơm), ở 1650 – 1630cm-1 (δN-H thơm), ở 1621 – 1434cm -1 (νC=C thơm), ở 1579 – 1565cm-1 (νN=N của nhóm azo). Tuy nhiên pic hấp thụ của nhóm azo không đặc trƣng nhiều vì thƣờng lẫn với pic hấp thụ C=C của vòng thơm. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 Hình 3.1: Phổ IR của 1-amino-4-(napht-2’-yldiazenyl)naphtalen (A8) Trên phổ IR của A8 (hình 3.1) thấy xuất hiện hai pic nhọn hấp thụ mạnh trong vùng 3371 và 3471cm -1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của amin bậc 1; pic ở 3050cm-1 là dao động hóa trị của liên kết C-H vòng thơm; pic ở 1624cm- 1 tƣơng ứng với dao động biến dạng N-H; các pic ở 1516, 1461cm-1 là dao động hóa trị của liên kết C=C thơm; đối với nhóm azo N=N thì pic hấp thụ ở 1573cm -1. Ngoài ra trên phổ còn có pic hấp thụ ở 1339cm-1 ứng với dao động hóa trị C-N của amin thơm. 3.1.2 Phổ tử ngoại (UV) của các aminoazoaren Cùng với các nhóm chức, các aminoazoaren mà chúng tôi tổng hợp đƣợc theo dự kiến có chứa hệ vòng thơm (vòng benzen và vòng naphtalen), có cặp electron n của nitơ chƣa tham gia liên kết (ở nhóm NH2) và có các nhóm mang màu nhƣ C=C, nhóm azo N=N. Đặc điểm cấu tạo đó cho thấy: bên cạnh phổ hồng ngoại thì phổ tử ngoại cũng là một phƣơng pháp tốt để nghiên cứu cấu tạo và tìm mối quan hệ giữa cấu tạo và tính chất. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 So sánh phổ tử ngoại của chất tổng hợp với amin thơm ban đầu, chúng tôi nhận thấy: nhìn chung phổ tử ngoại của aminoazoaren xuất hiện 3-4 cực đại hấp thụ và có sự chuyển dịch mạnh về phía sóng dài, đặc biệt các hợp chất từ A5 đến A8 cho bƣớc sóng hấp thụ trong vùng khả kiến (xem ở bảng 3.2). Đó là do có nhóm thế liên hợp NH2, số lƣợng vòng thơm trong phân tử tăng lên đồng thời liên kết azo hình thành kéo dài mạch liên hợp. Đây là cơ sở xác nhân sự tạo thành các hợp chất aminoazoaren. Hình 3.2: Phổ UV của 1-amino-4-(napht-1’-yldiazenyl)naphtalen (A6) Trên phổ UV của A6 có cực đại hấp thụ λmax = 463nm ứng với sự chuyển mức electron trên mạch liên hợp trên toàn bộ phân tử và cao hơn rất nhiều so với cực đại hấp thụ λmax = 375nm của vòng naphtalen ban đầu. Sự chuyển dịch mạnh cực đại hấp thụ λmax của A6 là do sự liên hợp của cặp electron trên nguyên tử nitơ vào vòng thơm, đồng thời liên kết azo hình thành kéo dài mạch liên hợp. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 Trên phổ tử ngoại của đồng phân A2 có λmax = 336nm và A1 có λmax = 391nm ứng với bƣớc chuyển điện tử π–π* của vòng benzen chứa nhóm thế. Trong đó λmax của đồng phân A1 cao hơn nhiều so với λmax của đồng phân A2 có lẽ do ảnh hƣởng của vị trí nhóm thế trong vòng benzen, đồng phân A1 có nhóm NH2 và NO2 ở vị trí para gây nên tƣơng tác cộng hƣởng trong khi đồng phân A2 có nhóm thế NO2 ở vị trí meta không gây nên tƣơng tác này. So sánh phổ UV của các hợp chất trong dãy chúng tôi nhận thấy: hợp chất A5 có λmax = 494nm cao hơn rất nhiều so với hợp chất A1 có λmax = 391nm, do số lƣợng vòng thơm tăng lên. Các hợp chất từ A5 đến A8 có cực đại hấp thụ bƣớc sóng dài (λ1) ứng với dải hấp thụ ρ của vòng naphtalen bị biến đổi mạnh nhất khi số vòng thơm tăng lên, trong khi cực đại hấp thụ có bƣớc sóng trung (λ2) thì không. Nhƣ ở hợp chất A1 và A5 cực đại có bƣớc sóng dài (λ1) tăng nhanh từ 391 – 494nm, trong khi cực đại có bƣớc sóng trung (λ2) thay đổi không đáng kể từ 243,5 – 276nm. Sở dĩ có hiện tƣợng này là do vòng ngƣng tụ naphtalen cho hấp phụ ở 3 vùng chính: dải ρ, dải β, dải α. Khi số vòng thơm tăng lên thì dải ρ chuyển dịch về phía sóng dài nhanh nhất rồi đến dải β và cuối cùng là dải α. Với các đồng phân A6, A7 và A8 có cực đại hấp thụ gần tƣơng đƣơng nhau, chứng tỏ vị trí của nhóm amino gắn vào vòng naphtalen không ảnh hƣởng nhiều đến sự chuyển mức electron. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 Bảng 3.2: Phổ IR và phổ UV của các aminoazoaren STT Kí hiệu Phổ IR (KBr) cm-1 Phổ UV, dung môi etanol (nm) 2NH  C=C N=N λmax Pmax 1 A1 3484 3360 1505 1434 1571 391,0 243,5 1,618 0,559 2 A2 3431 1621 1456 1525 1573 336,4 275,0 0,388 0,263 3 A3 3475 3326 1625 1515 1569 - - 4 A4 3401 1621 1504 1564 - - 5 A5 3469 3383 1514 1497 1579 494,5 276,0 214,0 0,256 0,270 1,228 6 A6 3384 3477 1612 1509 1565 463,5 266,5 245,5 1,748 1,257 1,560 7 A7 3449 3384 1618 1508 1566 466,0 344,0 213,5 0,257 0,120 0,788 8 A8 3471 3371 1518 1461 1573 467,5 266,5 211,5 0,761 0,554 1,099 9 A9 3404 3321 1626 1507 1566 - - Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 Từ kết quả phân tích phổ IR và phổ UV các aminoazoaren chúng tôi đã xác định đƣợc sự có mặt của các nhóm chức, các nhóm nguyên tử và liên kết trong từng chất, phù hợp với công thức cấu tạo dự kiến và góp phần xác định cấu trúc phân tử. 3.1.3 Phổ khối (MS) của một số aminoazoaren Sau khi phân tích phổ MS của aminoazoaren chúng tôi nhận thấy đều thấy xuất hiện các pic ion phân tử (M+) phù hợp với kết quả tính phân tử khối theo công thức dự kiến và phù hợp với quy tắc nitơ (xem bảng 3.3). Hƣớng phân mảnh ion phân tử theo những quy luật nhất định nhƣ cắt nhóm liên kết - N=N- (của nhóm azo), nhóm amin NH2, nhóm HCN (giữa nhóm azo với vòng thơm), nhóm -C6H4NH2 sau đó mới phá vỡ vòng thơm. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 Bảng 3.3: Phổ MS của một số hợp chất aminoazoaren Kí hiệu CTPT [M] + Phổ khối lƣợng (MS) m/z (I%) A1 C12H10N4O2 242 242(45, M + ); 212(7); 184( 2); 167(3); 150(26); 122(34); 120(32); 105(17); 92(100); 77(74); 75(13); 65(40); 51(12)… A2 C12H10N4O2 242 242(2, M + ); 212(1); 182(3); 166(3); 150(65); 122(100); 92(28); 76(32); 75(38); 64(13)… A3 C17H15N3 261 261(56, M + ); 245(2); 232(1); 217(2); 170(8); 142(100); 115(40); 91(16); 77(3); 65(11)… A4 C17H15N3 261 261(74, M + ); 246(5); 232(14); 217(11); 170(5); 142(74); 115(100); 91(32); 77(11); 65(27)… A5 C16H13N3 247 247(7)(M + ), 171(8), 156(7), 149(10), 143(47), 127(53), 115(37), 77(7)… A6 C20H15N3 297 297(40, M + ); 268(39); 252(5); 142(51); 127(40); 115(100); 101(9); 89(12); 77(11)… A7 C20H15N3 297 297(80, M + ); 268(20); 142(100); 127(50); 115(60); 77(10)… A8 C20H15N3 297 297(53, M + ); 268(13); 142(100); 127(46); 115(57); 77(10)… A9 C20H15N3 297 297(40, M + ); 282(5); 268(39); 252(5); 142(50) 127(39); 115(100); 101(9); 89(12); 77(11)… Hai đồng phân A1 và A2 đều xuất hiện ion phân tử M + = 242 nhƣng có tín hiệu cƣờng độ phổ khác nhau khá nhiều (45% ở A1 và 2% ở A2). Trong Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 quá trình phân mảnh thì ở A1 tần suất lớn nhất là tạo ion có m/z = 92(100%), còn đồng phân A2 thì có xu hƣớng lớn nhất là cho mảnh có m/z = 122 (100%) nhƣ sau: NH2+ m/z = 92 m/z = 122O2N +; Trên phổ khối của A3 và A4 đều cho ion phân tử M + = 261 có cƣờng độ tƣơng đối mạnh (56% ở A3 và 74% ở A4) và có các pic ion mảnh có m/z tƣơng đối giống nhau. Cơ chế phân mảnh ƣu tiên theo hƣớng cắt gốc phenyl, nhóm N2 và NH2 cho các ion mảnh có m/z là 170, 142, 115, 91 và 77. Ở A3 tần suất lớn nhất là tạo ion có m/z = 142(100%), còn đồng phân A4 thì xu hƣớng lớn nhất là cho mảnh có m/z = 150 (100%). Nhƣ vậy mặc dù cùng cho các ion mảnh tƣơng tự nhau nhƣng ở đây ta thấy cƣờng độ của chúng khác nhau, có lẽ so ảnh hƣởng của hiệu ứng ortho đến sự ƣu tiên phân cắt liên kết. Sơ đồ phân mảnh nêu ở hình 3.3. NH2 NNH3C .+ - N 3 H 2 . . H3C + + CH3 + - N 2 NH2 + - HCN + M = 2 6 m/z = 217 m/z = 91 m/z = 170 m/z = 142 m/z = 115 N N + NH2 Hình 3.3: Sơ đồ phân mảnh của 2-amino-1-[(4’- metylphenyl)diazenyl] naphtalen (A4) Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 Trên phổ khối của các hợp chất A6 ÷ A9 đều cho ion phân tử M + = 297 có cƣờng độ tƣơng đối mạnh, nhƣng các pic ion mảnh có m/z và cƣờng độ khác nhau. Sự phá vỡ phân tử chịu ảnh hƣởng của hiệu ứng thế ortho đƣợc thể hiện rõ rệt. Ở đồng phân A6 và A9 tần suất lớn nhất là tạo ion m/z = 115 (100%), nhƣng chúng có sự khác nhau về các ion gốc. Chẳng hạn ở đồng phân A9 xuất hiện ion m/z = 282 (5%), trong khi đó đồng phân A6 không có. Ngƣợc lại đồng phân A7 và A8 thì tần suất lớn nhất lại cho ion có m/z = 142 (100%). Hình 3.4: Phổ MS của 2-amino-1-(napht-2’-yldiazenyl)naphtalen (A9) Trên phổ MS của A9 (hình 3.4) có pic ion phân tử M + = 297 phù hợp với kết quả tính phân tử khối theo công thức dự kiến. Sự phân cắt các liên kết tạo ra các pic ion dƣơng mảnh phù hợp với quy luật trên. Phân cắt nhóm nguyên tử )( 2HN cho pic ion phân tử có m/z = 268, phân cắt liên kết giữa azo với vòng thơm cho pic ion C10H8N + có m/z =142, hoặc ion (C10H7 + ) có m/z =127... Trong các ion phân mảnh, pic ion (C9H7 + ) có m/z = 115 cho cƣờng độ cao nhất chứng tỏ ion C9H7 + tồn tại bền vững nên trong quá trình phân cắt chủ yếu tạo ion này. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 .+ N N H2N . NH2 + +. - N3H3 . + NH2 + + + - N2H N2 . - M = 297m/z = 127 m/z = 268 m/z = 142 m/z = 115 m/z = 89 m/z = 252 - HCN - m/z = 170 N N + NH2 .+ Hình 3.5: Sơ đồ phân mảnh của 2-amino-1-(napht-2’-yldiazenyl) naphtalen (A9) Nhƣ vậy, trên cơ sở phân tích phổ IR, phổ UV và phổ MS chúng tôi đã xác định đƣợc cấu tạo của các chất tổng hợp phù hợp với công thức cấu tạo dự kiến. Những aminoazoaren này có thể sử dụng làm chất đầu chuyển hóa tạo tetrazol. 3.2 TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT 1-ARYLTETRAZOL Công thức tổng quát của dẫn xuất 1-arytetrazol: N N NCH N Ar Có nhiều phƣơng pháp khác nhau để tổng hợp tetrazol. Chúng tôi đã chọn phƣơng pháp [10,11] đi từ các amin thơm sẵn có và một số aminoazoaren đã tổng hợp đƣợc ở trên, phản ứng với natriazit (NaN3) theo tỷ lệ 1:1 trong dung môi trietylorthofomiat HC(OC2H5)3 với sự có mặt của axit Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 axetic CH3COOH. Bởi vì theo phƣơng pháp này chỉ cần qua một giai đoạn từ chất đầu sẽ cho ra tetrazol. Sơ đồ tồng hợp nhƣ sau: N N NCH N Ar Ar NH2 + NaN3 + HC(OC2H5)3 CH3COOH Trong đó Ar – NH2 là: 1 anilin 2 3-nitroanilin 3 4-nitroanilin 4 2-aminobenzoic 5 p-toludin 6 4-clolanilin 7 2-aminopiridin 8 4-aminobiphenyl 9 2-aminonaphtalen 10 4-(phenyldiazenyl)anilin 11 2-amino-1-[(4’-metylphenyl)diazenyl]naphtalen (A4) 12 1-amino-4-[(4’-metylphenyl)diazenyl]naphtalen (A3) 13 4-(napht-2’-yldiazenyl)anilin (A5) 14 1-amino-4-(napht-1’-yldiazenyl)naphtalen (A6) 15 2-amino-1-(napht-2’-yldiazenyl)naphtalen (A9) 16 1-amino-4-(napht-2’-yldiazenyl)naphtalen (A8) Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 Hỗn hợp phản ứng đƣợc cho vào bình cầu, đun hồi lƣu trong khoảng 4 – 5h ở nhiệt độ 75 – 80oC. Tùy theo bản chất của chất phản ứng mà có thể tăng thêm thời gian hoặc dung môi. Các tetrazol sẽ đƣợc tách ra khi để nguội bình phản ứng có sử lý bằng axit HCl và H2O. Lọc kết tủa, sản phẩm thu đƣợc kết tinh lại trong dung môi thích hợp, chủ yếu là dùng etanol. Cơ chế của phản ứng trên đến nay chƣa tìm thấy trong tài liệu nhƣng chúng tôi cho rằng phản ứng chạy theo các bƣớc sau: trƣớc tiên tạo ra liên kết azometin, sau đó ion N3 − tấn công vào liên kết C=N rồi đồng phân hoá đóng vòng theo cơ chế sau: Ar NH2 HC OC2H5 OC2H5 OC2H5 .. δ δ + Ar N CH OC2H5 + - N N + N - Na + .. Ar N CH OC2H5 N N + N.. .. .. : Na + - - Ar .. CH N N N N ..- : : .. + Ar N CH N N N - NaOC2H5 - 2HOC2H5 + Sơ đồ: Cơ chế của phản ứng tổng hợp tetrazol Chúng tôi đã tổng hợp đƣợc 16 dẫn xuất 1-aryltetrazol, các hợp chất đƣợc tổng hợp đều ở dạng rắn, đa số không tan trong nƣớc, tan tốt trong Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 axeton, DMF…, có nhiệt độ nóng chảy xác định, hiệu xuất đạt từ 20 – 74%. (xem bảng 3.4). Cấu trúc của các tetrazol đƣợc xác định bằng các phƣơng pháp phổ IR, UV-VIS,MS và một số đại diện đã đƣợc khảo sát kỹ về phổ 1H – NMR, 13 C – NMR, HSQC và HMBC. Bảng 3.4: Kết quả tổng hợp các dẫn xuất 1-aryltetrazol N N NCH N Ar STT Kí hiệu Ar Màu sắc t o nc ( o C) Hiệu suất (%) 1 T1 Trắng 66-67 54 2 T2 O2N Vàng 91-92 65 3 T3 O2N Vàng nhạt 197-198 62 4 T4 COOH Tím nhạt 198-199 40 5 T5 CH3 Trắng sữa 90-91 64 6 T6 Cl Trắng 127-128 70 7 T7 N Trắng 129-130 63 8 T8 Vàng nhạt 160-161 50 Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 9 T9 Vàng 190-191 59 10 T10 N N Vàng đậm 189- 190 74 11 T11 N NCH3 Nâu đỏ 130 20 12 T12 N NCH3 Đỏ 139-140 26 13 T13 N N Nâu 174 24 14 T14 N N Vàng nhạt 160-161 25 15 T15 N N Nâu đen 90- 91 20 16 T16 N N Vàng đậm 130- 131 30 Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 3.2.1. Phổ hồng ngoại (IR) của các dẫn xuất 1-arytetrazol So sánh phổ IR của các tetrazol với các chất đầu thấy sự biến mất pic hấp thụ đặc trƣng của NH2 (amin bậc 1) ở vùng 3500 – 3300cm -1. Đó là cơ sở ban đầu khẳng định sự tạo thành các tetrazol. Ngoài ra, trên phổ hồng ngoại của tetrazol có các pic hấp thụ đặc trƣng cho nhóm nguyên tử và các liên kết cơ bản trong phân tử nhƣ: ở vùng 3110 –3060cm-1 ứng với dao động hóa trị của liên kết C-H thơm, liên kết N=N ở 1536 – 1578cm-1, các dao động hóa trị trong vùng từ 1470-1600cm-1 đặc trƣng cho liên kết C=C của nhân thơm. Cƣờng độ các vùng hấp thụ này tuy có sự thay đổi so với vùng hấp phụ của aminoazoaren, nhƣng không thấy biểu hiện quy luật nào cụ thể (xem bảng 3.5). Trên phổ IR của T16 (hình 3.6) thấy sự biến mất của pic đặc trƣng cho dao động hóa trị của amin bậc 1 ở 3371 – 3471 cm-1. Ngoài ra trên phổ xuất hiện pic đặc trƣng cho dao động hóa trị của liên kết C-H thơm ở 3110- 3060cm -1, dao động hóa trị liên kết C=N của tetrazol ở 1685,03cm-1, dao động hóa trị của liên kết N=N (nhóm azo) ở 1577cm-1, dao động hóa trị của liên kết C=C thơm ở 1508cm-1 và 1470cm-1, dao động hóa trị của liên kết C-N ở 1350cm -1, dao động hóa trị của liên kết N=N ở 1631cm-1. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 Hình 3.6: Phổ IR của 1-[4’-(napht-2’’-yldiazenyl)napht-1’- yl]tetrazol (T16) Trong quá trình phân tích phổ IR, chúng tôi đặc biệt quan tâm sự xuất hiện các pic ở vùng 900 – 1300cm-1 đặc trƣng cho dao động của tổ hợp 1- aryltetrazol với 4 pic hấp phụ: 1210cm-1, 1090cm-1, 1000cm-1 và 960cm-1. Đây chính là cơ sở quan trọng chứng minh sự có mặt vòng 1-aryltetrazol, nhƣ hợp chất 1-(napht-2’-yl)tetrazol (T9) có 4 pic hấp thụ ở 1210, 1091, 1006, 961cm -1 còn đối với hợp chất 1-(4’-(phenyldiazenyl)phenyltetrazol (T10) có 4 pic hấp thụ ở 1208, 1085, 994, 960cm-1 (xem bảng 3.5). Khi so sánh cƣờng độ của 4 pic hấp thụ chúng tôi còn nhận thấy: hầu hết các trƣờng hợp 3 pic hấp thụ đầu tiên (1210, 1090, 1000cm-1) có cƣờng độ tƣơng đối mạnh, trong khi pic hấp thụ cuối cùng (960cm-1) có cƣờng độ yếu. Điều này thể hiện rất rõ trên phổ đồ của 1-(4’-(phenyldiazenyl)phenyltetrazol (T10) (hình 3.7). Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 Hình 3.7: Phổ IR của 1-[4’-(phenyldiazenyl)phenyl]tetrazol (T10) Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 Bảng 3.5: Phổ IR của các dẫn xuất 1-aryltetrazol STT Kí hiệu Phổ IR (KBr) cm-1 υC=N υC=C υN=N 4 pic đặc trƣng của vòng tetrazol 1 T1 1593 1462 1390 1501 1210; 1094 994 2 T2 - 1495 1470 1532 1218; 1090 997; 964 3 T3 1612 1507 1463 1524 1213; 1089 998; 856 4 T4 1689 1605 1466 1520 1214; 1092 1001; 958 5 T5 1655 1464 1383 1515 1205; 1092 997; 906 6 T6 - 1461 1385 1504 1205; 1087 996; 963 7 T7 1600 1467 1390 1572 1212; 1092 1005; 960 8 T8 1619 1599 1490 1529 1210; 1092 999; 962 9 T9 1628 1600 1481 1511 1210; 1091 1006; 961 10 T10 1703 1593 1483 1505 1208; 1085 994; 960 11 T11 1686 1507 1452 1549 1208; 1080 1000; 950 12 T12 1634 1566 1500 1205; 1098 1010; 980 13 T13 1676 1597 1482 1520 1200; 1080 1005; 952 14 T14 1623 1514 1572 - 15 T15 1683 1505 1452 1573 - 16 T16 1685 1508 1470 1577 1208; 1085 1009; 962 Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 Chúng tôi đã xác minh đƣợc sự có mặt của các liên kết, các nhóm chức có trong chất tổng hợp nhờ phân tích phổ IR. Đặc biệt là nhận diện vòng 1- aryltetrazol trong vùng hấp thụ đặc trƣng ở 900 – 1300cm-1 với 4 pic hấp thụ, góp phần quan trọng chứng minh cấu trúc của chất tổng hợp đƣợc. 3.3.2 Phổ tử ngoại (UV) Khi so sánh phổ UV của aryltetrazol với các chất đầu là aren thì thấy phổ của chúng không có sự khác biệt nhiều. Trên phổ đồ thƣờng có 2-3 cực đại hấp thụ. Cực đại có bƣớc sóng ngắn λ1 ở gần 202 ÷ 218nm ít bị biến đổi khi có sự thay đổi bản chất của các nhóm thế trong vòng benzen của bƣớc chuyển π–π* tƣơng ứng với dải E của vòng benzen. Cực đại có bƣớc sóng dài λ2 = 229 ÷ 270nm biến đổi rõ rệt khi thay đổi nhóm thế, nên đƣợc coi là ứng với bƣớc chuyển π–π* của toàn phân tử (xem bảng 3.6). Bảng 3.6 : Phổ UV của một số dẫn xuất 1-aryltetrazol Ký hiệu max Pmax Ký hiệu max Pmax T1 248,6 218,4 0,439 0,952 T9 326 0,140 T2 229,4 1,304 T10 325,5 231,5 1,235 0,507 T3 270,5 215,5 202,5 2,138 1,039 1,077 T14 454,6 353 2,240 0,674 T4 250,5 204,6 1.769 1.939 T15 435 355 0,899 0,704 T8 265,5 233,5 202,5 2,986 3,388 1,583 T16 384 261,5 0,566 0,834 Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 Trên phổ tử ngoại của 1-(p-nitrophenyl)-tetrazol (T3) (hình 3.8) thấy xuất hiện 3 cực đại hấp thụ: λ1 = 271nm; λ2 = 216nm; λ3 = 203nm , trong khi đó p- nitroanilin (chất đầu) có cực đại hấp thụ ở λ1 = 375nm; λ2 = 229nm. Vì vòng tetrazol đƣợc tạo thành không nằm trên cùng một mặt phẳng với vòng benzen nên liên hợp giữa 2 vòng bị phá vỡ làm cho max của 1-(p-nitrophenyl)- tetrazol nhỏ hơn max của p-nitroanilin. Hình 3.8: Phổ tử ngoại của 1-(p-nitrophenyl)-tetrazol (T3). Khi so sánh phổ UV của các tetrazol với phổ UV của các chất đầu là aminoazoeren chúng tôi nhận thấy: Phổ UV của các aminoazoaren thƣờng cho 3 - 4 cực đại hấp thụ trong khi phổ UV của tetrazol thƣờng chỉ có từ 2-3 Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 cực đại hấp thụ và sự chuyển dịch cực đại hấp thụ λmax ứng với bƣớc chuyển π-π* về phía sóng dài của tetrazol thấp hơn so với aminoazoaren tƣơng ứng (xem hình 3.9). Phổ UV của A8 Phổ UV của T16 Hình 3.9: Phổ UV của A8 và T16 Trên phổ UV của hợp chất tetrazol T16 có 3 cực đại hấp thụ λ1 = 215nm, λ2 = 262nm, λ3 = 384 (λmax) trong khi aminoazoaren A8 có 4 cực đại hấp thụ với λ1 = 211nm, λ2 = 246nm, λ3 = 266nm và λ4 = 467nm. Chúng tôi nhận thấy λ1 và λ2 của các tetrazol ít bị biến đổi so với các λ1 và λ2 của aminoazoaren ban đầu, cực đại hấp thụ λmax của cá tetrazol chuyển dịch về phía sóng dài yếu hơn các aminoazoaren tƣơng ứng. Nguyên nhân do sự liên hợp của cặp electron n trên nitơ (vòng tetrazol) kém hơn cặp electron n (ở nhóm NH2) do bị giải tỏa bởi vòng tetrazol và do hiệu ứng không đồng phẳng của vòng tetrazol trong phân tử dẫn đến sự liên hợp kém của vòng tetrazol với vòng naphatlen trong phân tử. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 Từ các kết quả phân tích phổ hồng ngoại và phổ tử ngoại của các dẫn xuất 1-aryltetrazol, chúng tôi đã xác định sự có mặt của các nhóm chức, các nhóm nguyên tử và liên kết có trong từng chất, phù hợp với công thức cấu tạo dự kiến và góp phần xác định cấu trúc của phân tử. Kết luận sơ bộ này cần đƣợc kiểm chứng bằng phổ NMR. 3.3.3 Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (NMR) Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân là một phƣơng pháp vật lý hiện đại, đáng tin cậy để xác định cấu tạo của các hợp chất hữu cơ và mối quan hệ giữa cấu trúc phân tử và tính chất phổ. Vì vậy, chúng tôi tiến hành ghi phổ 1H-NMR, 13 C-NMR, HSQC và HMBC của một số dẫn xuất 1-aryltetrazol đã tổng hợp đƣợc. Kết quả cho thấy trên phổ 1H-NMR, 13C-NMR xuất hiện đầy đủ các tín hiệu proton và tín hiệu cacbon có mặt trong công thức phân tử dự kiến. 3.3.3.1 Phổ 1 H-NMR Việc quy kết các tín hiệu cộng hƣởng cho các proton, chúng tôi dựa vào cƣờng độ tƣơng đối của các vân phổ, độ chuyển dịch hóa học và hằng số tƣơng tác spin – spin giữa các proton. Khi khảo sát phổ 1H-NMR rất dễ dàng nhận ra tín hiệu proton của vòng tetrazol (–HC = N –) luôn có dạng singlet (1H) do không tƣơng tác với proton nào và chuyển dịch về phía trƣờng yếu với δ = 9,81 ÷ 10,28 ppm. Ngoài ra trên phổ đồ cũng xuất hiện đầy đủ các tín hiệu của các proton khác trong phân tử với cƣờng độ và số lƣợng nguyên tử phù hợp (xem bảng 3.7). Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 Bảng 3.7: Dữ kiện phổ 1 H - NRM của một số 1-aryltetrazol. N N NCH N Ar a Chất Công thức Tín hiệu của H (δppm, JHz ) H a H của Ar T1 a 1 N N NCH N 2 5 4 3 6 10,09 7,91 (2H; d; H 6 , H 2 ; J=7,5) 7,66 (2H; t; H 5 , H 3 ; J=7,5) 7,57 (1H; t: H 4 ; J=7,5) T2 a 1 N N NCH NO2N 3 4 2 5 6 10,27 8,77 (1H; t; H 2 ; J=2 và 2) 8,40 (2H; tách 6;H 4 , H 6 ; J=8; J= 2,5 và 2) 7,95 (1H; t; H 5 ; J=8 và 8) T3 a 1 O2N N N NCH N 2 5 4 3 6 10,28 8,5 (2H; d; H 5 , H 3 ; J=9,1) 8,23 (2H; d; H 6 , H 2 ; J=9,1) T4 N N NCH N COOH a 1 25 4 3 6 9,81 8,09 (1H; dd; H 3 ; J=8 và 1,5) 7,85 (1H; tách 6; H 4 ; J= 7,5 và 1,5) 7,79 (1H; tách 6; H 5 ; J= 7,5 và 1,5) 7,71 (1H; dd; H 6 , J =8 và 1,5) T5 a 1 CH3 N N NCH N 2 5 4 3 6 10,04 7,79 (2H; d; H 6 , H 2 ; J=8,1) 7,46 (2H; d; H 3 , H 5 ; J=8,1) T6 a 1 Cl N N NCH N 2 5 4 3 6 10,10 7,96 (2H; d; H 5 , H 3 ; J=8,8) 7,74 (2H; d; H 2 , H 6 ; J=8,8) Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 T7 a 2 N N N NCH N 4 3 5 6 10,16 8,64 (1H; dd; H 6 ; J=5 và 1) 8,17(1H; tách 6; H 5 ;J=8 và 2,5) 8,05 (1H; d; H 3 ; J = 8) 7,62 (1H; tách 6; H 4 ; J= 8) T8 a 1 N N NCH N 2 5 4 3 6 1' 6'5' 4' 3' 2' 10,12 8,00 (2H; d; H 2 , H 6 ; J = 8,5) 7,96 (2H; d; H 3 , H 5 ; J = 8,5) 7,76 (2H; d; H 2’ , H 6’ ; J = 8,5) 7,51 (2H; t ; H 3’ , H 5’ ; J = 7,5) 7,43 (1H; t; H 4 ; J = 7,5) T9 N N NCH N 1 2 5 9 10 4 3 8 7 6 a 10,21 8,51 (1H; s; H 1 ) 8,19 (1H; d; H 3 ; J = 8,5) 8,07 (1H; d; H 4 ; J = 9,5) 8,03 (2H; d; H 5 ,H 8 ; J = 9) 7,64 (2H, H 6 , H 7 ; J = 7) T10 a 11' 6'5' 4' 3' 2' N N N N NCH N 2 5 4 3 6 10,21 8,15 (d; H 2 ,H 6 ; J = 9) 8,11 (d; H 3 ,H 5 ; J = 9) 7,92 (2H, t, H 2’ ,H 6’ ; J = 8) 7,60 (3H; H 3’ ,H 4’ ,H 5’ ; J =7,5) T11 N N NCH N N N CH3 1 2 5 9 10 4 3 8 7 6 a 5' 2' 1' 3' 4' 6' 9,82 8,52 (1H; H 8 ; J = 9) 8,32 (1H; d; H 3 ; J = 9) 8,22 (1H; dd; H 5 ; J = 9) 7,91 (1H; d; H 4 ; J = 8,5) 7,80 (2H; dd; H 6 ,H 7 ; J = 6,5) 7,64 (2H; d; H 2’ , H 6’ ; J = 8,1) 7,42 (2H; d; H 3’ , H 5’ ; J = 8,1) Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 T14 N N N N NCH N 1 23 4 6 5 7 8 910 a 1' 2' 9' 8' 7' 3' 4' 10' 5' 6' 10,10 8,16 (1H; d; H 2 ; J = 8,0) 8,06 (1H; d; H 3 ; J = 8,0) 9,15 (1H; d; H 5 ; J = 8,5) 7,82 (1H; t; H 6 ; J = 7) 7,92 (1H; t; H 7 ; J = 7) 7,59 (1H; d; H 8 ; J = 8,5) 9,02 (1H; d; H 2’ ; J = 8,5) 7,73 (1H; t; H 3’ ; J = 8) 8,25 (1H; d; H 4’ ; J = 8,5) 8,14 (1H; H 5’ ) 7,79 (1H; H 6’ ) 7,77 (1H; H 7’ ) 8,12 (1H; H 8’ ) T16 2 9 N N N N NCH N 4 3 8 10 5 6 a 7 1 5' 6'10' 9' 8' 7' 4' 3' 2' 1' 10,09 8,27 (1H; H 2 ; J = 9) 8,16 (1H; d; H 3 ; J = 9) 9,13 (1H; d; H 5 ; J = 8,5) 7,83 (1H; H 6 ; J = 7) 7,93 (1H; H 7 ; J = 7) 8,26 (1H; H 8 ; J = 8,5) 8,81 (1H; d; H 1’ ; J = 1,5) 8,04 (1H; d; H 3’ ; J = 8,0) 8,01 (1H; d; H 4’ ; J = 8,0) 7,58 (1H; d; H 5’ ; J = 8,5) 7,69(1H; H 6’ ; J = 7) 7,72(1H; H 7’ ; J = 7) 8,09 (1H; d; H 8’ ; J = 8,5) Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 Trên phổ 1H - NMR của 1-(p-clophenyl)-tetrazol (T6), rất dễ dàng nhận ra tín hiệu proton trong nhóm – HC=N – vì nó xuất hiện ở vùng trƣờng yếu: tín hiệu của Ha có dạng singlet (1H) và có δ = 10,10ppm. Trong các tín hiệu “proton thơm” thì tín hiệu H2, H3, H5, H6 có dạng doublet nhƣng xét cấu tạo của hợp chất này chúng tôi cho rằng tín hiệu H3, H5 (do ảnh hƣởng hút electron mạnh của nhóm Cl) phải nằm ở trƣờng yếu so với H2, H6, do đó δH3 ;H5 > δH2 ;H6. Tín hiệu của H 3 (H 5) có dạng doublet (2H) do tƣơng tác spin - spin với nguyên tử H2(H6) và có δH3; H5 = 7,96ppm với hằng số tách J = 8,8Hz. Tín hiệu của H2(H6) có dạng doublet (2H) do tƣơng tác spin - spin với nguyên tử H 3 (H 5 ) và có δH2; H6 = 7,74ppm với hằng số tách J = 8,8Hz (xem hình 3.10). Hình 3.10: Phổ 1 H-NMR của 1-(p-clophenyl)-tetrazol (T6) Khi khảo sát phổ 1H-NMR của các tetrazol đƣợc tổng hợp từ các hợp chất amminoazoaren có thể rất dễ dàng nhận ra tín hiệu proton của vòng Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 tetrazol (–HC = N –) luôn có dạng singlet (1H) do không tƣơng tác với proton nào và chuyển dịch về phía trƣờng yếu với δ = 10 ÷ 10,2 ppm, còn lại là các proton của vòng benzen và vòng naphtalen. Khác với proton ở vòng tetrazol, việc quy kết các tín hiệu proton ở vùng thơm rất phức tạp do sự xen kẽ của các tín hiệu. Vì vậy, ngoài dựa vào các giá trị chuẩn về độ chuyển dịch hóa học, dạng tín hiệu, hằng số tƣơng tác spin-spin, chúng tôi còn phải sử dụng đến phổ HSQC, HMBC và đặc điểm riêng của từng proton để quy kết các tín hiệu. Để thuận tiện chúng tôi quy ƣớc vị trí các nguyên tử cacbon và hiđro của 4-(1-tetrazolyl)- azobenzen (T10) nhƣ sau: a 11' 6'5' 4' 3' 2' N N N N NCH N 2 5 4 3 6 Trên phổ 1H-NMR của T10 (hình 3.11) nhận thấy tín hiệu proton trong vòng tetrazol (–HC = N –) dạng singlet (1H) với δ = 10,21ppm, còn lại là các tín hiệu proton ở vòng benzen đƣợc quy kết nhƣ sau: tín hiệu proton H2, 6 , H3, 5 (2H) có dạng doublet do tƣơng tác spin – spin giữa H2 - H3, giữa H5 - H6, tạo nên hiệu ứng mái nhà. Với proton H2,6 (δ= 8,15ppm, J=9Hz) độ chuyển dịch hóa học cao hơn proton H3, 5 (δ= 8,11ppm, J= 9Hz) do nhóm tetrazol gây hiệu ứng -I. Tín hiệu của proton H2’, H6’ có dạng doublet (2H) với δ= 7,92ppm và J= 8Hz, tín hiệu proton của H3’, H5’, H4’có δ= 7,607ppm và J= 7,5Hz dạng triplet (3H). Kết quả quy kết đƣợc ghi ở (bảng 3.9). Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 Hình 3.11: Phổ 1 H-NMR của 1-[4-(phenyldiazenyl)phenyl]tetrazol (T10) 3.3.3.2 Phổ 13 C-NMR Ngày nay, với máy phổ hiện đại có thể phân biệt đƣợc các nguyên tử cacbon có độ chuyển dịch hóa học chỉ khác nhau 0,01ppm, vì vậy phổ 13C- NMR cho phép phân biệt đƣợc các nguyên tử cacbon chỉ khác nhau về cấu tạo chút ít. Số lƣợng tín hiệu phổ 13C-NMR chính là số lƣợng các nguyên tử cacbon không tƣơng đƣơng trong phân tử. Để góp phần xác định một cách chính xác cấu tạo của sản phẩm thì việc xác định số lƣợng nguyên tử cacbon nhờ 13C-NMR kết hợp với số lƣợng nguyên tử hidro nhờ 1H-NMR là rất quan trọng. Vì vậy, chúng tôi ghi phổ 13C của một số chất tổng hợp đƣợc. Kết quả quy kết phổ 13C-NMR đƣợc liệt kê ở bảng 3.8. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 Bảng 3.8: Phổ 13 C - NMR của một số 1-aryltetrazol Chất Công thức Tín hiệu C(δppm ) C a C trong Ar T2 a 1 N N NCH NO2N 3 4 2 5 6 142,67 134,44 (C1) 124,10 (C4) 116,11 (C2) 131,66 (C5) 148,41 (C3) 127,29 (C6) T3 a 1 O2N N N NCH N 2 5 4 3 6 142,66 138,12 (C1) 121,85 (C2, C6) 147,38 (C4) 125,56 (C3,C5) T4 N N NCH N COOH a 1 25 4 3 6 144,79 132,55 (C1) 131,07 (C4) 127,93 (C2) 133,14 (C5) 131,17 (C3) 127,72 (C6) 165,37 (COOH) T7 aN N N NCH N 3 2 4 5 6 149,16 146,44 (C2) 140,47 (C4) 125,25 (C3) 114,91 (C5) 141,49(C6) T9 N N NCH N 1 2 5 9 10 4 3 8 7 6 a 142,34 119,27 (C1) 127,42 (C6) 131,14 (C2) 127,89 (C7) 119,05 (C3) 128,25 (C8) 130,12 (C4) 132,67 (C9) 127,64 (C5) 132,61 (C10) T14 N N N N NCH N 1 23 4 6 5 7 8 910 a 1' 2' 9' 8' 7' 3' 4' 10' 5' 6' 145,56 131,95 (C1) 147,22 (C1’) 111,78 (C2) 122,84 (C2’) 124,93 (C3) 126,93 (C3’) 148,68 (C4) 132,83 (C4’) 123,75 (C5) 112,83 (C5’) Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 129,06 (C6) 127,72 (C6’) 128,58 (C7) 125,94 (C7’) 122,07 (C8) 128,23 (C8’) 130,94 (C9) 134,03 (C9’) 130,94 (C10) 130,83 (C10’) T16 2 9 N N N N NCH N 4 3 8 10 5 6 a 7 1 5' 6'10' 9' 8' 7' 4' 3' 2' 1' 145,82 132,54 (C1) 129,23 (C1’) 112,03 (C2) 149,91 (C2’) 125,48 (C3) 129,17 (C3’) 151,67 (C4) 129,74 (C4’) 128,95 (C5) 124,88 (C5’) 130,52 (C6) 117,47 (C6’) 130,48 (C7) 123,06 (C7’) 128,17 (C8) 130,63 (C8’) 139,30 (C9) 134,56 (C9’) 136,30 (C10) 130,22 (C10’) Trong phân tử 1-(p-nitrophenyl)-tetrazol (T3) có 7 nguyên tử cacbon trong đó có 2 nguyên tử cacbon bậc 4 là C4 và C1 nên trên phổ 13C – NMR 2 cacbon này sẽ có cƣờng độ nhỏ nhất. Tín hiệu của C4 ở trƣờng yếu nhất vì C4 gắn trực tiếp với nhóm NO2, do hiệu ứng hút e của nhóm NO2 làm cho mật độ e trên C 4 giảm dẫn đến độ chuyển dịch hoá học của C4 là lớn nhất: δC4 = 147,38ppm; δC1 = 138,12ppm. Tín hiệu C a ở vùng trƣờng yếu và có cƣờng độ lớn hơn C1 và C4 có độ chuyển dịch hoá học là δC* = 142,66ppm. C 3 và C 5 ở vị trí ortho so với nhóm NO2 vì thế chúng sẽ có độ chuyển dịch hoá học lớn hơn C 2 và C 6 ở vị trí meta: δC3, C5 = 125,56ppm; δC2, C6 = 121,85ppm ( xem hình 6). Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 Hình 3.12: Phổ 13 C – NMR của 1-(p-nitrophenyl)-tetrazol (T3) Trong phân tử (T10) (hình 3.13) có 13 nguyên tử C trong đó có ba nguyên tử C bậc 4 là C1, C4 và C1’ nên trên phổ 13C – NMR cƣờng độ của ba C này sẽ là nhỏ nhất. Tín hiệu Ca ở vùng trƣờng yếu và có cƣờng độ lớn hơn cƣờng độ của C1 , C4. và C1’ nên có độ chuyển dịch hóa học là Ca = 142,25ppm. Khó khăn nhất là việc quy kết các nguyên tử cacbon có Hidro vì tín hiệu của chúng ở rất gần nhau, xen lẫn nhau nên chúng tôi ghi thêm phổ hai chiều để quy kết. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 Hình 3.13: Phổ 13 C-NMR của 1-[4-(phenyldiazenyl)phenyl]tetrazol (T10) 3.3.3.3 Phổ 2D - NMR Để phân biệt chính xác, trƣớc hết chúng tôi dùng phổ HSQC để quy kết tất cả những nguyên tử cacbon đính trực tiếp với hidro. Tiếp theo dựa vào độ chuyển dịch hóa học và cƣờng độ tín hiệu phổ để quy kết những nguyên tử cacbon có cấu tạo giống nhau. Đối với những nguyên tử cacbon không mang hidro nhƣ cacbon bậc bốn, chúng tôi sử dụng phổ HMBC để kiểm tra và làm rõ các trƣờng hợp nghi vấn. Phổ HSQC (Heteronuclear Singlet Quantum Conherance) tạm dịch là phổ tƣơng tác dị nhân qua một liên kết. Trên phổ này ngƣời ta khử bỏ tƣơng tác dị nhân qua nhiều liên kết, do đó chỉ còn một tƣơng tác qua một liên kết là thấy đƣợc. Phổ HMBC (Heteronuclear shift corelation via Multiple Bond Connectivitis) tạm dịch là phổ tuong tác dị nhân qua nhiều liên kết đƣợc viết gọn là phổ tƣơng tác qua nhiều liên kết. Trên phổ này ngƣời ta khử bỏ tƣơng Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 tác dị nhân trực tiếp, do đó chỉ còn thấy tƣơng tác qua hai đến ba liên kết, tƣơng tác qua bốn liên kết thƣờng quá yếu nên không xuất hiện. Hình 3.14: Phổ HSQC của T10 Hình 3.15: Phổ HMBC của T10 Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 Với hợp chất T10, dựa vào pic giao nhau giữa H và C trên phổ HSQC chúng tôi đã quy kết các tín hiệu cacbon nhƣ sau: H 2,6 (8,15ppm) tƣơng tác với C2,6 (121,88ppm); H 3,5 (8,11ppm) tƣơng tác với C3,5 (124,06ppm); H 2’,6’ (7,92ppm) tƣơng tác với C2’,6’ (122,72ppm); Các tín hiệu cacbon còn lại chúng tôi dựa vào phổ HMBC để quy kết. Trên phổ đồ xác định tín hiệu tƣơng tác giữa C và H liên kết cách nhau hai, ba liên kết. H 3,5 (8,11ppm) tƣơng tác với C1 (135,36ppm) H 2,6 (8,15ppm) tƣơng tác với C4 (151,76ppm) H 2’,6’ (7,92ppm) tƣơng tác với C4’ (132,00ppm) H 3’,5’ (7,61ppm) tƣơng tác với C1’ (151,76ppm) H 4’ (7,61ppm) tƣơng tác với C3’,5’ (129,46ppm) H 4’ (7,61ppm) tƣơng tác với C2’,6’ (122,72ppm) H 2,6 (8,15ppm) tƣơng tác với C3,5 (124,06ppm) Nhƣ vậy, dựa vào các phổ 1H-NHR, 13C-NMR, HSQC và HMQC chúng tôi đã quy kết đƣợc tất cả các tín hiệu của H và C của T10. Kết quả quy kết đƣợc ghi ở bảng 3.9. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 Bảng 3.9.: Các tín hiệu NMR (δ, ppm; J, Hz) của T10 a 11' 6'5' 4' 3' 2' N N N N NCH N 2 5 4 3 6 Tín hiệu H (δ, ppm; J, Hz) Tín hiệu C (δ, ppm) H a (10,21) C a (142,25) - C 1 (135,36) H 2 (8,15; 9) C 2 (121,88) H 3 (8,11; 9) C 3 (124,06) - C 4 (151,76) H 5 (8,15; 9) C 5 (124,06) H 6 (8,11; 9) C 6 (121,88) - C 1’ (151,76) H 2’ (7,92; 8) C 2’ (122,72) H 3’ (7,61; 7,5) C 3’ (129,46) H 4’ (7,61; 7,5) C 4’ (132,00) H 5’ (7,61; 7,5) C 5’ (129,46) H 6’ (7,92; 8) C 6’ (122,72) Trên cơ sở khảo sát phổ cộng hƣởng từ của tetrazol chúng tôi nhận thấy tín hiệu proton ở vòng tetrazol (-HC=N-) có δ =10-10,2ppm, dạng singlet (1H), cƣờng độ hấp thụ mạnh và ở trƣờng yếu so với các proton khác. Tín hiệu cacbon ở vòng tetrazol nằm ở vùng trƣờng yếu, độ dịch chuyển trong khoảng 142-145ppm, nhƣ ở đồng phân T14 (δ = 145,5ppm) và T16 (δ = Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 145,8ppm) có độ dịch chuyển tƣơng đƣơng nhau. Ngoài ra, khi nghiên cứu phổ 13C-NMR của 2 đồng phân này chúng tôi nhận thấy tín hiệu C4 (δ =151- 148ppm) có độ chuyển dịch hóa học cao nhất, có lẽ do bị ảnh hƣởng đồng thời của nhóm azo và vòng tetrazol. Từ kết quả quy kết các tín hiệu cacbon cho thấy tín hiệu của nguyên tử cacbon gắn vào vòng tetrazol có độ chuyển dịch luôn thấp hơn so với độ chuyển dịch của nguyên tử cacbon gắn vào nhóm azo, chứng tỏ vòng tetrazol ít gây ảnh hƣởng đến sự chuyển dịch hóa học của nguyên tử cacbon trong vòng thơm. Những nhận xét trên cho ta thấy một vài đặc điểm phổ NMR của dẫn xuất 1-aryltetrazol, đồng thời đó là cơ sở để chúng tôi quy kết các tín hiệu H và C trên phổ NMR của các tetrazol khác. 3.3.4 Phổ khối lƣợng Trên phổ khối của các hợp chất 1-aryltetrazol cho các ion phân tƣ̉ có cƣờng độ yếu , chƣ́ng tỏ ion phân tử tetrazol không bền nhiệt và bị phân mảnh dễ dàng trong quá trình ion hóa. Đồng thời vòng tetrazol kém bền hơn vòng aren vì vòng tetrazol bị vỡ trƣớc tiên . Phổ khối của các hợp chất 1-aryltetrazol cho thấy vòng tetrazol trong quá trình ion hóa , thƣờng cắt các nhóm N =N; HCN; CH=N-N và CH =N-N=N-N, sau đó mới xảy ra sự phá vỡ vòng thơm . Kết quả sự phân mảnh của các hợp chất 1-aryltetrazol cho ở bảng 3.10. Phân tử 1-(m-nitrophenyl)tetrazol (T2) và 1-(p-nitrophenyl)-tetrazol (T3) có ion phân tử M + =191 với cƣờng độ rất yếu (2%). Sự phá vỡ phân tử của T2 và T3 đều theo quy luật vòng tetrazol không bền bị phá vỡ trƣớc nhƣng giữa chúng vẫn có sự khác nhau ít nhiều. Cả 2 đều cắt nhóm –N=N- của vòng tetrazol ch ion m/z = 163(10%), tiếp đó tách nhóm NO2 cho m/z = 117 (87% ở T2 và 20% ở T3), tiếp theo cắt nhóm HCN tạo mảnh có m/z = 90 (100%). Ngoài ra ở T3 từ mảnh có m/z = 163 tách nhóm NO để tạo mảnh có m/z = 133 với cƣờng độ khá lớn (80%) trong khi T2 không có. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 O2N N N NCH N +. - HCN O2N N N N +. +. O2N N N CH - NO2 N N CH + O2N N + N O2N + N N CH O + - NO . - N2 - HCN M = 191 m/z = 164 m/z = 117 m/z = 90 m/z = 105 m/z = 133 m/z = 163m/z = 122 m/z = 150 +. - HCN m/z = 63 - N2 N+ + C O + CH C C C + CH2 m/z = 76 - HCN Hình 3.16: Sơ đồ phá vỡ phân tử 1-(p-nitrophenyl)-tetrazol (T3) Hình 3.17: Phổ MS của 1-[4’-(napht–2’’-yldiazenyl)napht-1’-yl] tetrazol (T16) Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 So với phổ khối lƣợng của các chất đầu aminoazoaren , phổ khối của các hợp chất tetrazol cho các ion phân tử (M+) cƣờng độ tƣơng đối yếu chứng tỏ ion phân tử kém bền , dễ phân cắt . Tƣ̀ các ion mảnh cho thấy vòn g tetrazol phân mảnh theo khuynh hƣớng cắt nhóm –N=N– hay =N–N=CH– hoặc cả – N=N–N=CH–, tiếp đến là sự phân mảnh ở vòng thơm giống nhƣ sự phân mảnh ở hợp chất aminoazoaren. Trên phổ MS của T16 (hình 3.17) xuất hiện pic ion phân tử M + =350 phù hợp với kết quả tính toán khối lƣợng phân tử. Quá trình phân mảnh tạo ra các ion có m/z lần lƣợt: 322, 308, 295, 252, 167, 127.... Sự phân cắt ở liên kết – N=N – cho pic ion có m/z = 322; phân cắt liên kết –N=N–N= tạo ion m/z = 308. Ion phân mảnh của vòng naphtalen mất 1 proton (C10H7 +) có cƣờng độ pic m/z =127 cao nhất, chứng tỏ ion này tồn tại bền, hƣớng phân mảnh chủ yếu tạo ra ion này. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 + . N N N N NCH N N N N N CH N N CH + + . +. +. N N NH .+ N N N CH + N N + m/z = 127 + m/z = 115 N + M = 350 m/z = 322 m/z = 308 m/z = 295 m/z = 154 m/z = 140 m/z = 167 Hình 3.18: Sơ đồ phân mảnh của 1-[4’-(napht–2’’-yldiazenyl)napht-1’-yl] tetrazol (T16) Ở 2 đồng phân T14 và T16 cho cƣờng độ pic ion phân tử gần nhƣ nhau. Sự phá vỡ phân tử chịu ảnh hƣởng của hiệu ứng ortho nên giữa chúng có sự phân cắt khác nhau ít nhiều (xem bảng 3.10). Điều này cũng giống với trƣờng hợp phổ khối của aminoazoaren đã trình bày ở trên. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 Bảng 3.10: Phổ MS một số dẫn xuất 1-aryltetrazol Kí hiệu CTPT (M) + Phổ khối lƣợng (MS) m/z (I%) T1 C7H6N4 146 146(M + ; 4); 118 (86); 91(100); 77(64); 64(54); 51(42)... T2 C7H5N5O2 191 191(M + ; 2); 163(10); 118(8); 117(87); 105(18); 90(100); 76(12)... T3 C7H5N5O2 191 191(M + ; 2);163(10); 133(80); 117(20); 105(20); 90(100); 76(10); 63(55)... T4 C8H6N4O2 190 191[M+1] + (100); 189(7); 171(15); 164(6); 163(23); 158(9)... T5 C8H8N4 160 160(M + ; 6); 132(73); 131(100); 105(40); 104(41); 91(67); 77(23)... T6 C7H5ClN4 180 180(M + ; 2); 153(32);151(100); 124(65); 110(20); 97(6); 90(47); 75(23); 63(38); 51(5)… T7 C6H5N5 147 147(M + ; 2); 129(1); 119(14); 92(11); 78(100); 65(6); 51(9)… T8 C13H10N4 222 222(M + ; 5); 194(100); 167(40); 152(20); 140(20); 115(10); 102(5); 89(5); 77(5); 63(5)… T9 C11H8N4 196 196(M + ; 24); 168(100); 140(94); 139(77); 126(36); 113(45); 87(7); 76(10); 63(17); 51(8)... T10 C13H10N6 250 250(M + ; 2); 249(8,9); 19(18); 145(34); 117(82,7); 90(64,9); 77(100); 63(25); 51(36)... Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 T11 C18H14N6 314 315[M+1] + (33); 287(100); 272(82); 260(17); 190(1); 182(2); 167(1)… T12 C18H14N6 314 315[M+1] + (27); 287(95); 272(65); 262(100); 260(15); 246(4); 178(5); 158(4)… T13 C17H12N6 300 300(M + ; 1); 298(54); 297(100); 268(34); 143(37); 142(77); 127(58); 115(88); 114(12); 101(7); 77(9); 63(5)... T15 C21H14N6 350 350(M + ; 2); 308(95); 97(90); 268(30); 142(93); 127(100); 115(70); 77(13); 63(6,6)… T16 C21H14N6 350 350(M + ; 2); 322(30); 308(20); 295(40); 167(93); 127(100); 115(16,7); 77( 13,3); 63(6,6)… Nhƣ vậy, trên cơ sở kết quả phân tích phổ IR, UV-VIS, NMR và MS của các chất tổng hợp đƣợc chúng tôi đã xác định cấu trúc của chúng phù hợp với công thức dự kiến. Với mong muốn đem lại giá trị thực tiễn cho đề tài, chúng tôi đã mạnh dạn thăm dò tính sinh học của một số mẫu chất. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 3.3 THĂM DÒ HOẠT TÍNH SINH HỌC Sau khi tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và tính chất phổ, chúng tôi tiến hành thăm dò hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của 8 dẫn xuất 1-aryltetrazol tại phòng vi sinh bệnh viện 19/8 – Bộ Công an theo phƣơng pháp đƣợc ghi trong dƣợc điển. * Vi khuẩn thử nghiệm: K.pneumonia (trực khuẩn Gram âm), S.epidermidis (cầu khuẩn Gram dƣơng) và C.albican (nấm men). Đƣợc nuôi cấy từ 18-24 giờ ở tủ ấm 37oC. + Tụ cầu vàng là cầu kháng khuẩn Gr+: gây bệnh nhiễm trùng da, nhiễm trùng huyết. + Trực khuẩn mủ xanh là trực khuẩn Gr-: gây bệnh nhiễm trùng da viêm đƣờng tiết niệu và viết thƣơng do bỏng tai nạn. + Nấm men C.albican: gây bệnh nhiễm trùng da và họng. * Hóa chất thử nghiệm: dung dịch DMF dùng để hòa tan dẫn xuất 1- aryltetrazol với hàm lƣợng từ 1.10-4g/ml đến 2.10-4g/ml, hay 1,5.10-8g đến 3.10 -8g trong 150µl mẫu thử. * Môi trƣờng cấy thử: - Miveller – Hinton (MH). - Sabouroud (SBS). * Phƣơng pháp tiến hành: thạch aga đƣợc cho vào đĩa có đƣờng kính 9cm, mỗi đĩa đổ 25ml aga, bôi dung dịch vi khuẩn lên mặt aga. Nuôi vi khuẩn trong tủ ấm ở 37oC trong 24 giờ. Sau đó đục lỗ cho vào 150µl dung dịch thử để trong tủ sấy ở 37oC trong 24 giờ. Cuối cùng, hoạt tính của hợp chất đƣợc đánh giá bởi đƣờng kính vô khuẩn, kết quả đƣợc ghi ở bảng 3.11. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 Bảng 3.11: Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn và chống nấm của dẫn xuất 1-aryltetrazol Kí hiệu Đƣờng kính vòng vô khuẩn (mm) Trực khuẩn Gram(-) K.pneumonia Trực khuẩn Gram(+) S.epidermidis Nấm men C.albican 100µl 150µl 100µl 150µl 100µl 150µl T2 18 22 8 10 22 25 T6 10 12 15 18 20 30 T7 8 16 18 20 15 20 T8 10 15 12 15 18 25 T9 12 20 12 15 10 20 T10 10 12 15 18 20 30 T15 10 17 10 13 10 15 T16 15 20 13 15 15 20 * Từ kết quả thu đƣợc ở trên chúng tôi đƣa ra một số nhận xét sơ bộ: - Các dẫn xuất 1-aryltetrazol đều có tính kháng khuẩn, chống nấm cao thể hiện đƣờng kính vô khuẩn tƣơng đối lớn và rộng. Khi nồng độ tăng từ 100μg/ml đến 150μg/ml thì họat tính tăng mạnh. Với tụ cầu vàng đƣờng kính vòng kháng khuẩn từ 08-20mm, với khuẩn mủ xanh từ 08-22mm và đƣờng kính vòng chống nấm từ 10-30mm. - Đối với trực khuẩn Gram âm: các chất T2, T9, T15 và T16 có khả năng ức chế cao, đặc biệt là T2 đƣờng kính vô khuẩn từ 18 – 22mm. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 79 - Đối với cầu khuẩn Gram dƣơng: các chất T6, T7, T9, T10, T16 có khả năng ức chế cao, đặc biệt là T7 đƣờng kính vô khuẩn từ 18 – 20mm. - Đối với nấm men: các chất T2, T6, T7, T8 và T10 có khả năng ức chế cao, trong đó với T7 và T10 có đƣờng kính vô khuẩn cao nhất từ 20 – 30mm. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 80 KẾT LUẬN Trong thời gian nghiên cứu chúng tôi đã thu đƣợc các kết quả sau: 1. Đã tổng hợp đƣợc 9 hợp chất aminoazoaren dựa trên phƣơng pháp ghép muối điazoni thơm với các amin thơm ; 16 dẫn xuất 1-aryltetrazol đi từ các amin sẵn có và các aminoaroeren điều chế đƣợc. Trong đó có 6 chất (T11 ÷ T16) chƣa tìm thấy trong tài liệu . 2. Cấu tạo của các sản phẩm đƣợc chứng minh qua phổ hồng ngoại, phổ tử ngoại, phổ khối, phổ cộng hƣởng từ 1H, 13C – NMR, HSQC và HMBC. 3. Đã thăm dò hoạt tính sinh học của 8 dẫn xuất 1-aryltetrazol đối với vi khuẩn Gram(+), Gram(-) và nấm mem. Kết quả cho thấy cả 8 hợp chất đều cho khả năng kháng khuẩn, kháng nấm cao. Biểu hiện hoạt tính mạnh nhất với hợp chất 1-[4’-(phenyldiazenyl)phenyl]tetrazol (T10) Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt 1. Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Nhƣ Tại (1980), Cơ sở hóa học hữu cơ, trang 333-350, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội. 2. Nguyễn Minh Thảo (2001), Tổng hợp hữu cơ, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội. 3. Nguyễn Minh Thảo (2001), Hóa học các hợp chất dị vòng, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội. 4. Nguyễn Đình Triệu (2005), Các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý, Tập 2, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà nội. 5. Nguyễn Đình Triệu (2006), Các phương pháp phổ trong hóa học hữu cơ và hóa sinh, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội. 6. Hoàng Thị Lý, Nguyễn Đình Triệu (2009), Tạp chí Hoá học, T.47 số 2A, trang 301- 307. Tài liệu nƣớc ngoài 7. A.Könnecke, E.Lippmann, E. Kleinpeter (1976), Tetrahedron, Vol 32,499. 8. A.Konnecke, G.Beyer. Monats. Z.Chem (1975), Vol 106,437- 442. 9. A.S.Enin, G.I.Koldobskii, L.I.Bagal, Zh.Org.Khim (1972), Vol 8(9), 1895-1901. 10. A.vetissian A,Aet al (2005), Chemisstry of Heterocylic compound, Vol. 41(N o 7 ),835. 11. B.E.Fischer, A.J.Tomson, J.P.Horwitf, 5-Aryltetrazole, J.Org.Chem.24, 1651 (1959). Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 82 12. Brook,Christopher,S. et al (2005), Patent WO 2005/041867 A2. 13. Dutman; Wayne.J.,Patent (2005), WO 2005/04 1867 A2. 14. Delahaba, G.A.Famieson, H.H.Richards (1959), 5-Adenosylinethione, J.Am.Chem.Soc. Vol 81(15), 3975. 15. E.Lippman, A.Konnecke and G.Beyer. Monats (1975), Synthese von 5-subtituierten 2-phenyl-tetrazole, Mh.Chem. Vol 106, 437- 449. 16. E.Lippmann, E. Kleinpeter (1976), Tetrahedron, Vol 32,499. 17. G. Nair, Manoj.V (2007), Patent WO 2007/013101 A1. 18. ITAYA ,Nobushige et al ( 2006), Patent. EP 1 666 471 A1. 19. Herbst, Roberts, Harvill (1951), J.Org.Chem, Vol 16, 139(1951). 20. James C.Kauer and William A. Sheppard (1996), 1-aryltetrazoles. Synthesis and properties, J.Am.Chem.Soc, Vol 32, 3580. 21. Kishore ,Charugundia (2007), Patent WO 2007/013101 A1. 22. P.A.S.Smith, J.M.Clegg, J.H.Hall (1958), Symthesis of heterocyclic compounds from aryl azides, J.Org.Chem. Vol 23(1), 524. 23. R.M.Herbst, K.R.Wilson, Apprent acidic dissociation of some J- aryltetrezoles, J.Org.Chem. Vol 22(10), 1142. 24. Rorbert M. Herbst and K. G. Stone (1957), Iminotetrazolium Salts. Identification of sulfonic acids, J.Org.Chem. Vol 22(10), 1050. 25. Robert C. Elderfield ( 1968 ), Heterocyclic compounds John wiley& sons. New york 1968 26. Smith (1947), J.Am.Chem.Soc, Vol 70, 320. Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 83 27. S.V.Voitekhovich (2005), Chemistry of Heterocyclic compounds . vol 41( N o 8),999 28. Weizig Stefan et al ( 2007 ),Patent WO 2007/014412 A1 29. W.G.Finnegan, R.A.Henry, R.Lofquist (1958), An improved symthesis of 5-substituted tetrazoles, J.Am.Chem.Soc. Vol 80 (13), 3908. 30. W.G.Finnegan, R.A.Henry, E.Lieber (1953), Preparation and isomerization of 5-alkyl-1-aminotetrazole. J.Org.Chem. Vol 18(7), 779. 31. G.I.Klodobskii, V.A.Ostrovskii, B.V.Gidaspov (1975), Application of Schmidt reaction for synthesis of tetrazoles, Khim. Geterotsikl., #6, 723-735 (tiếng Nga). Luận văn tốt nghiệp Vũ Kim Liên – K15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 84