BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI ˜&™ VŨ NGỌC KHÁNH NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG CỦA 5-BRMO-7CACBOXYMETOXY-6-HYROXY-1-METYLQUINOLINI-3SUNFONAT VỚI MỘT SỐ TÁC NHÂN NUCLEOPHIN Chuyên ngành: Hóa học hữu Mã số: 60.44.01.14 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Hữu Đĩnh TS Hoàng Thị Tuyết Lan HÀ NỘI – 2014 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới thầy giáo GS.TS Nguyễn Hữu Đĩnh, cô giáo TS Hoàng Thị Tuyết Lan hướng dẫn, bảo giúp đỡ em suốt trình học tập nghiên cứu, thực hành thí nghiệm, khai thác phân tích kết để hoàn thành luận văn tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Bộ mơn Hóa Hữu Cơ Trường đại học sư phạm Hà Nội nhiệt tình hướng dẫn truyền thụ kinh nghiệm q báu q trình làm thí nghiệm Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bạn học viên cao học giúp đỡ em nhiều trình thực hành thí nghiệm, đặc biệt học viên Bùi Yến Hằng tổ Bộ mơn Hóa Hữu Cơ Trường đại học sư phạm Hà Nội Do thời gian kiến thức hạn chế nên chắn luận văn tốt nghiệp khó tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận góp ý thầy bạn luận văn em hoàn thiện Một lần nữa, em xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, Ngày 10 tháng 10 năm 2014 Học viên Vũ Ngọc Khánh MỤC LỤC HÀ NỘI – 2014 .1 LỜI CẢM ƠN Chương TỔNG QUAN .4 1.1 TÌNH HÌNH TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT DỊ VỊNG TỪ EUGENOL 1.1.1 Tinh dầu hương nhu eugenol 1.1.2 Chuyển hoá eugenol thành chất đầu để tổng hợp dị vòng [1] .5 Sơ đồ Tổng hợp số dẫn xuất ete eugenol .5 Sơ đồ Tổng hợp số dẫn xuất este nitro eugenol Sơ đồ Tổng hợp este eugenol với aspirin 1.1.3 Nghiên cứu hợp chất dị vòng tổng hợp từ eugenol dẫn xuất [5] Sơ đồ Tổng hợp dãy 1,3,4-oxadiazole từ axit eugenoxyaxetic (R: CH2, CHMe) Sơ đồ Tổng hợp dãy 1,2,4-triazole từ hydrazit axit eugenoxyaxetic (R: CH2, CHMe) .7 Sơ đồ Tổng hợp 7-cacboxymetoxy-6-hydroxy-3-sunfoquinolin từ eugenol.8 1.2 SƠ LƯỢC VỀ DỊ VÒNG QUINOLIN 1.2.1 Quinolin [9] 1.2.2 Phản ứng electrophin vào vòng quinolin 1.2.3 Phản ứng nucleophin vòng quinolin Chương THỰC NGHIỆM 16 2.1 TỔNG HỢP CÁC CHẤT ĐẦU 16 2.1.1 Tổng hợp axit eugenoxiaxetic 2.1.2 Tổng hợp axit 2-hidroxi-5-nitro-4-(3-nitro-2-nitrooxipropyl) phenoxi axetic (A0) 2.1.3.Tổng hợp axit 6-hiđroxi-3-sunfoquinol-7-yloxiaxetic (Q) 2.1.4 Điều chế 5-bromo-7-cacboxymetoxy-6-hydroxy-3-sunfoquinolin (QBr) 2.1.5 Điều chế 5-bromo-7-cacboxymetoxy-6-hydroxy-1metylquinolini-3-sunfonat (MeQBr) 2.2 NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG CỦA MeQBr VỚI MỘT SỐ TÁC NHÂN NUCLEOPHIN .18 2.2.1 Phản ứng MeBrQ với metylamin 2.2.2 Phản ứng MeBrQ với propylamin 2.2.3 Phản ứng MeBrQ với pentylamin 2.2.4 Phản ứng MeBrQ với etilendiamin 2.2.5 Phản ứng MeBrQ với hydrazine 2.2.6 Phản ứng MeBrQ với thiosemicacbazit: 2.2.7 Phản ứng MeBrQ với amoni thioxyanat 2.2.8 Phản ứng MeBrQ với kali iodua 2.2.9 Phản ứng MeBrQ với amoniac 2.3 NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CÁC CHẤT THU ĐƯỢC 22 2.3.1 Sắc kí mỏng 2.3.2 Nhiệt độ nóng chảy 2.3.3 Phổ IR 2.3.4 Phổ NMR 2.3.5 Phổ tử ngoại-khả kiến 2.3.6 Phổ huỳnh quang Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .23 3.1 TỔNG HỢP CÁC CHẤT ĐẦU 23 3.1.1 Sơ đồ tổng hợp chất đầu Sơ đồ Sơ đồ tổng hợp MeBrQ từ eugenol tinh dầu hương nhu .23 3.1.2 Thảo luận tổng hợp cấu tạo cúa chất đầu Sơ đồ Các dạng hỗ biến A0 dung dịch 24 Hình Phổ 1H NMR MeBrQ 25 3.2 NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG MeBrQ VỚI MỘT SỐ TÁC NHÂN NUCLEOPHIN 26 3.2.1 Phản ứng MeBrQ với metylamin propylamin 3.2.2 Phản ứng MeBrQ với pentylamin Bảng Các vân hấp thụ hồng ngoại K1a Hình Phổ 1H NMR K1a 28 3.2.3 Phản ứng MeBrQ với etilendiamin .30 Sơ đồ 11 Phản ứng MeBrQ với etilendiamin 30 3.2.4 Sự bất thường phản ứng MeBrQ với amin 3.2.5 Phản ứng MeBrQ với hydrazine Sơ đồ 12 Dự kiến phản ứng MeBrQ với hydrazin 31 Hình Phổ IR Khh 32 Bảng Các vân hấp thụ hồng ngoại Khh Sơ đồ 13 Phản ứng MeBrQ với hydrazine với axeton 33 Hình Phổ 1H NMR giãn Khh 33 Sơ đồ 14 Cơ chế phản ứng nhóm OCH2COOH thành nhóm NHNH2 34 Bảng Năng lượng số liên kết, kJ/mol Sơ đồ 15 Cơ chế phản ứng Br thành H cho MeQBr tác dụng 35 với hidrazin 35 3.2.6 Phản ứng MeBrQ với thiosơmicacbazit Sơ đồ 16 Dự kiến phản ứng MeBrQ với thiosơmicacbazit 36 Hình Phổ 1H NMR giãn QThio 37 Bảng Đối chiếu vân cộng hưởng QThio với MeQ 3.2.7 Phản ứng MeBrQ với amoni thioxyanat Sơ đồ 17 Dự kiến phản ứng MeBrQ với amoni thioxianat 38 3.2.8 Phản ứng MeBrQ với kali iodua 39 Sơ đồ 18 Dự kiến phản ứng MeBrQ với KI 39 Hình 12 Phổ 1H NMR K5 40 3.2.9 Phản ứng MeBrQ với amoniac .41 Sơ đồ 19 Dự kiến phản ứng MeBrQ với NH3 .41 3.2.10 Nhận xét phản ứng MeBrQ với tác nhân nucleophin .42 Bảng Kết phản ứng MeBrQ với tác nhân nucleophin Sơ đồ 20 Cơ chế phản ứng nhóm OCH2COOH tác nhân R-NH2 43 3.3.1 Sơ lược phổ huỳnh quang Hình 15 Giản đồ lượng phát huỳnh quang phát lân quang46 Hình 16 Phổ huỳnh quang S1a thu dùng xạ 47 kích thích khác 47 Hình 18 Phổ huỳnh quang K1a dung dich nước 49 Hình 19 Phổ huỳnh quang K1b dung dịch nước 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO .53 PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG HÀ NỘI – 2014 .1 LỜI CẢM ƠN Chương TỔNG QUAN .4 1.1 TÌNH HÌNH TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT DỊ VỊNG TỪ EUGENOL 1.1.1 Tinh dầu hương nhu eugenol 1.1.2 Chuyển hoá eugenol thành chất đầu để tổng hợp dị vòng [1] .5 Sơ đồ Tổng hợp số dẫn xuất ete eugenol .5 Sơ đồ Tổng hợp số dẫn xuất este nitro eugenol Sơ đồ Tổng hợp este eugenol với aspirin 1.1.3 Nghiên cứu hợp chất dị vòng tổng hợp từ eugenol dẫn xuất [5] Sơ đồ Tổng hợp dãy 1,3,4-oxadiazole từ axit eugenoxyaxetic (R: CH2, CHMe) Sơ đồ Tổng hợp dãy 1,2,4-triazole từ hydrazit axit eugenoxyaxetic (R: CH2, CHMe) .7 Sơ đồ Tổng hợp 7-cacboxymetoxy-6-hydroxy-3-sunfoquinolin từ eugenol.8 1.2 SƠ LƯỢC VỀ DỊ VÒNG QUINOLIN 1.2.1 Quinolin [9] 1.2.2 Phản ứng electrophin vào vòng quinolin 1.2.3 Phản ứng nucleophin vòng quinolin Chương THỰC NGHIỆM 16 2.1 TỔNG HỢP CÁC CHẤT ĐẦU 16 2.1.1 Tổng hợp axit eugenoxiaxetic 2.1.2 Tổng hợp axit 2-hidroxi-5-nitro-4-(3-nitro-2-nitrooxipropyl) phenoxi axetic (A0) 2.1.3.Tổng hợp axit 6-hiđroxi-3-sunfoquinol-7-yloxiaxetic (Q) 2.1.4 Điều chế 5-bromo-7-cacboxymetoxy-6-hydroxy-3-sunfoquinolin (QBr) 2.1.5 Điều chế 5-bromo-7-cacboxymetoxy-6-hydroxy-1metylquinolini-3-sunfonat (MeQBr) 2.2 NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG CỦA MeQBr VỚI MỘT SỐ TÁC NHÂN NUCLEOPHIN .18 2.2.1 Phản ứng MeBrQ với metylamin 2.2.2 Phản ứng MeBrQ với propylamin 2.2.3 Phản ứng MeBrQ với pentylamin 2.2.4 Phản ứng MeBrQ với etilendiamin 2.2.5 Phản ứng MeBrQ với hydrazine 2.2.6 Phản ứng MeBrQ với thiosemicacbazit: 2.2.7 Phản ứng MeBrQ với amoni thioxyanat 2.2.8 Phản ứng MeBrQ với kali iodua 2.2.9 Phản ứng MeBrQ với amoniac 2.3 NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CÁC CHẤT THU ĐƯỢC 22 2.3.1 Sắc kí mỏng 2.3.2 Nhiệt độ nóng chảy 2.3.3 Phổ IR 2.3.4 Phổ NMR 2.3.5 Phổ tử ngoại-khả kiến 2.3.6 Phổ huỳnh quang Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .23 3.1 TỔNG HỢP CÁC CHẤT ĐẦU 23 3.1.1 Sơ đồ tổng hợp chất đầu Sơ đồ Sơ đồ tổng hợp MeBrQ từ eugenol tinh dầu hương nhu .23 3.1.2 Thảo luận tổng hợp cấu tạo cúa chất đầu Sơ đồ Các dạng hỗ biến A0 dung dịch 24 Hình Phổ 1H NMR MeBrQ 25 3.2 NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG MeBrQ VỚI MỘT SỐ TÁC NHÂN NUCLEOPHIN 26 3.2.1 Phản ứng MeBrQ với metylamin propylamin 3.2.2 Phản ứng MeBrQ với pentylamin Bảng Các vân hấp thụ hồng ngoại K1a Hình Phổ 1H NMR K1a 28 3.2.3 Phản ứng MeBrQ với etilendiamin .30 Sơ đồ 11 Phản ứng MeBrQ với etilendiamin 30 3.2.4 Sự bất thường phản ứng MeBrQ với amin 3.2.5 Phản ứng MeBrQ với hydrazine Sơ đồ 12 Dự kiến phản ứng MeBrQ với hydrazin 31 Hình Phổ IR Khh 32 Bảng Các vân hấp thụ hồng ngoại Khh Sơ đồ 13 Phản ứng MeBrQ với hydrazine với axeton 33 Hình Phổ 1H NMR giãn Khh 33 Sơ đồ 14 Cơ chế phản ứng nhóm OCH2COOH thành nhóm NHNH2 34 Bảng Năng lượng số liên kết, kJ/mol Sơ đồ 15 Cơ chế phản ứng Br thành H cho MeQBr tác dụng 35 với hidrazin 35 3.2.6 Phản ứng MeBrQ với thiosơmicacbazit Sơ đồ 16 Dự kiến phản ứng MeBrQ với thiosơmicacbazit 36 Hình Phổ 1H NMR giãn QThio 37 Bảng Đối chiếu vân cộng hưởng QThio với MeQ 3.2.7 Phản ứng MeBrQ với amoni thioxyanat Sơ đồ 17 Dự kiến phản ứng MeBrQ với amoni thioxianat 38 3.2.8 Phản ứng MeBrQ với kali iodua 39 Sơ đồ 18 Dự kiến phản ứng MeBrQ với KI 39 Hình 12 Phổ 1H NMR K5 40 3.2.9 Phản ứng MeBrQ với amoniac .41 Sơ đồ 19 Dự kiến phản ứng MeBrQ với NH3 .41 3.2.10 Nhận xét phản ứng MeBrQ với tác nhân nucleophin .42 Bảng Kết phản ứng MeBrQ với tác nhân nucleophin Sơ đồ 20 Cơ chế phản ứng nhóm OCH2COOH tác nhân R-NH2 43 3.3.1 Sơ lược phổ huỳnh quang Hình 15 Giản đồ lượng phát huỳnh quang phát lân quang46 Hình 16 Phổ huỳnh quang S1a thu dùng xạ 47 kích thích khác 47 Hình 18 Phổ huỳnh quang K1a dung dich nước 49 Hình 19 Phổ huỳnh quang K1b dung dịch nước 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO .53 Ở phản ứng sơ đồ 4, nhóm OCH 2COOH (thuộc loại nhóm OR) đính với nhân thơm bị amin tạo nhóm NHR Tác giả cơng trình [4] chứng tỏ phản ứng nucleophin kiểu S NAr chưa thấy dị vòng quinolin nói riêng hợp chất thơm nói chung Do chúng tơi tiếp tục xem xét phản ứng MeBrQ với số tác nhân nucleophin khác amin trình bày 3.2.5 Phản ứng MeBrQ với hydrazine Hydrazin (N2H4) chất khí, dạng hóa chất thương mại dung dịch hydrazin hydrat (N2H4.H2O) với nồng độ thường từ 50% - 100% Nguyên tử N hydrazin có cặp electron tự nên tham gia phản ứng nucleophin dự kiến xảy theo sơ đồ 12 Sơ đồ 12 Dự kiến phản ứng MeBrQ với hydrazin Tác giả công trình [1] cho MeBrQ phản ứng với N2H4.H2O 50% thu hỗn hợp sản phẩm gồm MeQNHNH2 (Khơng cịn Br) MeBrQNHNH2 (Vẫn cịn Br) Chúng tơi tiến hành phản ứng tương tự dùng N2H4.H2O 100% với hy vọng hoàn toàn Br thành H Chất rắn thu thí nghiệm MeQBr với N2H4.H2O 50%, kí hiệu Khh, phổ IR đưa hình Các vân hấp thụ hồng ngoại Khh quy kết theo tài liệu [6] liệt kê bảng 31 Hình Phổ IR Khh Bảng Các vân hấp thụ hồng ngoại Khh Vân phổ, 3466, 3300, 3210, 3080, 2931 2850, 1627, 1536, cm-1 m tb y y m 1460 Quy kết νOH νNH νCH thơm νCH δNH νC=C, no νC=N Sự có mặt nhóm chức quy kết bảng cho thấy hợp phần MeBrQ hợp phần hydrazin xuất đồng thời sản phẩm Khh Sắc kí lớp mỏng cho thấy Khh gồm chất khác Đốt dây lị xo đồng có mang Khh lửa khơng bị nhuốm màu xanh, chứng tỏ khơng chứa Br Phổ 1H NMR Khh (Hình 7) cho thấy hỗn hợp hợp chất mà nguyên tử Br MeBrQ bị nguyên tử H: Ở hợp chất (kí hiệu K3) có mặt nhóm NHNH2; hợp chất thứ hai (kí hiệu K4) nhóm NHNH2 ngưng tụ với axeton trình bày sơ đồ 13 32 Sơ đồ 13 Phản ứng MeBrQ với hydrazine với axeton Ở hình có tín hiệu, tín hiệu proton H2, H4, H5, H8, H1 NH K3; tín hiệu proton H2’, H4’, H5’, H8’, H1’, H7a H7b K4 Tỉ lệ cường độ vân cộng hưởng K3 K4 gần 1:2 chứng tỏ tỉ lệ mol K3:K4 Khh gần 1:2 Hình Phổ 1H NMR giãn Khh Như cho MeBrQ phản ứng với N2H4.H2O 100% thu sản phẩm MeQ-NHNH2 (K3, khơng cịn Br), dùng axeton để tách khỏi dung dịch bị 2/3 lượng K3 ngưng tụ với axeton thành hydrazon K4 Dựa chứng thực nghiệm tác giả cơng trình [6] cho phản ứng MeBrQ với hydrazin, nhóm metyl vị trí làm tăng điện tích dương C7 (hiệu ứng cộng hưởng), điện tích dương C7 lại giải tỏa đến O 33 nhóm OCH2 (cấu tạo I) phản ứng xảy theo chế mô tả sơ đồ Đây chế nucleophin khác với chế S NAr theo kiểu cộng tách kinh điển Thật vậy, chế SN2Ar thông thường, tác nhân nucleophin cộng vào liên kết đôi C=C nhân thơm, chế mà tác giả [6] đề nghị tác nhân nucleophin (N2H4) cộng vào liên kết đôi C=O + cấu tạo I Sự chuyển proton từ nhóm +NH2 sang nhóm OCH2COOH cấu tạo II làm cho nhóm trở thành ion kiểu oxoni cấu tạo III dễ dạng phân tử trung hòa HOCH2COOH Sơ đồ 14 Cơ chế phản ứng nhóm OCH2COOH thành nhóm NHNH2 Vấn đề gay cấn nguyên tử Br vị trí bị thay thành H nào? Vì phản ứng xảy điều kiện đun nóng lâu dài (xem mục 2.2.5) nên tác giả [6] cho xảy theo chế gốc Câu hỏi đặt “gốc đóng vai trị khơi mào cho phản ứng?” Như biết lượng cần thiết để phân cắt đồng li mol liên kết lượng liên kết Ở bảng có dẫn giá trị lượng số liên kết có liên quan tính, theo kJ/mol Bảng Năng lượng số liên kết, kJ/mol Liên kết O-H N-H C(sp3)-Br Cl-Cl H2N-NH2 Năng lượng 455 385 270 242 251 34 Bảng cho thấy hỗn hợp phản ứng gồm MeQBr, hydrazin nước việc đun nóng có ánh sáng khuếch tán khơng đủ phân cắt liên kết O-H BrC(sp2 thơm) MeQBr liên kết N-H hidrazin để tạo gốc tự Do cần tìm ngun nhân từ hidrazin Vì lượng phân cắt liên kết N-N hydrazin gần với lượng phân cắt liên kết Cl-Cl (hỗn hợp clo metan nổ đun nóng có ánh sáng khuếch tán) nên cho điều kiện đun nóng xảy phản ứng phân cắt liên kết N-N hydrazin tạo gốc tự H2N H2N-NH2 → H2N Chất dễ bị oxi hóa hỗn hợp phản ứng xét hydrazin, chất có lực oxi hóa mạnh hỗn hợp phản ứng oxi từ khơng khí Vì oxi phân tử đóng vai trị tác nhân tạo gốc tự theo phản ứng sau: H2N-NH2 + O2 → H2N-HN + HO-O Tác giả [6] cho gốc H2N.và H2N-HN., kí hiệu chung G., khơi mào cho phản ứng theo hướng tạo gốc A gốc B sơ đồ Electron độc thân A thuộc obitan p giải tỏa vào nhân liên hợp với electron π, electron độc thân B thuộc obitan sp2 không giải tỏa vào nhân không liên hợp với electron π Vì A bền B phản ứng xảy theo hướng tạo thành gốc A Sơ đồ 15 Cơ chế phản ứng Br thành H cho MeQBr tác dụng với hidrazin 35 3.2.6 Phản ứng MeBrQ với thiosơmicacbazit Ở thiosơmicacbazit (H2NHNCSNH2), cặp electron 2N cạnh nhóm C=S tham gia liên hợp với nhóm nên cịn ngun tử N nhóm NH xa nhóm C=S dễ tham gia phản ứng nucleophin Phản ứng dự kiến xảy theo sơ đồ 16 Sơ đồ 16 Dự kiến phản ứng MeBrQ với thiosơmicacbazit Vì thiosơmicacbazit tan nước nên thêm DMSO vào để tạo hỗn hợp phản ứng đồng thể (xem mục 2.2.6) Sản phẩm tạo kí hiệu Qthio Phổ IR Qthio đưa hình Hình Phổ IR Q-thio Ở phổ IR hình có vân mạnh nhóm C=O axit 1755 cm -1, chứng tỏ nhóm OCH2COOH chưa bị thay Tuy nhiên vân hấp thụ khác so với phổ chất đầu MeBrQ, mặt khác Qthio lị xo đồng khơng làm 36 nhuốm màu xanh lửa, chúng tơi ghi phổ 1H NMR Qthio trình bày hình Hình Phổ 1H NMR giãn QThio Trên phổ 1H NMR QThio có tín hiệu proton nhóm CH 3N (H1), nhóm CH2O (H7a), nhóm OH phenol nhóm CH thơm (H2, H4, H5 H8) mà khơng có tín hiệu proton nhóm NH 2, NH hợp phần thiosơmicacbazit Sự có mặt proton H7a chứng tỏ nhóm OCH2COOH khơng bị Sự xuất tín hiệu proton H5 chứng tỏ nguyên tử Br bị thay nguyên tử H Sự sai khác không đáng kể độ chuyển dịch hóa học vân cộng hưởng QThio với MeQ từ tài liệu [1] bảng cho thấy QThio MeQ Bảng Đối chiếu vân cộng hưởng QThio với MeQ Proton QThio MeQ H1 4,509 4,511 H2 9,330 9,329 H4 9,112 9,110 H5 7,728 7,729 H8 7,633 7,633 H7a 5,152 5,153 OH (H6a) 11,159 11,176 Vấn đề đặt nguyên tử Br bị thay H nào?Trong hỗn hợp phản ứng thực mục 2.2.6 có mặt MeBrQ, thiosơmicacbazit, DMSO, H2O oxi khơng khí đồng thời đun nóng 4-5 giờ, chúng tơi cho có tạo thành gốc tự khác nhau, tạo gốc tự mà electron độc thân liên hợp sơ đồ thuận lợi 37 Các gốc tự phản ứng với MeBrQ tương tự với MeBrQNHNH2 trình bày sơ đồ 16 Như thay Br thành H xảy theo chế gốc 3.2.7 Phản ứng MeBrQ với amoni thioxyanat Anion thioxianat cấu tạo cộng hưởng -S-CN S=C=N- cấu tạo thứ có lực nucleophin cao cấu tạo thứ hai Chúng hy vọng phản ứng xảy theo sơ đồ 17 Sơ đồ 17 Dự kiến phản ứng MeBrQ với amoni thioxianat Sau đun cách cát hỗn hợp phản ứng giờ, để nguội, … thu chất rắn kí hiệu QSu Trên phổ IR QSu (Hình 10) có vân hấp thụ mạnh nhóm C=O axit 1736 cm-1 chứng tỏ nhóm OCH2COOH chưa bị thay thế, tức phản ứng sơ đồ 17 chưa thành công 38 Hình 10 Phổ IR QSu 3.2.8 Phản ứng MeBrQ với kali iodua Anion I- có khả phân cực hóa lớn nhiều so với anion halogenua khác tác nhân nucleophin tốt Chúng tiến hành phản ứng mô tả mục 2.2.8 hy vọng phản ứng xảy theo sơ đồ 18 Sơ đồ 18 Dự kiến phản ứng MeBrQ với KI Phổ IR sản phẩm tạo (Kí hiệu K5) đưa hình 11 Trên phổ khơng có vân hấp thụ 1754 cm -1 đặc trưng cho nhóm C=O axit chất đầu, nhiên lại xuất mộ vân mạnh 1644 cm -1 Điều cho thấy chưa thể 39 chắn nhóm OCH2COOH bị thay thế, ghi phổ 1H NMR K5 (Hình 12) Hình 11 Phổ IR K5 Hình 12 Phổ 1H NMR K5 40 Trên phổ hình 12 tín hiệu nhóm OCH2 5,1 ppm (đặc trưng cho chất đầu MeBrQ) có cường độ tương đối 0, 34 H So sánh với cường độ H2, H4, H8 thấy sản phẩm K5 có chứa chủ yếu chất MeBrQI dự kiến khoảng 17 % chất đầu, ngồi cịn có tạp chất với lượng nhỏ thể vùng 0,5-1,5 ppm 3.2.9 Phản ứng MeBrQ với amoniac Tác giả cơng trình [13] thực thành cơng phản ứng nhóm OCH2COOH thành nhóm NH2 cho dung dịch amoniac tác dụng với axit 6hidroxy-5-nitro-3-sulfoquinolin-7-yloxyaxetic (kí hiệu MeNO2Q) Chúng hy vọng MeBrQ xảy phản ứng tương tự sơ đồ 19 Sơ đồ 19 Dự kiến phản ứng MeBrQ với NH3 Hỗn hợp phản ứng để nhiệt độ phòng sau ngày thấy tách chất tinh thể (mục 2.2.9, kí hiệu Qam) Phổ IR Qam đưa hình 13 Hình 13 Phổ IR Qam 41 Phổ Qam giống với phổ chất đầu MeBrQ, tức phản ứng chưa thành công 3.2.10 Nhận xét phản ứng MeBrQ với tác nhân nucleophin Để có nhận xét sơ phản ứng MeBrQ với tác nhân nucleophin chúng tơi tóm tắt kết trình bày mục 2.2 3.2 bảng Bảng Kết phản ứng MeBrQ với tác nhân nucleophin T T Nucleophin MeNH2 PrNH2 PentNH2 H2N(CH2)2NH2 H2NNH2 H2NNHCSNH2 NCSINH3 Điều kiện phản ứng Dung dịch nước; Đun hồi lưu cách thủy 2h Dung dịch nước; Đun hồi lưu cách thủy 2h Dung dịch EtOH/nước; Đun hồi lưu cách thủy 8h Dung dịch nước; Đun hồi lưu cách thủy 8h Dung dịch nước; Đun hồi lưu cách thủy 6h Dung dịch DMSO Đun hồi lưu cách cát 120-150 oC 8h Dung dịch nước; Đun hồi lưu cách cát 120-150 oC 6h Dung dịch nước; Đun hồi lưu cách cát 120-150 oC 4h Dung dịch nước; Đun hồi lưu cách thủy 4h, để nhiệt độ phòng ngày Kết phản ứng OCH2COOH Br (OR) OR bị thành Br không MeNH bị OR bị thành Br không PrNH bị OR bị thành Br không PentNH bị OR bị thành Br không HN(CH2)2NH2 bị OR bị thành Br bị HNNH2 thành H OR không bị Br bị thế thành H OR không bị Br không bị OR bị chưa Br khơng hồn tồn bị OR không bị Br không bị Từ bảng rút nhận xét sau: i) Nhóm OCH2COOH vị trí vịng quinolin MeBrQ điều kiện thích hợp bị thay tác nhân nucleophin khác nhau, nhiên amin bậc (R-NH2) tỏ dễ dàng vào phản ứng ii) Nguyên tử Br vị trí vịng quinolin vài trường hợp bị thay thành nguyên tử H 42 Nhận xét thứ lí giải thừa nhận chế phản ứng mà tác giả [4] nêu sơ đồ 20 Sơ đồ 20 Cơ chế phản ứng nhóm OCH2COOH tác nhân R-NH2 Theo chế dạng cộng hưởng I MeBrQ điện tích dương cacbon C7 tăng cường tạo động lực cho công cặp electron tự RNH tạo tiểu phân trung gian II Tiểu phân trung gian II chuyển “proton hoạt động” cho O tạo ion oxoni III tạo động lực cho nhóm OCH2COOH dạng tiểu phân trung hòa HOCH2COOH Cần lưu ý phản ứng xảy môi trường kiềm (dư nhiều amin, xem phần thực nghiệm) nên khơng có “proton hoạt động” từ nhóm NH2+ II phản ứng khó xảy OCH2COOH khơng thể dạng anion -OCH2COOH (Theo lí thuyết phản ứng nucleophin nhóm HO-, RO- nhóm “lì” khó 21) Có lẽ lí nêu mà NCS- khơng cho OCH2COOH I- khơng hồn tồn Nhận xét thứ hai lí giải thừa nhận phản ứng thay Br MeBrQ thành H xảy theo chế gốc nêu cơng trình [6], tương tự sơ đồ 12 mục 3.2.5 3.3 PHỔ HUỲNH QUANG CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT TỔNG HỢP ĐƯỢC 3.3.1 Sơ lược phổ huỳnh quang Khi hấp thụ xạ, phân tử chuyển từ mức lượng lên mức lượng khác cao hơn, chẳng hạn từ trạng thái electron lên trạng thái electron 43 kích thích Năng lượng mà phân tử bổ sung hấp thụ xạ không giữ lâu Thời gian phân tử giữ lượng hấp thụ ngắn, khoảng từ 10 -3 đến 10-8 s Có nhiều cách để phân tử làm biến đổi phần lượng hấp thụ Sự va chạm phân tử dẫn tới việc phân bố lại lượng chúng Do lượng “dư” mà phân tử có hấp thụ xạ chuyển thành lượng quay, lượng dao động lượng chuyển động tịnh tiến phân tử khác theo nguyên tắc phân bố Vì chất hấp thụ xạ bị nóng lên Hiệu ứng nhà kính có liên quan đến biến đổi lượng xạ mặt trời theo kiểu Từ trạng thái electron kích thích phân tử trở trạng thái electron đường phát huỳnh quang phát lân quang Để hiểu chất phát huỳnh quang lân quang xem xét thay đổi cấu hình electron phân tử hấp thụ xạ Sự hấp thụ xạ tử ngoại xảy với tốc độ vượt xa tốc độ dao động nguyên tử (nguyên lý Frank-Condon) phân tử trạng thái kích thích lúc ban đầu khác phân tử trạng thái cấu hình electron Ở trạng thái (S 0) phân tử bình thường, electron cặp đơi Ở trạng thái kích thích electron cặp đơi khơng cặp đơi Trạng thái kích thích với electron khơng cặp đơi có spin đối song song gọi trạng thái singlet (S 1) Trạng thái kích thích với electron khơng cặp đơi có spin song song gọi trạng thái triplet (Hình 14) Hình 14 Cấu hình electron trạng thái bản, trạng thái singlet,và trạng thái triplet phân tử với electron obitan phân tử Hình 14 cho thấy trạng thái S eletron cặp đôi hai obitan liên kết Ở trạng thái kích thích singlet S có hai electron cặp đơi obitan liên kết cịn hai electron có spin đối song song hai obitan khác nhau, 44 cịn trạng thái triplet hai electron độc thân có spin giống Sở dĩ gọi trạng thái triplet từ trường hai electron không cặp đôi chiếm ba mức lượng có, cịn trạng thái singlet từ trường chiếm mức lượng Giản đồ lượng ứng với trạng thái kích thích hình 15 Ngay sau phân tử hấp thụ xạ chuyển lên trạng thái kích thích S 1, va chạm với phân tử khác; chuyển bớt lượng cho chúng để tụt xuống mức dao động thấp hơn, chẳng hạn mức v’ = (hình 15) Tiếp phân tử trở trạng thái electron S0 kèm theo phát xạ tần số nhỏ xạ mà hấp thụ trước Hiện tượng gọi phát huỳnh quang (fluorescence) Thường phát huỳnh quang xảy chiếm khoảng thời gian 10 -7 - 10-9 s kể từ sau phân tử hấp thụ xạ Sự phát huỳnh quang phát hầu hết chất có hấp thụ lựa chọn xạ, chọn điều kiện vật lý hóa học phát thấy trạng thái rắn, trạng thái lỏng trạng thái khí Theo định luật Xtốc, bước sóng ánh sáng huỳnh quang ln lớn bước sóng ánh sáng kích thích Vì huỳnh quang tím kích thích xạ tử ngoại, huỳnh quang lục - xạ lam, huỳnh quang đỏ - xạ da cam Khi dùng ánh sáng đỏ kích thích người ta thấy chlorophyll phát huỳnh quang hồng ngoại Các chất với cấu trúc khác cho phổ huỳnh quang khác Phương pháp phổ huỳnh quang phương pháp phân tích cấu trúc có hiệu 45 ... 7, 61 8, 05 - J (Hz) 7 ,5/ 1 ,5 7 ,5/ 7 ,5 7 ,5/ 1 ,5/ 1 ,5 7 ,5/ 1 ,5/ 1 ,5 7 ,5/ 7 ,5/ 1 ,5 7 ,5/ 7 ,5/ 1 ,5 7 ,5/ 1 ,5 - Cacbon δ (ppm) 15 0 ,3 12 1,0 1 35 , 9 1 27, 7 1 26 ,5 12 9,4 1 27, 7 14 8,4 12 8,2 Tính bazơ Giống với. .. MeBrQ với KI 39 Hình 12 Phổ 1H NMR K5 40 3. 2.9 Phản ứng MeBrQ với amoniac . 41 Sơ đồ 19 Dự kiến phản ứng MeBrQ với NH3 . 41 3. 2 .10 Nhận xét phản ứng MeBrQ với tác nhân nucleophin. .. MeBrQ với KI 39 Hình 12 Phổ 1H NMR K5 40 3. 2.9 Phản ứng MeBrQ với amoniac . 41 Sơ đồ 19 Dự kiến phản ứng MeBrQ với NH3 . 41 3. 2 .10 Nhận xét phản ứng MeBrQ với tác nhân nucleophin