Xem mẫu
T¹p chÝ Hãa häc, T. 43 (3), Tr. 317 - 321, 2005
sö dông kÕt hîp c¸c phÇn mÒm m« pháng phæ MS vµ NMR víi c¸c phæ thùc nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh cÊu tróc hãa häc cña hîp chÊt thiªn nhiªn
4-(5-penta-1,3-diyn-1-yl-2-thienyl)but-3-yne-1,2-diol)
§Õn Tßa so¹n 28-7-2004
Chu §×nh KÝnh, NguyÔn ThÞ Nô
ViÖn Hãa häc, ViÖn Khoa häc v% C«ng nghÖ ViÖt Nam
SUMMARY
We have used the NMR ACD/I-LABs simulation program to predict the 1H and 13C chemical shift of some suggested structures of the sample. The correct structure was determined by combining the MS and NMR simulation spectra with the experimental ones.
I - më ®Çu
X¸c ®Þnh cÊu tróc cña c¸c hîp chÊt thiªn nhiªn l mét nhiÖm vô khã kh¨n, phøc t¹p. Tr,íc ®©y, ®Ó x¸c ®Þnh cÊu tróc cña mét hîp chÊt thiªn nhiªn, sau khi thùc hiÖn mäi kh¶ n¨ng ph©n tÝch cã thÓ, c¸c nh nghiªn cøu ®,a ra mét sè cÊu tróc gi¶ ®Þnh v sau ®ã tiÕn hnh viÖc tæng hîp ton phÇn ph©n tö ®> ®,îc gi¶ ®Þnh ®Ó so s¸nh, ®èi chiÕu. C«ng viÖc ny, râ rng, rÊt phøc t¹p v mÊt rÊt nhiÒu thêi gian.
Ngy nay, nhê nh÷ng thnh tùu cña khoa häc v c«ng nghÖ, hng lo¹t ph,¬ng ph¸p vËt lý ra ®êi nh, UV, IR, MS, NMR... ®> lm gi¶m nhÑ ®¸ng kÓ kho¶ng thêi gian trªn. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, céng h,ëng tõ h¹t nh©n ph©n gi¶i cao kÕt hîp víi phæ khèi l hai ph,¬ng ph¸p chñ lùc ®Ó x¸c ®Þnh cÊu tróc cña c¸c hîp chÊt hãa häc. Tuy nhiªn, viÖc x©y dùng cÊu tróc cña c¸c hîp chÊt thiªn nhiªn khi kh«ng cã dù b¸o cÊu tróc tõ tõ liÖu nguån còng rÊt phøc t¹p, mÊt rÊt nhiÒu thêi gian v nhiÒu khi kh«ng ®¹t ®,îc kÕt qu¶ chÝnh x¸c.
Trong kho¶ng m,êi n¨m trë l¹i ®©y, víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña tin häc, nhiÒu ch,¬ng tr×nh m« pháng phæ míi ra ®êi. ViÖc phèi hîp
tinh tÕ gi÷a sè liÖu phæ thùc nghiÖm v sè liÖu phæ m« pháng sÏ t¨ng ®¸ng kÓ tÝnh chÝnh x¸c cña c¸c kÕt luËn, lm gi¶m ®¸ng kÓ sè l,îng phæ thùc nghiÖm cÇn ghi v rót ng¾n qu¸ tr×nh gi¶i phæ.
Bi b¸o ny sö dông kÕt hîp c¸c phÇn mÒm m« pháng phæ NMR ACD/I-LABs, MS Mass Frontier víi c¸c phæ thùc nghiÖm MS, NMR ®Ó x¸c ®Þnh cÊu tróc hãa häc cña mét hîp chÊt thiªn nhiªn cã ký hiÖu l HC5, víi môc ®Ých ®,a ra mét gîi ý vÒ ph,¬ng ph¸p kÕt hîp c¸c phÇn mÒm m« pháng phæ víi c¸c phæ thùc nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh cÊu tróc hãa häc cña c¸c hîp chÊt thiªn nhiªn.
II - ®èi tîng v ph¬ng ph¸p nghiªn cøu
- §èi t,îng nghiªn cøu cÊu tróc l hîp chÊt chiÕt t¸ch thiªn nhiªn cã ký hiÖu l HC5.
- Phæ khèi (MS) ®,îc ghi trªn m¸y 5989 B-HP-MS ë nhiÖt ®é phßng, t¹i phßng ph©n tÝch cÊu tróc, ViÖn Hãa häc.
- Phæ céng h,ëng tõ h¹t nh©n (NMR) ®,îc ghi trªn m¸y Brucker-500 MHz, ë nhiÖt ®é
317
phßng, t¹i phßng céng h,ëng tõ h¹t nh©n, ViÖn Hãa häc, ViÖn Khoa häc v C«ng nghÖ ViÖt Nam.
- C¸c phÇn mÒm m« pháng ®,îc sö dông l: ACD/I-Labs NMR version 7.0 (m« pháng phæ 1H-NMR v 13C-NMR) v Mass Frontier version 1.0 (m« pháng phæ MS).
III - kÕt qu¶ v th¶o luËn
Hîp chÊt thiªn nhiªn sau khi ®> ®,îc chiÕt t¸ch v tinh chÕ, cã ký hiÖu l HC5, ®> ®,îc ghi c¸c lo¹i phæ sau: Phæ khèi MS, c¸c phæ céng h,ëng tõ h¹t nh©n: 1H-NMR, 13C-NMR (h×nh 1), DEPT, HMBC v HMQC.
Phæ khèi
MÉu ®,îc ghi trªn thiÕt bÞ 5989 B-HP-MS b»ng ®,a mÉu trùc tiÕp (DIP) b¾n ph¸ b»ng
dßng electron cã n¨ng l,îng 70 eV. Th, viÖn phæ kh«ng ®,a ra ®,îc dù b¸o cÊu tróc.
ViÖc ph©n tÝch phæ khèi cho thÊy, pic ph©n tö M+ cã m/z = 230 amu, mét sè pic cã c,êng ®é lín kh¸c cã khèi luîng: 199, 170, 139, 127, 69, 63 amu. Pic ®ång vÞ I(M + 2)+/I(M)+ = 6229/104680 = 5,9%.
Nh, vËy, qua phæ khèi ®> nhËn ra ph©n tö mÉu cã chøa 1 nguyªn tö S.
TiÕp tôc x¸c ®Þnh c«ng thøc céng ph©n tö theo nguyªn t¾c phæ khèi, cã thÓ ®,a ra dù b¸o vÒ c«ng thøc céng cña ph©n tö mÉu l C13H10SO2.
Phæ céng hëng tõ h¹t nh©n
Qua ph©n tÝch c¸c phæ céng h,ëng tõ h¹t nh©n cã thÓ thÊy phæ céng h,ëng tõ h¹t nh©n phï hîp víi c«ng thøc céng ®,îc dù b¸o (gåm 13 cacbon v 10 hidro).
H×nh 1: Phæ 1H-NMR v 13C-NMR cña hîp chÊt HC5
318
Tuy nhiªn, ®iÒu ®¸ng chó ý ë ®©y l trong 13 cacbon, chØ cã 5 cacbon cã liªn kÕt víi hydro, trong ®ã cã 1 nhãm CH3, 1 nhãm CH2, v 3 nhãm CH, cßn l¹i tíi 8 cacbon bËc bèn. Ngoi ra, phæ HMBC cã rÊt nhiÒu tÝn hiÖu kh«ng ph©n gi¶i. §iÒu ny g©y khã kh¨n lín cho viÖc sö dông phæ céng h,ëng tõ h¹t nh©n ®Ó dùng khung ph©n tö.
Nh, vËy, nÕu chØ dùa vo c¸c phæ MS v
HO
NMR thùc nghiÖm trªn th× viÖc x¸c ®Þnh cÊu tróc cña hîp chÊt ny l v« cïng khã kh¨n.
Phæ m« pháng céng hëng tõ h¹t nh©n
§Ó x¸c ®Þnh cÊu tróc cña hîp chÊt ny chóng t«i ®> vÏ mét sè cÊu tróc gi¶ ®Þnh øng víi c«ng thøc céng x¸c ®Þnh tõ phæ MS v NMR thùc nghiÖm (h×nh 2) v tiÕn hnh m« pháng phæ 1H-NMR v 13C-NMR cña c¸c cÊu tróc ny.
OH S H3C
OH
S
H3C CH3 CH2 H2C
OH
OH
S
S CH3 HO H2C HO OH
OH
CH2 OH
S
S HO H3C H2C CH3 HO
CH2
S
H3C OH OH OH H3C
OH
S
CH3
S
OH
OH
H×nh 2: Mét sè cÊu tróc gi¶ ®Þnh cña hîp chÊt HC5
Sau khi ph©n tÝch c¸c phæ m« pháng chóng t«i rót ra c¸c nhËn xÐt sau:
- §Ó tÝn hiÖu 13C-NMR cña nhãm CH3 céng h,ëng trong kho¶ng 5 ppm th× trong cÊu tróc ph©n tö ph¶i cã m¶nh cÊu tróc: H3C-CC-.
- §Ó tÝn hiÖu 13C-NMR cña nhãm CH v CH2 céng h,ëng ë trong kho¶ng 63 - 67 ppm v tÝn hiÖu 1H-NMR cña nhãm CH v CH2 céng h,ëng ë kho¶ng tõ 3 - 5 ppm, trong ph©n tö ph¶i
S
cã m¶nh cÊu tróc: HO-CH-CH2-OH.
Dùa trªn hai gîi ý ny, chóng t«i vÏ tiÕp c¸c cÊu tróc gi¶ ®Þnh cã chøa hai m¶nh cÊu tróc trªn. Chóng t«i ®> dïng ch,¬ng tr×nh ACD/I-Labs m« pháng phæ 1H-NMR v 13C-NMR cña c¸c cÊu tróc gi¶ ®Þnh trªn. Sau khi so s¸nh c¸c phæ m« pháng víi phæ thùc nghiÖm NMR cña mÉu HC5, chóng t«i t×m thÊy cã bèn cÊu tróc d,íi ®©y cã phæ 1H-NMR v 13C-NMR m« pháng kh¸ gièng víi phæ thùc nghiÖm.
S
HO
HC5-04 CH3 HO HC5-03 CH3 HO HO
OH
S HC5-02
HO
OH S
CH3
H3C HC5-01 OH
319
Tuy nhiªn, dùa vo phæ thùc nghiÖm HMBC, h»ng sè t,¬ng t¸c cña 2 proton cã tÝn hiÖu céng h,ëng ë 7,0 v 7,2 ppm trªn phæ thùc nghiÖm cã gi¸ trÞ l 3,5 Hz v ®é lÖch vÒ ®é dÞch chuyÓn hãa häc gi÷a phæ m« pháng v phæ
thùc nghiÖm, chóng t«i ®i tíi kh¼ng ®Þnh hîp chÊt thiªn nhiªn HC5 cã cÊu tróc l HC5-01. Sö dông phÇn mÒm ®Þnh danh ACD/IUPAC Name v. 7.05, HC5 cã tªn khoa häc l 4-(5-penta-1,3-diyn-1-yl-2-thienyl)but-3-yne-1,2-diol):
3 4
9
HO 8 7
HO
2 5 6 S
1
10 11
12 13 CH
14
1.97
4
64.10
133.78 65.78 4.22
100
3
2 3.75
7.01
1 7.37 4.06
81.30 50 128.71
92.93 62.83
3.47 3.52
0 8 7 6 5 4 3 2 1 0 100 50 0
H×nh 3: Phæ m« pháng 1H-NMR v 13C-NMR cña HC5-01
H×nh 3 l phæ 1H-NMR v 13C-NMR m« pháng b»ng ch,¬ng tr×nh ACD/I-Labs cña cÊu tróc HC5-01. So s¸nh phæ m« pháng cña cÊu tróc ny víi phæ thùc nghiÖm cña hîp chÊt HC5 (h×nh 1) cã thÓ thÊy l chóng kh¸ gièng nhau vÒ vÞ trÝ t,¬ng ®èi gi÷a c¸c pÝc trong phæ. B¶ng 1 ®,a ra sù so s¸nh vÒ gi¸ trÞ ®é dÞch chuyÓn hãa häc 13C v 1H cña mÉu HC5 øng víi cÊu tróc trªn tõ phæ m« pháng v phæ thùc nghiÖm. Cã thÓ nhËn thÊy râ rng l víi cÊu tróc ny, sai sè gi÷a sè liÖu phæ m« pháng v sè liÖu phæ thùc nghiÖm t,¬ng ®èi nhá, víi sai lÖch trung b×nh vÒ ®é dÞch chuyÓn hãa häc cña 13C l 1,819 ppm v cña 1H l 0,207 ppm. §Æc biÖt, sai lÖch tuyÖt ®èi vÒ ®é chuyÓn dÞch hãa häc cña 1H cña nhãm CH3 so víi phæ thùc nghiÖm chØ cã 0,07 ppm.
Chóng t«i ®> tiÕn hnh ®o l¹i phæ 1H-NMR trong dung m«i DMSO, trªn phæ thÊy cã xuÊt hiÖn thªm hai tÝn hiÖu cña hai nhãm OH (m hai tÝn hiÖu ny ®> kh«ng thÊy khi ®o phæ 1H-NMR
320
trong dung m«i CDCl3). Nh, vËy, cÊu tróc ph©n tö trªn l hon ton phï hîp víi phæ thùc nghiÖm.
Tõ cÊu tróc ny, chóng t«i còng ®> tiÕn hnh m« pháng qu¸ tr×nh ph©n m¶nh phæ khèi b»ng ch,¬ng tr×nh Mass Frontier. Phæ m« pháng cho kÕt qu¶ kh¸ phï hîp víi phæ thùc nghiÖm, víi sù cã mÆt cña hÇu hÕt c¸c pic cã c,êng ®é lín: 230, 199, 170, 123, 69 v 63 amu. KÕt qu¶ ny còng thªm phÇn kh¼ng ®Þnh sù phï hîp cña cÊu tróc víi phæ thùc nghiÖm.
Nh, vËy, dùa vo phÇn mÒm m« pháng phæ chóng t«i ®> x¸c ®Þnh ®,îc cÊu tróc chÝnh x¸c cña hîp chÊt HC5. MÆc dï ®©y kh«ng ph¶i l mét cÊu tróc khã, tuy nhiªn nÕu chØ dùa v c¸c phæ thùc nghiÖm ®> ghi th× viÖc x¸c ®Þnh cÊu tróc ny l viÖc rÊt khã kh¨n. B»ng con ®,êng sö dông kÕt hîp c¸c phÇn mÒm m« pháng phæ víi c¸c phæ thùc nghiÖm nh, trªn chóng t«i ®> x¸c ®Þnh chÝnh x¸c, nhanh chãng cÊu tróc hãa
häc cña hîp chÊt HC5. §©y còng l mét gîi ý vÒ mét ph,¬ng ph¸p x¸c ®Þnh cÊu tróc cña mét hîp chÊt hãa häc b»ng c¸ch kÕt hîp phæ m« pháng víi phæ thùc nghiÖm ®Ó qu¸ tr×nh x¸c ®Þnh cÊu
tróc cña c¸c hîp chÊt hãa häc, ®Æc biÖt l c¸c hîp chÊt thiªn nhiªn cã thÓ ®,îc thùc hiÖn mét c¸ch nhanh h¬n, hiÖu qu¶ h¬n v gi¶m ®,îc sè l,îng c¸c phæ thùc nghiÖm cÇn ®o.
B¶ng 1: §é dÞch chuyÓn hãa häc () cña HC5 tõ phæ m« pháng v phæ thùc nghiÖm
VÞ trÝ Nhãm TN, ppm ACD, ppm Sai sè, ppm
C2 CH C3 C C4 C C5 CH C6 C C7 C C8 CH C9 CH2
C10 C C11 C C12 C C13 C C14 CH3
H3 CH H4 CH H8 CH H9 CH2 H14 CH3
Sai sè trung b×nh:
123,75 127,36 3,61 132,40 133,63 1,17 133,55 133,78 0,23 124,13 127,71 3,58 79,57 79,30 -0,27 91,40 93,93 2,53 63,75 64,10 0,35 66,20 65,78 -0,42 68,19 72,44 3,25 78,86 77,59 -1,27 64,09 62,83 -1,26 83,56 81,30 -2,26 4,78 4,22 -0,56 7,04 7,00 -0,04 7,10 7,38 0,28 4,68 4,06 -0,62 3,77 3,49 -0,28 2,04 1,97 -0,07
C = 1,819 ppm H = 0,207 ppm
IV - kÕt luËn
Nh, vËy, b»ng viÖc kÕt hîp c¸c phæ thùc nghiÖm MS v NMR víi phÇn mÒm m« pháng, chóng t«i ®> x¸c ®Þnh ®,îc cÊu tróc cña hîp chÊt HC5. Cã thÓ kh¼ng ®Þnh r»ng, víi sù gióp ®ì cña c¸c phÇn mÒm m« pháng phæ, qu¸ tr×nh x¸c ®Þnh cÊu tróc cña mét hîp chÊt hãa häc ®,îc thùc hiÖn mét c¸ch nhanh h¬n, hiÖu qu¶ h¬n v gi¶m ®,îc sè l,îng c¸c phæ thùc nghiÖm cÇn ®o.
Ti liÖu tham kh¶o
1. K. S. Lebedev and I. V. Gritsenko. Zh. Strukt. Khimii (in Russian), 34, No. 3, P. 51 - 60 (1993).
2. K. S. Lebedev and D. Cabrol-Bass. J. Chem. Inf. Comput. Sci., 38, P. 410 - 419 (1998).
3. C. Peng, S. Yuan, C. Zheng and Y. Hui. J. Chem. Inf. Comput. Sci., 34, P. 805 - 813 (1994).
4. K. Funatsu and S. Sasaki. J. Chem. Inf. Comp. Sci., 36, P. 190 - 204 (1996).
5. G. E. Martin. Exploitation of Long-range Heteronuclear Coupling Constants-New Techniques for Long-Range Heteronuclear Shift Correlation Spectroscopy; in Ann. Rep. NMR Spectrosc.; Webb, G. A., Ed., Academic Press, New York, 46, P. 37 - 100 (2002).
6. G. E. Martin. Microprobes and Methodo-logies for Spectral Assignments: Applications; in Encyclopedia of Nuclear Magnetic Resonance, Vol 9. Advances in NMR, Grant, D. M. and Harris, R. K., Eds.; Wiley & Sons, Ltd., Chichester (2002).
321
...
- tailieumienphi.vn
nguon tai.lieu . vn