Lời cam đoan.i
Lời cảm ơn .ii
Tóm lược . iii
Summary .iv
Mục lục.v
Danh sách bảng .vii
Danh sách hình.xi
Danh mục từ viết tắt.xv
Chương 1: Giới thiệu . 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài . 1
1.2 Mục tiêu và yêu cầu nghiên cứu . 2
1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài . 3
1.3.1 Ý nghĩa khoa học . 3
1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn. 3
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 3
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu. 3
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu. 4
1.4.3 Những đóng góp mới của luận án . 4
Chương 2: Lược khảo tài liệu . 5
2.1 Các hóa chất tín hiệu (Semiochemical). 5
2.1.1 Allelochemical . 5
2.1.2 Pheromone. 5
2.2 Pheromone giới tính . 7
2.2.1 Định nghĩa. 7
2.2.2 Tính đa dạng cấu trúc của các thành phần pheromone giới tính của bộ Cánh
vảy (Lepidoptera) . 8
2.2.3 Một số hydrocarbon trong pheromone giới tính của côn trùng bộ Cánh vảy
(Lepidoptera). 10
2.2.4 Ứng dụng của pheromone giới tính . 13
2.2.5 Kỹ thuật xác định cấu trúc hóa học của pheromone giới tính. 19
2.3 Đối tượng nghiên cứu. 22
2.3.1 Sâu đục thân cây Mai dương, Carmenta mimosa Eichlin & Passoa. 22
2.3.2 Nhóm sâu cuốn lá cây có múi (Lepidoptera: Tortricidae) . 26
2.3.3 Sâu đục trái, Conogethes punctiferalis Guenée . 31
2.4 Sử dụng chiến lược đẩy-kéo trong quản lý sâu hại . 38
2.5 Tổng hợp pheromone mạch thẳng của một số côn trùng thuộc bộ Cánh vảy. 38
2.5.1 Tổng hợp pheromone của ngài sâu tơ, Plutella xylostella (Lepidoptera:
Yponomeutidae). 39
2.5.2 Tổng hợp pheromone của sâu đục vỏ trái, Prays sp. (Lepidoptera:
Yponomeutidae). 39
2.5.3 Tổng hợp pheromone của sâu xám, Agrotis ipsilon (Lepidoptera: Noctuidae)40
2.5.4 Tổng hợp pheromone của sâu đục thân khoai lang, Omphisa anastomosalis
(Lepidoptera: Crambidae) . 41vi
2.6 Các phản ứng cơ bản trong hóa học hữu cơ. 41
2.6.1 Phản ứng ankyl helogenua . 41
2.6.2 Phản ứng oxy hóa. 41
2.6.3 Phản ứng acetyl hóa . 42
2.6.4 Phản ứng bắt cặp acetylene . 42
2.6.5 Phản ứng ester hóa . 42
2.6.6 Phản ứng Wittig . 42
Chương 3: Vật liệu và phương pháp . 44
3.1 Vật liệu thí nghiệm. 44
3.1.1 Thời gian và địa điểm. 44
3.1.2 Dụng cụ và thiết bị . 44
3.1.3 Hóa chất . 45
3.1.4 Nguồn ngài . 46
3.1.5 Mồi hấp dẫn, tuýp quấy rối, bẫy pheromone và cách treo . 46
3.2 Phương pháp. 48
3.2.1 Xác định cấu trúc hóa học của pheromone giới tính. 48
3.2.2 Qui trình tổng hợp các hợp chất E10-16:Ald và Z10-16:Ald, thành phần
pheromone giới tính của sâu đục trái cây, Conogethes punctiferalis . 53
3.2.3 Sinh trắc nghiệm ngoài đồng. 57
3.2.4 Số liệu khí tượng thủy văn . 81
3.2.5 Xử lý số liệu . 81
Chương 4: Kết quả và thảo luận. 83
4.1 Xác định thành phần và cấu trúc hóa học pheromone giới tính của một số loài
thuộc bộ Cánh vảy (Lepidoptera). 83
4.1.1 Pheromone giới tính của ngài sâu đục thân cây Mai dương, C. mimosa. 83
4.1.2 Pheromone giới tính của nhóm sâu cuốn lá cây có múi (Tortricidae) . 85
4.1.3 Pheromone giới tính của ngài sâu đục trái cây, Conogethes punctiferalis . 94
4.2 Tổng hợp thành phần pheromone giới tính của C. punctiferalis: (E)-10-
hexadecenal và (Z)-10-hexadecenal. 99
4.2.1 Con đường thông qua phản ứng Wittig. 99
4.2.2 Con đường phản ứng chọn lọc cấu hình . 104
4.3 Nghiên cứu ứng dụng pheromone giới tính tổng hợp ở điều kiện ngoài đồng 110
4.3.1 Sâu đục thân cây Mai dương, Carmenta mimosa . 110
4.3.2 Nhóm sâu cuốn lá cây có múi (Tortricidae). 123
4.3.3 Sâu đục trái cây, Conogethes punctiferalis. 132
Chương 5: Kết luận và đề nghị . 155
5.1 Kết luận . 155
5.2 Đề nghị . 156
Danh mục các công trình đã công bố . 157
Tài liệu tham khảo . 158
Phụ lụ
212 trang |
Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 488 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Xác định cấu trúc hóa học, tổng hợp và ứng dụng Pheromone giới tính để quản lý một số loài thuộc bộ cánh vảy (Lepidoptera) ở đồng bằng sông Cửu Long, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
C. mimosa (0,2 tuyến pheromone)
84
4.1.1.2 Phân tích Sắc ký khí – Khối phổ của mẫu pheromone ly trích
Kết quả phân tích GC-MS của mẫu pheromone ly trích từ ngài C. mimosa
(1,5 tuyến pheormone) nhận thấy thành phần tạo sự đáp ứng EAG trong phân
tích GC-EAD hiện diện trên biểu đồ Sắc ký tổng ion ở thời gian lưu Rt = 16,51
phút (Hình 4.2A). Biểu đồ khối lượng (mass chromatogram; MC) với ion [M-
CH3CO2H]
+
ở m/z 248 cùng với các ion phân rã ở m/z 61, 67 và 81 (Hình 4.2B),
chứng tỏ thành phần pheromone là một hợp chất octadecadienyl acetate. Hầu
hết pheromone giới tính đã được xác định của các loài thuộc họ Sesiidae là các
hợp chất 3,13-octadecadienyl acetae và 2,13-octadecadienyl acetate (El-Sayed,
2012; Ando, 2013).
Kết quả phân tích GC-MS của các hợp chất chuẩn tổng hợp trình bày
trong Bảng 4.1 nhận thấy Rt của thành phần pheromone là giống với Rt của các
hợp chất Z3,Z13-18:OAc và Z2,Z13-18:OAc. Phổ khối lượng của hai hợp chất
này là tương tự nhau, ngoại trừ cường độ tương đối của các ion ở m/z 248, 67
và 81 của hợp chất Z3,Z13-18:OAc nhỏ hơn so với của hợp chất Z2,Z13-
18:OAc. Tuy nhiên, sự khác biệt trong cường độ tương đối của các ion ở m/z
248, 67 và 81 giữa các hợp chất Z3,Z13-18:OH và Z2,Z13-18:OH là rõ ràng
hơn so với Z3,Z13-18:OAc và Z2,Z13-18:OAc (Naka et al., 2006). Kết quả
phân tích GC-MS của mẫu pheromone ly trích (1,5 tuyến pheromone) đã được
xà phòng hóa cho thấy cường độ tương đối của ion ở m/z 248 của thành phần
pheromone chỉ đạt 1% đã chứng tỏ thành phần pheromne giới tính của C.
mimosa là hợp chất Z3,Z13-18:OAc.
Z3,Z13-18:OAc
m/z 61
m/z 67
m/z 81
m/z 248
12,51 13,51 14,51 15,51 16,51 17,51 18,51
A
B
Rt (phút)
Hình 4.2. Biểu đồ GC-MS từ mẫu pheromone ly trích của C. mimosa (1,5 tuyến
pheromone). (A) Biểu đồ Sắc ký tổng ion (TIC); (B) Biểu đồ khối lượng (GC-MS)
85
Bảng 4.1: Thời gian lưu (phút) và cường độ đáp ứng EAG (%) tại m/z 248 của
pheromone ly trích và các hợp chất chuẩn tổng hợp
Thành phần Rt (phút)(1) Cường độ đáp ứng tại m/z 248 (%)(2)
Pheromone ly trích 16,51 22,41
Z3,Z13-18:OAc 16,51 22,62
E3,Z13-18:OAc 16,40 15,26
Z3,E13-18:OAc 16,32 21,08
E3,E13-18:OAc 16,23 15,02
Z2,Z13-18:OAc 16,52 35,38
E2,Z13-18:OAc 16,66 29,96
Z2,E13-18:OAc 16,33 35,28
E2,E13-18:OAc 16,47 29,94
(1)
Cột: DB-23; chương trình nhiệt độ: bắt đầu từ 800C, giữ ở 800C 1 phút, tăng lên 2100C với
tốc độ 80C/phút, giữ ở 2100C 10 phút
(2)
Cường độ của ion ở m/z 81 là 100%.
4.1.2 Pheromone giới tính của nhóm sâu cuốn lá cây có múi (Tortricidae)
4.1.2.1 Loài Archips atrolucens
a) Phân tích Sắc ký khí-Điện râu của mẫu pheromone ly trích
Biểu đồ GC-EAD của mẫu pheromone ly trích (0,1 tuyến pheromone) cho
thấy 2 peaks được ghi nhận từ đầu dò điện râu (EAD) ở các Rt lần lượt là 14,40
phút (Thành phần IIA) và 14,55 phút (Thành phần IIIA) (Hình 4.3A), chứng tỏ
râu đầu của ngài đực đã đáp ứng với hai thành phần pheromone trong mẫu ly
trích.
Hình 4.3. Biểu đồ phân tích GC-EAD mẫu pheromone ly trích của A. atrolucens
(A) Mẫu pheromone ly trích (0,1 tuyến pheromone); (B) Mẫu chuẩn tổng hợp
B
E11-14:OAc
(Rt = 14,40 phút)
Z11-14:OAc
(Rt = 14,55 phút)
phút
15 14
A phút
12 15 14 13 16
EAD
FID
0,1FE
Thành phần IIA
(Rt = 14,40 phút)
Thành phần IIIA
(Rt = 14,55 phút)
(Rt= 14,40 phút)
(Rt= 14,55 phút)
(Rt= 14,40 phút)
(Rt= 14,55 phút)
86
Sự khác biệt trong thời gian lưu của hai thành phần ghi nhận được là 0,15
phút cho thấy khả năng Thành phần IIA và Thành phần IIIA là hai đồng phân
hình học (E và Z) của nhau.
Kết quả phân tích GC-EAD của mẫu chuẩn tổng hợp, các hợp chất E11-
14:OAc và Z11-14:OAc đã nhận được sự đáp ứng từ râu đầu của ngài đực và
có cùng thời gian lưu với Thành phần IIA và Thành phần IIIA (Hình 4.3B). Kết
quả này cho thấy Thành phần IIA và Thành phần IIIA có khả năng là các hợp
chất E11-14:OAc và Z11-14:OAc, tương ứng.
b) Phân tích Sắc ký khí-Khối phổ của mẫu pheromone ly trích thô
Kết quả phân tích GC-MS của mẫu pheromone ly trích từ ngài cái (0,5
tuyến pheromone) được trình bày ở Hình 4.4.
Trên biểu đồ sắc ký tổng ion (TIC) có sự hiện diện của ba thành phần:
Thành phần IA ở thời gian lưu là 12,28 phút, Thành phần IIA ở thời gian lưu
10
10
12 13 14
Rt (phút)
12 13 14
m/z 83
Thành phần IA
m/z 61
m/z 194
Mass Chromatogram
Thành phần IIA
Thành phần IIIA
Total Ion Chromatogram
Hình 4.4. Biểu đồ khối lượng của 3 thành phần tạo đáp ứng EAG trong mẫu
pheromone lý trích từ ngài A. atrolucens (0,5 tuyến pheromone)
87
12,31 phút và Thành phần IIIA ở thời gian lưu 12,81 phút. Kết quả ghi nhận
cũng cho thấy tỷ lệ giữa ba Thành phần I, II và III là 4:60:100 tương ứng.
Trên biểu đồ khối lượng, ion ở m/z 61 (CH3COOH2
+) và ion phân rã ở m/z
194 (M - CH3CO2H
+) cùng với các ion phân rã (fragmentation ions) do sự phân
tách một nhóm CH2 ở m/z 41, 55 (base), 69, 81, 95, 111, 121, 135 và 149 (Phụ
chương) chứng tỏ Thành phần IIA và Thành phần IIIA là các đồng phân hình
học của hợp chất tetradecenyl acetate.
Mặt khác, biểu đồ khối lượng cũng cho thấy một hợp chất ở thời gian lưu
12,28 phút (Thành phần IA) với các ion ở m/z 61 và m/z 83 đây là các ion điển
hình cho hợp chất tetradecyl acetate (14:OAc) (Ando and Yamakawa, 2011),
mặc dù hợp chất này không kích thích râu đầu ngài đực trong phân tích GC-
EAD.
c) Phân tích Sắc ký khí - Khối phổ của mẫu pheromone ly trích dẫn
xuất với DMDS
Kết quả phân tích GC-EAD và GC-MS của mẫu pheromone ly trích thô
cho thấy Thành phần IA là tetradecyl acetate (14:OAc), Thành phần IIA và
Thành phần IIIA là hai đồng phân hình học của tetradecenyl acetate.
Để xác định vị trí nối đôi trong phân tử của các Thành phần II và Thành
phần III, mẫu pheromone ly trích từ ngài cái (1 tuyến pheromone) được dẫn
AcO
SCH3
SCH3
89
259
Hình 4.5. Phổ khối lượng của dẫn xuất DMDS của Thành phần IIA và IIIA
trong mẫu pheromone ly trích từ ngài cái A. atrolucens (1 tuyến pheromone)
88
xuất với DMDS trước khi phân tích bằng GC-MS. Dẫn xuất DMDS của Thành
phần IIA và Thành phần IIIA có phổ khối lượng giống nhau (Hình 4.5) đã
khẳng định Thành phần IIA và Thành phần IIIA là đồng phân hình học của
nhau.
Phổ khối lượng với ion phân tử lượng M+ ở m/z 348 và các ion phân rã ở
m/z 89 và 259 đã chứng tỏ Thành phần IIA và Thành Phần IIIA có nối đôi nằm
ở vị trí carbon thứ 11 (C11) của hợp chất tetradecenyl acetate (Hình 4.6).
So sánh trên dữ liệu GC-MS, phổ khối lượng và thời gian lưu của Thành
phần IA, Thành phần IIA và Thành phần IIIA là hoàn toàn trùng khớp với các
hợp chất chuẩn tổng hợp 14:OAc, E11-14:OAc và Z11-14:OAc. Điều này có
thể khẳng định pheromone giới tính của ngài A. atrolucens là hỗn hợp của các
hợp chất 14:OAc, E11-14:OAc và Z11-14:OAc. Kết quả so sánh cũng cho thấy
hàm lượng của Thành phần IIIA trong mẫu pheromone ly trích là 47,96
ng/tuyến pheromone.
4.1.2.2 Loài Adoxophyes privatana
a) Phân tích Sắc ký khí-Điện râu của mẫu pheromone ly trích
Biểu đồ GC-EAD (Gas chromatography-Electroantennographic detector)
của mẫu pheromone ly trích (2 tuyến pheromone) cho thấy 2 peaks được ghi
nhận từ đầu dò điện râu (EAD) ở các thời gian lưu (Rt) lần lượt là 14,46 phút
và 14,55 phút (Hình 4.7). Như vậy, râu đầu của ngài A. privatana đực đã đáp
Hình 4.6. Biểu đồ khối lượng của dẫn xuất DMDS của Thành phần IIA và Thành phần
IIIA trong mẫu pheromone ly trích từ ngài cái A. atrolucens (1 tuyến pheromone)
Thành phần IIIA Thành phần IIA
89
ứng với 2 thành phần pheromone (Thành phần IB và IIB) trong mẫu ly trích từ
ngài cái và Thành phần IIB có thời gian lưu trùng với Thành phần IIIA (Mục
4.1.2.1). Sự khác biệt trong thời gian lưu giữa Thành phần IB và Thành phần
IIB chỉ là 0,09 phút cho thấy đây là hai hợp chất có cùng mạch carbon.
b) Phân tích Sắc ký khí-Khối phổ của mẫu pheromone ly trích thô
Cấu trúc hóa học của thành phần tạo đáp ứng điện râu trong mẫu
pheromone ly trích (Thành phần IB và IIB) được xác định bằng các phân tích
GC-MS. Kết quả phân tích mẫu pheromone ly trích (16 tuyến pheromone) cho
thấy Thành phần IB và Thành phần IIB xuất hiện trên biểu đồ sắc ký tổng ion
(TIC) ở các thời gian lưu lần lượt là 12,66 phút và 12,81 phút (Hình 4.8). Thời
gian lưu của thành phần IIB là trùng khớp với thời gian lưu của hợp chất Z11-
14:OAc (Thành phần IIIA, Mục 4.1.2.1). Kết quả ghi nhận cũng cho thấy tỷ lệ
giữa hai Thành phần IB và IIB là 8:92, tương ứng.
Cùng với sự trùng khớp trong thời gian lưu, biểu đồ khối lượng và phổ
khối lượng (Phụ chương) của Thành phần IIB là trùng khớp với Thành phần
IIIA (Mục 4.1.2.1) chứng tỏ đây là hợp chất Z11-14:OAc. Biểu đồ khối lượng
của Thành phần IB là tương tự như biểu đồ khối lượng của Thành phần IIB,
Hình 4.7. Biểu đồ phân tích GC-EAD mẫu pheromone ly trích của A. privatana
Thành phần IB
(Rt = 14,46 phút)
Thành phần IIB
(Rt = 14,55 phút)
15 14 13 16
EAD
FID
Rt (phút)
0,01 mV
0,1 mV
(Rt= 14,55 phút)
(Rt= 14,46 phút)
90
nhưng thời gian lưu của Thành phần IB (12,66 phút) là khác biệt với thời gian
lưu của hợp chất E11-14:OAc (12,31 phút) (Thành phần IIA, Mục 4.1.2.1),
chứng tỏ Thành phần IB là một tetradecenyl acetate có nối đôi không nằm ở vị
trí C11.
c) Phân tích Sắc ký khí-Khối phổ của mẫu pheromone ly trích dẫn
xuất với DMDS
Kết quả phân tích GC-MS của mẫu pheromone ly trích (20 tuyến
pheromone) của A. privatana được trình bày trong Hình 4.9. Trên biểu đồ TIC,
dẫn xuất DMDS của Thành phần IB và Thành phần IIB xuất hiện ở các thời
gian lưu 13,85 phút và 14,16 phút. Thời gian lưu và phổ khối lượng của dẫn
xuất DMDS của Thành phần IIB là trùng khớp với thời gian lưu và phổ khối
lượng của dẫn xuất DMDS của thành phần IIIA (Mục 4.1.2.1), chứng tỏ Thành
phần IIB là hợp chất Z11-14:OAc. Phổ khối lượng của dẫn xuất DMDS của
Thành phần IB với ion phân tử lượng ở m/z 348 và các ion phân rã ở m/z 117 và
231 cho thấy Thành phần IB là một tetradecenyl acetate có nối đôi nằm ở vị trí
C9.
Thành phần IIB
Z11-14:OAc
Total Ion Chromatogram
Mass Chromatogram
m/z 82
m/z 61
m/z 194
12 13 Rt (phút)
Thành phần IB
Z9-14:OAc
Hình 4.8. Biểu đồ phân tích GC-MS của mẫu pheromone ly trích từ ngài
Adoxophyes privatana cái (16 tuyến pheromone)
Z11-14:OAc
91
So sánh trên dữ liệu GC-MS, phổ khối lượng và thời gian lưu của Thành
phần IB, Thành phần IIB là hoàn toàn trùng khớp với các hợp chất chuẩn tổng
hợp Z9-14:OAc và Z11-14:OAc. Điều này xác định pheromone giới tính của
ngài A. privatana là hỗn hợp của các hợp chất Z11-14:OAc và Z9-14:OAc. Kết
quả so sánh cũng cho thấy hàm lượng của Thành phần IIB trong mẫu
pheromone ly trích là 13,5 ng/tuyến pheromone.
Hình 4.9. Kết quả phân tích GC-MS của mẫu pheromone ly trích từ ngài A.
privatana cái (20 tuyến pheromone) dẫn xuất với DMDS
O
O H3CS SCH3
259
89
199
14.00 14.6013.80
tR (phút)
259
348
199
89
61
M+
40000
10000
20000
30000
0
348
231
171
117
61
M+
1600
0
400
800
1200
Abundance
O
O H3CS SCH3
231
117
171
m/z
100 200 300
14.4014.20
Dẫn xuất DMDS IB
Dẫn xuất DMDS IIB
Abundance
Dẫn xuất DMDS IB
Dẫn xuất DMDS IIB
Total Ion Chromatogram
Phổ khối lượng
92
4.1.2.3 Loài Homona tabescens
a) Phân tích Sắc ký khí-Khối phổ của mẫu pheromone ly trích thô
Kết quả phân tích GC-MS của mẫu pheromone ly trích (3 tuyến
pheromone) cho thấy hai thành phần pheromone giới tính hiện diện trên biểu đồ
sắc ký tổng ion (TIC) ở thời gian lưu là 10,59 phút và 12,81 phút (Hình 4.10).
Thời gian lưu và phổ khối lượng của Thành phần IIC là trùng với thời gian lưu
và phổ khối lượng của thành phần IIB (Mục 4.3.2.2), chứng tỏ Thành phần IIC
là hợp chất Z11-14:OAc. Phổ khối lượng của Thành phần IC (Hình 4.10B) với
các ion phân rã ở m/z 61 (CH3COOH2
+
) và m/z 166 [M - CH3CO2H
+] cùng với
các ion phân rã hình thành từ sự phân ly của một nhóm CH2 ở m/z 41, 55
(base), 69, 81, 95, 111, 121, 135 và 149 (Hình 4.10) chứng tỏ Thành phần IIC
là một dodecenyl acetate.
B
A
43
55
68
82
95
110
123
137
166
[M – 60]+
100
50
0
%
50 100 150
Z9-12:OAc
43 55
68
82
96
109
123 138
194
[M – 60]+
50 100 150 200
m/z
100
50
0
%
Z11-14:OAc
Thành phần IC
(tR = 10,59 phút)
Thành phần IC
(tR = 10,59 phút)
Thành phần IC
Thành phần IIC
TIC
MS
C
Thành phần IC
(Rt= 10,59 phút)
Thành phần IIC
(Rt= 12,81 phút)
Hình 4.10. Kết quả phân tích GC-MS của mẫu pheromone ly trích từ ngài Homona
tabescens cái (3 tuyến pheromone). (A) Biểu đồ sắc ký tổng ion (TIC); (B) Phổ khối
lượng của Thành phần IC và (C) Phổ khối lượng của Thành phần IIC
93
b) Phân tích Sắc ký khí - Khối phổ của mẫu pheromone ly trích dẫn
xuất với DMDS
Vị trí nối đôi của Thành phần IIC được xác định bằng phân tích GC-MS
của mẫu pheromone ly trích (20 tuyến pheromone) đã dẫn xuất với DMDS.
Trên biểu đồ TIC, dẫn xuất DMDS của Thành phần IC và Thành phần IIC xuất
hiện ở các thời gian lưu 12,98 phút và 14,16 phút (Hình 4.11).
Thời gian lưu và phổ khối lượng của dẫn xuất DMDS của Thành phần IIC
là trùng khớp với thời gian lưu và phổ khối lượng của dẫn xuất DMDS của
B
A
Dẫn xuất DMDS
của IB
13.00 13.40 13.80 14.20 14.80
phút
m/z
100 200 300
320
231
89
100
50
0
%
171
O
H3CS SCH3
O
M+
231
199 89
Dẫn xuất DMDS
của IIB
Dẫn xuất DMDS của IB
(Rt. 12.98 phút
Dẫn xuất DMDS
của IIC
Dẫn xuất DMDS
của IC
n xuất DMDS của IC
(Rt= 12,98 phút)
Hình 4.11. Kết quả phân tích GC-MS của mẫu pheromone ly trích từ ngài Homona
tabescens cái (20 tuyến pheromone) dẫn xuất với DMDS. (A) Biểu đồ sắc ký tổng
ion; (B) Phổ khối lượng
94
thành phần IIB (Mục 4.1.2.2c), chứng tỏ một lần nữa Thành phần IIC là hợp
chất Z11-14:OAc.
Phổ khối lượng của dẫn xuất DMDS của Thành phần IC với ion phân tử
lượng ở m/z 320 và các ion phân rã ở m/z 89 và 231 cho thấy Thành phần IC là
một dodecenyl acetate có nối đôi nằm ở vị trí C9.
So sánh trên dữ liệu GC-MS, phổ khối lượng và thời gian lưu của Thành
phần IC, Thành phần IIC là hoàn toàn trùng khớp với các hợp chất chuẩn tổng
hợp Z9-12:OAc và Z11-14:OAc. Điều này khẳng định pheromone giới tính của
ngài Homona tabescens là hỗn hợp của các hợp chất Z11-14:OAc và Z9-
12:OAc. Kết quả so sánh cũng cho thấy hàm lượng của Thành phần IIB trong
mẫu pheromone ly trích là 0,65 ng/tuyến pheromone.
4.1.3 Pheromone giới tính của ngài sâu đục trái cây, Conogethes
punctiferalis
4.1.3.1 Phân tích Sắc ký khí - Điện râu của mẫu pheromone ly trích
và mẫu chuẩn
Biểu đồ GC-EAD của mẫu pheromone ly trích (1 tuyến pheromone) cho
thấy 2 peaks được ghi nhận từ đầu dò điện râu (EAD) ở các thời gian lưu (Rt)
lần lượt là 14,15 và 15,15 phút.
Như vậy, râu đầu của ngài C. punctiferalis đực đã đáp ứng với 2 thành
phần pheromone trong mẫu ly trích. Thêm vào đó, cường độ đáp ứng EAG đối
với Thành phần II (300 μV) là lớn hơn rất nhiều so với Thành phần I (40 μV)
Hình 4.12. Biểu đồ GC-EAD của mẫu pheromone ly trích và E10-16:Ald. (A) Biểu
đồ GC-EAD mẫu pheromone ly trích của C. punctiferalis (1 tuyến pheromone); (B)
Biểu đồ GC-EAD của mẫu E10-16:Ald tổng hợp (5 ng). Column: DB-23; Chương
trình nhiệt độ: 800C (1 phút), 80C/phút đến 2100C (10 phút)
Thành phần I
(Rt = 14,15 phút)
Thành phần II
(Rt = 15,15 phút)
EAD
FID
A B
Đáp ứng
EAD
E10-16:Ald
(Rt= 15,15 phút)
(Rt= 14,15 phút)
(Rt= 15,15 phút)
95
(Hình 4.12) chứng tỏ Thành phần II là thành phần pheromone chính của ngài C.
punctiferalis.
Mặt khác, với cột dùng trong phân tích là DB-23, thời gian lưu của Thành
phần I (14,15 phút) sớm hơn so với của thành phần II 1,0 phút (15,15 phút) cho
khả năng Thành phần I có cùng một kiểu cấu trúc hóa học với Thành phần II,
nhưng có độ dài của mạch carbon ngắn hơn so với Thành phần II một nhóm -
CH2 (Hình 4.12A).
Hình 4.12B trình bày kết quả phân tích GC-EAD của mẫu E10-16:Ald
tổng hợp (5 ng). Ở cùng điều kiện phân tích với mẫu pheromone ly trích cho
kết quả, E10-16:Ald có cùng thời gian lưu với Thành phần II (15,15 phút) và đã
kích thích sự đáp ứng EAG của râu đầu của ngài đực (45 μV). Điều này cho
thấy Thành phần II là E10-16:Ald.
4.1.3.2 Phân tích Sắc ký khí - Khối phổ của mẫu pheromone ly trích
và dẫn xuất DMDS
Kết quả phân tích GC-MS của mẫu pheromone ly trích cho thấy, trên biểu
đồ sắc ký tổng ion (Total ion chromatogram; TIC) Thành phần II hiện diện ở
thời gian lưu là 14,19 phút.
Đồng thời, ở thời gian lưu 13,19 phút (tương ứng với thời gian lưu của
Thành phần I) có một peak nhỏ hiện diện (Hình 4.13A). Tuy nhiên, do hàm
MS
TIC
Thành phần I
Thành phần II
A
B
Hình 4.13. Sắc ký khí-Khối phổ mẫu ly trích. (A) Biểu đồ Sắc ký tổng ion (TIC) của
mẫu pheromone ly trích (2 tuyến pheromone); (B) Phổ khối lượng của Thành phần II
96
lượng phân tích quá thấp nên không ghi nhận được phổ khối lượng của peak
này. Điều này cho thấy hàm lượng của Thành phần I trong mẫu ly trích từ một
ngài C. punctiferalis cái là thấp hơn so với ngưỡng xác định của đầu dò khối
lượng (Mass selective detector).
Phổ khối lượng của Thành phần II (Hình 4.13B) với ion phân tử lượng,
[M]
+
ở m/z 238 cho biết công thức phân tử là C16H30O; ion chuẩn đoán
(diagnostic ions) [M-H2O]
+
ở m/z 220 biểu hiện cho nhóm chức ở đầu mạch là
aldehyde (-CHO) hoặc hydroxyl (-OH); các ion phân rã, được hình thành do sự
phân ly của một nhóm –CH2, ở m/z 41, 55 (base ion), 69, 81, 95, 109, 121, 135,
149 và 163 (Hình 4.12B) biểu hiện cho chuỗi carbon mạch thẳng. Thêm vào đó,
sự hiện diện của ion ở m/z 29 [H-C=O]+ và thời gian lưu của các hợp chất rượu
monoene, ở cùng điều kiện phân tích, là lớn hơn 14,19 phút (Bảng 4.1) chứng
tỏ Thành phần II là một hợp chất mạch thẳng dài 16 carbon (C16) có một nối đôi
(monoene) trong phân tử và nhóm chức ở đầu mạch là –CHO.
Kết quả phân tích GC-MS của mẫu pheromone ly trích (15 tuyến
pheromone) dẫn xuất với DMDS cho thấy dẫn xuất DMDS của Thành phần II
hiện diện trên TIC ở thời gian lưu là 29,35 phút. Phổ khối lượng với ion phân tử
lượng M+ ở m/z 322, các ion phân rã được hình thành từ sự gãy nối α ở m/z 201
([H3CS-
+
CH-(CH2)8-HC=0]
+
) và 131 ([H3CS-
+
CH-(CH2)4-CH3]
+
) (Hình 4.14)
TIC
Dẫn xuất DMDS của thành phần II
Hình 4.14. (A) Biểu đồ TIC và (B) Phổ khối lượng của Thành phần II đã được
dẫn xuất với DMDS (15 tuyến pheromone)
MS
H
O
H3CS SCH3
MW: 332
201
131
B
A
97
chứng tỏ nhóm methylthio (H3CS-) đã kết hợp vào vị trí carbon thứ 10 và thứ
11 của một hợp chất hexadecenal. Hay nói cách khác, vị trí nối đôi của Thành
phần II là một hexadecenal có vị trí nối đôi nằm ở carbon thứ 10.
4.1.3.3 Phân tích Sắc ký khí–Khối phổ của mẫu chuẩn tổng hợp
Tương tự như kết quả thu được ở phân tích GC-EAD, phân tích GC-MS
của mẫu chuẩn tổng hợp cho kết quả E10-16:Ald có cùng thời gian lưu (14,19
phút) và phổ khối lượng với Thành phần II (Hình 4.15). Kết quả này khẳng
định Thành phần II là hợp chất E10-16:Ald.
4.1.3.4 Xác định cấu trúc hóa học của Thành phần I
Do hàm lượng của Thành phần I trong mẫu phân tích là thấp hơn so với
ngưỡng ghi nhận của GC-MS, nên việc xác định cấu trúc hóa học của thành
phần này chủ yếu dựa trên sự so sánh thời gian lưu của nó với các hợp chất
chuẩn tổng hợp.
Trong phân tích GC-EAD, Thành phần I có thời gian lưu ngắn hơn Thành
phần II là 1 phút; 14,15 phút và 15,15 phút, tương ứng (Hình 4.13A). Điều này
Hình 4.15. Sắc ký khí khối phổ của hợp chất E10-16:Ald tổng hợp (5 ng).
(A) Biểu đồ TIC; (B) Biểu đồ phổ khối lượng (MS)
A
B
98
cho thấy khả năng Thành phần I có cùng một kiểu cấu trúc hóa học với Thành
phần II, nhưng độ dài của mạch carbon ngắn hơn một nhóm -CH2.
Bảng 4.2 nhận thấy thời gian lưu của Thành phần I là trùng với hợp chất
E10-15:Ald. Tuy nhiên, thời gian lưu chỉ là một dữ liệu, để xác định chính xác
cấu trúc hóa học của Thành phần I cần có thêm những dữ liệu về sự đáp ứng
EAG, phổ khối lượng của thành phần pheromone thô và dẫn xuất.
Bảng 4.2: Thời gian lưu (phút) của các thành phần pheromone và hợp chất tổng hợp
được phân tích bằng GC-EAD và GC-MS
Mẫu phân tích
Thời gian lưu (phút)
GC-EAD GC-MS
Thành phần pheromone I 14,15 -
Thành phần pheromone II 15,15 14,19
E10-15:Ald 14,15 13,19
Z10-15:Ald 14,30 13,37
E10-16:Ald 15,15 14,19
Z10-16:Ald 15,30 14,37
E10-15:OH 15,48 14,54
Z10-15:OH 15,60 14,73
E10-16:OH 16,48 15,54
Z10-16:OH 15,55 15,73
Ghi chú: Cột: DB-23; chương trình nhiệt độ: bắt đầu ở 800C, giữ ở 800C 1 phút, tăng lên 2100C ở tốc
độ 80C/phút, giữ ở 2100C 10 phút
Mặc dù phân tích GC-EAD và GC-MS cho thấy mẫu pheromone ly trích
chỉ chứa đồng phân E10-16:Ald. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu trước
đây tại Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc và Ấn Độ ghi nhận pheromone giới
tính của C. punctiferalis bao gồm cả E10-16:Ald và Z10-16:Ald ở tỉ lệ từ 9:1
đến 8:2, tương ứng (Konno et al., 1982; Boo, 1998; Chakravarthy and
Thyagaraj, 1998; Jung et al., 2000).
4.2 Tổng hợp thành phần pheromone giới tính của C. punctiferalis:
(E)-10-hexadecenal và (Z)-10-hexadecenal
4.2.1 Con đường thông qua phản ứng Wittig
4.2.1.1 Tổng quát
Hợp chất E10-16:Ald và Z10-16:Ald được tổng hợp theo con đường được
trình bày trong Hình 3.9. Sau khi bảo vệ một nhóm hydroxyl (OH) của hợp chất
1,10-decanediol (1) bằng tetrahydropyranyl (THP) ether (2) (năng suất phản
ứng = 49%), nhóm OH còn lại được chuyển thành formyl (CHO) (3) (năng suất
phản ứng = 64%) bằng phản ứng oxy hóa với pyridinium chlorochromate
(PCC). Hợp chất (3) sau đó được kết hợp với muối hexanyl
triphenylphosphonium bromide thông qua phản ứng Wittig dưới tác động bazơ
(base) của n-Butyl lithium (n-BuLi) để tạo thành hỗn hợp của (E)- và (Z)-10-
99
hexadecen-1-ol THP ether (4) và (5) (năng suất phản ứng = 59%). Đun hỗn hợp
của (4) và (5) trong ethanol ở nhiệt độ 50oC dưới sự xúc tác của p-
toluensulfonic acid monohydrate thu được hỗn hợp của (E)- và (Z)-10-
hexadecen-1-ol. (E) và (Z)-10-hexadecen-1-ol (năng suất phản ứng = 91,3%)
được phân tách và tinh lọc bằng cột sắc ký mở, sử dụng hỗn hợp 15% nitrat bạc
(AgNO3) trong silica gel làm pha tĩnh. Oxy hóa riêng lẻ các hợp chất (Z)-10-
hexadecen-1-ol và (E)-10-hexadecen-1-ol bằng phản ứng PCC thu được (Z)-10-
hexadecenal hoặc (E)-10-hexadecenal (năng suất phản ứng lần lượt là 83% và
81%).
4.2.1.2 Qui trình tổng hợp
a) 10-(Tetrahydro-pyran-2-yloxy)-decan-1-ol (2)
1,10-decanediol (5 g; 28,7 mmol), 3,4-tetrahydo-2H-pyran (2,41 g; 28,7
mmol) và p-toluenesulfonic acid monohydrate (300 mg) được khuấy với 100
ml dichloromethane (CH2Cl2) ở điều kiện nhiệt độ phòng trong 12 giờ. Sau khi
kiểm tra điểm kết thúc phản ứng bằng TLC (Rf = 0,35; Bz:EtOAc, 4:1), hỗn
hợp được cho vào phễu ly trích và lắc với 100 ml dung dịch bão hòa sodium
hydrogen carbonate (NaHCO3), tách lấy phần dung môi hữu cơ. Phần dung dịch
nước còn lại được trích với n-hexane (100 ml x 3 lần). Lượng n-hexane ly trích
được kết hợp với phần dung môi hữu cơ, lọc qua Na2SO4, cô đặc và làm tinh
khiết bằng cột sắc ký mở, sử dụng silica gel làm pha tĩnh thu được (2) (3,64 g;
14,1 mmol), đạt 49% năng suất.
- Dữ liệu GC-MS: Rt 19,94 phút, m/z: 41, 55, 69, 85 (base), 101, 109,
240 và 257.
-
1
H NMR (δ = ppm): 1,27-1,86 (22H, broad), 2,12 (1H, s), 3,36-3,39
(1H, td, J=6,62; 9,59 Hz), 3,46-3,51 (1H, broad), 3,57-3,61 (2H, t, J=6,54 Hz),
3,66-3,74 (1H, td, J=6,62, 9,59 Hz), 3,81-3,88 (1H, broad) và 4,54-4,56 (1H, t,
J=4,25).
-
13
C NMR (δ = ppm): 19,68 (CH3-C), 25,52 (CH2-C), 25,78 (CH2-C),
26,24 (CH2-C), 29,44 (CH2-C), 29,48 (CH2-C), 29,53 (CH2-C), 29,57 (CH2-C),
29,75 (CH2-C), 30,78 (CH2-C), 32,81 (CH2-C), 62,33 (CH2-O), 62,93 (CH2-O),
67,72 (CH2-O) và 98,85 (O-CH-O).
b) 10-(Tetrahydro-pyran-2-yloxy)-decanal (3)
Hỗn hợp của (2) (3 g; 11,6 mmol), pyridinium chlorochromate (3,25 g;
15,1 mmol) và dichloromethane (CH2Cl2) (50 ml) được khuấy ở điều kiện nhiệt
độ phòng trong 3 giờ. Sau khi kiểm tra điểm kết thúc của phản ứng bằng kỹ
thuật sắc ký lớp mỏng (TLC), bình cầu phản ứng được nối với hệ thống cô quay
100
để bay hơi toàn bộ CH2Cl2. Sau đó, thêm vào hỗn hợp 100 ml n-hexane và 100
ml dung dịch bão hòa sodium hydrogen carbonate (NaHCO3) rồi chuyển vào
phễu ly trích, lắc và tách lấy phần dung môi hữu cơ. Phần dung dịch nước còn
lại trong phễu được trích tiếp tục với n-hexane (100 ml x 3 lần). n-Hexane ly
trích được kết hợp với phần dung môi hữu cơ và lọc qua sodiumsulfate
(Na2SO4), cô đặc và làm tinh khiết bằng cột sắc ký mở, sử dụng silica gel làm
pha tĩnh thu được hợp chất (3) (1,9 g; 7,4 mmol), đạt 64% năng suất.
- Dữ liệu GC-MS: Rt 18,50 phút, m/z: 41, 55, 69, 85 (base), 101, 111,
238 và 255.
-
1
H NMR (δ = ppm): 1,30-1,84 (20H, broad), 2,31-2,36 (2H, t, J=7,49),
3,35-3,42 (1H, td, J=6,54; 9,54 Hz), 3,47-3,54 (1H, broad), 3,69-3,77 (1H, td,
J=6,80; 9,54 H
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- luan_an_xac_dinh_cau_truc_hoa_hoc_tong_hop_va_ung_dung_phero.pdf