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

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

pdf212 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 346 | Lượt tải: 1download
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:

  • pdfluan_an_xac_dinh_cau_truc_hoa_hoc_tong_hop_va_ung_dung_phero.pdf
Tài liệu liên quan