thuốc phòng và điều trị bệnh nhiễm khuẩn

Trong khoá luận này chúng tôi tiến hành tổng hợp một số dẫn xuấtngng tụ chứa N của tetracyclin gồm : Một hợp chất oxim, một hợp chấtazometin và 3 hợp chất hydrazon sau đó sơ bộ thăm dò t

Lời cảm ơn.

Trong thời gian 3 tháng làm thực nghiệm, đợc sự hớng dẫn trực tiếp hết sức nhiệt tình của

Thầy giáo - GS.TS Trần Mạnh Bình Cô giáo - TS Phạm Thị Minh Thuỷ Cùng sự chỉ bảo và giúp đỡ về mọi mặt của các thầy cô giáo cũng

nh các thầy cô kĩ thuật viên trong bộ môn Hoá Hữu Cơ, tôi đã hoàn thành khoá luận tốt nghiệp của mình theo đúng thời gian quy định.

Có đợc kết quả ngày hôm nay, tôi xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo - GS.TS Trần Mạnh Bình, cô giáo - TS Phạm Thị Minh Thuỷ cùng toàn thể các thầy cô kĩ thuật viên.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự tận tình giúp đỡ của thầy giáo - TS Đỗ Ngọc Thanh ( Phòng nghiên cứu trung tâm ) và cô giáo -

TS Chu Thị Lộc ( Tổ môn Vi nấm - Kháng sinh ) cùng các bộ môn, phòng ban, bạn bè trong trờng đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khoá luận.

Hà Nội ngày 27/5/2002.

Sinh viên Nguyễn Quyết Chiến.

Các base azometin, các oxim và các hydrazon đã đợc các nhà khoa họctrên thế giới nghiên cứu từ lâu, không chỉ đợc sử dụng nh một chất trung gian

để tổng hợp một số hợp chất dị vòng chứa N hay tổng hợp βaminoceton mà chính bản thân nó cùng có một số tác dụng sinh học nh khángkhuẩn, kháng nấm, điều trị lao, hủi, lợi tiểu Nhiều chất trong số đó đã đợcdùng làm thuốc

-Tetracyclin là một kháng sinh trong họ kháng sinh -Tetracyclin, là nhữngdẫn chất của octahydronaphtacen 4 vòng có tác dụng trên nhiều loại cầukhuẩn và trực khuẩn Gram(+), Gram(-) Hiện nay tetracyclin ít đợc sử dụngcho trẻ em vì dễ tạo phức chelat với canxi do đó làm vàng răng trẻ em, hơnnữa nó có vị rất đắng

Với định hớng kết hợp cấu trúc azometin ( CH = N ), oxim ( = N

-OH ), hydrazon ( - HC = N - NH - ) với tetracyclin nhằm hy vọng tổng hợp ramột số hợp chất mới có tác dụng sinh học và ứng dụng đợc vào thực tế điều trịlâm sàng Trong khoá luận này chúng tôi tiến hành tổng hợp một số dẫn xuấtngng tụ chứa N của tetracyclin gồm : Một hợp chất oxim, một hợp chấtazometin và 3 hợp chất hydrazon sau đó sơ bộ thăm dò tác dụng kháng khuẩn,kháng nấm của những chất tổng hợp đợc

Vào khoảng năm 1850 khi trộn một hỗn hợp đồng phân tử benzadehyd

và anilin thì Laurent và Gerhard thu đợc một hợp chất có công thức C13H11Ngọi là benzoylanilid (Sau này ngời ta tìm ra công thức cấu tạo là C6H5 - CH =

N - C6H5 và gọi tên là benzylidenanilin hay benzalanilin ) Đây là chất đầutiên thuộc dãy anilin thế

Từ năm 1864 đến nay, nhiều tác giả trên thế giới đã tiếp tục nghiên cứumột cách có hệ thống phản ứng của các aldehyd với amin bậc 1, bậc 2 thuộcdãy béo, dãy thơm và dị vòng

Ví dụ: Amin bậc 1 ( 1 mol )

Tại Việt Nam cũng đã có một số công trình nghiên cứu về vấn đề này(GS-Đặng Nh Tại và cộng sự)

Tại Trờng Đại học Dợc Hà Nội cũng đã có một số luận án PTS nghiêncứu tổng hợp các azometin từ các aldehyd thơm và amin thơm làm chất trunggian tổng hợp các dẫn chất thuộc dãy β-aminoceton

1.1.2 Một số azometin - oxim và hydrazon dùng làm thuốc:

R-CHO + H2N – R’ R – CH = N – R’ + H2O

CH3NH O

CH N NH C

NH2S

Chèng lao

3 Nitrofuran, furacin

(5 nitro 2 furfuraldehyd

-Semicarbazon O2N o CH N NH CO NH2

Kh¸ngkhuÈn

H

O N O H

Thuècchèng lao

1.2 Sơ lợc về Tetracyclin [2]

Tetracyclin là một trong những dẫn xuất của octahydronaphtacen 4vòng Đây là một kháng sinh trong nhóm kháng sinh có tên là tetracyclin Cáctetracyclin đợc chia thành 2 nhóm:

+ Các tetracyclin thiên nhiên có nguồn gốc từ Streptomyces

5a5 4a4 3

2 6

Các tetracyclin đều ở dới dạng bột kết tinh màu vàng, vị đắng Dạngbase rất ít tan trong nớc, tan trong ethanol và các dung môi hữu cơ ít phân cực.Dạng muối hydroclorid tan đợc trong nớc Là những hợp chất lỡng tính có thểtạo muối với acid và kiềm Đặc biệt các tetracyclin tạo ra những chelat bềnvững với một số kim loại nh Ca, Mg, Fe do đó răng trẻ em bị nhuộm vàng khidùng tetracylin lâu ngày ( 2 ữ 3 tuần ) Theo một số tác giả các tetracyclin

đọng lại ở trong răng trong những giai đoạn đầu của sự calci hoá, có ái lực với

Ca của xơng, do đó trẻ em dới 8 tuổi có thể bị hỏng men răng, phụ nữ cómang dùng tetracyclin thì có thể giảm sự phát triển của xơng dài và các nụrăng của thai ngời Nói chung các tetracylin có hoạt phổ tác dụng rộng, baogồm nhiều loại cầu khuẩn và trực khuẩn Gram(+) và Gram(-), xoắn khuẩn, Rickettsia, Trichomonas, Amip, giun kim, Chlamydia, Mycoplasma, không có

tác dụng trên trực khuẩn mủ xanh, trực khuẩn lao, Proteus, Candida albicans.

Tuy vậy các tetracyclin có tác dụng mạnh yếu khác nhau trên một số vikhuẩn Ví dụ nh với tụ cầu, lậu cầu, màng não cầu thì clotetracyclin có tácdụng tốt hơn tetracylin, oxytetracyclin nhng đối với trực khuẩn lỵ thì nguợclại

Các tetracyclin khác nhau cũng có thời hạn bán huỷ khác nhau, có mức

độ liên kết với protein của huyết thanh khác nhau do đó có liều dùng và mục

đích điều trị cũng khác nhau Ví dụ nh doxycyclin hấp thụ nhanh và gần nhtrọn vẹn, bài xuất lại rất chậm nên duy trì nồng độ trong máu khoảng 24 (h),

trong khi đó tetracyclin lại bài xuất rất nhanh trong nớc tiểu, do đó khi dùngdoxycyclin chỉ nên dùng ngày 1 lần với liều lợng thấp và không nên dùngtrong trờng hợp nhiễm khuẩn đờng niệu và bệnh nhân bị thiểu năng thận Haitrờng hợp này thì nên dùng tetracyclin có tác dụng ngắn hạn do bài xuấtnhanh.

1.3 Tính chất chung của các Oxim Hydrazon Azometin.

-1.3.1 Tính chất vật lí [15].

* Oxim.

Đợc hình thành do sự kết hợp của hydroxylamin với aldehyd hoặcceton Oxim thờng là các chất rắn kết tinh, có điểm chảy xác định, ít tan trongnớc( Trừ acetoxim ), tan trong alcolethylic, ether, DMF Oxim của các aldehydthơm và các ceton không đối xứng RCOR’ tồn tại dới 2 dạng đồng phân syn

và anti Dạng syn ( cấu hình cis ) là dạng có nhóm OH ở cùng phía với gốc R

hoặc Ar liên kết với Cacbon trong nhóm C=N còn dạng anti có cấu hình đốilập Điểm nóng chảy của oxim dạng anti cao hơn dạng syn

* Azometin

Là những chất có cấu trúc imin ( - CH = N - ) thờng không bền dokhuynh hớng polyme hoá, ngng tụ hoặc thuỷ phân Dạng mạch hở thờngkhông bền, không thể tách ra thành dạng tự do

Các azometin có cấu trúc thế thì bền vững hơn azometin có cấu trúckhông thế

Với các azometin thế ở N ( dãy N - alkyl hoá hoặc N - aryl hoá ) cấutrúc R - CH = N - R’ thì gốc R là mạch hở thờng là chất lỏng và kém bền,trong đó cấu trúc CH2 = N - R’ tồn tại ở trạng thái trimer hoá song cấu trúccủa nó là một dị vòng, các chất khác nhanh chóng bị trùng hợp hoá Với gốc

R thơm thì azometin là những chất rắn kết tinh, tồn tại dới dạng đơn phân tử,

có tính kiềm, ít tan trong nớc, tan trong alcol, cloroform, benzen, DMF ,không tan trong ether

*Hydrazon

Phần lớn hydrazon thơm là chất kết tinh

Các hydrazon vừa mới điều chế thờng có mầu vàng nhạt hoặc khôngmầu

Xác định điểm nóng chảy là một trong những cách để định tính các hợpchất carbonyl, tuy nhiên việc xác định điểm nóng chảy của các hydrazon cókhó khăn do nó dễ bị phân huỷ bởi nhiệt

RCH

R NH2C

RCH2RCH2

+ Các phản ứng alkyl hoá và acyl hoá

Oxim tác dụng với methyl iodua trong môi trờng trung tính sẽ tạo radẫn xuất N-methyl

C

RR' N

CH3O

CH3IC

Trong môi trờng kiềm phản ứng methyl hoá xảy ra ở nguyên tử Oxy

+ Ngoài những phản ứng trên oxim còn tham gia một phản ứng rất quan trọng nữa, đó là chuyển vị Beckmann

Khi cho anhydrid acetic hoặc acetylclorid tác dụng với cetoxim đáng lẽthu đợc dẫn xuất acetyl của oxim thì Beckmann(1886) lại thu đợc amid thế Những amid đó là đồng phân của oxim ban đầu và đợc tạo thành bằng cáchchuyển vị nội phân tử gọi là chuyển vị Beckmann

HO C6H5

C6H5

CN

Tính chất cơ bản của azometin là do liên kết đôi (-HC=N-) không tơng

tự nh các liên kết đôi ethylenic(C=C) Các hợp chất này đợc phân biệt bởi 3tính chất cơ bản sau

ảnh hởng rõ rệt đến tính base này

Kết hợp với acid tạo muối

R(+) (-)Cl

- Cộng hợp với các hợp chất cơ magie

Theo Busch và cộng sự, các hợp chất cơ magie có thể tham gia phảnứng cộng với các azometin là dẫn chất của aldehyd thơm với các amin thơm

Các azometin N-alkyl bị thuỷ phân bởi dung dịch NaOH 30%, trong khi

đó các base azometin N-aryl thì bền vững trong kiềm và bị thuỷ phân dễ dàng

ở nhiệt độ lạnh với sự có mặt của acid vô cơ tạo aldehyd và amin tơng ứng

CH2 – CO – C6H5

Các azometin đợc tạo thành từ aldehyd thơm và amin thơm mới bền

vững, còn tạo thành từ aldehyd mạch hở và amin mạch hở thì thờng không

bền, dễ bị trùng hợp ( đặc biệt nhiều chất dễ bị trimer hoá ) tạo hợp chất dị

+ Với sự có mặt của ZnCl2, arylhydrazon của một số lớn các hợp chất

carbonyl bị chuyển thành indol và amoniac Phản ứng đợc tiến hành bằng cách

nung chảy ở 180oC trên bình cách dầu

O R C NR'CH N C6H5 ( azoic có màu )

1.4.1 Phơng pháp tổng hợp chung

Tính hoạt động của nhóm carbonyl là do sự phân cực của liên kếtluôn phân cực về phía oxy vì oxy có độ âm điện lớn hơn của carbon carboncủa nhóm carbonyl là trung tâm tiếp nhận tác nhân ái nhân

Do đó dựa trên tính chất của nhóm carbonyl có thể ngng tụ với các hợpchất kiểu B - NH2 tạo sản phẩm kết tinh có điểm nóng chảy xác định

1.4.2 Cơ chế phản ứng

Thực chất đây là phản ứng cộng hợp ái nhân vào nhóm carbonyl tạo rasản phẩm cộng trung gian rất không bền và bị tách nớc ngay thành sản phẩmngng tụ Cơ chế phản ứng đợc mô tả nh sau:

RR' NH2B

+ -

Nhanh C

OH

RR' NH B

B - N+H3 làm mất đôi điện tử của nó Vì vậy điều kiện môi trờng phản ứng tuỳthuộc vào tính base của tác nhân B - NH2 và hoá tính của hợp chất carbonyl

1.4.3 Các yếu tố ảnh hởng

a Yếu tố điện tử

Xét phản ứng cộng hợp ái nhân:

C O

C O+

Nếu gốc B có khả năng đẩy điện tử ( Hiệu ứng +I, +M ) sẽ làm tăng

khả năng tham gia phản ứng Do vậy khả năng tham gia phản ứng cộng ái

nhân của phân tử amin tăng dần khi mật độ điện tử trên B càng lớn

Nếu gốc B có khả năng hút điện tử sẽ làm giảm mật độ điện tử trên N

nên khả năng phản ứng của hợp chất giảm

+ Sự có mặt và vị trí của các nhóm thế trên nhân thơm cũng ảnh ởng đến khả năng phản ứng.

h-Nhóm thế loại I ( ankyl, -OH, -OCH3 ) gây hiệu ứng +I, +M làm tăng

mật độ điện tử trên N nên tham gia phản ứng cộng ái nhân AN dễ hơn anilin.Nhóm thế loại II ( -CHO, -NO2, -COOH ) cản trở phản ứng xảy ra

O

2

C HO

Nếu gốc R có khả năng hút điện tử ( -I, -M ) sẽ làm điện tích dơng trên

C của nhóm carbonyl tăng nên, làm tăng khả năng phản ứng cộng hợp ái nhân

của hợp chất

Nếu gốc R có khả năng đẩy điện tử và khả năng này tăng lên theo số ợng nguyên tử C sẽ làm điện tích dơng phần trên C của carbonyl giảm dẫn tớikhả năng tham gia phản ứng cộng ái nhân càng giảm.

l-Hiệu ứng liên hợp ( +M ) làm phân tử aldehyd thơm khó tham gia phảnứng cộng ái nhân hơn formaldehyd Mặt khác sự có mặt và vị trí của các nhómthế trên nhân thơm cũng ảnh hởng đến khả năng phản ứng của hợp chất

• Các nhóm thế loại I gây hiệu ứng +I, +M làm tăng mật độ điện

tử trong nhân thơm và làm giảm điện tích trên C của nhóm carbonyl, làm khảnăng phản ứng kém hơn benzaldehyd

• Các nhóm thế loại II gây hiệu ứng -I, -M làm giảm mật độ điện tửtrên nhân thơm và làm tăng tính phân cực của liên kết carbonyl, phản ứngcộng ái nhân dễ dàng xảy ra hơn

b Yếu tố không gian

Hiệu ứng không gian gây ra bởi các nhóm thế cũng ảnh hởng nhiều đếnkhả năng phản ứng Trong phản ứng cộng ái nhân của nhóm carbonyl, gốc Rcàng cồng kềnh thì càng gây hiện tợng án ngữ không gian, giảm khả năngphản ứng

Mặt khác yếu tố không gian của phân tử amin cũng ảnh hởng nhiều vìbớc cộng hợp từ hợp chất carbonyl có cấu trúc tam giác phẳng ( I ) khi cộnghợp sẽ hình thành sản phẩm cộng hợp tứ diện ( II ) và các nhóm thế phải thulại gần nhau hơn, vì vậy sự cộng hợp lại càng khó khăn

Cơ chế:

Xúc tác base: B - NH2 + -OH B - -NH + H2O

B + +

-Vậy phản ứng xảy ra thuận lợi nhất tại một pH nhất định chứ khôngphải trong môi truờng acid hay base mạnh Tại vị trí pH tối u này aldehyd đợchoạt hóa mạnh đồng thời vẫn còn phần lớn thành phần ái nhân ở dạng tự dokhông bị proton hoá Nói chung thờng trong vùng trị số pK của tác nhân áinhân

Có thể biểu diễn sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào pH theo sơ đồsau

a : Nồng độ aldehyd đợc proton hoá theo pH

b: Nồng độ amin dạng tự do theo pH

d Các yếu tố ảnh hởng khác

* Tỷ lệ chất tham gia phản ứng: Đây là phản ứng đồng mol giữa

aldehyd và amin, do đó khi d:

+ Aldehyd: Aldehyd sẽ bị oxh tạo acid tơng ứng Đặc biệt aldehyd thơmrất dễ bị oxy hóa:

Ar - CHO [o→] Ar - COOH

+ Amin: Sẽ cho sản phẩm phụ

v

pHpH

a

b

C%

* Dung môi là rất quan trọng đối với phản ứng Nếu các chất phản ứng

là chất rắn phải hoà tan trong dung môi ( Hoặc hỗn hợp dung môi ) phù hợp

để chúng có thể trộn đều Ngoài ra dung môi còn ảnh hởng đến tính phân cựccủa liên kết cũng nh tính ái nhân ( Mật độ điện tử ) trên N làm phản ứngthuận lợi hoặc khó khăn.Phản ứng cộng hợp aldehyd với amin bậc I nếu chọndung môi alcol sẽ làm sự phân cực của liên kết tăng giúp phản ứng đợc

C O

Phần 2 Thực nghiệm và kết quả

2.1 Nguyên liệu và phơng pháp thực nghiệm

2.1.1 Nguyên liệu

a Hoá chất

Tetracyclin hydroclorid, natri carbonat

Hydroxylamin hydroclorid, semicarbazid, thiosemicarbazid,paranitroanilin; 2,4-dinitrophenylhydrazin

Ethanol tuyệt đối, methanol, cloroform, dimethylformamid

Acid acetic khan, acid sulfuric đậm đặc

b.Dụng cụ, máy móc

Bình cầu 3 cổ dung tích 250ml, bình cầu cổ mài 100ml, sinh hàn hồi lu,nồi đun cách thuỷ, máy khuấy từ có bộ phận nhiệt, cốc có mỏ dung tích100ml, 200ml, bản mỏng sắc ký Silicagel Kieselgel 60F254 ( MERCK )

Nhiệt độ phản ứng duy trì ở nhiệt độ sôi của dung môi bằng đun hồi lucách thuỷ có theo dõi bằng nhiệt kế, chất xúc tác là acid acetic khan hoặc acidsulfuric đậm đặc.

Theo dõi quá trình phản ứng bằng SKLM, hệ dung môi làcloroform :methanol với tỷ lệ thích hợp

Cân chính xác khoảng 0,53g Na2CO3 ( 0,005 mol ) cho từ từ vào dịchlọc thu đợc ở trên và khuấy cho đến khi hết sủi bọt Tetracyclin base lắngxuống, để yên khoảng 20 phút

Lọc qua phễu Buchner, tủa thu đợc mang sấy khô trong tủ sấy chânkhông Sản phẩm mang làm các phản ứng ngng tụ

*Kết quả:

Tetracyclin base có màu vàng sáng.

Khối lợng tủa sau sấy : 4,00g

cọ thành bình để kết tinh oxim, lọc lấy tủa bằng phễu Buchner Tinh chế lạitrong ethanol tuyệt đối Sản phẩm mang sấy khô ở nhịêt độ 400C trong tủ sấychân không

2 H2O - + H 2 N NH C

HN C S

NH2

HN C S

NH 2

( M = 481 )

( M = 627 ) ( M = 91 )

* Tiến hành:

Trong bình cầu 3 cổ 100ml có lắp sinh hoàn hồi lu hoà tan hoàn toàn2,2g tetracyclin base ( 0,005 mol ) trong 10ml ethanol tuyệt đối nóng

Thêm từ từ vào bình phản ứng hỗn hợp gồm 0,92g thiosemicarbazid(0,01 mol ), 3g natriacetat đã hoà tan trong 5ml nớc cất nóng Lắc đều hỗnhợp phản ứng, đun hồi lu cách thuỷ có khuấy trong 60 phút, theo dõi phản ứngbằng SKLM Làm lạnh hỗn hợp bằng nớc đá, xuất hiện kết tủa đặc, lọc lấy tủabằng phễu Buchner Tinh chế lại trong ethanol tuyệt đối Sản phẩm mang sấykhô ở nhịêt độ 400C trong tủ sấy chân không

OH 2

OH

HN C O

NH2

HN C O

NH2

( M = 481 )

( M = 627 ) ( M = 91 )

H2O -

* Tiến hành:

Trong bình cầu 3 cổ 100ml có lắp sinh hoàn hồi lu hoà tan hoàn toàn2,2g tetracyclin base ( 0,005 mol ) trong 10ml ethanol tuyệt đối nóng

Thêm từ từ vào bình phản ứng hỗn hợp gồm 1,12g semicarbazid ( 0,01mol ), 3g natriacetat đã hoà tan trong 5ml nớc cất nóng Lắc đều hỗn hợp phản