luận văn đại học sư phạm Tách và chuyển hoá etyl-p metoxixinamat thành một số dẫn xuất chứa nitơ

Theo kinhnghiệm dân gian, thân rễ địa liền được sử dụng chữa ngực đau, bụng lạnh,chữa ăn uống khó tiêu, đau dạ dày, chữa ho, hen suyễn… Những tác dụng chữa bệnh này được cho rằng do chất

MỞ ĐẦU

Địa liền (Kaempferia galanga Linnaeus) thuộc họ gừng (Zingiberaceae)

là loại cõy đó được ứng dụng nhiều trong đời sống và y học Theo kinhnghiệm dân gian, thân rễ địa liền được sử dụng chữa ngực đau, bụng lạnh,chữa ăn uống khó tiêu, đau dạ dày, chữa ho, hen suyễn… Những tác dụng

chữa bệnh này được cho rằng do chất metyl p-etoxixinamat có nhiềutrong tinh dầu thân rễ củ địa liền Từ thân rễ khô chiết được 2,4-3,9% tinh

dầu, etyl p-metoxixinamat chiếm 30% tinh dầu[13] Metyl p-etoxixinamat có

phổ kháng nấm rất rộng nên được sử dụng ức chế một số nấm gây bệnh ngoài

da Đồng phân trans-etyl p-metoxixinamat gõy gión khớ phế quản và sử dụng

trong việc điều trị bệnh hen suyễn, nó cũn tác dụng như một chất gây ức chếmen monoaminoxiđaza (một loại men oxi hóa nhúm amino) nên có thể làmthuốc chống trầm cảm Dẫn xuất của axit p-metoxixinamat như 2-(etyl- hexyl) p-metoxixinamat và cả axit p-metoxixinamic được dùng làm thành

“Tách và chuyển hoá etyl-p metoxixinamat thành một số dẫn xuất

chứa nitơ”

với nhiệm vụ đặt ra là:

• Tách ankyl p-ankoxixinamat từ thân rễ địa liền

• Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc một số dẫn xuất chứa nitơ từ ankyl

p-ankoxixinamat

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I.1 TỔNG QUAN CHI THỰC VẬT KAEMPFERIA GALANGA L VÀ THÀNH PHẦN HOÁ HỌC

I.1.1 Các chi địa liền

Chi địa liền Kaempferia có khoảng 70 loài trên thế giới [4], gần 2/3trong số này được tìm thấy ở vùng nhiệt đới châu Á, khoảng 1/3 ở châu Phi.Việt Nam tìm thấy 10 loài và có 8 loài được mô tả chi tiết, trong đó có 2 loàiđược trồng phổ biến để lấy nguồn liệu làm thuốc là Địa liền (Kaempferiagalanga L.) và Cẩm địa la (Kaempferia rotunda R.)

Địa liền Kaempferia galanga L

Tờn khác: Sơn nại, tam nại, củ thiền liền, sa khương, co xỏ choúng (Thái) Tên nước ngoài: East indies galingale (Anh); kaepfộrie, faux galanga (Pháp) Họ: Gừng (Zingiberaceae)

Mô tả: Cây thảo sống lâu năm, không có thân Thân rễ có nhiều củ nhỏ,hình trứng mọc nối tiếp nhau, có nhiều vân ngang Lỏ cú 2, 3 cái hình tròn,xoè rộng sát mặt đất, đầu tù rồi thuôn nhọn, gốc thuôn hẹp thành một cuốngngắn rộng có rãnh, mặt trên nhẵn bóng, mặt dưới có lông mịn, mép mỏng màu

đỏ, hai mặt có nhiều chấm hình vòng, phiến lá dài 8- 10 cm, rộng 6 - 7cm.Cụm hoa không cuống nằm ẩn trong bẹ lỏ, lỏ bắc hình mũi mác nhọn, hoa 6-

12 cái, xếp thành hình bánh xe, màu trắng có đốm tím ở giữa, đài có ba răngdài, hẹp và nhọn Tràng có ống dài, mang ba thùy Nhị có chỉ nhị, bao phấn cóhai ô song song Nhị lép, cánh môi to chẻ đôi thành hai thuỳ Toàn cây nhất làthõn lỏ có mùi thơm và vị núng Mựa hoa tháng 5 - 7

Phân bố sinh thái: Loài địa liền phân bố ở Ấn Độ, Malaysia, Indonesia,Philippin, Thái Lan, Lào, Campuchia và Trung Quốc Việt Nam có loài địaliền lá hẹp mọc tự nhiên dưới các rừng thưa rụng lá hoặc nửa rụng lá ở ĐắcLắc, Đồng Nai và ngoại thành thành phố Hồ Chí Minh

Địa liền là cây vốn mọc tự nhiên ở Tõy Nguyờn và một số tỉnh miềnnúi như Hà Giang, Yờn Bỏi, Sơn La Cõy đó được trồng ở nhiều nơi vùngđồng bằng sông Hồng như: Hưng Yên, Hải Dương, Bắc Ninh, Quảng Ninh,Nghệ An và Thanh Hoá Địa liền là cây ưa sáng, ưa ẩm và có khả năng chịuhạn Hàng năm, cây mọc lá non vào tháng 4-5, sinh trưởng nhanh trong mùa

hè và sau đó ra hoa Hoa nở mỗi ngày một cái rồi tàn vào lúc 10 giờ Địa liền

có khả năng đẻ nhánh khoẻ, từ một thân rễ lúc mới trồng sau một năm đãthành khóm lớn Toàn bộ phần trên mặt đất sẽ tàn lụi vào mùa đông

I.1.2 Thành phần hóa học của loài Kaempferia L và ứng dụng

Các nghiên cứu hóa học về các loài cây thuộc chi Kaempferia mới ược chú ý từ những năm 80, đó là những công trình của các nhà khoa họcThái Lan Theo [20], Supinya Tewtrakul, Supreeya Yuenyongsawad, SopaKummee và Latthya Atsawajaruwan, thành phần tinh dầu loài Kaempferiagalanga Linn ở Thái Lan, qua phương pháp phân tích GC-MS cho kết quả ởbảng I.1

đ-Bảng I.1 Thành phần tinh dầu Kaempferia galanga Linn ở Thái Lan

Một số tác giả công bố thõn rễ địa liền gồm có n-pentađecan, cineol,

-caren, camphen, etyl xinamiat, etyl p-metoxixinamat, kaempferol,

kaempferit, anđehit xinamic

Năm 1987, Kiuchi và cộng sự [16] đã tách từ thõn rễ một monopecpen

là 3-caren-5-on Năm 1998, tác giả cũng đó phõn lập được etyl xinamat, etyl

p-metoxixinamat và axit p-metoxixinamic

Một số công bố khác cũng cho thấy thành phần chính của tinh dầu K.galangal có chứa -phellanđren, -terpineol, etyl xinamat và đihiđro -sesquiphyllanđren, 4- butylmentol

Phần lỏng khi cô lại thì thu được thành phần chính là etyl

p-etoxixina-mat có trọng lượng riêng là 0,8792 - 0,8914 g/ml, chỉ số axit 0.5-1.3; chỉ số xàphòng 99.7-109; []D30=2.6- 4.5

Theo [9], thành phần hoá học của tinh dầu lá địa liền ở Đồng Nai-ViệtNam như bảng sau:

Bảng I.2 Thành phần tinh dầu lá địa liền ở Đồng Nai -Việt Nam

Trong lá địa liền thì thành phần như ở bảng 1.4

Bảng I.4 Thành phần tinh dầu lá địa liền ở Hưng Yên- Vi ệt Nam

số vi khuẩn, có tác dụng ức chế mạnh với vi khuẩn Candida albican so với

Thành phần chính của tinh dầu thân rễ của K galanga là etyl p-metoxi

xinamat, được cho rằng có khả năng chống nấm và vi khuẩn gây bệnh ngoài

da (Tungtrongjit, 1978) Thành phần này được công bố có hoạt tính sinh họcnhư là chống ung thư (Zheng etal, 1993) và chống sự hoạt động oxi hoỏ phângiải amin (Noro et al., 1983) Puthan và cộng sự (Puthan et al., 1926) công bố

rằng tinh dầu K galanga Ở Ấn Độ tách được etyl xinamat và etyl p-metoxi

xi-namat là thành phần chớnh cùng với một số parafin

Một trong những ứng dụng của dẫn xuất axit p-metoxixinamic là este,

chỳng có khả năng hấp thụ tia tử ngoại Khả năng chống bức xạ tử ngoại xa

của octyl p-metoxixinamat được ứng dụng làm thành phần kem chống nắng

với hệ số hấp thụ mol ( ) cao và có khả năng tan trong mỡ tốt

Theo tài liệu [17], thành phần và bước sóng hấp thụ tử ngoại của một

số loại kem chống nắng được công bố như trên bảng I.6

Bảng I.6 Thành phần và bước sóng hấp thụ tử ngoại của một số

So Ra Kim, Sang Hyun Sung, Young Pyo Jang, Young Choong Kim(Korea) & George J Markelonis, Tae H Oh (USA)[19] đã chứng minh được

axit p-metoxixinamic cú tác dụng bảo vệ tế bào thần kinh khỏi sự gây độc của

glutamat Glutamat được biết đến do có ảnh hưởng tới trung tâm thần kinh,kích thích sự thay đổi các nơron thần kinh Đặc biệt, ảnh hưởng đến sự linhhoạt, học tập, trí nhớ (Albright, 2000)

I.2 TỔNG QUAN VỀ QÚA TRèNH TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT

CỦA ANKYL p-ANKOXIXINAMAT

Theo [18], Ryan G Stabile và Andrew P Dicks đã tổng hợp (E)-etyl metoxixinamat từ anđehit p-metoxibenzoic và este của axit malonic theo

p-phương pháp Knovnagel [15] (p-phương pháp Knovnagel đã được tìm ra từnăm 1896)

Xúc tác bazơ yếu như là piperiđin để tạo anion malonat từ dẫn xuất của1,3-đicacbonyl Anion malonat sau đó đóng vai trò tác nhân nucleophin tấncông vào nhóm cacbonyl trong phân tử các anđehit Phản ứng này tương tự

phản ứng andol hoá Sự tách sản phẩm axit ,-không no liên hợp tạo từ

anđehit với sản phẩm trung gian là hợp chất -hiđroxiđicacbonyl dễ bị xàphòng hóa và đecacboxyl hoá

Verley-Dobnơ đã sửa đổi phương pháp Knovnagel bằng cách dùngpiriđin làm dung môi và làm chất xúc tác, đồng thời thêm -alanin làm chấtđồng xúc tác, thay 1,3-đieste malonat bằng axit malonic thì cho hiệu suất caohơn [18]

Traci J Speed, và các cộng sự [21] đã dùng phản ứng Fitic: Sử dụng

Phopho Ylit là một tác nhân chọn lọc lập thể rất hữu hiệu để tổng hợp

trans-etyl xinamat

Năm 1960, A.Chisvert, A.Salvador, M.C Pascual Martin [13], đã

chuyển hóa etyl p-metoxixinamat thành các dẫn xuất ankoxixinamat, theo sơ

đồ:

Năm 1978 Grald S Ponticello và các cộng sự [22] đã chuyển hoá axit

p- metoxixinamic thành hợp chất chứa dị vòng thơm thieno[2,3-b]thiopyrans

theo sơ đồ chuyển hoá như sau :

R1,R2 : H, R3 : 4-OCH3C6H5

Cấu trúc của các chất đã được các tác giả xác nhận bằng các phươngpháp phân tích vật lý hiện đại Ngoài ra, các tác giả còn tính toán lượng tử chocác chất tổng hợp được.

Năm 1994 Toshinobu Ohno và các đồng nghiệp [23] đã tổng hợp đượccác -lacton từ etyl xinamat theo sơ đồ sau :

Trong đó Ar : C6H5, p-CH3OC4H6, p-CH3C4H6, p-Cl C4H6, 3-thienyl,3-piperonyl

R

Ar

Trong nước cũng có nhiều công trình nghiên cứu về chuyển hoá este

của axit xinnamic và etyl p- metoxixinamat.

Nguyễn Anh Tuấn [8] đã tổng hợp các dẫn xuất este của axit xinnamictheo sơ đồ sau :

nắng của các sản phẩm tổng hợp được với kết quả như sau:

Năm 1994, Phạm Hoàng Tùng [10] đó chuyển hóa etyl

p-metoxixina-mat được tách từ thân rễ địa liền thành các dẫn xuất theo sơ đồ phản ứng:

Các tác giả [6], cũng đã tổng hợp theo dãy chuyển hoá sau:

R, R’= H- , p-N(CH3)2 ; CH3 , p-NO2 ; H- , m-NO2 ; H , p-NO2 ; CH3 , p-OH; ; H-, H-

Năm 2005 Trần Văn Trung [7] tổng hợp được dẫn xuất đinitro từ etyl

p-metoxixinamat có nhiệt độ nóng chảy 97-98oC

Năm 2006, Vũ Huy Định [2] đã tổng hợp được dẫn xuất mononitro từ

etyl p-metoxixinamat, sau đó tác giả khử nhóm -NO2 thành nhóm amin và đãtổng hợp một số amit N-thế, azometin theo sơ đồ sau:

CH = CH - COOC2H5

OCH3

HNO3 ® (CH3CO)2O

CH = CH - COOC2H5

OCH3

NO2Zn/N2H4 + HCOOH

CH = CH - COOC2H5

OCH3

NH2RCOCl

CH = CH - COOC 2 H 5

OCH 3

NH - C -R O

Ngoài ra, tác giả còn thăm dò hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định theo đó A2 có hoạt tính kháng có khả năng kháng vi khuẩn Gr(-), Gr(+) và nấm mốc ở nồng độ thấp từ 12.5-50 g/ml.

Năm 2007, Nguyễn Ngọc Thanh [12] đã tổng hợp được mononitro từ metyl p- etoxixinamat và đã tổng hợp theo sơ đồ sau:

R 3 = CH3CO- , C6H5CO- , CH2=CH-CH2-C6H3(o-OCH3)-O-CH2

-Tác giả đã thăm dò hoạt tính sinh học của 7 hợp chất và cho thấy A4, A8, A9 có hiệu lực với khuẩn: Staphylococcus Đặc biệt hợp chất hidrazit N- thế A4 có hoạt tính kháng khuẩn này khá mạnh ở IC50=16 g/ ml Ngoài ra

A4 cũng có hoạt tính với khuẩn Bacillus ở IC50=59.4g/ ml

Qua phần tổng quan chúng tôi nhận thấy tính khả quan của các dẫn xuất etylp- metoxixinamat về tổng hợp cũng như hoạt tính sinh học của các sản phẩm

Vì vậy chúng tôi chọn đề tài: “Tách và chuyển hoá namat thành một số dẫn xuất chứa nitơ”

etyl-p-metoxixi-CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

II.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

II.1.1 Tách etyl p-metoxixinamat từ thõn rễ địa liền :

Etyl p-metoxixinamat được tách từ thân rễ địa liền theo phương pháp chiếttách bằng dung môi Các este này được làm chất đầu cho quá trình tổng hợp

II.1.2 Tổng hợp các dẫn xuất từ etyl p-metoxixinamat :

Các dẫn xuất được tổng hợp từ etyl p-metoxixinamat theo các phương

pháp thông dụng và được thực hiện tại phòng thí nghiệm bộ môn Hoỏ Hữu cơtrường ĐHSP Hà Nội

II.2 XÁC NHẬN CẤU TRÚC CỦA CÁC CHẤT TỔNG HỢP ĐƯỢC

Để xác nhận cấu trúc các chất tổng hợp được, chúng tôi tiến hành xácđịnh nhiệt độ nóng chảy, đo phổ IR, 1H NMR, 13C NMR, MS

II.2.1 Xác định nhiệt độ nóng chảy

Nhiệt độ nóng chảy của các chất tổng hợp được đo trờn mỏy LENKAMP của ANH tại phòng thí nghiệm Hữu cơ, Khoa hoá- Trường Đạihọc sư phạm Hà nội

GAL-II.2.2 Phổ hồng ngoại (IR)

Phổ IR của các chất nghiên cứu được ghi trờn mỏy Impact 410Nico let, tại phòng thí nghiệm Phổ hồng ngoại Viện Hoá Học- Viện Khoa họcCông nghệ Việt Nam, đo ở dạng ộp viờn với KBr rắn

-II.2.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)

Phổ NMR của các chất nghiên cứu được đo trong dung môi DMSO-d6; TMS

là chất chuẩn Thực hiện trờn mỏy Bruker XL-500 tần số 500 MHz tại phòng phổcộng hưởng từ hạt nhân Viện Hoá Học- Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam

II.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIấN CỨU

1) Thân rễ địa liền: được mua tại tỉnh Hưng Yên

2) Hợp chất etyl p-metoxixinamat và các dẫn xuất của nó.

CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM

Sơ đồ thực nghiệm:

Củ địa liền

III.1 QUÁ TRÌNH TÁCH ESTE TỪ THÂN RỄ ĐỊA LIỀN

Để tách este từ thân rễ địa liền chúng tôi thực hiện qui trình ngâmchiết và tách như sau:

- Thân rễ địa liền thu mua ở làng Nghĩa Trai-huyện Hưng Yên sau đóthái mỏng, phơi trong nắng nhẹ cho đến khi bẻ vụn được

- Nghiền nhỏ thành bột và ngâm trong cồn công nghiệp khoảng 1 tháng

- Lọc lấy dung dịch chiết đem cất đuổi bớt dung môi bằng bộ cất quaychân không còn khoảng 1/5 thể tích Sau đó pha loãng dung dịch đặc bằngnước cất 2-3 lần khi đú các chất không tan trong nước sẽ tách ra ở dạng nhũ

tương Chiết metyl p-etoxixinamat bằng n-hexan hoặc ete dầu hoả nhiều lần.

Thường khi chiết sẽ có 3 lớp chất lỏng, n-hexan ở trên, hỗn hợp nước và cồn

ở dưới và phần dầu không tan ở giữa.Loại bỏ lớp nước, cồn và lớp dầu không

tan Dung dịch thu được làm khô bằng natri sunfat, sau đó cất đuổi dung môi cònlại 1/5 thể tích Để dung dịch đặc kết tinh Ở nhiệt độ phòng, thu lấy tinh thể sau

đó rửa sạch nhiều lần bằng n-hexan Tinh thể thu được có màu hơi vàng có thểkhử màu bằng than hoạt tính

Nhiệt độ nóng chảy 51-52oC Tinh thể metyl p-etoxixinamat (V0) được

bảo quản trong bỡnh nhám tối màu, ở nhiệt độ phòng

III.2 TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT CHỨA NITƠ TỪ ETYL

Sau khi phản ứng thực hiện xong, đổ vào bình cầu khoảng 100ml nước

đá, ngâm bình cầu trong nước đá 30 phút rồi để nguyên ở nhiệt độ phòng khoảng

3 tiếng Sau đó thêm muối ăn đến bão hòa Cho từ từ dung dịch Na2CO3 vào hỗnhợp, bọt khí tạo ra và đẩy sản phẩm nổi lên trên, vớt sản phẩm ra và rửa bằngnước cho hết axit (thử bằng giấy pH) Hoà tan sản phẩm bằng cồn 90o Làm lạnhhỗn hợp sản phẩm trong etanol đến 0oC, tinh thể tách ra có hình thoi mỏng , màuvàng nhạt

Nhiệt độ nóng chảy 104-105oC Hiệu suất 43% Kí hiệu sản phẩm làV1.

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

IV.1 KẾT QUẢ.

Trong quá trình thực hiện đề tài chúng tôi đó tỏch được etyl- metoxycinamat từ thân rễ địa liền và tiến hành chuyển hoá thành một dẫn xuấtchứa nitơ Một số đặc trưng vật lí của các sản phẩm được trình bày ở bảng IV.1

p-Bảng IV.1 Một số đặc trưng vật lí của sản phẩm

STT Kí hiệu Công thức cấu tạo T0

nc Dạng bề ngoài

Hiệusuất(%)

trụ, không màu 4

Tinh thể hìnhthoi, màu vàngnhạt

38

IV.2 Thảo luận về kết quả tổng hợp

IV.2.1 Tách và tinh chế etyl-p-metoxixinamat(V0)

Chúng tôi đã tiến hành tách etyl-p-metoxixinamat từ nguyên liệu đãđược sấy khô, lát mỏng, nghiền thành bột nhỏ và ngâm trong cồn trongkhoảng 1 tháng Có thể giảm thời gian ngâm bằng đun hồi lưu cách thuỷ vàchiết siêu âm

Kết quả : thu được etyl-p-metoxixinamat với hàm lượng 4%

IV.2.2 Điều chế V1:

Cơ chế phản ứng là cơ chế SEAr như sau:

Chỳng tôi thực hiện trong các điều kiện khác nhau và nhận thấy phảnứng thực hiện trong (CH3CO)2O với tác nhân HNO3 ở nhiệt độ thường và tỷ lệeste/axit HNO3 1:1,4 là thích hợp

Trước khi cho HNO3 và H2SO4 phải làm lạnh hỗn hợp phản ứng, sau đó

để phản ứng xẩy ra ở nhiệt độ thường Nếu không làm lạnh hỗn hợp phản ứngthì khi cho axit nitric và axit sunfuric vào làm tăng nhiệt độ của phản ứng dẫnđến tạo nhiều sản phẩm làm khó khăn cho việc tách sản phẩm Khi tăng nồng

độ axit nitric lên sẽ làm tăng sản phẩm dinitro Để khẳng định nhóm nitro đãgắn vào vòng benzen ở vị trí ortho so với nhóm metoxi chúng tôi đã ghi lạiphổ IR, 1H, 13C Kết quả được trình bày trong phần phân tích cấu trúc

VI.3 Kết quả và thảo luận về cấu trúc sản phẩm

VI.3.1 Phổ hồng ngoại

Khi phân tử hấp thụ bức xạ trong vùng hồng ngoại sẽ làm quay phân tửquanh trục không gian của phân tử gây ra những dao động của nguyên tử và liênkết trong phân tử Những dao động này làm biến đổi momen lưỡng cực, tạo ra tínhiệu trên phổ hồng ngoại Vì vậy, phổ hồng ngoại là một trong những phương