NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẪN XUẤT NAPHTHALENE VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH SINH HỌC

Chuyển hóa nhóm chức ethyl ester thành nhóm aldehyde, sau đó ngưng tụ với các dẫn xuất của o-phenylenediamine và hợp chất dị vòng có cấu trúc tương tự nó như pyridine-2,3-diamine trong

TRẦN THẢO PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẪN XUẤT NAPHTHALENE

VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH SINH HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

NGÀNH HÓA HỮU CƠ

2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRẦN THẢO PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẪN XUẤT NAPHTHALENE

VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH SINH HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

NGÀNH HÓA HỮU CƠ

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGs Ts BÙI THỊ BỬU HUÊ

2015

LỜI CẢM ƠN

Qua quá trình học tập và thực hiện đề tài, tôi đã tích lũy được nhiều kiến thức và kỹ năng chuyên môn từ thầy cô và bạn bè Đề tài đạt được kết quả như mong muốn là nhờ vào sự nỗ lực vượt khó của bản thân và sự giúp đỡ

từ nhiều phía Qua đây, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

PGs Ts Bùi Thị Bửu Huê, Trưởng khoa Khoa học Tự nhiên - Trường Đại học Cần Thơ Với cương vị là giáo viên hướng dẫn, cô đã luôn chỉ bảo và tạo điều kiện để tôi thực hiện đề tài

Quý thầy cô thuộc khoa Khoa học Tự nhiên - Trường Đại học Cần Thơ cùng quý thầy thuộc Viện Hóa học TP HCM đã giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình thực hiện đề tài

NCS Hà Thị Kim Quy, cán bộ của khoa Khoa học Tự nhiên - Trường Đại học Cần Thơ, đang học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Quốc gia Seoul - Hàn Quốc đã giúp đỡ trong việc thử nghiệm hoạt tính sinh học

Các anh chị và các bạn cùng làm việc tại phòng thí nghiệm Hóa Sinh 2 thuộc Khoa Khoa học Tự nhiên - Trường Đại học Cần Thơ đã luôn đồng hành suốt thời gian thực hiện đề tài

Sau cùng là bạn bè và người thân đã luôn thăm hỏi và động viên tôi vượt qua khó khăn để hoàn thành tốt khóa học

Cần Thơ, ngày 29 tháng 3 năm 2015

Học viên thực hiện

Trần Thảo Phương

TÓM TẮT

Độc tính đối với tế bào là hoạt tính sinh học quan trọng trong lĩnh vực hóa dược, nó có nhiều trong các hợp chất mang khung sườn naphthalene- benzimidazole và naphthalene-imidazopyridine Các dẫn xuất của naphthalene- benzimidazole và naphthalene-imidazopyridine mang hoạt tính này được tổng hợp thành công với hiệu suất tương đối qua năm bước bắt đầu từ 3,4,5-trimethoxybenzaldehyde Phương pháp tổng hợp sử dụng phản ứng ngưng tụ Stobbe, sau đó đóng vòng tạo khung sườn ethyl 4-acetoxy-5,6,7-trimethoxy-2-naphthoate Chuyển hóa nhóm chức ethyl ester thành nhóm

aldehyde, sau đó ngưng tụ với các dẫn xuất của o-phenylenediamine và hợp

chất dị vòng có cấu trúc tương tự nó như pyridine-2,3-diamine trong những điều kiện khác nhau để tạo ra các dẫn xuất của naphthalene-benzimidazole và

naphthalene-imidazopyridine (6A-F) Cấu trúc của các chất tổng hợp được xác

định bằng phổ MS, 1H-NMR và 13C-NMR Kết quả đánh giá hoạt tính sinh

học cho thấy hợp chất

ABSTRACT

Cytotoxicity is an important biological activity in the field of pharmaceutical chemistry which can be found in the naphthalene- benzimidazole and naphthalene-imidazopyridine skeleton compounds Naphthalene-benzimidazole and naphthalene-imidazopyridine derivatives are typical compounds for this kind of biological activity which can be synthesized successfully in reasonable yield through a five step sequence starting from the commercially available 3,4,5-trimethoxy benzaldehyde The synthetic method made use of the Stobbe condensation and followed by cyclization to afford the ethyl 4-acetoxy-5,6,7-trimethoxy-2-naphthoate core The ethyl ester moiety was then further converted into the aldehyde condensed

with o-phenylenediamine derivatives and their heterocyclic analogues, namely

pyridine-2,3-diamine under different conditions to provide naphthalene-

benzimidazole derivatives and naphthalene-imidazopyridine ones (6A-F) The

structures of all synthesized compounds were confirmed by MS, 1H-NMR and

13C-NMR spectra Bioactivity evaluation showed that

6,7,8-trimethoxy-3-(5-methoxy-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)naphthalen-1-ol (6B) and benzo[d]imidazol-2-yl)-6,7,8-trimethoxynaphthalen-1-ol (6F2) had rather good

3-(5-chloro-1H-cytotoxicity against MCF-7 (Michigan Cancer Foundation-7) cells

Keywords: Synthesis, benzimidazole, imidazopyridine, heterocyclic, biological activity

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT iv

LỜI CAM KẾT v

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH x

DANH MỤC PHỤ LỤC xii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xiv

Chương 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.3 Nội dung nghiên cứu 1

Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Sơ lược về dẫn xuất naphthalene 3

2.1.1 Giới thiệu về naphthalene 3

2.1.2 Các nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất naphthalene có hoạt tính sinh học 3

2.2 Sơ lược về dẫn xuất benzimidazole 8

2.2.1 Giới thiệu về benzimidazole 8

2.2.2 Các nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất benzimidazole có hoạt tính sinh học 10

2.3 Một số phản ứng sử dụng trong nghiên cứu 15

2.3.1 Phản ứng ngưng tụ Stobbe và phản ứng đóng vòng naphthalene 15

2.3.2 Phản ứng khử bởi tác nhân LiAlH4 17

2.3.3 Phản ứng oxy hóa bởi tác nhân PCC 18

2.3.4 Phản ứng tạo dẫn xuất benzimidazole bằng cách ngưng tụ aldehyde với dẫn xuất của benzene-1,2-diamine 19

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

3.1 Phương pháp nghiên cứu 23

3.2 Phương tiện nghiên cứu 23

3.2.1 Hóa chất 23

3.2.2 Thiết bị và dụng cụ 23

3.2.3 Tinh chế một số hóa chất 24

3.3 Thực nghiệm 24

3.3.1 Tổng hợp (E)-3-(ethoxycarbonyl)-4-(3,4,5-trimethoxyphenyl) but-3-enoic acid (2) 24

3.3.2 Tổng hợp ethyl 4-acetoxy-5,6,7-trimethoxy-2-naphthoate (3) 24

3.3.3 Tổng hợp 3-(hydroxymethyl)-6,7,8-trimethoxynaphthalen -1-ol (4) 25

3.3.4 Tổng hợp 4-hydroxy-5,6,7-trimethoxy-2-naphthaldehyde (5) 25

3.3.5 Tổng hợp 6,7,8-trimethoxy-3-(5-nitro-1H-benzo[d]imidazol -2-yl)naphthalen-1-ol (6A 1) 26

3.3.6 Tổng hợp 6,7,8-trimethoxy-3-(5-methoxy-1H-benzo[d]imidazol -2-yl)naphthalen-1-ol (6B) 27

3.3.7 Tổng hợp 3-(1H-benzo[d]imidazol-2-yl)-6,7,8-trimethoxy naphthalen-1-ol (6C 1) 28

3.3.8 Tổng hợp 3-(1H-imidazo[4,5-b]pyridin-2-yl)-6,7,8-trimethoxy naphthalen-1-ol (6D 1) 28

3.3.9 Tổng hợp 6,7,8-trimethoxy-3-(5-methyl-1H-benzo[d]imidazol -2-yl)naphthalen-1-ol (6E 2) 29

3.3.10 Tổng hợp 3-(5-chloro-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)-6,7,8-trimethoxynaphthalen-1-ol (6F 2) 29

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

4.1 Tổng hợp 6,7,8-trimethoxy-3-(5-nitro-1H-benzo[d]imidazol -2-yl)naphthalen-1-ol (6A 1 ) 31

4.2 Tổng hợp 6,7,8-trimethoxy-3-(5-methoxy-1H-benzo[d]imidazol -2-yl)naphthalen-1-ol (6B) 40

4.3 Tổng hợp 3-(1H-benzo[d]imidazol-2-yl)-6,7,8-trimethoxy naphthalen-1-ol (6C 1) 45

4.4 Tổng hợp 3-(1H-imidazo[4,5-b]pyridin-2-yl)-6,7,8-trimethoxy

naphthalen-1-ol (6D 1) 49

4.5 Tổng hợp 6,7,8-trimethoxy-3-(5-methyl-1H-benzo[d]imidazol -2-yl)naphthalen-1-ol (6E 2) 54

4.6 Tổng hợp 3-(5-chloro-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)-6,7,8- trimethoxynaphthalen-1-ol (6F 2) 57

4.7 Thử nghiệm độc tính với tế bào ung thư 63

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

5.1 Kết luận 64

5.2 Kiến nghị 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

PHỤ LỤC 69

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Hiệu suất tổng hợp các methyl (E)-3-aryl-2-cyanomethylacrylate 4

Bảng 2.2 Một số dẫn xuất naphthalene có hoạt tính sinh học 6

Bảng 2.3 Tóm tắt và so sánh kết quả tổng hợp một số dẫn xuất benzimidazole với các xúc tác khác nhau 11

Bảng 2.4 Hiệu suất tổng hợp dẫn xuất imidazopyridine với xúc tác Zn(OTf)2 13

Bảng 2.5 Một số dẫn xuất benzimidazole có hoạt tính sinh học 13

Bảng 2.6 Một số hợp chất bị khử bởi lithium aluminium hydride 17

Bảng 4.1 Dữ liệu phổ 1 H-NMR kết hợp 13C-NMR của sản phẩm 6A 1 33

Bảng 4.2 Biện luận phổ 13 C-NMR kết hợp phổ DEPT của sản phẩm 6A 1 34

Bảng 4.3 Dữ liệu phổ 1 H-NMR kết hợp 13C-NMR của sản phẩm 6A 2 36

Bảng 4.4 Biện luận phổ 13 C-NMR kết hợp phổ DEPT của sản phẩm 6A 2 37

Bảng 4.5 Khảo sát thời gian tổng hợp sản phẩm 6A 1 39

Bảng 4.6 Dữ liệu phổ 1 H-NMR kết hợp 13C-NMR của sản phẩm 6B 42

Bảng 4.7 Biện luận phổ 13C-NMR kết hợp phổ DEPT của sản phẩm 6B 43

Bảng 4.8 Khảo sát thời gian tổng hợp sản phẩm 6B 44

Bảng 4.9 Dữ liệu phổ 1H-NMR kết hợp 13C-NMR của sản phẩm 6C 1 47

Bảng 4.10 Biện luận phổ 13C-NMR kết hợp phổ DEPT của sản phẩm 6C 1 47

Bảng 4.11 Khảo sát thời gian tổng hợp sản phẩm 6C 1 49

Bảng 4.12 So sánh điều kiện và hiệu suất tổng hợp 6C 1 với các xúc tác khác nhau 49

Bảng 4.13 Dữ liệu phổ 1 H-NMR kết hợp 13C-NMR của sản phẩm 6D 1 52

Bảng 4.14 Biện luận phổ 13 C-NMR kết hợp phổ DEPT của sản phẩm 6D 1 52

Bảng 4.15 Khảo sát thời gian tổng hợp sản phẩm 6D 1 54

Bảng 4.16 Dữ liệu phổ 1 H-NMR của sản phẩm 6E 2 56

Bảng 4.17 Dữ liệu phổ 1 H-NMR của sản phẩm 6F 1 59

Bảng 4.18 Dữ liệu phổ 1H-NMR của sản phẩm 6F 2 61

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất naphthalene từ 3,4,5-trimethoxy

benzaldehyde 2

Hình 2.1 Cấu trúc phân tử naphthalene 3

Hình 2.2 Cấu trúc naftifine và terbinafine 3

Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp các methyl (E)-3-aryl-2-cyanomethylacrylate 4

Hình 2.4 Sơ đồ tổng hợp các dẫn xuất 4-hydroxy-2-naphthoic acid 4

Hình 2.5 Sơ đồ tổng hợp purpuromycin 5

Hình 2.6 Cấu trúc của marmelin 5

Hình 2.7 Sơ đồ tổng hợp các hợp chất tương tự marmelin 6

Hình 2.8 Cấu trúc của imidazole và benzimidazole 8

Hình 2.9 Sự chuyển vị trong phân tử benzimidazole 8

Hình 2.10 Sự chuyển vị của nhóm -NH- và -NR- trong phân tử dẫn xuất benzimidazole 9

Hình 2.11 Tính acid và base của phân tử benzimidazole 10

Hình 2.12 Tổng hợp 2,5-dimethylbenzimidazole từ dẫn xuất acetamide 10

Hình 2.13 Phản ứng tổng hợp 2,5-dimethylbenzimidazole từ diamine 10

Hình 2.14 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với xúc tác khác nhau 11

Hình 2.15 Phản ứng tổng hợp các dẫn xuất của 5-nitrobenzimidazole 12

Hình 2.16 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với xúc tác CuSO4 12

Hình 2.17 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất imidazopyridine với xúc tác Zn(OTf)2 12 Hình 2.18 Phản ứng Stobbe tổng quát 15

Hình 2.19 Cơ chế phản ứng ngưng tụ Stobbe 16

Hình 2.20 Hiệu ứng overlap control" tạo đồng phân E 17

Hình 2.21 Cơ chế đóng vòng sản phẩm ngưng tụ Stobbe 17

Hình 2.22 Cơ chế của phản ứng khử ester bằng LiAlH4 18

Hình 2.23 Cơ chế của phản ứng oxy hóa alcohol bậc 1 bằng PCC 18

Hình 2.24 Tổng hợp dẫn xuất benzimidazole bằng các tác nhân khác nhau 19

Hình 2.25 Phản ứng tổng hợp các dẫn xuất benzimidazole từ aldehyde 19

Hình 2.26 Cơ chế hình thành các dẫn xuất benzimidazole từ aldehyde 19

Hình 2.27 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với tác nhân Na2S2O5 20

Hình 2.28 Cơ chế tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với tác nhân Na S O 20

Hình 2.29 Cơ chế phản ứng tổng hợp benzimidazole với xúc tác BSA 20

Hình 2.30 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với tác nhân Na2S2O4 21

Hình 2.31 Cơ chế phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole từ dẫn xuất của 2-nitroaniline với tác nhân Na2S2O4 21

Hình 2.32 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với xúc tác Cu(OH)2 21

Hình 2.33 Cơ chế tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với xúc tác Cu(OH)2 22

Hình 2.34 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với chất mang rắn 22

Hình 2.35 Cơ chế tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với chất mang rắn 22

Hình 4.1 Phương trình phản ứng tổng hợp 6A 1 31

Hình 4.2 Cơ chế phản ứng tổng hợp 6A 1 31

Hình 4.3 Sắc ký bản mỏng tổng hợp 6A 1 32

Hình 4.4 Sản phẩm 6A 1 và 6A 2 32

Hình 4.5 Cơ chế phản ứng tổng hợp 6A 2 39

Hình 4.6 Phương trình phản ứng tổng hợp 6B 40

Hình 4.7 Cơ chế phản ứng tổng hợp 6B 40

Hình 4.8 Sắc ký bản mỏng tổng hợp 6B 41

Hình 4.9 Sản phẩm 6B 41

Hình 4.10 Hai dạng tautomer của 6B 42

Hình 4.11 Phương trình phản ứng tổng hợp 6C 1 45

Hình 4.12 Sắc ký bản mỏng tổng hợp 6C 1 46

Hình 4.13 Sản phẩm 6C 1 46

Hình 4.14 Phương trình phản ứng tổng hợp 6D 1 50

Hình 4.15 Cơ chế phản ứng tổng hợp 6D 1 50

Hình 4.16 Sắc ký bản mỏng tổng hợp 6D 1 51

Hình 4.17 Sản phẩm 6D 1 51

Hình 4.18 Phương trình phản ứng tổng hợp 6E 2 54

Hình 4.19 Sắc ký bản mỏng tổng hợp 6E 2 55

Hình 4.20 Sản phẩm 6E 2 55

Hình 4.21 Phương trình phản ứng tổng hợp 6F 2 57

Hình 4.22 Sắc ký bản mỏng tổng hợp 6F 2 58

Hình 4.23 Sản phẩm 6F 1 và 6F 2 58

Hình 4.24 Sự phân mảnh của hợp chất 6F 1 trong phổ MS 60

Hình 4.25 Sự phân mảnh của hợp chất 6F 2 trong phổ MS 62

Hình 4.26 Kết quả thử nghiệm độc tính với tế bào ung thư 63

DANH MỤC PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 1: CÁC PHỔ CỦA

6,7,8-TRIMETHOXY-3-(5-NITRO-1H-BENZO[d]IMIDAZOL-2-YL)NAPHTHALEN-1-OL (6A1 ) 69

Phụ lục 1.1 Phổ MS của 6A 1 69

Phụ lục 1.2 Phổ 1H-NMR của 6A 1 70

Phụ lục 1.3 Phổ 1H-NMR dãn rộng của 6A 1 71

Phụ lục 1.4 Phổ 13C-NMR của 6A 1 72

Phụ lục 1.5 Phổ 13C-NMR dãn rộng của 6A 1 73

Phụ lục 1.6 Phổ DEPT của 6A 1 74

Phụ lục 1.7 Phổ DEPT dãn rộng của 6A 1 75

PHỤ LỤC 2: CÁC PHỔ CỦA 3-((2-(4-HYDROXY-5,6,7-TRIMETHOXY NAPHTHALEN-2-YL)-5-NITRO-1H-BENZO[d]IMIDAZOL-1-YL) METHYL)-6,7,8-TRIMETHOXYNAPHTHALEN-1-OL (6A 2 ) 76

Phụ lục 2.1 Phổ MS của 6A 2 76

Phụ lục 2.2 Phổ 1H-NMR của 6A 2 77

Phụ lục 2.3 Phổ 1H-NMR dãn rộng của 6A 2 78

Phụ lục 2.4 Phổ 13C-NMR của 6A 2 79

Phụ lục 2.5 Phổ 13C-NMR dãn rộng của 6A 2 80

Phụ lục 2.6 Phổ DEPT của 6A 2 81

Phụ lục 2.7 Phổ DEPT dãn rộng của 6A 2 82

PHỤ LỤC 3: CÁC PHỔ CỦA 6,7,8-TRIMETHOXY-3-(5-METHOXY-1H-BENZO[d]IMIDAZOL-2-YL)NAPHTHALEN-1-OL (6B) 83

Phụ lục 3.1 Phổ MS của 6B 83

Phụ lục 3.2 Phổ 1 H-NMR của 6B 84

Phụ lục 3.3 Phổ 1H-NMR dãn rộng của 6B 85

Phụ lục 3.4 Phổ 13 C-NMR của 6B 86

Phụ lục 3.5 Phổ 13C-NMR dãn rộng của 6B 87

Phụ lục 3.6 Phổ DEPT của 6B 88

Phụ lục 3.7 Phổ DEPT dãn rộng của 6B 89

PHỤ LỤC 4: CÁC PHỔ CỦA 3-(1H-BENZO[d]IMIDAZOL-2-YL)-6,7,8-TRIMETHOXYNAPHTHALEN-1-OL (6C 1 ) 90

Phụ lục 4.1 Phổ MS của 6C 1 90

Phụ lục 4.2 Phổ 1

H-NMR của 6C 1 91

Phụ lục 4.3 Phổ 1 H-NMR dãn rộng của 6C 1 92

Phụ lục 4.4 Phổ 13 C-NMR của 6C 1 93

Phụ lục 4.5 Phổ 13 C-NMR dãn rộng của 6C 1 94

Phụ lục 4.6 Phổ DEPT của 6C 1 95

Phụ lục 4.7 Phổ DEPT dãn rộng của 6C 1 96

PHỤ LỤC 5: CÁC PHỔ CỦA 3-(1H-IMIDAZO[4,5-b]PYRIDIN-2-YL)-6,7,8-TRIMETHOXYNAPHTHALEN-1-OL (6D 1 ) 97

Phụ lục 5.1 Phổ MS của 6D 1 97

Phụ lục 5.2 Phổ 1H-NMR của 6D 1 98

Phụ lục 5.3 Phổ 1H-NMR dãn rộng của 6D 1 99

Phụ lục 5.4 Phổ 13C-NMR của 6D 1 100

Phụ lục 5.5 Phổ 13C-NMR dãn rộng của 6D 1 101

Phụ lục 5.6 Phổ DEPT của 6D 1 102

Phụ lục 5.7 Phổ DEPT dãn rộng của 6D 1 103

PHỤ LỤC 6: CÁC PHỔ CỦA 6,7,8-TRIMETHOXY-3-(5-METHYL-1H-BENZO[d]IMIDAZOL-2-YL)NAPHTHALEN-1-OL (6E2 ) 104

Phụ lục 6.1 Phổ MS của 6E 2 104

Phụ lục 6.2 Phổ 1 H-NMR của 6E 2 105

Phụ lục 6.3 Phổ 1 H-NMR dãn rộng của 6E 2 106

PHỤ LỤC 7: CÁC PHỔ CỦA 3-(5-CHLORO-1-((4-HYDROXY-5,6,7-TRIMETHOXYNAPHTHALEN-2-YL)METHYL)-1H-BENZO[d] IMIDAZOL-2-YL)-6,7,8-TRIMETHOXYNAPHTHALEN-1-OL (6F 1 ) Phụ lục 7.1 Phổ MS của 6F 1 107

Phụ lục 7.2 Phổ 1 H-NMR của 6F 1 108

Phụ lục 7.3 Phổ 1H-NMR dãn rộng lần 1 của 6F 1 109

Phụ lục 7.4 Phổ 1H-NMR dãn rộng lần 2 của 6F 1 110

PHỤ LỤC 8: CÁC PHỔ CỦA 3-(5-CHLORO-1H-BENZO[d]IMIDAZOL -2-YL)-6,7,8-TRIMETHOXYNAPHTHALEN-1-OL (6F 2 ) 111

Phụ lục 8.1 Phổ MS của 6F 2 111

Phụ lục 8.2 Phổ 1H-NMR của 6F 2 112

Phụ lục 8.3 Phổ 1H-NMR dãn rộng của 6F 2 113

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Ac2O Acetic anhydride

ENPFSA Epoxidized novolac phenol formaldehyde resin

modified using sulfanilic acid

Chương 1 MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, một trong những thành tựu đáng kể của ngành Hóa học hữu

cơ là khám phá và xác định được các hợp chất có hoạt tính sinh học, ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống con người Các hợp chất

có hoạt tính sinh học tồn tại rất phổ biến trong tự nhiên, bằng các phương pháp tách chiết và cô lập có thể thu được những chất tinh khiết và ứng dụng của chúng đa phần là dùng làm thực phẩm chức năng Bên cạnh đó việc tổng hợp

ra các hợp chất có hoạt tính sinh học tốt để làm thuốc chữa bệnh cũng đang được nghiên cứu bởi nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước

Qua một số nghiên cứu cho thấy các dẫn xuất naphthalene rất có tiềm năng về hoạt tính sinh học như: khả năng kháng viêm, kháng oxy hóa, kháng sốt rét, đặc biệt là kháng ung thư Vì những đặc tính quan trọng này mà việc nghiên cứu tổng hợp ra các dẫn xuất naphthalene gần đây đã được chú ý

Một số nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất naphthalene đã được công bố

là có hoạt tính sinh học như: 2-(3,4-dichlorophenyl)-N-(2,3-dimethylbutyl) -1-(naphthalen-1-yl)-1H-benzo[d]imidazole-5-carboximidamide [1] và 5-((naphthalen-2-yloxy)methyl)-1,3,4-oxadiazol-2(3H)-one [2] đều có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm; 4-methyl-3-((naphthalen-2-yloxy)methyl)-1H- 1,2,4-triazole-5(4H)-thione có khả năng kháng viêm [3], Từ những kết quả

trên cho thấy việc tổng hợp các dẫn xuất naphthalene là rất cần thiết

Đề tài Nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất naphthalene và khảo sát hoạt tính sinh học được thực hiện nhằm tìm ra nhóm chất mới có nhiều tiềm năng

về hoạt tính sinh học ứng dụng trong y học

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Từ nguyên liệu đầu là 3,4,5-trimethoxybenzaldehyde (1) tổng hợp ra

các dẫn xuất naphthalene và thử hoạt tính sinh học của chúng như độc tính đối với tế bào ung thư MCF-7

1.3 Nội dung nghiên cứu

Theo Hình 1.1 thì phản ứng ngưng tụ Stobbe là then chốt để tạo ra hợp

chất (E)-3-(ethoxycarbonyl)-4-(3,4,5-trimethoxyphenyl)but-3-enoic acid (2)

Tiến hành phản ứng đóng vòng (2) thu được ethyl 2-naphthoate (3) (có khung sườn naphthalene) Chuyển hóa nhóm chức

4-acetoxy-5,6,7-trimethoxy-naphthoate ester của (3) thành nhóm -CH2OH của (4) rồi thành -CHO của (5)

Từ (5) tạo ra lần lượt các dẫn xuất benzimidazole chứa khung sườn naphthalene (6)

Trong đó:

Hình 1.1 Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất naphthalene từ 3,4,5-trimethoxybenzaldehyde

Quy trình thực hiện: Cho (1) phản ứng với diethyl succinate trong t-BuOK/t-BuOH thu được (2) (phản ứng ngưng tụ Stobbe) Đóng vòng hợp

chất (2) với tác nhân NaOAc/Ac2O thu được (3) Khử chức ester của (3) bởi

tác nhân LiAlH4/THF thu được (4) Oxi hóa (4) bởi tác nhân PCC/CH2Cl2 thu

được (5) Benzimidazole hóa (5) lần lượt bởi 4-nitrobenzene-1,2-diamine;

4-methoxy-2-nitroaniline; benzene-1,2-diamine; pyridine-2,3-diamine; 4-methyl

benzene-1,2-diamine; 4-chlorobenzene-1,2-diamine thu được tương ứng (6A), (6B), (6C), (6D), (6E) và (6F)

Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Sơ lược về dẫn xuất naphthalene

2.1.1 Giới thiệu về naphthalene

Naphthalene (7) (còn gọi là naphthaline, băng phiến, nhựa long não, nhựa

trắng) là một hydrocarbon vòng thơm đơn giản nhất gồm hai vòng benzene gắn với nhau (Hình 2.1), công thức phân tử là C10H8 Naphthalene ở dạng rắn, tinh thể màu trắng, dễ thăng hoa

Hình 2.1 Cấu trúc phân tử naphthalene Naphthalene được các nhà hóa học tìm ra vào năm 1819 khi chưng cất nhựa than đá Năm 1821, John Kidd miêu tả tính chất của hợp chất này và đề nghị đặt tên là naphthaline [4] Năm 1826, Michael Faraday đã xác định được công thức phân tử của naphthalene Tuy nhiên, mãi đến 5 năm sau, Emil Erlenmeyer và Carl Gräbe mới xác định được cấu trúc hóa học của naphthalene là hai vòng benzene gắn vào nhau [5]

Naphthalene là hóa chất trung gian dùng trong công nghiệp để tổng hợp phthalic anhydride, thuốc diệt côn trùng, dược phẩm,…

2.1.2 Các nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất naphthalene có hoạt tính sinh học

Hiện nay, các dẫn xuất naphthalene được biết đến như là những hợp chất

có nhiều hoạt tính sinh học như kháng oxi hóa, kháng HIV, kháng tế bào ung thư, kháng sốt rét, kháng khuẩn,… Trong đó, có những hợp chất đã được dùng

làm thuốc như naftifine (8), terbinafine (9), nafacillin, tolnaftate,…

Hình 2.2 Cấu trúc naftifine và terbinafine

Chính vì thế đã có nhiều công trình nghiên cứu về những hợp chất chứa

vòng naphthalene Sau đây là một số công trình đã được công bố:

Năm 2005, Wan Pyo Hong và cộng sự đã tổng hợp các dẫn xuất methyl

(E)-3-aryl-2-cyanomethylacrylate (11) (Hình 2.3) và chuyển hóa thành các dẫn

xuất 4-hydroxy-2-naphthoic acid (14) (Hình 2.4) [6].

Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp các methyl (E)-3-aryl-2-cyanomethylacrylate Bảng 2.1 Hiệu suất tổng hợp các methyl (E)-3-aryl-2-cyanomethylacrylate

Năm 2008, Andrew N Lowell cùng cộng sự đã dùng phản ứng ngưng tụ Stobbe và thực hiện phản ứng đóng vòng tạo khung sườn naphthalene để tổng

hợp purpuromycin (17) (Hình 2.5) [7].

Hình 2.5 Sơ đồ tổng hợp purpuromycin Hiệu suất tổng cho cả hai bước tổng hợp ethyl 4-acetoxy-5,6,8-

trimethoxy-2-naphthoate (16) là 81%

Năm 2008, Shrikant Anant và cộng sự đã cô lập và xác định cấu trúc

hợp chất 1-hydroxy-5,7-dimethoxy-2-naphthaldehyde (18) (marmelin) (Hình 2.6)

từ dịch cao chiết ethyl acetate của cây Aegle marmelos tại Ấn Độ [8] Kết quả

thử hoạt tính in vivo cho thấy hợp chất (18) kháng lại tế bào ung thư ruột kết

HTC116

Hình 2.6 Cấu trúc của marmelin

Năm 2011, Huỳnh Minh Huy tổng hợp chất (22), (23) có cấu trúc tương

tự marmelin với phản ứng then chốt là ngưng tụ Stobbe (Hình 2.7) [9]

Hình 2.7 Sơ đồ tổng hợp các hợp chất tương tự marmelin

Một số dẫn xuất naphthalene khác có hoạt tính sinh học được tóm tắt trong Bảng 2.2

Bảng 2.2 Một số dẫn xuất naphthalene có hoạt tính sinh học

2-(3,4-Dichlorophenyl)-N-(2,3-dimethylbutyl)-1-(naphthalen-1-yl)-1H-benzo[d]imidazole-5-carboxamidine

Kháng khuẩn Kháng nấm [1]

5-((Naphthalen-2-yloxy)methyl)-1,3,4-oxadiazole

-2(3H)-thione

Kháng khuẩn Kháng nấm [2]

5-((Naphthalen-2-yloxy)methyl)-1,3,4-oxadiazol-2-amine

Kháng khuẩn Kháng nấm [2]

Ethyl 1,3-dihydroxy-6-methoxy-2-naphthoate

Kháng ung thư Kháng khuẩn [9]

Ethyl 4-hydroxy-1,5,6,8-tetramethoxy-2-naphthoate

Kháng khuẩn Kháng vi sinh Kháng viêm [9]

4,6-Dimethoxynaphthalen-2-carboxylic acid

Kháng khuẩn [10]

(6-Methoxynaphthalen-2-yl)(3,4,5-trimethoxyphenyl)

methanone

Kháng sinh Kháng ung thư Kháng nấm [11]

(1,3,6-Trimethoxynaphthalen-2-yl)methanol

Kháng ung thư Kháng sinh [12]

2.2 Sơ lƣợc về dẫn xuất benzimidazole

2.2.1 Giới thiệu về benzimidazole

Benzimidazole (25) là hợp chất hai vòng cấu thành từ dị vòng imidazole (24) và vòng benzene tại vị trí 4 và 5 trên vòng imidazole Benzimidazole còn

có tên gọi khác là benziminazole; 1H-benzo[d]imidazole hay 1,3-benzodiazole

Sự hiện diện của nhóm -NH- và nguyên tử N (nitrogen) tại vị trí 3 làm cho phân tử benzimidazole có tính acid và tính base yếu

Hình 2.8 Cấu trúc của imidazole và benzimidazole Trong phân tử benzimidazole, nguyên tử H (hydrogen) liên kết với nguyên tử N sẽ chuyển đổi qua lại giữa hai nguyên tử N ở vị trí số 1 và 3 (Hình 2.9)

Hình 2.9 Sự chuyển vị trong phân tử benzimidazole

Quá trình chuyển vị nội phân tử liên quan đến 2 hay nhiều phân tử benzimidazole hoặc thông qua tương tác với các dung môi phân cực có proton (protic solvent) như nước Điều đó dẫn đến vị trí 5, 6 và bất kì nhóm thế ở hai

vị trí này có sự tương đồng về mặt hóa học Sự chuyển vị sẽ không xảy ra khi nhóm -NH- đã bị alkyl hóa, khi đó sẽ tạo ra các hợp chất không tương đồng và

vì thế có thể cô lập được chúng Ví dụ, hai hợp chất benzimidazole đã được

dimethyl hóa (27) và (28) là hai đồng phân, trong khi hai hợp chất monomethyl hóa (26) là một cặp tương đồng (tautomer) (Hình 2.10) [13]

Hình 2.10 Sự chuyển vị của nhóm -NH- và -NR- trong phân tử

dẫn xuất benzimidazole

Khi thêm NaNH2 vào dung dịch benzimidazole sẽ tạo thành muối kim

loại của benzimidazole (29) Điều này cho thấy được tính acid của

benzimidazole cũng như nhiều dẫn xuất của nó (Hình 2.11)

Một số base không có khả năng phản ứng với benzimidazole Nhưng khi

có mặt của các nhóm rút điện tử thì làm cho tính acid của benzimidazole tăng lên, từ đó có khả năng phản ứng được với base Ví dụ, các nitrobenzimidazole

có tính acid đủ mạnh để hòa tan trong Na2CO3 hoặc dung dịch NH3

Benzimidazole cũng có tính base thể hiện qua khả năng tạo muối với acid

(30) (Hình 2.11) Tính base của benzimidazole có được là nhờ vào một cặp

electron chưa tham gia liên kết trên nguyên tử N, có khả năng kết hợp một proton [14]

Hình 2.11 Tính acid và base của phân tử benzimidazole

Benzimidazole (pKa = 5,4) có tính base yếu hơn 30 lần so với imidazole (pKa = 6,9) Sự kết hợp imidazole vào vòng benzene làm giảm đi tính base của nhân imidazole vì vòng benzene đã mở rộng sự cộng hưởng trong cấu trúc kết hợp đó để làm bền phân tử nên làm giảm khả năng kết hợp với proton Do đó, liên hợp từ vòng benzene đã làm tăng tính acid và giảm tính base [15]

2.2.2 Các nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất benzimidazole có hoạt tính sinh học

Hoebrecker là người đầu tiên tổng hợp thành công benzimidazole vào

năm 1872 [16] Ông đã tổng hợp 2,5 (hoặc 2,6)-dimethylbenzimidazole (33)

qua giai đoạn khử và dehydrate hóa N-(4-methyl-2-nitrophenyl)acetamide (31)

Sau một thời gian nghiên cứu phát hiện nhóm 5,6-dimethylbenzimidazole

là một phần trong cấu trúc của vitamin B12 nên từ đó nhiều dẫn xuất benzimidazole có hoạt tính cao đã được nghiên cứu tổng hợp và phát triển thành thuốc

Qua nhiều năm liền, việc nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất benzimidazole

(37) cũng được thực hiện bởi nhiều nhóm tác giả Tuy việc sử dụng xúc tác

khác nhau nhưng các nhóm nghiên cứu đã cùng cho ngưng tụ o-phenylene

diamine (35) với các aldehyde (36) mang nhóm thế khác nhau (Hình 2.14)

Các công trình nghiên cứu được tóm tắt và so sánh trong Bảng 2.3

Hình 2.14 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với xúc tác khác nhau Bảng 2.3 Tóm tắt và so sánh kết quả tổng hợp một số dẫn xuất benzimidazole với các xúc tác khác nhau

Kết quả của các nghiên cứu cho thấy tuy dùng xúc tác khác nhau nhưng

vẫn cho hiệu suất tổng hợp khá tốt đối với cả 4 loại nhóm thế R 1 khác nhau và điều đáng quan tâm là phương pháp tổng hợp hữu cơ pha rắn cũng được áp dụng để tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với chất mang rắn là ENPFSA Năm 2012, Radhika và cộng sự đã tổng hợp thành công các dẫn xuất

5-nitrobenzimidazole (39) từ aldehyde và 4-nitrobenzene-1,2-diamine (38)

(Hình 2.15) [23]

Hình 2.15 Phản ứng tổng hợp các dẫn xuất của 5-nitrobenzimidazole Năm 2013, Huỳnh Thị Minh Hải đã tổng hợp dẫn xuất benzimidazole

(6C 1) bằng cách ngưng tụ dẫn xuất

4-hydroxy-5,6,7-trimethoxy-2-naphthaldehyde (5) với benzene-1,2-diamine (35) có sử dụng CuSO4 làm xúc tác, hiệu suất phản ứng đạt 68,5% (Hình 2.16) [24]

Hình 2.16 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với xúc tác CuSO4Năm 2014, nhóm tác giả Srinivasulu R, Ravi Kumar K, Satyanarayana

PVV và Hari Babu B đã nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất imidazopyridine (41) bằng cách ngưng tụ pyridine-3,4-diamine (40) với aldehyde, sử dụng 10% mol

Zn(OTf)2 làm xúc tác và đun hoàn lưu 12 giờ trong methanol ở nhiệt độ 67C (Hình 2.17) Kết quả cho thấy hiệu suất tổng hợp dẫn xuất imidazopyridine chỉ đạt mức trung bình (Bảng 2.4) [25]

Hình 2.17 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất imidazopyridine với xúc tác Zn(OTf)2

Bảng 2.4 Hiệu suất tổng hợp dẫn xuất imidazopyridine với xúc tác Zn(OTf)2

TT Aldehyde Dẫn xuất imidazopyridine Hiệu suất (%)

Bảng 2.5 Một số dẫn xuất benzimidazole có hoạt tính sinh học

2-(4-Chlorophenyl)-5-nitro-1H-benzimidazole

Kháng sinh [26]

5-Nitro-2-(2-nitrophenyl)-1H-benzimidazole

Kháng ung thư [26]

Hình 2.18 Phản ứng Stobbe tổng quát

Cơ chế phản ứng ngưng tụ Stobbe được trình bày trong Hình 2.19 [31]

Hình 2.19 Cơ chế phản ứng ngưng tụ Stobbe Bước đầu tiên của phản ứng ngưng tụ Stobbe là sự deproton hóa

succinate (I) ở vị trí Cα hình thành ester enolate (II) Sau đó, ester enolate sẽ

phản ứng với hợp chất carbonyl hình thành chất trung gian β-alkoxy ester

(III) Tiếp theo là phản ứng thế acyl nội phân tử tạo ra chất trung gian γ-lactone (IV) Sau đó, ion alkoxide sẽ deproton hóa γ-lactone hình thành liên kết đôi và mở vòng lactone (VI)

Quá trình mở vòng lactone có thể tạo ra hỗn hợp đồng phân E, Z Riêng

đối với phản ứng ngưng tụ Stobbe giữa một aldehyde thơm với diethyl

succinate cho thấy có sự chọn lọc lập thể chỉ cho cấu hình E Cấu hình E hay Z

của các hợp chất được phân biệt dựa trên phổ 1H-NMR Cụ thể, proton olefinic

trong cấu hình E xuất hiện khoảng 7,5 ppm, proton của cấu hình Z nằm ở vùng

có tần số cao hơn khoảng 0,5-1,0 ppm Độ dịch chuyển này là do hiệu ứng giảm chắn gây ra bởi nhóm carbonyl [32, 33]

Ưu điểm của phản ứng ngưng tụ Stobbe là chỉ tạo thành đồng phân E

Theo đề xuất của Zimmerman và cộng sự [32], tính chọn lọc lập thể của phản

ứng là do ảnh hưởng của cơ chế "overlap control", tương tự phản ứng tách E2

Cơ chế của hiệu ứng "overlap control" gồm sự ổn định điện tích âm được hình thành trên carbon tứ cấp do sự tách proton bởi alkoxide (t-BuO-) Kết quả dẫn

đến hình thành trạng thái chuyển tiếp song song và ngược chiều

(anti-periplanar), điều này không gây ra bất kỳ ảnh hưởng che khuất nào giữa hệ thống vòng thơm và nhóm ester, từ đó cho phép các orbital xen phủ tối đa để tạo thành hệ thống liên kết  bền vững Cơ chế của hiệu ứng "overlap control"

được mô tả như trong Hình 2.20

Hình 2.20 Hiệu ứng "overlap control" tạo đồng phân E

Điểm nổi bật của phản ứng ngưng tụ Stobbe là đối với các aldehyde thơm, sản phẩm phản ứng ngưng tụ Stobbe có thể đóng vòng ở giai đoạn tiếp theo hình thành hợp chất hữu cơ có khung sườn naphthalene (Hình 2.21)

Hình 2.21 Cơ chế đóng vòng sản phẩm ngưng tụ Stobbe

2.3.2 Phản ứng khử ester bằng lithium aluminium hydride [34]

Lithium aluminium hydride (LiAlH4) là một tác nhân khử rất mạnh, có thể cháy khi phản ứng xảy ra Phản ứng khử nhóm carbonyl bằng LiAlH4thường được thực hiện ở nhiệt độ thường, trong các dung môi phân cực không chứa proton như diethyl ether, THF,…

Bảng 2.6 Một số hợp chất bị khử bởi lithium aluminium hydride

Aldehyde, chloride acid,

ester, carboxylic acid,

Về mặt cơ chế, LiAlH4 là nguồn cung cấp hydride và phản ứng bắt đầu bằng sự cộng ion hydride vào hợp chất carbonyl, tiếp đó loại nhóm alkoxide

để hình thành hợp chất aldehyde Sau đó ion hydride cộng vào nhóm aldehyde

để hình thành nhóm alkoxide mới Hợp chất mới hình thành sẽ lấy proton từ oxygen của H3O+ để hình thành alcohol (Hình 2.22)

Hình 2.22 Cơ chế của phản ứng khử ester bằng LiAlH4

2.3.2 Phản ứng oxy hóa alcohol bằng pyridinium chlorochromate [35]

Pyridinium chlorochromate (PCC) là tinh thể màu vàng cam, hút ẩm rất ít

và không phân hủy nên có thể lưu trữ trong thời gian dài PCC dùng để oxy hóa những alcohol bậc 1 hoặc bậc 2 thành các aldehyde hoặc ketone tương ứng Dung môi thường được sử dụng là CH2Cl2, THF, CH3CN,… Silica gel, celite hoặc florisil cũng được cho vào hỗn hợp phản ứng để giữ muối chromium, giúp dễ dàng khi lọc

Phản ứng oxy hóa alcohol bởi PCC diễn ra thông qua giai đoạn trung gian là tạo ester chromate một cách nhanh chóng và sau đó xảy ra quá trình đứt liên kết giữa nguyên tử oxy và chrome, đồng thời tách hydro của carbon mang nhóm -OH để tạo thành nhóm carbonyl (Hình 2.23)

Hình 2.23 Cơ chế của phản ứng oxy hóa alcohol bậc 1 bằng PCC

2.3.4 Phản ứng tạo dẫn xuất benzimidazole bằng cách ngƣng tụ aldehyde với dẫn xuất của benzene-1,2-diamine

Nhiều phản ứng ngưng tụ aldehyde với dẫn xuất của diamine đã được công bố Tùy thuộc vào cấu trúc của aldehyde và dẫn xuất diamine mà sử dụng xúc tác sao cho phù hợp và mang lại hiệu quả cao Ví dụ

như cho các dẫn xuất của benzaldehyde (42), (45) ngưng tụ với diamine (35) hoặc dẫn xuất (44) trong CH3CN [36] hoặc Na2S2O5 [37] sẽ thu

benzene-1,2-được các dẫn xuất benzimidazole (43) và (46) tương ứng (Hình 2.24)

Hình 2.24 Tổng hợp dẫn xuất benzimidazole bằng các tác nhân khác nhau Phản ứng ngưng tụ aldehyde với các dẫn xuất của benzene-1,2-diamine tùy vào điều kiện phản ứng cũng như cấu trúc của aldehyde và diamine có thể tạo ra các dẫn xuất benzimidazole khác nhau (Hình 2.25) [38, 39]

Hình 2.25 Phản ứng tổng hợp các dẫn xuất benzimidazole từ aldehyde

Hình 2.26 Cơ chế hình thành các dẫn xuất benzimidazole từ aldehyde

Trong trường hợp sử dụng Na2S2O5 làm tác nhân phản ứng thì trước tiên aldehyde cho phản ứng cộng với Na2S2O5 Sau đó diamine phản ứng với sản phẩm cộng ở nhiệt độ cao tạo thành dẫn xuất benzimidazole (Hình 2.28)

Hình 2.27 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với tác nhân Na2S2O5

Trong trường hợp sử dụng boron sulfonic acid làm xúc tác thì aldehyde cũng cho phản ứng cộng với amine và nhanh chóng loại nước để được hợp chất imine-amine Sau đó imine-amine tạo dị vòng no và bị oxy hóa bởi oxy không khí tạo thành dẫn xuất benzimidazole (Hình 2.29) [21]

Hình 2.29 Cơ chế phản ứng tổng hợp benzimidazole với xúc tác BSA

Một số dẫn xuất của 2-nitroaniline cũng cho phản ứng với aldehyde khi dùng tác nhân Na2S2O4 để tạo thành dẫn xuất benzimidazole (Hình 2.30) [40]

Hình 2.30 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với tác nhân Na2S2O4

Hình 2.31 Cơ chế phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole từ dẫn xuất của

2-nitroaniline với tác nhân Na2S2O4Ngoài ra, dẫn xuất benzimidazole cũng thu được bằng cách ngưng tụ aldehyde với dẫn xuất của benzene-1,2-diamine, sử dụng xúc tác là CuSO4;Cu(OH)2; Zn(OTf)2,… với cơ chế phản ứng tương tự nhau (Hình 2.33) [20, 22]

Hình 2.32 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với xúc tác Cu(OH)2

Hình 2.33 Cơ chế phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với xúc tác Cu(OH)2

Phương pháp tổng hợp hữu cơ pha rắn cũng được áp dụng để tổng hợp

dẫn xuất benzimidazole với chất mang rắn là ENPFSA (47) (Hình 2.34) Cơ

chế phản ứng thể hiện trong Hình 2.35 [19]

Hình 2.34 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với chất mang rắn

Hình 2.35 Cơ chế phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với chất mang rắn

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Phương pháp nghiên cứu

Các phản ứng tổng hợp được thực hiện bằng phương pháp khuấy từ kết hợp với gia nhiệt cổ điển

Quá trình phản ứng được theo dõi bằng sắc ký bản mỏng silica gel (TLC) với dung dịch hiện màu là KMnO4 hoặc dùng đèn soi UV

Sản phẩm thô của phản ứng được tinh chế bằng sắc ký cột silica gel Cấu trúc hóa học của chất được xác định bằng các phương pháp quang phổ hiện đại (1

 Máy cô quay HEIDOLPH

 Máy khuấy từ gia nhiệt IKA

 Cân điện tử GF-300

 Tủ sấy MEMMERT

 Bộ dụng cụ đun hoàn lưu

 Phễu chiết, phễu lọc

 Ống đong, ống nghiệm

 Ống hút nhỏ giọt

 Đũa thủy tinh

 Bình cầu

 Bản mỏng silica gel 60F254 (MERCK)

 Giấy đo pH, giấy lọc (TQ)

 Tetrahydrofuran: Cân 10,0 g benzophenone cho vào bình cầu 500 mL

có chứa sẵn 300 mL THF, thêm 5,0 g Na đã được cắt nhỏ Hỗn hợp được khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng cho đến khi dung dịch trong bình cầu có màu xanh đậm (khi đó các peroxide và nước đã được tách ra), chưng cất lấy THF ở nhiệt độ sôi 66C và có nối với hệ thống hút ẩm THF sau khi chưng cất được lưu trữ trong erlen có hạt hút ẩm (molecular sieve) và đậy kín bằng septum

 Dichloromethane: Chưng cất lấy ở phân đoạn sôi 40C

vòng/phút trong môi trường khí N2 ở 40C trong 5 giờ hoặc có thể khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng với thời gian 16 giờ

Hỗn hợp sau phản ứng được acid hóa bằng CH3COOH 10% Chiết sản phẩm nhiều lần với EtOAc, rửa bằng nước cất đến khi dịch chiết trung tính rồi rửa lại với dung dịch NaCl bão hòa Thu lấy lớp hữu cơ và làm khan nước bằng Na2SO4, cô đuổi dung môi thu được sản phẩm thô là chất lỏng màu vàng Tinh chế sản phẩm thô bằng sắc ký cột với hệ dung môi giải ly Hex:EtOAc = 1:1, thu được sản phẩm là chất rắn màu trắng (2,59 g - 79,9%, Rf = 0,34,

Hex:EtOAc = 1:2)

3.3.2 Tổng hợp ethyl 4-acetoxy-5,6,7-trimethoxy-2-naphthoate (3) [41] Hỗn hợp trong bình cầu 100 mL gồm 1,94 g (2) (5,99 mmol), 0,50 g

AcONa (6,10 mmol) và 4,95 g Ac2O (48,5 mmol) được khuấy hoàn lưu ở

70C, tốc độ 700 vòng/phút trong môi trường N2 với thời gian 4 giờ

Hỗn hợp sau phản ứng được để nguội, sau đó trung hòa bằng dung dịch NaHCO3 bão hòa đến khi hết sủi bọt khí rồi thêm EtOAc vào và chiết vài lần

Dịch chiết hữu cơ được rửa với nước rồi rửa với dung dịch NaCl bão hòa Thu lấy lớp hữu cơ và làm khan nước bằng Na2SO4, lọc và cô đuổi dung môi thu được sản phẩm thô Tinh chế sản phẩm thô bằng sắc kí cột silica gel với hệ dung môi Hex:EtOAc = 5:1, thu được chất rắn kết tinh hình kim màu trắng (1,67 g - 80,1%, Rf = 0,55, Hex:EtOAc = 1:1)

3.3.3 Tổng hợp 3-(hydroxymethyl)-6,7,8-trimethoxynaphthalen-1-ol (4) [41]

Dùng syringe hút 50 mL THF (đã chưng cất) thêm từ từ vào bình cầu 250

mL đã sấy khô và được đậy kín bằng septum có chứa sẵn 0,31 g LiAlH4 (8,16 mmol), ngâm bình cầu trong nước đá Khuấy hỗn hợp trong môi trường khí N2

với tốc độ 200 vòng/phút, khoảng 5 phút Sau đó, thêm từ từ 0,71 g (3) (2,04

mmol) đã được hòa tan trong 20 mL THF rồi chuyển sang khuấy ở nhiệt độ phòng với tốc độ 700 vòng/phút, khuấy trong 90 phút, vẫn duy trì môi trường khí N2

Giữ nguyên trạng thái khuấy, ngâm bình cầu vào nước đá trở lại và thêm EtOAc vào hỗn hợp sau phản ứng cho đến khi êm dịu, thêm tiếp khoảng 80

mL nước cất và khuấy thêm 30 phút nữa Sau đó chiết sản phẩm vài lần với EtOAc, gom dịch chiết và rửa bằng NaCl bão hòa, làm khan nước bằng

Na2SO4, lọc và cô đuổi dung môi thu được sản phẩm thô Tinh chế sản phẩm thô bằng sắc ký cột với hệ giải ly Hex:EtOAc = 1:1 thu được một chất lỏng dạng dầu màu vàng (0,45 g - 83,5%, Rf = 0,36, Hex:EtOAc = 1:1)

3.3.4 Tổng hợp 4-hydroxy-5,6,7-trimethoxy-2-naphthaldehyde (5) [41]

Khuấy đều hỗn hợp trong bình cầu 50 mL gồm 1,14 g PCC (5,29 mmol), một ít silica gel và 15 mL CH2Cl2 với tốc độ khuấy 700 vòng/phút trong môi trường khí N2, ở nhiệt độ -5C Sau 5 phút, thêm từ từ vào hỗn hợp trên 0,701

g (4) (2,66 mmol) đã hòa tan trong 10 mL CH2Cl2 Tiếp tục khuấy, sau thời gian 30 phút thì thêm vào một ít tinh thể Na2S2O3

Thêm một lượng EtOAc vào hỗn hợp sau phản ứng và khuấy đều khoảng

3 phút, sau đó ngưng khuấy để yên cho phần rắn lắng xuống rồi dùng pipet hút lấy nhanh dịch hữu cơ phía trên Sau đó lại tiếp tục cho vào hỗn hợp sau phản ứng một lượng EtOAc và làm tương tự vài lần, gom phần dịch hữu cơ rửa với NaCl bão hòa, làm khan nước bằng Na2SO4, lọc và cô đuổi dung môi thu được sản phẩm thô Tinh chế sản phẩm thô bằng sắc ký cột với hệ giải ly Hex:EtOAc = 3:1, thu được một chất rắn kết tinh màu vàng (0,30 g - 43,1%,

R = 0,76, Hex:EtOAc = 1:1)