Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và hoạt tính sinh học của một số hợp chất dị vòng từ vanillin

Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất của vanillin trong nước và thế giới ..... Vì vậy, chúng tôi chọn đề tài : “Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và hoạt tính sinh học của một số hợp chất dị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

Người ướng dẫn khoa học: TS TRƯƠNG MINH LƯƠNG

HÀ NỘI – 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học này là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi Các số liệu và tài liệu được trích dẫn trong công trình này

là trung thực Kết quả nghiên cứu này không trùng với bất cứ công trình nào

đã được công bố trước đó Tôi xin chịu trách nhiệvới lời cam đoan của mình.

Hà Nội, tháng năm 2017

Học viên

Ngô Thị Liên

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hoàn thành tại phòng Tổng hợp hữu cơ 203A nhà A3 thuộc bộ môn Hóa Hữu cơ – Khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội với

sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS Trương Minh Lương cùng các thầy cô

trong bộ môn Hóa hữu cơ

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS Trương

Minh Lương, người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ

chúng em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Hóa Hữu cơ, các thầy cô trong khoa Hóa Học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, đã tạo điều kiện và nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành luận văn này

Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên luận văn của em khó tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của các quý thầy cô để luận văn của em hoàn thiện hơn

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng năm 2017

Học viên

Ngô Thị Liên

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Giới thiệu về vanillin [2] 2

1.1.1 Công thức, trạng thái và tính chất 2

1.1.2 Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất của vanillin trong nước và thế giới 4

1.1.3 Công dụng của vanillin 8

1.2 Sơ lược về azometin 9

1.2.1 Một số phương pháp tổng hợp azometin 9

1.2.2 Hoạt tính sinh học azometin 12

1.3 Sơ lược về dị vòng thiazolidin-4-on 12

1.3.1.Tổng hợp vòng thiazolidin-4-on 13

1.3.2 Hoạt tính sinh học của các thiazolidin-4-on 14

1.4 Sơ lược về dị vòng 5-aryliden-2,4-thiazolidindion 15

1.4.1 Một số phương pháp tổng hợp dị vòng 5-aryliden-2,4-thiazolidindion 15

1.4.2 Hoạt tính sinh học của 2,4- thiazolidindion 16

CHƯƠNG 2:THỰC NGHIỆM 18

2.1 Phương pháp nghiên cứu 18

2.1.1 Hóa chất và dụng cụ 18

2.2 Phương pháp xác định cấu trúc 18

2.2.1 Xác định nhiệt độ nóng chảy 18

2.2.2 Phổ hồng ngoại 18

2.2.3 Phổ cộng hưởng từ proton 18

2.3 Sơ đồ tổng hợp 19

2.4 Tổng hợp các chất đầu 20

2.4.1 Tổng hợp vanillinaxetat (1) 20

2.4.2 Điều chế HNO3 tinh khiết 20

2.4.3 Tổng hợp 2- nitrovanillinaxetat(2) 20

2.4.4 Tổng hợp 2- nitrovanillin(3) 21

2.4.5 Tổng hợp thiazolidin-2,4-dion 21

2.5 Tổng hợp một số azometin 21

2.5.1 Tổng hợp một số azometin của 2-nitrovanillinaxetat 21

2.5.2 Tổng hợp một số azometin của 2-nitrovanillin 24

2.6 Tổng hợp một số dẫn xuất thiazolidin - 4- on 26

2.7 Tổng hợp một số dẫn xuất 5- aryliden- 2,4-thiazolidindion 27

2.8 Thử hoạt tính sinh học 28

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 29

3.1 Tổng hợp và xác định cấu trúc của vanillin axetat (1) 29

3.1.1 Tổng hợp 29

3.1.2 Xác định cấu trúc 29

3.2 Tổng hợp và xác định cấu trúc của 2- nitrovanillinaxetat (2) 31

3.2.1 Tổng hợp 31

3.2.2 Xác định cấu trúc 32

3.3 Tổng hợp và xác định cấu trúc của 2- nitrovanillin (3) 34

3.3.1 Tổng hợp 34

3.4 Tổng hợp và xác định cấu trúc của các azometin của 2-nitrovanillinaxetat 36

3.4.1 Tổng hợp và tính chất 36

3.4.2 Xác định cấu trúc 39

3.5 Tổng hợp và xác định cấu trúc của các azometin của 2-nitrovanillin 55

3.5.1 Tổng hợp và tính chất 55

3.5.2 Xác định cấu trúc 57

3.6 Tổng hợp và xác định cấu trúc của dị vòng thiazonlidin- 4- on 72

3.6.1 Tổng hợp và xác định cấu trúc của dị vòng thiazonlidin- 4- on từ azometin 2B và axit thioglycolic (2B1) 72

3.6.2 Tổng hợp và xác định cấu trúc của dị vòng thiazonlidin- 4- on từ azometin 2C và axit thioglycolic (2C2) 80

3.7 Tổng hợp và xác định cấu trúc của dẫn xuất 5- aryliden- 2,4-thiazolidindion 84

3.7.1 Tổng hợp 84

3.7.2 Xác định cấu trúc 85

KẾT LUẬN 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

DANH MỤC VIẾT TẮT

1H-NMR : Phổ cộng hưởng từ proton

13C NMR : Phổ cộng hưởng từ cacbon 13 HSQC : Phổ tương tác 2 chiều trực tiếp HMBC : Phổ tương tác 2 chiều gián tiếp

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Các số liệu 1H-NMR của (1) 30

Bảng 3.2: Các số liệu 1H-NMR của (2) 33

Bảng 3.3: Các số liệu 1H-NMR của (3) 36

Bảng 3.5 : Các số liệu 1H-NMR của 2B 41

Bảng 3.6 : Các số liệu 1H-NMR của 2C 44

Bảng 3.7 : Các số liệu 1H-NMR của 2D 47

Bảng 3.8 : Bảng số liệu 1H-NMR, 13C-NMR, HSQC, HMBC của 2D 52

Bảng 3.9: Các số liệu 1H-NMR của 2E 54

Bảng 3.11 : Các số liệu 1H-NMR của 3B 59

Bảng 3.12 : Các số liệu 1H-NMR của 3C 62

Bảng 3.14: Các số liệu 1H-NMR của 3E 65

Bảng 3.115: Bảng số liệu 1H-NMR, 13C-NMR, HSQC, HMBC, COSY của 3E 71

Bảng 3.16: Các số liệu 1H-NMR của 2B1 74

Bảng 3.17: Bảng số liệu 1H-NMR, 13C-NMR, HSQC, HMBC của 2B1 78

Bảng 3.18 Các số liệu 1H-NMR của 2C2 83

DANH MỤC HÌNH

Hình 3 1: Phổ 1H-NMR của (1) 29

Hình 3 2: Phổ 1H-NMR của (2) 32

Hình 3 3: Phổ 1H-NMR của (3) 35

Hình 3.4: Phổ 1H-NMR của Val 4 37

Hình 3.7 : Phổ 1H-NMR của 2B 40

Hình 3.8 : Phổ 13C-NMR của 2B 42

Hình 3.9 : Phổ 1H-NMR của 2C 43

Hình 3.10 : Phổ 13C-NMR của 2C 45

Hình 3.11 Phổ 1H- NMR của 2D 46

Hình 3.12 Phổ 13C- NMR của 2D 48

Hình 3.13 Phổ HSQC của 2D 49

Hình 3.14 Phổ HMBC của 2D 50

Hình 3.15 : Phổ 1H-NMR của 2E 53

Hình 3.16 : Phổ 13C-NMR của 2E 55

Hình 3.19 : Phổ 1H-NMR của 3B 58

Hình 3.20 : Phổ 13C-NMR của 3B 60

Hình 3.21 : Phổ 1H-NMR của 3C 61

Hình 3.22 : Phổ 13C-NMR của 3C 62

Hình 3.23 : Phổ 1H-NMR của 3E 64

Hình 3.26 : Phổ 13C-NMR của 3E 66

Hình 3.27 : Phổ HSQC của 3E 67

Hình 3.28 : Phổ HMQC của 3E 68

Hình 3.29 : Phổ COSY của 3E 69

Hình 3.30 Phổ 1H- NMR của 2B1 72

Hình 3.31 Phổ 13C- NMR của 2B1 74

Hình 3.32 Phổ HSQC của 2B1 75

Hình 3.33 HMBC của 2B1 76

Hình 3.34 Phổ 1H- NMR của 2C2 81

Hình 3 33Phổ 13C- NMR của 2C2 83

Hình 3 34 Phổ 13C- NMR của 2C1 84

MỞ ĐẦU

Ngày nay, các hợp chất dị vòng được nghiên cứu nhiều do có phổ hoạt tính sinh học rộng Gần đây, đã có rất nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng dị vòng thiazolidin-4-on và dị vòng thiazolidin-2,4- dion thể hiện hoạt tính kháng khuẩn với nhiều dòng

tế bào phổ biến Hơn nữa, một số dẫn xuất chứa thiazolidin-4-on còn có tác động tới

hệ tim mạnh, có hoạt tính kháng viêm, kháng HIV và đặc biệt là chống ung thư Vanilin là một hợp chất tự nhiên được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, thông dụng nhất là trong hương liệu chế biến thực phẩm và hóa mỹ phẩm Nên sử dụng vanilin làm chất đầu có nhiều lợi ích như rẻ tiền, không gây phản ứng tiêu cực tới cơ thể sống Một số dẫn xuất của vanilin cũng có hoạt tính sinh học

Như vậy, nguồn nguyên liệu vanilin dồi dào và các hướng chuyển hóa vanilin tạo thành những hợp chất dị vòng có hoạt tính sinh học quý, là một hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng lớn Hi vọng tìm kiếm được các chất có hoạt tính sinh học

quý từ vanillin Vì vậy, chúng tôi chọn đề tài : “Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và

hoạt tính sinh học của một số hợp chất dị vòng từ vanillin”

Mục đích như sau:

- Tổng quan về vanillin

- Tổng quan về dị vòng thiazolidin-4-on và dị vòng thiazolidin-2,4- dion

- Tổng hợp các azometin từ dẫn xuất vanilin

- Tổng hợp các dẫn xuất có chứa thiazolidin-4-on và dị vòng thiazolidin-2,4- dion

- Xác định cấu trúc của các hợp chất tổng hợp được bằng các phương pháp vật

lý như nhiệt độ nóng chảy, các phương pháp phổ hiện đại như : NMR, MS

- Nghiên cứu hoạt tính sinh học của một số hợp chất tổng hợp được

Luận văn được chia thành 3 chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 3: Kết quả và thảo luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về vanillin [2]

1.1.1 Công thức, trạng thái và tính chất

Vanillin (4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyde) là một aldehyde phenolic, một hợp chất hữu cơ có công thức phân tử là C8H8O3, ứng với công thức cấu tạo như sau:

vanillin Ngoài ra nó còn có tên gọi khác như aldehyde vanillin

Vanillin là chất kết tinh với tinh thể hình kim màu trắng hay hơi ngà, tan tốt trong cồn nhưng trong nước chỉ được 1%, nóng chảy ở 81,5oC, nhiệt độ sôi 285oC

Nó có hương thơm dễ chịu giống mùi hoa sữa

Khả năng hòa tan trong nước của vanillin là 125 cho môi trường axit yếu, 20 trong ethylene glycol và 2 lần trong ethanol 95%, không tan trong chloroform Tác dụng với kiềm tạo phenolat

Dưới đây là một số phương pháp tổng hợp vanillin

a Tổng hợp vanillin trong phòng thí nghiệm [29]

Vanillin được tổng hợp 2 bước từ 4-hidroxybenzaldehyde bằng phản ứng brom hóa và oxy hóa bằng đồng (I) bromua và natrimetylat theo sơ đồ:

b Tổng hợp vanillin trong công nghiệp

 Phương pháp 1: đi từ eugenol [26]

Eugenol là thành phần chính của tinh dầu đinh hương, hương nhu đã được sử dụng tổng hợp vaniin từ cuối thế kỷ XIX Sơ đồ tổng hợp được mô tả:

Mặc dù đã cải tiến hồi lưu nguyên liệu dư sau phản ứng, nhưng những chất này vẫn còn lại trong sản phẩm và eugenol chưa loại hết đã làm bẩn sản phẩm vanillin thu được Nên phương pháp này hiện nay không được sử dụng nữa

 Phương pháp 2: đi từ lignin [26]

Vanilin có thể được sản xuất từ lignin là thành phần trong chất thải từ công nghiệp giấy từ gỗ, rơm, rạ Sơ đồ tổng hợp:

Đây là phương pháp ưu việt và cho hiệu quả cao: từ 15kg chất thải bị bỏ đi

đã sản xuất được 1kg vanillin sạch

Phương pháp 3: Đi từ guaiacol [22, 31]

Việc tổng hợp vanillin từ guaiacol được công ty Rhodia sản xuất từ những năm 1970 Theo sơ đồ sau:

Ngoài ra người ta còn sản xuất vanillin đi từ guaiacol theo phương pháp sau:

 Phương pháp mới: đi từ ferulic

Tổng hợp vanillin từ acid ferulic theo sơ đồ sau:

Axit ferulic được tìm thấy trong các thành phần tế bào nó có vai trò tạo các liên kết để làm cứng tế bào và cấu trúc của nó tương tự vanillin Có lẽ đây là điểm

xuất phát để sản xuất vanillin có trong các loại phong lan vanilla orchid

Người ta đã phát hiện ra một số loài vi khuẩn sản sinh ra mùi vanilla khi được bổ sung axit ferulic, từ đó việc nghiên cứu này đã đưa đến các phương pháp

có thể dùng để tổng hợp vanillin từ nguồn chất thải nông nghiệp [9]

Năm 2002, vanillin, axit vanillic và metylvanillat là 3 hợp chất đã được tìm thấy bằng phản ứng [25]

1.1.2 Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất của va illi tro ước và thế giới

Từ vanillin, nhóm tác giả [9] đã nitro hóa vanillin với HNO3 trong dung môi ete etylic khan và ở nhiệt độ thấp (5 - 10oC) thu được 4-hydroxy-3-methoxy-5-nitrobenzaldehyde (5-nitro vanillin) theo sơ đồ phản ứng sau:

Hiệu suất phản ứng thu được đạt 60%

Năm 2002, Vanillin có thể được sử dụng như một chất nền trong tổng hợp hữu cơ của các chất thế hệ 2 như vevatraldehyde, axit protocatechualdehyde,veratric

và axit protocate-chuic Vanillin cũng có thể được sử dụng trong các quá trình tổng hợp dẫn đến nhiều hóa chất dược phẩm, cụ thể là cyclovaone, ethamivan và levodopa [25]

Năm 2009, Amitabha Datta đã tổng hợp đƣợc phức đồng (II) [Cu(C5H4NCH2-N=CH-C6H3OCH3-O)Cl] là sản phẩm ngƣng tụ của 2-amino-metyl pyridine và o-vanillin Năm 2010, một loạt các axit hydrazine mới đã đƣợc tổng hợp bằng phản ứng của etyl-2-[N-cinnamoyl)-2,3-dichloroanilido] với vanillin, 2-nitrovanillin, 2-nitro-5-brom vanillin Sản phẩm thu đƣợc có màu trắng, nâu hoặc vàng nhạt, nhiệt độ nóng chảy cao Các sản phẩm đƣợc tạo ra đã đƣợc thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn chống lại các vi khuẩn gram (+): S.albus, S.aureus và gram (-): vi khuẩn E.coli và Pseudomonos piosineus [37] Năm 2011 Amalina cùng các cộng sự cũng tạo ra tinh thể hợp chất C6H6N2O.C8H8O3, một đẳng phân tử đồng tinh thể của nicotinamide và vanillin, vòng thơm và các mảnh amide của phân tử nicotinamide tạo thành một góc nhị diện 32,6o Các phân tử vanillin là gần nhƣ phẳng và các vaniline và nicotinamide vòng thơm gần nhƣ phẳng, góc nhị diện

giữa chúng là 32,0 ° Trong tinh thể, hai thành phần được liên kết thông qua trung tâm N-H ⋯ O và O-H ⋯ N tạo thành chuỗi dọc theo một trục Các chuỗi được kết nối thông qua C-H ⋯ O tương tác, hình thành nên một cấu trúc cao phân tử ba chiều

Năm 2012, các tác giả [9] đã tổng hợp azometin của vanillin với các amin: 4-iodoanilin, 4-iodo-2-metylaniline, 4-bromoaniline, 4-chloroaniline, 3- chloroaniline, 2,4,5-trichloroaniline, 4-chloro-3-trifluoromethylaniline, aniline, 2-aminopyridin, 4-aminopyridin, 2-cacboxylaniline, 4-cacboxylaniline, 2-nitroanilin, 4-nitroaniline, 4-aminophenol, p-anisidin, 3-aminophenol, m-anisidin, p-toluidin và m-toluidin

Năm 2014, hợp chất 2-methyl cyano-5-(5-nitrovanillin)-1,3,4-oxadiazole đã được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ của axit cyanoacetic và 5-nitrovanillin với hiệu suất là 92% [44] theo sơ đồ:

 Năm 2014, protocatechualdehyde (3,4-dihydroxyl benzaldehyde) và protocatechuic acid (3,4-dihydroxyl benzoic acid) là hai hợp chất quan trọng được tạo ra từ vanillin Protocatechualdehyde (3,4-dihydroxyl benzaldehyde) có khả năng chống oxi hóa, loại bỏ các gốc tự do, kích hoạt các enzim chống oxi hóa được phát

hiện trong các giống đậu lăng [10, 11, 12,13, 25, 35]

Năm 1998, Nguyễn Kim Thu, Giang Thị Sơn và Trần Mạnh Bình đã tổng

hợp được β-aminoxeton - dẫn xuất của vanillin [5]: Nhóm tác giả đã chọn phương

pháp ngưng tụ tạo azometin với andehit và xeton thơm, sử dụng các azometin đã tổng hợp được ở trên để làm phản ứng ngưng tụ với xeton thơm là axetonphenon theo phương trình phản ứng:

Các tác giả [5] đã ngưng tụ vanilin và 5-nitro vanilin với các amin thơm bậc

1 khác nhau để được các azometin theo sơ đồ phản ứng sau

Xuất phát từ vanillin:

Xuất phát từ nitro vanillin:

Trong đó X là các gốc:

1.1.3 Công dụng của vanillin

Cũng như đa số polyphenol, vanillin có những hoạt tính chống oxy-hóa và diệt tế bào ung thư Vanillin có khả năng bảo vệ các tế bào gốc keratinocyte (ở người) có tác dụng chống lại bức xạ cực tím B, bảo vệ được da [29]

Vanillin có hoạt tính chống đột biến gen và ức chế hoạt động gây ung thư (carcinogenesis) của hóa chất Một nghiên cứu về hoạt tính của vanillin trên sự tăng trưởng và lan tràn của tế bào ung thư vú (mammary adenocarcinoma) 4T1 của chuột loại BALB/c Chuột uống vanillin có sự giảm số lượng các nhóm tế bào ung thư tràn qua phổi so với chuột đối chứng Các nghiên cứu trong ống nghiệm (invitro) ghi nhận: khi dùng vanillin ở nồng độ thấp không gây độc hại cho tế bào, có khả năng ngăn chặn sự xâm nhập và di chuyển của tế bào ung thư, đồng thời ức chế hoạt tính của men MMP-9 do tế bào ung thư bài tiết Vanillin cũng ngăn chặn sự tăng trưởng của tế bào ung thư trong các test thử invitro Tuy nhiên axit vanillic, một chất biến dưỡng thứ cấp từ vanillin lại hoàn toàn không tác dụng trên các tế bào ung thư Người ta nhận thấy vanillin có hoạt tính thu nhặt các gốc tự do gây tác hại cho

tế bào hệ thần kinh đưa đến những suy thoái thần kinh như trong các trường hợp bệnh Alzheimer's, Parkinson, vanillin cho thấy có tác động ngăn chặn hoạt động của PON (peroxynitrite), ngăn chặn phản ứng oxi - hóa dihydrodamine 123 Vanilin, có hoạt tính chống oxy hóa và xuất hiện để bù đắp một số thiệt hại oxy hóa xảy ra trong não của bệnh nhân bị bệnh Alzheimer's - đặc biệt là sự hình thành của một hợp chất gọi là peroxynitrite Peroxynitrite đóng một vai trò quan trọng trong các bệnh thoái hóa của não như bệnh Parkinson Mặc dù nghiên cứu trong lĩnh vực này vẫn còn trong giai đoạn thực nghiệm, nhưng nó có thể hứa hẹn trong tương lai cho con người đối phó với các bệnh suy nhược thần kinh [39]

Một nghiên cứu năm 1992, tác giả [16] ghi nhận vanillin giúp làm giảm buồn nôn và làm bệnh nhân đang điều trị hóa trị liệu thèm ăn Năm 2004, Fladby và Fizgerald ghi nhận Vanilla có thể giúp chẩn đoán bệnh Alzheimer's do người bệnh thường không 'ngửi' được mùi vanilla [11] Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vanilin có thể làm ngừng sản xuất các tế bào máu hồng cầu hình lưỡi liềm dẫn đến các vấn đề cho những người thiếu máu hồng cầu hình liềm Vanillin có thể không được sử

dụng trực tiếp vì nó dễ bị phá hủy bởi các axit trong dạ dày, nên khó khăn trong việc bào chế thuốc và đây cũng là một hướng nghiên cứu đang được quan tâm Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng một loại thuốc sử dụng vanillin có thể được phát triển

để điều trị bệnh hồng cầu hình liềm trong tương lai gần

1.2.1.2 Tổng hợp azometin bằng phản ứng giữa nitrozoaren và các α- hetarylaxetonitrin []

Phản ứng xảy ra trong môi trường kiềm, hiệu suất đạt 50-80 %

Khi dùng xúc tác axit, cơ chế phản ứng diễn ra như sau:

Trong môi trường axit tốc độ phản ứng tăng lên kh trong nhân thơm có nhóm thế hút electron vì khi đó giai đoạn cộng hợp vào phân tử andehit là giai đoạn chậm quyết định tốc độ phản ứng Tuy nhiên nếu pH quá thấp thì tốc độ phản ứng lại giảm do amin đã bị tạo muối Nếu tốc độ phản ứng cộng nucleophin và hydrat hóa bằng nhau thì việc đưa các nhóm thế đẩy electron vào nhân thơm andehit sẽ làm tăng tốc độ dehydrat hóa và làm giảm tốc độ cộng họp, khi đó giai đoạn (1) là giai đoạn chậm quyết định tốc độ phản ứng và bị ảnh hưởng lớn bởi các nhóm thế Nếu

đưa nhóm thế hút electron vào nhân thơm andehit, thì tốc độ phản ứng của giai đoạn cộng hơp tăng lên trong khi đó tốc độ phản ứng dehydrat hóa lại giảm đi và trở thành gia đoạn quyết định tốc độ phản ứng Khi đó ảnh hưởng của nhóm thế đến tốc

độ chung của phản ứng là không đáng kể

1.2.2 Hoạt tính sinh học azometin

Do cấu trúc của azzometin có nhóm –CH=N- trong phân tử nên các azzometin

là những chất có hoạt tính sinh học khá cao và đa dạng Chúng tham gia vào quá trình trao đổi amino axit, là sản phẩm trung gian trong quá trình tổng hợp peptit Azometin có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virut, chống viêm, kháng HIV, kháng lao… Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm của azometin tương đối rộng, tác dụng lên nhiều chủng loại vi khuẩn Gram (-), Gram (+) và các loại nấm men, nấm mốc Thường thì chỉ các azometin thơm và dị vòng thơm mới có hoạt tính sinh học Hoạt tính sinh học của azzometin có liên quan chặt chẽ với cấu trúc phân tử của chúng, hoạt tính sinh học sẽ tăng lên khi trong phân tử của chúng có các nhóm thế có hoạt tính hay những nhóm có sự đồng tác dụng với cấu trúc imin trong phân

tử [ luận văn]

Phức chất của azometin với một số kim loại chuyển tiếp như Cu(II), Co(II)… cũng là những chất có hoạt tính sinh học cao vào cao hơn cả các azometin tương ứng [57,77]

Hiện nay một số hợp chất của azometin đã được sử dụng làm thuốc, được thử nghiệm lâm sàng Nhiều azometin có hoạt tính cao nhờ có các nhóm thế có tác dụng hợp đồng liên kết với nhóm azometin trong phân tử như các nhóm thế nitro, brom, cacbonyl, đê sử dụng trongg lĩnh vực hóa dược, sinh học

Ngoài ra các azometin còn được sử dụng làm chất lưu hoa cao su, làm chất tạo phức…

1.3 Sơ lược về dị vòng thiazolidin-4-on

Thiazolidin là loại dị vòng no 5 cạnh chứa hai dị tố nitơ (N) và lưu huỳnh (

Ngoài ra, các tác giả ở công trình [10] đã thực hiện đóng vòng 4-on nhờ phản ứng kết hợp ba hợp phần: amin, hợp chất cacbonyk và axit thioglicolic:

1,3-thiazolidin-SN

S N N

R1 R2O

Với R1: Me, Et, 4-MePh, 4-MeOPh, 4-NO2Ph, 3-NO2Ph, 3-BrPh ; R2 : H, Me

1.3.2 Hoạt tính sinh học của các thiazolidin-4-on

Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm: Tác giả công trình [14] đã nghiên cứ

hoạt tính kháng khuẩn với dòng Bacillus subtilis và Escherichia coli của các dẫn

xuất ở vị trí số 2 và số 3 của vòng thiazolidin-4- on với nhiều nồng độ khác nhau Tác giả nhận thấy khi thêm hai nguyên tử flo vào vị trí số 2 và số 6 thành 2-( 2,6- difluorophenyl)-3-[2-(1-hidroxixiclohexyl)-2-(4-metoxiphenyl)etyl]thiazolidin-4-on

có tác dụng làm tăng đáng kể khả năng ức chế đối với chủng khuẩn được thử

Hoạt tính kháng virut HIV

Các tá giả ở công trình [9] đã thông báp khả năng ức chế sự nhân bản đối với virut HIV của 2,3- diaryl-1,3-thiazolidin-4-on ở nồng độ nanomol Các chất này có tác dụng làm ức chế quá trình sao chép ngược đối với các enzim có tác dụng thiết yếu trong việc nhân bản các virut gây suy giảm miễn dịch ở người nhiễm HIV Kết quả nghiên cứu của các tác giả cũng cho thấy khả năng chống HIV của 2,3- diaryl-1,3-thiazolidin-4-on tăng gấp 10 lần 1-aryl-1H,3H-thiazolo[3,4-a]benziimidazole và dẫn xuất của nó

Hoạt tính kháng lao: Đại dịch AIDS và triệu chứng nhờn thuốc của các vi

khuẩn lao đang là mối quan tâm hàng đầu của ngành Y tế của các nước trên thế giới Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu của các nhà kho học về vấn đề này nhằm tìm ra các hợp chất mới có tác dụng tương tự như Streptomycin hoặc Phthivazid đã được dùng để chữa trị bệnh lao phổi Ví dụ Sadashiva và các cộng sự trong công trình [28] đã dùng mộ số dãn xuất của 2-iminothiazolidin-4-on để gây

độc tính đối với các vi khuẩn gây bệnh lao đã kháng thuốc mặc dù các chất này có hiệu quả chưa cao

Tong công trình [11], tác giả nghiên cứu hoạt tính chống vi khuẩn Myobacterium (H37Rv) gây hiện tượng kháng thuốc chống lao ở người thu được một số dẫn xuất thiazolidin-4-on gây ức chế sự phát triển của chủng khuẩn kháng lao trên cơ thể người ở nồng độ 12,5 µg/mL

Hoạt tính chống ung thư : Trong công trình [8], tác giả đã chọn ra 10 hợp

chất có hoạt tính với tế bào được chọn ra từ 372 thiazolidin-4-on có cấu trúc tương

tự nhau Các hợp chất này ít độc hại với cơ thể người, có khả năng tiêu diệt chọn lọc

cả những tế bào không nhỏ của dòng tế bào ung thư phổi H460 Một số dẫn xuất của 2-phenylliminothiazolidin-4-on có tác dụng ức chế mạnh sự tăng trưởng của các dòng tế bảo ung thư ruột kết của người như dòng HCT-116, HCT-8, H-630

Tác động tới hệ tim mạch : Nghiên cứu ảnh hưởng đến hệ tim mạch của một

loạt dẫn xuất tạo ra từ axit 2-xiclopentyl/ ( 5-ylaxetic đối với hệ tim mạch của mèo đưuọc đề cập trong công trình [15] Kết quả thu được một số dẫn xuất của thiazolidin-4-on đều gây hạ huyết áp ở các mức độ khác nhau trong khoảng thời gian 15 phút

 Phương pháp 2

Đây là phương pháp điều chế 5-arylidenthiazolidin-2,4- dion bằng cách ngưng

tụ thiazolidin-2,4- dion với andehit thơm ( phương pháp này áp dụng trong luận văn)

S

O

O Ar

2,4- dion

5-arylidenthiazolidin-Dung môi cho phản ứng có thể là axit axetic, xúc tác thường dùng là natriaxetat khan

1.4.2 Hoạt tính sinh học của 2,4- thiazolidindion

Tác dụng kháng khuẩn

Đây là tác đụng đáng chú ý nhất của dãy chất này Nhiều dẫn xuất có tác dụng kháng khuẩn mạnh đã được công bố L.Ya.Ladnaya và N.M Turkervivh đã tổng hợp một dãy chất có tác dụng kháng khuẩn mạnh là các chất ngưng tụ của nitrofurfural với 2,4-thiazolidindion Ngoài ra, các chất này có tác dụng mạnh với các khuẩn đường ruột

O

O2N (CH=CH)n C

NH S O O

H n= 0,1

Tương tự chất có công thức trên, các tác giả Thụy Điển đã tổng hợp và thử tác dụng kháng khuẩn, chống nấm của các chất sau:

O

O2N (CH=CH)n C

NR1S

R4O

H n= 0,1 R1= ankyl, R4= O,S

R (R')

R= m- Cl R'= H R=2- MeO R'= 3- MeO

Chúng có tác dụng với các loại nấm Fusarium culmorum, Alternaria tenuis,

Botrytis cinerea

Các dẫn xuất do N.M turkevich và P.N Steblue tổng hợp cũng các tác dụng kháng khuẩn và kháng nấm mạnh Chúng có cấu trúc bis 2,4- thiazolidindion

CHƯƠNG 2:THỰC NGHIỆM 2.1 Phương pháp nghiên cứu

2.1.1 Hóa chất và dụng cụ

Hóa chất được sử dụng trong các phản ứng bao gồm:

Anhydrit axetic, thiore Trung Quốc p- anisidin

p- toludin phenyl hydrazin 2,4- đinitrophenylhydrazin 1-naphtyl amin

Merk

KNO3, H2SO4, NaOH,

CH3COOH, Cl CH2COOH Trung Quốc

Dụng cụ bao gồm:

 Bản mỏng (bản nhôm tráng silicagel của Merk)

 Đèn tử ngoại hai bước song 254nm và 365nm

 Bình cầu, sinh hàn, bếp khuấy từ, máy siêu âm

2.2 Phương pháp xác định cấu trúc

2.2.1 Xác định nhiệt độ nóng chảy

Nhiệt độ nóng chảy được đo trên máy Melting point đặt tại bộ môn hóa Hữu

cơ, khoa Hóa học, trường ĐHSPHN

2.3 Sơ đồ tổng hợp

CHO

OCH3OCOCH3

CHO

OCH3OCOCH3

CHO

OCH3

OH

(CH3CO)2O piridin

HNO3-15 0C

NO2 NaOH, t 0C

CHO

OCH3OH

NO2

(3) (2)

(1)

N H S

O

O

NO2OCH3HO

S

N O

O

H CHO

OCH3

OH

NO2

2.4 Tổng hợp các chất đầu

2.4.1 Tổng hợp vanillinaxetat (1)

CHO

OCH3OCOCH3

CHO

OCH3

OH

(CH3CO)2O piridin

Cho vanillin ( 10.00 g, 65.72 mmol) vào trong bình cầu chứa piridin (20mL), cho con từ, khuấy đến khi tan hoàn toàn Thêm từ từ acetic anhydride ( 50mL) vào hỗn hợp trên, khuấy mạnh ở nhiệt độ phòng trong 4 giờ Kết thúc phản ứng, thêm HCl đặc để xử lý piridin Sau đó, đổ hỗn hợp vào cốc đá vụn, khuấy đều thu được kết tủa màu trắng Lọc kết tủa trên phễu Buckner và rửa bằng dung dịch HCL loãng lạnh và sau đó rửa bằng nước lạnh đến môi trường trung tính

Tinh chế sản phẩm trong etanol thu được tinh thể hình kim màu trắng ( 10.86g, 85%, t0nc: 76- 77 0C)

( Lưu ý: piridin rất độc, phản ứng cần được xử lý trong tủ hốt)

Cho KNO3 ( 300g) vào bình cầu 1000 ml (lắp khuấy từ), thêm từ từ 500ml

H2SO4 đặc(500mL ) được làm lạnh bằng nước đá Lắp hệ cất và ống canxi clorua Đun nóng và khuấy hỗn hợp để cất từ axit nitric đậm đặc ra khỏi hỗn hợp Sản phẩm thu được là chất lỏng màu vàng nhạt HNO3 đậm đặc được bảo quản trong bình có nút nhám để dùng dần cho phản ứng nitro hóa

2.4.3 Tổng hợp 2- nitrovanillinaxetat(2)

CHO

OCH3OCOCH3

NO2CHO

60 phút và nhiệt độ của phản ứng không được cao quá -15 oC

Sau khi phản ứng kết thúc, đổ hợp thu được và cốc chứa nước đá nhiền nhỏ

và khuấy bằng đũa khuấy Lọc, thu kết tủa và rửa kết tủa bằng nước lạnh đến môi rườn trung tính Tinh chế sản phẩm trong etanol thu được tinh thể hình kim màu trắng (khối lượng sản phẩm 9,86g, H=80%, t0 nc: 87 0C

2.4.4 Tổng hợp 2- nitrovanillin(3)

CHO

OCH3OH

NO2CHO

O

O

Cho vào bình cầu 5g ( 0,065 mol) thioure (5g, 0.065 mol) và axit monocloroaxetic (62g, 0,65 mol) và 500ml nước cất Đun hồi lưu 4 giờ, để yên 24 giờ Kết tủa tạo thành, lọc hút, rửa kết tủa bằng nước lạnh, sấy khô Kết tinh lại trong nước, thu được chất kết tinh hình kim, màu trắng (5,7g, 74% )

2.5 Tổng hợp một số azometin

2.5.1 Tổng hợp một số azometin của 2-nitrovanillinaxetat

CHO

OCH3OCOCH3

Hòa tan 4- formyl-2- methoxy-3- nitrophenyl acetate ( 1mmol ) trong metanol

(10mL ) Thêm amin ( 1mmol) vào hỗn hợp trên Liên tục khuấy mạnh hỗn hợp 4-6

giờ ở nhiệt độ phòng Kết thúc phản ứng, làm lạnh hỗn hợp và lọc lấy chất rắn trên phễu Buckner, rửa bằng metanol lạnh Kết tinh trong metanol thu đƣợc các

N

NO2HN

-H= 70 %

 Tổng hợp nitrophenyl acetate ( 2B )

(E)-2-methoxy-4-(((4-methoxyphenyl)imino)methyl)-3-OCH3OCOCH3

-H= 75 %

 Tổng hợp (E)-2-methoxy-3-nitro-4-((p-tolylimino)methyl)phenyl acetate

CH3CHO

-H= 74 %

 Tổng hợp

(E)-4-((2-(2,4-dinitrophenyl)hydrazono)methyl)-2-methoxy-3-nitrophenyl acetate ( 2D )

NH2CHO

N

NO2HN

-H= 78 %

 Tổng hợp (E)-2-methoxy-4-((naphthalen-1-ylimino)methyl)-3-nitrophenyl

acetate ( 2E )

NH2CHO

-H= 70 %

2.5.2 Tổng hợp một số azometin của 2-nitrovanillin

CHO

OCH3OH

NO2

N Ar

Hòa tan 4-hydroxy-3-methoxy-2-nitrobenzaldehyde ( 1mmol ) trong etanol

(10mL ) Thêm amin ( 1mmol) vào hỗn hợp trên Đun hồi lưu cách thủy trong 2 giờ Kết thúc phản ứng, làm lạnh hỗn hợp và lọc lấy chất rắn trên phễu Buckner, rửa bằng etanol lạnh Kết tinh trong etanol thu được azometin

 Tổng hợp (E)-2-methoxy-3-nitro-4-((2-phenylhydrazono)methyl)phenol

(3A)

OCH3OH

N

NO2

HN CHO

H2N

( 3A )

(3)

phenyhydrazin

Sản phẩm

1mmol 1mmol -chất rắn, màu vàng cam () -t0n/c = 167 0C

-H= %

 Tổng hợp (E)-2-methoxy-4-(((4-methoxyphenyl)imino)methyl)-3-nitrophenol

(3B)

OCH3OH

-H= 65 %

 Tổng hợp nitrophenol ( 3C )

(E)-4-(((4-hydroxyphenyl)imino)methyl)-2-methoxy-3-OCH3OH

-H= 61 %

 Tổng hợp

(E)-4-((2-(2,4-dinitrophenyl)hydrazono)methyl)-2-methoxy-3-nitrophenol ( 3D )

OCH3OH

-H= 70 %

 Tổng hợp (E)-2-methoxy-4-((naphthalen-1-ylimino)methyl)-3-nitrophenol

( 3E )

OCH3OH

-H= 60 %

2.6 Tổng hợp một số dẫn xuất thiazolidin - 4- on

 Tổng hợp nitrophenyl acetate (2B1)

NO2S N O

( 2B1 )

Hòa tan (E)-2-methoxy-4-(((4-methoxyphenyl)imino)methyl)-3-nitrophenyl

acetate ( 2B, 1mmol ) trong bình cầu chứa toluen ( 25mL ) Thêm axit thioglyconic

( 1,5 mmol), khuấy động mạnh ở nhiệt độ phòng trong 6 giờ Phản ứng kết thúc, đuổi hết dung môi ( cô quay hút chân không) Trung hòa bằng dung dịch NaHCO3đến môi trường trung tính, lọc lấy chất rắn Kết tinh sản phẩm trong etanol, thu được tinh thể màu trắng sữa 2-methoxy-4-(3-(4-methoxyphenyl)-4-oxothiazolidin-

2-yl)-3-nitrophenyl acetate ( 2B1)

 Tổng hợp 2-(4-hydroxy-3-methoxy-2-nitrophenyl)-3-(4-methoxyphenyl)

thiazolidin-4-one

OCH3OCOCH3

NO2S N O

OCH3HO

( 2C2 ) Cách tiến hành tương tự như chất 2B1, từ (E)-2-methoxy-3-nitro-4-((p- tolylimino)methyl)phenyl acetate ( 2C, 1 mmol ) trong toluen ( 25 mL ) và axit

thioglyconic ( 1,5 mmol ) Sau phản ứng cô cạn toluen, trung hòa sản phẩm bằng NaHCO3, lọc lấy chất rắn Sản phẩm thu được là hỗn hợp 3 chất Tiến hành sắc ký

cột thu được chất 2C2 ( g, % )

2.7 Tổng hợp một số dẫn xuất 5- aryliden- 2,4-thiazolidindion

 Tổng hợp 2-methoxy-3-nitro-4-((Z)-(2,4-dioxothiazolidin-5-ylidene)methyl)

phenyl acetate

N O

O H

+

CH3COOH

CH3COONa

N H S

O

O (3)

(3F)

Cho vào bình phản ứng 4- hydroxy- 3-methoxy-2- nitrobenzaldehyde ( 0,005

mol ), thiazolidin -2,4-dion ( 0,005 mol), CH3COONa (0,75g), CH3COOH ( 5mL), khuấy đun hồi lưu cách dầu trong 5 giờ, kết tủa xuất hiện Để qua đêm, lọc kết tủa , rửa bằng cồn loãng Kết tinh sản phẩm trong hỗn hợp EtOH và DMF, thu được sản phẩm màu vàng nâu ( 45 %)

2.8 Thử hoạt tính sinh học

Chúng tôi thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định tại được xác định tại phòng Hóa sinh ứng dụng – Viện Hóa học – Viện hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Với các mẫu 2A, 2E, 2D, 3E, 3C, 3D, 2B1, 3F : chúng tôi thử với hoạt tính

(1996) với các chủng vi sinh vật kiểm đinh là : vi khuẩn Gr (+) Staphylococus

aureus; Bacillus subtilis; Lactobacillus fermentum, vi khuẩn Gr (-) Salmonella enterica; Escherichia coli; Pseudomnas aeruginosa và nấm Candida albican

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 3.1 Tổng hợp và xác định cấu trúc của vanillin axetat (1)

3.1.1 Tổng hợp

Chúng tôi thực hiện phản ứng axetyl hóa vanillin ở trong hai điều kiện khác nhau Khi có xúc tác là axit sunfuric đặc, phản ứng cho hiệu suất thấp, sản phẩm tạo thành dạng giọt dầu nên rất khó tinh chế Khi thực hiện phản ứng có xúc tác là piridin, hiệu suất phản ứng cao hơn và sản phẩm ở dạng kết tủa màu trắng

Tuy nhiên, phản ứng cần được xử lý trong tủ hốt vì piriđin rất độc

Hình 3 1: Phổ 1 H-NMR của (1)

Phổ 1H-NMR của (1) được trình bày trong hình 3.1 và phụ lục

Trên 1H-NMR của (1) xuất hiện 3 vân đơn, 2 vân đôi và 1 vân đôi đôi ứng

với 10 nguyên tử hidro như công thức cấu tạo dự kiến

Ở vùng trường mạnh có 1 vân đơn có độ chuyển dịch hóa học là 2,34 ppm (3H; s) ứng với tín hiệu cộng hưởng của H4’ của nhóm COCH3

Ở trường trung bình có 1 vân đơn có độ chuyển dịch hóa học là 3,91ppm (3H; s) đặc trưng cho H2’ của nhóm OCH3

Ở vùng trường yếu có 4 vân trong đó có 2 vân đôi, 1 vân đôi đôi, và 1 vân đơn là tín hiệu cộng hưởng của proton của nhân thơm và nhóm CHO Trong đó vân

có độ chuyển dịch hóa học 7,22 ppm (1H; d; 8 ) đặc trưng cho proton H5 Vân của H5 bị tách với tương tác spin-spin của H6 ở vị trí ortho với J= 8 Hz Vân có độ chuyển dịch hóa học 7,47 ppm (1H; dd; 7,8; 2) đặc trưng cho proton H6 Vân của H6 bị tách bới H5 ở vị trí ortho với J= 8 Hz và H2 ở vị trí meta với J= 2,0 Hz Vân

có độ chuyển dịch hóa học 7,50 ppm (1H; d; 2 ) đặc trưng cho proton H2 Vân của H2 bị tách với tương tác spin-spin của H6 ở vị trí meta với J= 2 Hz.Vân có độ chuyển dịch hóa học 9,95 ppm (1H; s ) đặc trưng cho tín hiệu cộng hưởng proton H1’

Sau khi phân tích các phổ 1H-NMR của (1) nhận thấy có 6 tín hiệu cộng

hưởng của 10 nguyên tử H, phù hợp với công thức dự đoán Các giá trị phổ sau khi được quy kết được tổng hợp tại bảng dưới đây:

Vậy qua phần phân tích phổ và đối chiếu với tài liệu tham khảo hợp chất (1) tạo ra

phù hợp với công thức cấu tạo dự kiến

3.2 Tổng hợp và xác định cấu trúc của 2- nitrovanillinaxetat (2)

3.2.1 Tổng hợp

Với phản ứng này, chúng tôi tiến hành theo các phương pháp khác nhau:

 Nitro hóa vanillin axetat trong HNO3 ở -150C

Thêm thật chậm vanillin axetat ( 10.00g, 51,50 mmol) vào bình cầu có chứa axit nitric (40mL) trong vòng 30 phút ở -15 oC đến -20 oC Hỗn hợp được khuấy động mạnh trong vòng 5 giờ Lưu ý, nhiệt độ của phản ứng không được cao quá -

15 oC Sau 5 giờ, chúng tôi thử trên HPLC thì không thấy có sản phẩm xuất hiện Khi đặt lại phản ứng, chúng tôi tăng thể tích HNO3 và kéo dài thời gian phản ứng nhưng vẫn không thấy sản phẩm xuất hiện

 Nitro hóa vanillin axetat ở -150C có trong CH3COOH

Hòa tan vanillin axetat ( 10.00g, 51,50 mmol vào bình cầu chứa 50ml axit axetic (50mL) Nhỏ từ từ HNO3 (40 mL) trong vòng 30 phút Khuấy mạnh hỗn hơp phản ứng ở -15 oC đến -20 o

C trong 2 giờ Sau đó, chúng tôi tiến hành thử trên HPLC thì thấy có sản phẩm xuất hiện, nhưng hiệu suất rất thấp

Khi đặt lại phản ứng, chúng tôi kéo dài thời gian phản ứng, tăng lượng HNO3nhưng hiệu suất phản ứng vẫn rất thấp

 Nitro hóa vanillin axetat ở -150C có trong H2SO4

Tiến hành tương tự như với xúc tác là axit axetic Chúng tôi cũng tiến hành kiểm tra trên HPLC, thấy xuất hiện hỗn hợp sản phẩm ở dạng dầu với hiệu suất thấp

Khi đặt lại phản ứng, chúng tôi kéo dài thời gian phản ứng, tăng lượng HNO3nhưng hiệu suất phản ứng vẫn rất thấp

 Nitro hóa vanillin axetat ở -150C có trong HNO3

Chúng tôi tiến hành điều chế HNO3 đậm đặc từ KNO3 và H2SO4 , sau đó sử dụng HNO3 này để thực hiện phản ứng nitro hóa

Thêm thật chậm vanillin axetat ( 10.00g, 51,50 mmol) vào bình cầu có chứa axit nitric (40mL) trong vòng 30 phút ở -15 oC đến -20 o

C Hỗn hợp được khuấy động mạnh trong vòng 60 phút Lưu ý, nhiệt độ của quá trình phản ứng phải được duy trì không cao quá -15 oC

Kết thúc phản ứng, đổ hợp ra cốc chứa đá vụn, thu được kết tủa màu trắng Lọc rửa kết tủa bằng nước lạnh Tinh chế sản phẩm trong etanol thu được tinh thể hình kim màu trắng ( 9,86g, 80%)

3.2.2 Xác định cấu trúc

Theo phản ứng chúng tôi dự đoán công thức hóa học của (2) như sau:

CHO

OO

H3CO

NO2

1

2 3

1' 2'

3' 4'

5

Hình 3 2: Phổ 1 H-NMR của (2)

Phổ 1H-NMR của ( 2) được trình bày ở hình 3.2 và phụ lục