giáo trình tỔNG hợp hữu cơ amide

Coumarin t nồ t iạ nhi uề trong các loài th cự v t:ậ Cỏ mực, Ba dót, Mầntưới, Bạch chỉ, Tiền hồ, Ammi visnaga, Sài đất, Mù u, Hoàng kỳ, Cúc La Mã,Quế… đượ sử d ngc ụ r ngộ rãi trong các

I.1 KHÁI QUÁT VỀ COUMARIN

Coumarin (2H-chromen-2-one) là m tộ lo iạ c aủ h pợ ch tấ benzopyrone,

t nồ t iạ trong th cự v tậ đượ bi tc ế từ năm 1820 trong h tạ c aủ cây Dipteryx odorata Willd thu cộ họ đ u.ậ Cây này m cọ ở Brazil, có tr ngồ ở Venezuela vàcòn có tên đ aị phươ là “coumarou”, do đó mà có tên coumarin H png ợ ch tấbenzopyrone g mồ m tộ vòng benzen k tế h pợ v iớ m tộ vòng pyrone, có hai lo iạ

thườ g png ặ là benzo-α-pyrone thườ đng ượ g ic ọ là coumarin và pyrone thườ đng ượ g ic ọ chromone

ở dạng aglycon thì dễ tan trong dung môi kém phân cực

Coumarin t nồ t iạ nhi uề trong các loài th cự v t:ậ Cỏ mực, Ba dót, Mầntưới, Bạch chỉ, Tiền hồ, Ammi visnaga, Sài đất, Mù u, Hoàng kỳ, Cúc La Mã,Quế… đượ sử d ngc ụ r ngộ rãi trong các lo iạ nướ hoa, các ngành côngcnghi pệ mỹ ph m,ẩ nông nghi pệ và dượ ph m.c ẩ M tộ số d nẫ xu tấ coumarin đã

đượ t ngc ổ h pợ để ph cụ vụ cho đi uề trị b nhệ tim m ch,ạ lão hóa, tính ch tấkháng khu nẩ và

quang Hóa h cọ c aủ coumarin ngày càng đượ quan tâm phát tri nc ể thêm nhi uề

s nả ph mẩ h uữ ích

I.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP COUMARIN

Coumarin có thể đượ t ngc ổ h pợ b ngằ các ph nả ngứ cổ đi nể như ph nảng

ứ Perkin, Pechmann ho cặ Knoevenagel Th iờ gian g nầ đây, các ph nả ngứ để

t ngổ h pợ các h pợ ch tấ dị vòng thu nậ l iợ h nơ đượ quan tâm là ph nc ả ngứWittig, Kostanecki-Robinson và Reformatsky [9, tr.38-45]

 Các ph nả ngứ Perkin, Knoevenagel, Reformatsky, Kostanecki-Robinson

và ph nả ngứ Wittig đ uề có sự tham gia c aủ vòng benzen có hai nhóm

thế (-COR và –OH) ở vị trí ortho:

• Ph nả ngứ Perkin

Vòng coumarin đượ hình thành nhờ ph nc ả ngứ ng ngư tụ aldol gi aữ

ortho-hydroxybenzaldehyde v iớ anhydride acetic có m tặ xúc tác natri acetate

Ph nả ngứ ng ngư tụ c aủ aldehyde v iớ h pợ ch tấ methylene ho tạ đ ngộ khi

có m t ặ ammonia ho c amineặ đ uề đượ bi tc ế như là ph nả ngứ Knoevenagel.Xúc tác thườ sử d ngng ụ trong ph nả ngứ là base, ho cặ h nỗ h pợ c aủ amine

và acid carboxylic, ho cặ acid Lewis trong môi trườ đ ngng ồ thể Khi sử d ngụxúc tác là acid malonic ho cặ pyridine thì g iọ là sự k tế h pợ Doebbner

RO CHO

OH R

• Ph nả ngứ Wittig

Ban đ uầ là sự t oạ thành alkene nhờ ph nả ngứ gi aữ h pợ ch tấ carbonyl

v iớ phosphonium ylide, alkene ti pế t cụ th cự hi nệ chuy nể hóa đóng vòng để

Vòng coumarin đượ t oc ạ thành từ quá trình acyl hóa gi aữ các ketone

ortho-hydroxyaryl v iớ các anhydride acid béo k tế h pợ v iớ ph nả ng đóngứ vòng

n iộ phân tử

và dẫn xuất thường được gọi là phản ứng Pechmann-Duisberg.

Phản ứng được thực hiện giữa aryl halogenua hoặc phenol với alkyne ở nhiệt

độ phòng cùng với sự đóng vòng nội phân tử sẽ tạo thành coumarin

I.3 ỨNG DỤNG CỦA COUMARIN

Aflatoxin là đ cộ tố vi n mấ s nả sinh tự nhiên b iở m tộ số loài Aspergillus - là

m tộ lo i ạ n mấ m c, ố đáng chú ý nh t ấ là Aspergillus flavus và Aspergillus

O

R

parasiticus Các aflatoxin (B1, B2, G1, G2, M1, M2) là m t ộ nhóm các ch tấ đ cộ

c pấ tính và là tác nhân gây ung th ư Sau khi thâm nh pậ vào cơ th ,ể cácaflatoxin có thể đượ gan chuy nc ể hóa thành d ngạ trung gian epoxit ho tạhóa ho cặ đượ th yc ủ phân và trở thành M1 ít đ cộ h n.ơ Aflatoxin B1 đã

đượ t ngc ổ h pợ từ 5- benzyloxy-4-methyl-7methoxy coumarin Các h pợ ch tấnày đ uề ch aứ khung coumarin trong phân t ử

Kháng sinh nhóm coumarin như novobiocin, coumermycin A1 và clorobiocin

là chất ức chế mạnh enzyme DNA gyrase Các kháng sinh này đã được phân lập từ

các loài Streptomyces khác nhau và tất cả đều chứa gốc

3-amino-4-hydroxycoumarin Novobiocin đã được cấp phép ở Mỹ để điều trị cho người nhiễm

vi khuẩn gram dương như Staphylococcus aureus, S epidermidis Novobiocin và

các dẫn xuất của nó cũng đã được nghiên cứu như thuốc chống ung thư tiềm năng[3,7]

OH

H

OCH 3 CH3 O

tenus Benzocoumarins autumnariol và autumnarriniol phân lập từ củ hành tạo

thành các thành phần hương vị của Shilajit Furocoumarin glapalol và coumasterolcũng đã được cô lập Sự tích tụ và biến đổi đồng thời của các hợp chất được gọi làphytoalexin (rotenonones, stemonone và stemonal) trong quá trình chuyển hóa đượccho là cơ chế kháng bệnh ở thực vật [11]

Bảng 1.1 Hoạt tính sinh học của coumarin Hợp chất Hoạt tính sinh học

Dẫn xuất 4-methoxycoumarin Đi uề trị xơ hóa

O O

(diethylamino)coumarin acid carboxylic trong áp suất chất lỏng

cao ChromatographyDẫn xuất 4-hydroxycoumarin Cung cấp thuốc nhuộm phân tán

Dẫn xuất 3-aryl-7-

diethylaminocoumarin Vật liệu huỳnh quang

Dẫn xuất 7-amino-4-hydroxymethyl

coumarin

Làm lồng acid butyric γ-amine (GABA)

để điều tra các mạch thần kinh trong mô

Axit N-(cacbonyl coumarin-3-yl)-α-

amino

Đánh dấu huỳnh quang cho các acid amine và dipeptides

I.4 MỘT SỐ PHẢN ỨNG CHUYỂN HÓA CỦA 3-AMINOCOUMARIN

Muhammed Abd Khadom đã ti nế hành chuy nể hóa 3-aminocoumarin quahai giai đo n:ạ Giai đo nạ m tộ là giai đo nạ t oạ thành b nố h pợ ch tấ base Schiffnhờ ph nả ngứ ng ngư tụ gi aữ 3-amino coumarin (1) v iớ aldehyde th mơ Giai

đo nạ hai là ph nả ngứ gi aữ base Schiff (2a-d) v iớ 4-hydroxy coumarin để t oạthành s nả ph mẩ (3a-d).

Các h pợ ch tấ (2a-d) và (3a-d) đ uề đã đượ thăm dò ho tc ạ tính sinh h cọ

và cho k tế quả kháng t tố v iớ m tộ số vi khu nẩ như Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Psedomonase aeruginosa Ngoài ra các hợp chất trên còn kháng một số loài nấm như Aspergllus niger, Penicillium italicum, Fusarium oxysporum [10] Sử dụng thuốc kháng sinh Amoxicillin làm tiêu

chuẩn cho vi khuẩn và Mycostatin là tiêu chuẩn cho nấm Kết quả đo đường kínhkháng khuẩn, kháng nấm (mm) của các hợp chất này được biểu diễn ở bảng 1.3 và1.4

Bảng 1.3 Hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất (2a-d) và (3a-d)

3b 13 22 16

3c 13 17 16

3d 16 12 10

Mycostatin 12 19 25

Các tác giả M A Al-Haiza, M S Mostafa và M Y El-Kady đã tiến hành cho

3-aminocoumarin (1) ph nả ngứ v iớ benzoyl isothiocyanate t oạ thành

3-(3’-coumarinyl)-N-benzoylthiourea (2) Từ (2) l iạ ti pế t cụ chuy nể hóa thành

(2)

PhCON

S

N ClCH2COOH

O

(4)

aromatic aldehydes

PhCOCNS

benzyl cloride

O

(5)

N(CH 2 Ph) 3

Cl O

Amoxicillin làm tiêu chuẩn cho vi khuẩn và Mycostatin là tiêu chuẩn chonấm ở nồng độ 1000ppm

Bảng 1.5 Hoạt tính kháng nấm của hợp chất (2) đến (8a-d)

coumarin mang lại, chúng tôi quyết định chọn đề tài “Tổng hợp một số dẫn xuất

của 3-aminocoumarin”.

Đ ườ kính ng kháng khuẩn (mm)

S aureus B subtilis B cereus

aurignosa E coli aerogenes

CHƯƠNG II

CHHO

H OHH

- 14,5 gam (0,14 mol) anhydride acetic

- 5,0 gam (0,06 mol) glycine

2 CH

2

b ngằ nướ l nh.c ạ Để khô thu l yấ s nả ph mẩ dướ d ngi ạ ch tấ r nắ màu tr ngắ

II.1.2.2 Hóa chất

- 5,0 gam (0,043 mol) acetylglycine

- 12,2 gam (0,1 mol) salicylaldehyde

ứ thêm 10 ml nướ và ti pc ế t cụ đun h iồ l uư h nỗ h pợ trong 30 phút L cọ

l yấ ch tấ r nắ tách ra, r aử b ngằ diethyl ether Để cho ether bay h iơ h tế r iồmang k tế tinh trong ethanol

S nả ph mẩ thu đượ là tinh thể hình kim màu cam, nhi tc ệ độ nóng ch yả

là 200-203oC (phù h pợ v iớ tài li uệ [12]) Hi uệ su tấ ph nả ngứ đ tạ 50,72%

S nả ph mẩ thu đượ là tinh thể hình kim màu tr ngc ắ ngà, nhi tệ độ

- 1,16 gam (0,01 mol) 3-aminocoumarin

- 1,35 gam (0,01 mol) phenyl isothiocyanate

- 0,805 gam (0,005 mol) 3-aminocoumarin

- 0,543 gam (0,005 mol) ethyl carbonochloridate

- 0,41 gam (0,005 mol) natri acetate khan

10 ml đioxan Ti pế t cụ l cắ thêm 1 giờ ở nhi tệ độ thườ r ing ồ đun nóng ở

70-80oC trong 1 giờ n a.ữ Sau khi để ngu i,ộ đổ h nỗ h pợ ph nả ngứ vào 100 ml

nướ đá v n.c ụ L cọ l yấ k tế t aủ tách ra, k tế tinh l iạ trong ethanol : nướ Để khôc.thu l yấ s nả

ph mẩ dướ d ngi ạ ch tấ r nắ màu tr ng,ắ nhi t ệ độ nóng ch yả 156,4-157oC

Hi uệ su tấ ph nả ngứ đ tạ 74,5%

H N C(CH 3 ) 3

- 0,805 gam (0.005 mol) 3-aminocoumarin

- 0,603 gam (0,005 mol) isobutyl chloride

- 0,41 gam (0,005 mol) natri acetate khan

- 5ml Dioxan

II.2.3.3 Cách tiến hành

V aừ l cắ v aừ nhỏ từ từ dung d chị l nhạ c aủ 0,603 gam isobutylchloride (0.005 mol) trong 5,0 ml đioxan vào dung d chị l nhạ ch aứ 0,805 gam3- aminocoumarin (0,005 mol) và 0,41 gam natri acetate khan (0,005 mol)trong 10 ml đioxan Ti pế t cụ l cắ thêm 1 giờ ở nhi tệ độ thườ r ing ồ đun nóng ở70-80oC trong 1 giờ n a.ữ Sau khi để ngu i,ộ đổ h nỗ h pợ ph nả ngứ vào 100

ml nướ đá v n.c ụ L cọ l yấ k tế t aủ tách ra, k tế tinh l iạ trong ethanol : nướ Đểc.khô thu đượ s nc ả ph mẩ dướ d ngi ạ ch tấ r nắ màu tr ng,ắ nhi tệ độ nóng

Các thí nghiệm khảo sát tính kháng khuẩn với 2 loại khuẩn Escherichia coli và Bacillus subtilis được tiến hành như sau: Nấu môi trường MPA bao gồm các thành

phần: 5 gam cao thịt, 5 gam peptone, 5 gam natri clorua khan, 20 gam agar và

1000 ml nước cất Khuấy đều và nấu hỗn hợp đến khi sệt lại, hấp hỗn hợp trong nồi

áp suất Đổ hỗn hợp lần lượt lên các đĩa petri trong tủ cấy vô trùng, để yên trong

24 giờ Cấy trải vi khuẩn Escherichia coli và Bacillus subtilis lên môi trường MPA

trong đĩa petri, dùng khoan nút chai khoan một lỗ giữa đĩa Hút 0,1 ml chất ở cácnồng độ 1% và 2% cho vào lỗ khoan Đặt mẫu trong tủ lạnh từ 4-8 giờ, ủ ở nhiệt độphòng 24 giờ, sau đó đo đường kính vô khuẩn D-d (mm) Trong đó:

- D đường kính vòng vô khuẩn chất khảo sát (mm)

- d là đường kính vô khuẩn của dung môi hòa tan (mm)

II.4 NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC

II.4.1 Nhiệt độ nóng chảy

Nhi tệ độ nóng ch yả c aủ các ch tấ đượ đo b ngc ằ máy SMP3 ở phòng

th cự hành Hóa đ iạ cương, khoa Hóa h c,ọ trườ Đ ing ạ h cọ Sư ph mạ thành phố

Hồ Chí Minh

II.4.2 Phổ hồng ngoại (IR)

Phổ h ngồ ngo i ạ (IR) c a cácủ ch tấ đượ đo trên máy Shimadzu FTIR-c8400S theo phươ pháp ép viên v ing ớ KBr t iạ Khoa Hóa h c,ọ Trườ Đai h cng ọ

Sư ph mạ thành phố Hồ Chí Minh

II.4.3 Phổ cộng hưởng từ proton ( 1 H-NMR)

Phổ 1H-NMR c aủ các ch tấ đượ đo trên máy Bruker Avance 500MHzc(dung môi DMSO) t iạ Vi nệ Hóa h c,ọ Vi nệ Khoa h cọ và Công nghệ Vi tệ Nam

II.4.4 Phổ khối lượng phân giải cao (HR-MS)

Phổ HR-MS của các chất được đo trên máy Bruker micrOTOF-Q 10187 tạiTrường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh

ph mẩ cu iố cùng [4, tr 611].

+

H2N COOH O

III.1.2.2 Cơ chế phản ứng

Theo tài li uệ [2], đ uầ tiên c pặ electron trên nguyên tử oxi ở ch cứ phenol

c aủ h pợ ch tấ salycilandehyde đóng vai trò tác nhân nucleophile t nấ công vàocarbon carbonyl trong h pợ ch tấ acetylglycine Sau đó tách lo iạ m tộ phân tử

Tiếp theo, piperidine - với vai trò của một base - lấy một proton trong nhóm

metylen linh động của (1’) để tạo carbanion Carbanion tấn công vào carbon carbonyl để khép vòng nội phân tử, sau đó tách nước để tạo thành sản phẩm (2).

III.1.2.3 Nghiên cứu cấu trúc

III.1.2.3.1 Phổ hồng ngoại của (2)

Trên phổ IR của hợp chất (2) xuất hiện các pic hấp thụ ở 3331 cm-1 đặc trưngcho dao động hóa trị của liên kết N-H, pic hấp thụ ở 1709 cm-1 là của liên kết C=Olacton, ở 1682 cm-1 là của liên kết C=O amide

Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của hợp chất (2)

III.1.2.3.2 Phổ cộng hưởng từ proton ( 1 H-NMR) của (2)

Về cườ độ tín hi u,ng ệ trên phổ 1H-NMR cho th yấ có t ngổ c ngộ 9proton đượ tách thành các tín hi uc ệ v iớ cườ độ tng ươ đ ing ố 3 : 1 : 1 : 1 : 1 :

1 : 1 phù h pợ v iớ c uấ trúc dự đoán c aủ (2).

Trong vùng từ trườ m nhng ạ xu tấ hi nđộệ m tộ tín hi uệ singlet v iớ cường

tươ đ ing ố b ngằ 3 và độ chuy nể d ch ị δ = 2,17 ppm đượ quy k tc ế là tín

hi uệ c aủ proton H10 trong nhóm methyl

Trong vùng từ trườ y ung ế xu tấ hi nđộệ m tộ tín hi uệ singlet v iớ cường

tươ đ ing ố b ngằ 1 và độ chuy nể d chị δ = 9,76 ppm là tín hi uệ c aủ

proton H9 trong nhóm amide

Do H4 không có tươ tác spin - spin v ing singlet ớ proton nào nên tín hi uệ

v iớ cườ độ tng ươ đ ing ố b ngằ 1 và độ chuy nể d chị δ = 8,61 ppm đượ quy c

k tế là c aủ proton H4

Trên phổ 1H-NMR còn xu tấ hi nệ c mụ tín hi uệ trong kho ngả7,32÷7,71 ppm là vùng tín hi uệ đ cặ tr ngư cho các proton c aủ vòng th m.ơTrong vòng coumarin, dị tố O đ yẩ electron làm m tậ độ electron ở H6 và H8

cao h nơ m tậ độ electron t iạ H5 và H7, nên tín hi uệ c aủ proton H6 và H8 d chịchuy nể về trườ m nhng ạ h nơ so v iớ proton H5 và H7 Gi aữ proton H5 và H6 có

tươ tác spin - spin tng ươ đng ươ gi ang ữ proton H7 và H6, do đó proton H6 sẽcho tín hi uệ doublet -

doublet v iớ cườ độ tng ươ đ ing ố b ngằ 1 và độ chuy nể d chị δ = 7,33 ppm (3J1 =

3J2 = 7,5 Hz) Proton H8 tươ tác spin - spin v ing ớ proton H7, do đó tín hi uệ

doublet v iớ cườ độ tng ươ đ ing ố b ngằ 1 và độ chuy nể d chị δ = 7,39 ppm (3J =

8,0 Hz) đượ quy k tc ế là c aủ proton H8 Hai tín hi uệ còn l iạ ở trườ y ung ế h nơ là

c a ủ proton H5 và proton H7 Proton H5 tương tác spin - spin v iớ proton H6 và H7

nên tín hi u ệ thu đượ là doublet - doublet Nh c ư v y,ậ đ ộ chuy n ể d chị

Theo tài liệu [5, tr 678] , quá trình thủy phân amide (2) thành amine trong môi

trường acid xảy ra qua 5 giai đoạn:

Giai đoạn 1: quá trình proton hóa của oxygen carbonyl tạo cation trung gian

bền vững nhờ hiệu ứng cộng hưởng Vai trò của proton trong giai đoạn này làproton hóa oxygen của nhóm carbonyl, làm tăng tính electrophile của carboncarbonyl

H N O

H O H H

O H

Giai đoạn 5: nguyên tử nitơ của amine với cặp electron tự do đóng vai trò tác

nhân nucleophile tấn công vào acid để lấy proton, chuyển amine thành ion NH3+

bền vững trong môi trường acid

+

O H

CH 3

III.1.3.3 Nghiên cứu cấu trúc

III.1.3.3.1 Phổ hồng ngoại của (3)

Trên phổ IR của hợp chất (3) xuất hiện hai pic hấp thụ ở 3428 cm-1 và

3329 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết N-H (đối xứng và bất đốixứng) trong nhóm NH2 , pic hấp thụ ở 1709 cm-1 là của liên kết C=O lacton Khi so

sánh phổ của (3) với (2) thấy đã có sự thay đổi (xem bảng 3.1).

III.1.3.3.2 Phổ cộng hưởng từ proton ( 1 H-NMR) của hợp chất (3)

Về cườ độ tín hi u,ng ệ trên phổ 1H-NMR cho th yấ có t ngổ c ngộ 7proton đượ tách thành các tín hi u c ệ v i ớ cườ đ ng ộ tươ đ ing ố 2 : 1 : 2 : 1 : 1 phù

h pợ v iớ c uấ trúc dự đoán c aủ (3).

Tín hi u ệ singlet v iớ cườ đ ng ộ tương đ i ố b ng ằ 2 và độ chuy n ể d chị

δ = 5,70 ppm là tín hi uệ c aủ proton H9 trong nhóm amine Tín hi uệ c aủproton trong nhóm N-H ở h pợ ch tấ (3) đã d chị chuy nể về trườ m nhng ạ h nơso

v iớ h pợ ch tấ (2) Đi uề này x yả ra là do trong h pợ ch tấ (3) đã m tấ đi nhómC=O là nhóm rút electron kế c nậ nhóm N-H, vì thế m tậ độ electron t iạ N-Htrong h pợ ch tấ (3) cao h nơ m tậ độ electron t iạ N-H trong h pợ ch tấ (2).

M tộ tín hi uệ singlet n aữ v iớ cườ độ tng ươ đ i b ngng ố ằ 1 và độ chuy nể d chị

δ = 6,71 ppm đượ quy k tc ế là c aủ proton H4 So v iớ h pợ ch tấ (2) tín hi uệ

c aủ proton H4 trong h pợ ch tấ (3) đã chuy nể d chị về trườ m nhng ạ h n.ơTrong h pợ

ch tấ (2) và (3), proton H4 đ uề bị nhả hưở b ing ở hi uệ ngứ +R c aủ nhóm N-H

và hi uệ ngứ –R c aủ nhóm C = O lacton, nh ngư t iạ (2) hi uệ ngứ +R còn nhả

hưở lên nhóm C=O amide làm cho m tng ậ độ electron bị gi iả t aỏ b tớ nên tín

hi uệ phổ d chị chuy nể về trườ y u;ng ế còn t iạ (3) hi uệ ngứ +R chỉ t pậ trungvào H4 làm m tậ độ eletron tăng lên, vì thế mà tín hi uệ phổ c aủ H4 d chịchuy nể về trườ m nh.ng ạ

Trên phổ 1H-NMR còn xu tấ hi nệ c mụ tín hi uệ trong kho ngả7,18÷7,42 ppm là vùng tín hi uệ đ cặ tr ngư cho các proton c aủ vòng th m.ơ

Tín hi uệ doublet - doublet v iớ cườ độ tng ươ đ ing ố b ngằ 1 và độ chuy nể

d chị δ = 7,41 ppm (3J = 7,0 Hz, 4J = 2,0 Hz) ngứ v iớ proton H5

Tín hi uệ doublet - doublet v iớ cườ độ tng ươ đ ing ố b ngằ 1 và độ chuy nể

d chị δ = 7,27 ppm (3J = 8,5 Hz, 4J = 2,0 Hz) ngứ v iớ proton H8

Tín hi uệ multiplet v iớ cườ độ tng ươ đ ing ố b ngằ 2 và độ chuy nể d chị

δ = 7,21 ppm đượ quy k tc ế là proton (H6, H7)