+-Acid usnic và --Acid usnic Những phản ứng tổng hợp dẫn xuất của acid usnic đầu tiên được thực hiện bởi Takai1979 dựa trên mục đích làm tăng độ tan trong nước của acid usnic và các dẫn
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HÓA HỌC
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐIỀU CHẾ DẪN XUẤT CỦA ACID USNIC THÔNG QUA PHẢN ỨNG OXI HÓA DAKIN VÀ BAEYER-VILLIGER
Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Đức Dũng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Hiếu
Mã số sinh viên: K40.201.025
Thành phố Hồ Chí Minh 5/2018
Trang 2Lời cảm ơn
Trong 4 năm được học tập và rèn luyện dưới sự chỉ bảo tận tình của những thầy
cô trong Khoa Hóa học, trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh, bản thân
em đã nhận được rất nhiều kiến thức và các kĩ năng cần thiết để phát triển bản thân
Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Đức Dũng và thầy Dương Thúc Huy đãtận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình thực hiện chođến lúc hoàn thành khóa luận tốt nghiệp
Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô và các bạn sinh viên khoa Hóa học đã hỗtrợ cho em trong những năm tháng học tập trên giảng đường đại học và thời gian làmkhóa luận tốt nghiệp
Em xin cảm ơn gia đình đã làm chỗ dựa vững chắc về
gian em học tập và thực hiện khóa luận tốt nghiệp ở trường
Em xin chân thành cảm ơn
Trang 3Lời cảm ơn
Danh mục hình vẽ, sơ đồ
Danh mục bảng
Danh mục các chữ viết tắt
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Phản ứng oxi hóa Dakin và phản ứng Baeyer-Villiger
1.1.1 1.1.2 1.2 Các nghiêu cứu đã công bố về tổng hợp dẫn xuất của acid usnic
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM
2.1 Hóa chất và dụng cụ, thiết bị
2.1.1 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị
2.2 Phản ứng oxi hóa Dakin
2.3 Phản ứng Baeyer-Villiger
2.4 Xác định cấu trúc
2.5 Số liệu phổ định danh cơ cấu sản phẩm
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Phản ứng oxi hóa Dakin
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 Phản ứng Baeyer-Villiger
3.2.1 3.2.2
Trang 4CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 21
4.1 Kết luận 21
4.2 Kiến nghị 21
TÀI LIỆU THAM KHẢO 22
PHỤ LỤC 26
Trang 5Danh mục hình vẽ, sơ đồ
Hình 1 (+)-Acid usnic và (-)-Acid usnic 1
Hình 2 Một số dẫn xuất của acid usnic được Takai điều chế năm 1979 4
Hình 3 Cấu trúc của các sản phẩm 2, 3, 4, 5 và 6 20
Sơ đồ 1.1 Cơ chế phản ứng oxi hóa Dakin 3
Sơ đồ 1.2 Cơ chế phản ứng Baeyer-Villiger 3
Sơ đồ 1.3 Tổng hợp một số dẫn xuất glycoside và imine của acid usnic 5
Sơ đồ 1.4 Phản ứng điều chế dẫn xuất của acid usnic với một số amine 5
Sơ đồ 1.5 Một số phức của Pd(II) và Cu(II) với dẫn xuất hydrazide của acid usnic 8
Sơ đồ 1.6 Phản ứng điều chế một số dẫn xuất của acid usnic bằng phản ứng với amine béo 8
Sơ đồ 1.7 Phản ứng điều chế một số dẫn xuất enamine, pyrazole và chalcone của acid usnic 9
Sơ đồ 1.8 Phản ứng điều chế một số dẫn xuất của acid usnic 10
Sơ đồ 1.9 Phản ứng điều chế một số dẫn xuất của acid usnic (tiếp theo) .10
Sơ đồ 1.10 Phản ứng điều chế dẫn xuất của acid usnic bằng phản ứng cộng với một số amine thơm và 1 amine béo 11
Sơ đồ 1.11 Tổng hợp một số dẫn xuất chứa vòng 1,3-thiazole của acid usnic 12
Sơ đồ 1.12 Phản ứng điều chế một số dẫn xuất enamine từ acid usnic 13
Sơ đồ 1.13 Tổng hợp các dẫn xuất cyanoethyl của (+)-acid usnic 14
Sơ đồ 1.14 Điều chế một số dẫn xuất triazaole của acid usnic 15
Sơ đồ 2.1 Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất bằng phản ứng oxi hóa Dakin từ acid usnic 17
Sơ đồ 2.2 Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất bằng phản ứng Baeyer-Villiger từ acid usnic 17
Sơ đồ 3.1 Cơ chế phản ứng oxi hóa Dakin tạo thành các sản phẩm 4, 5 và 6 19
Trang 6Bảng 3.1 Dữ liệu phổ NMR của hợp chất 4 Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.2 Dữ liệu phổ NMR của hợp chất 5 và 6 Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.3 Dữ liệu phổ NMR của hợp chất 7 Error! Bookmark not defined.
Trang 7LỜI MỞ ĐẦU
Các hợp chất cô lập từ địa y có nhiều loại hoạt tính sinh học như hoạt tính khángkhuẩn, kháng virus, giảm đau, hạ sốt, kháng ung thư,… [3] Đặc trưng nhất là acid usnic,một dẫn xuất dibenzofuran tự nhiên được tìm thấy nhiều trong các loài địa y thuộc chi
Usnea có công thức phân tử C18H16O7 Acid usnic sở hữu nhiều đặc tính sinh học như hoạt
tính kháng khuẩn, kháng nấm mạnh chống lại các vi khuẩn Gram dương như
Staphylococcus, Streptococcus, vi khuẩn lao, và một số loại nấm gây bệnh [8,11] Ngoài
ra, hợp chất này cũng thể hiện hoạt tính kháng virus, kháng viêm và giảm đau hạ sốt,…
[11] Đặc biệt các thử nghiệm in vitro cho thấy acid usnic có khả năng gây độc mạnh mẽ
ức chế sự phát triển của nhiều dòng tế bào ung thư ở người [3,11,15,18] Tuy nhiên, trênthực tế, độc tính cao đối với gan và độ tan thấp trong nước của acid usnic đã phần nào hạnchế việc sử dụng nó trong liệu pháp chữa trị bệnh ung thư Điều này kích thích sự quantâm tìm cách khắc phục hạn chế mà vẫn giữ nguyên hoạt tính kháng bệnh
Hình 1 (+)-Acid usnic và (-)-Acid usnic
Những phản ứng tổng hợp dẫn xuất của acid usnic đầu tiên được thực hiện bởi Takai(1979) dựa trên mục đích làm tăng độ tan trong nước của acid usnic và các dẫn xuất vànhóm tác giả đã tổng tổng hợp một loạt các dẫn xuất glycoside và imine Gần đây, nhiềunghiên cứu đã được thực hiện để cải thiện hoạt tính kháng ung thư của acid usnic, thí dụnhư các dẫn xuất imine có hoạt tính kháng virus và gây độc tế bào khối u Năm 2008,Marc-Antoine Bazin và các cộng sự đã tổng hợp được dẫn xuất của acid usnic có hoạt tính
ức chế sự phát triển của nhiều dòng tế bào ung thư Bruno (2013) đã tổng hợp chuỗi dẫnxuất imine dựa trên phản ứng acid usnic và amino acid nhằm tìm kiếm hoạt chất mạnh đốivới tế bào ung thư biểu mô sừng HaCaT với kết quả tất cả các dẫn xuất đều mạnh hơnacid usnic (IC50 24 μg/mL) trong khi hợp chất mạnh nhất có giá trị IC50 4.1 μg/mL Năm
2015, O.A Luzina và các cộng sự đã tổng hợp được sản phẩm tạo ra từ (+)-acid usnic và1,8-diaminooctane có hoạt tính gây độc tế bào đối với dòng
Trang 8tế bào L1210 và một số các dẫn xuất có tác động kháng u chống lại các dòng tế bàobạch cầu ở người CEM -13 và MT -14 Ngoài ra, nhiều nghiên cứu khác nhằm điềuchế dẫ n xuất của acid usnic và thử nghiệm hoạt tính kháng virus cúm của chúng đượcthực hiện bởi Nouri Neamati (1997), Dmitriy N Sokolov (2012), Ann A Shtro (2014).Nhiều dẫn xuất có khung sườn carbon mới từ acid usnic được điều chế Hoạt tính sinhhọc được tăng cường khi thay đổi một số đặc điểm cấu trúc ở nhánh Những phản ứngvới tác chất chalcone tạo thành những dẫn xuất mạnh nhất Dẫn xuất enamine,pyrazole và chalcone là các hoạt chất tiềm năng ức chế sự phát triển của virus.
Với hy vọng bằng các phản ứng oxi hóa Dakin và Baeyer-Villiger, chúng tôicũng sẽ tổng hợp được một một số dẫn xuất của acid usnic có khung carbon lần đầutiên công bố trên thế giới và đồng thời có khả năng ức chế sự phát triển của nhiềudòng tế bào ung thư
Trang 9CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN1.1 Phản ứng oxi hóa Dakin và phản ứng Baeyer-Villiger
1.1.1 Phản ứng oxi hóa Dakin
Phản ứng oxi hóa Dakin xảy ra giữa một aldehyde hoặc ketone với H2O2
trong môi trường base
Cơ chế phản ứng có sự tạo thành trung gian ester như sau
Sơ đồ 1.1 Cơ chế phản ứng oxi hóa Dakin 1.1.2 Phản ứng Baeyer-Villiger
Tương tự như phản ứng Dakin, phản ứng Baeyer-Villiger cũng có sự oxi hóa
của m-CPBA vào nhóm aldehyde hoặc ketone.
Cơ chế phản ứng Baeyer-Villiger cũng tương tự như phản ứng oxi hóa Dakin
Sơ đồ 1.2 Cơ chế phản ứng Baeyer-Villiger
Trong môi trường kiềm, ester tạo thành bị thủy phân cho sản phẩm tương tự như phản ứng oxi hóa Dakin
Trang 101.2 Các nghiêu cứu đã công bố về tổng hợp dẫn xuất của acid usnic
Năm 1979, những dẫn xuất đầu tiên của acid usnic được tổng hợp bởi Takai [20]
Nhóm tác giả đã tổng hợp được một loạt các dẫn xuất glycoside và imine (Hình 2, Sơ
đồ 1.3), đồng thời thử nghiệm hoạt tính của các dẫn xuất này với tế bào bệnh bạch cầu
P388 và tế bào ung thư phổi cho thấy hoạt tính được gia tăng ở một số dẫn xuất
Hình 2 Một số dẫn xuất của acid usnic được Takai điều chế năm 1979
Năm 1997, Nouri Neamati và cộng sự [7] đã được thử nghiệm khả năng kháng
virus HIV-1 của acid usnic và dẫn xuất N-isonicotinoylhydrazone, kết quả cho thấy
khả năng ức chế trung bình đối với virus này Đồng thời các dẫn xuất điều chế cũngthể hiện khả năng ngăn chặn sự di căn của tế bào ung thư phổi
Các nghiên cứu gần đây cho thấy các dẫn xuất imine từ sự kết hợp của acid usnicvới polyamine có khả năng gây độc mạnh đối với một vài tế bào khối u Năm 2008,Marc-Antoine Bazin và các cộng sự [1] đã tổng hợp được dẫn xuất của acid usnic có
hoạt tính ức chế sự phát triển của nhiều dòng tế bào ung thư (Bảng 1.1, Sơ đồ 1.4).
Trong đó, các dẫn xuất polyamine của (+)-acid usnic có hoạt tính cao hơn (-)-acidusnic Hoạt tính gây độc đối với các dòng tế bào L1210 (tế bào gây bệnh bạch cầu ởchuột) của dẫn xuất 6-acetyl-2-{1-[3-(4-aminobutylamino)propylamino]-ethylidene}-
7,9-dihydroxy-8,9b-dimethyldibenzofuran-1,3(2H,9bH)-dione (hợp chất A4, xem Sơ
đồ 1.4, Bảng 1.2) có hoạt tính cao hơn với acid usnic (IC50 3.0 μM) Hợp chất được tổng hợp bằng phản ứng giữa (+)-acid usnic và 1,8-diaminooctane (IC50 3.0 μM ) Cácdẫn xuất muối ammonium bậc 4 của acid usnic cũng có các hoạt tính sinh học có lợi
Trang 11Sơ đồ 1.3 Tổng hợp một số dẫn xuất glycoside và imine của acid usnic
Sơ đồ 1.4 Phản ứng điều chế dẫn xuất của acid usnic với một số
amine (Ai) RNH2 1 đương lượng, đun hồi lưu trong EtOH/THF 80:20,
4 h; (Aii) 2.4 N khí HCl, AcOEt; (Aiii) Et3N, 1 đương lượng
Trang 12Bảng 1.1 Độc tính tế bào của acid usnic và các dẫn xuất A1-A9 trên một số dòng tế
bào ung thưa
bCác tế bào được nuôi cấy 48 giờ hoặc 72 giờ với các nồng độ khác nhau của các hợp chất được liệt
kê trong bảng Kết quả được xử lý từ ít nhất 3 thí nghiệm độ lập ± SD nd: not determined - không xác định cUA, usnic acid; Put, Putrescine; Spd, spermidine; Spm, spermine; DAO, diaminooctane
Trang 13Bảng 1.2 Cảm ứng apoptosis của (+)-acid usnic và dẫn xuất A4 đối với tế bào L1210a
Năm 2012, Maja Natić và các cộng sự [12] đã tổng hợp được các phức của Pd(II)
và Cu(II) với các dẫn xuất hydrazide của acid usnic (Sơ đồ 1.5) Các phức này cho hoạt
tính chống nấm Aspergillus niger, vi khuẩn Gram âm Escherichia coli và
Pseudomonas aeruginosa, vi khuẩn Gram dương Bacillus subtilis.
Năm 2014, Ann A Shtro và các cộng sự [17] đã tổng hợp được các dẫn xuất dịvòng của acid usnic với 9 dẫn xuất có khung sườn carbon mới (2,6-diacetyl-7,9-
dihydroxy-8,9b-dimethyl-1,3(2H,9bH)-dibenzo-furandione Các dẫn xuất này đều có
hoạt tính kháng virus cúm A (H1N1) (Bảng 1.3) Hoạt tính sinh học được tăng cường
khi thay đổi đặc điểm cấu trúc ở nhánh Những phản ứng với tác chất chalcone tạothành những dẫn xuất cố hoạt tính mạnh nhất Cấu hình tuyệt đối của acid usnic và cácdẫn xuất có ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học với các dẫn xuất từ (-)-acid usnic mạnhhơn các dẫn xuất của (+)-acid usnic Dẫn xuất enamine, pyrazole và chalcone là các
hoạt chất tiềm năng ức chế sự phát triển của virus (Sơ đồ 1.6-1.9).
Năm 2015, Nguyễn Trung Giang và các cộng sự đã điều chế một số dẫn xuất của
(+)-acid usnic với amine thơm trong điều kiện chiếu xạ vi sóng (Sơ đồ 1.10) [14] Cùng
năm đó, Olga B Bekker cùng các cộng sự [2] đã tổng hợp được các dẫn xuất
của (+)-acid usnic và (-)-acid usnic chứa vòng 1,3-thiazole có hoạt tính chống lại vi
khuẩn lao Mycobacterium tuberculosis (Sơ đồ 1.11, Bảng 1.4).
Trang 14Sơ đồ 1.5 Một số phức của Pd(II) và Cu(II) với dẫn xuất hydrazide của acid usnic
Sơ đồ 1.6 Phản ứng điều chế một số dẫn xuất của acid usnic bằng phản ứng với amine
béo (Ka): EtOH/H2O, KOH (pH~9,5), đun hồi lưu; (Kb): EtOH, Et3N, đun hồi lưu
Trang 15Sơ đồ 1.7 Phản ứng điều chế một số dẫn xuất enamine, pyrazole và chalcone của
acid usnic; (Ka) PhNHNH2, EtOH, đun hồi lưu; (Kb): NaBH4, THF, -20 oC;(Kc): CH2N2, CHCl3, nhiệt độ phòng; (Kd): ArCHO, MeOH/H2O, KOH, 70 oC;(Ke): t-BuOOH,VO(acac)2, PhMe, nhiệt độ phòng; (Kf): NH2NH2*H2O, AcOH,
EtOH, đun hồi lưu
Trang 16Sơ đồ 1.8 Phản ứng điều chế một số dẫn xuất của acid usnic;
(Ka): trifluorochloroethylene, K2CO3, DMF, 40-45 oC;
(Kb): 2-bromobenzoylchloride, Et3N, DMAP, Et2O, nhiệt độ phòng;(Kc): AcOOH, CHCl3, nhiệt độ phòng; (Kd):PhNHNH2, EtOH, đun hồi lưu
Sơ đồ 1.9 Phản ứng điều chế một số dẫn xuất của acid usnic (tiếp theo) (Ka):
2Br2, HBr, dioxane, nhiệt độ phòng; (Kb): AcOK, acetone, đun hồi lưu; (Kc):aldehyde, MeOH/H2O,70 oC; (Kd): MeI, K2CO3, DMF, nhiệt độ phòng; (Ke):
Br2, dioxane, nhiệt độ phòng; (Kf): thiol, NaOH, MeOH, nhiệt độ phòng;
(Kg): 2Br2, HBr, dioxane, nhiệt độ phòng
Trang 17Bảng 1.3 Hoạt tính kháng virus đối với cúm A/California/7/09 (H1N1)pdm09
Sơ đồ 1.10 Phản ứng điều chế dẫn xuất của acid usnic bằng phản ứng cộng với một
số amine thơm và 1 amine béo CPME: Cyclo pentyl methyl ether (CPME)
Trang 18Sơ đồ 1.11 Tổng hợp một số dẫn xuất chứa vòng 1,3-thiazole của acid usnic (Da)
Br2/HBr, dioxane, nhiệt độ phòng; (Db) Ethanol, đun hồi lưu
Bảng 1.4 Hoạt tính chống vi khuẩn lao của dẫn xuất 1,3-thiazole
Kết quả được lấy ra từ 3 thí nghiệm độc lập.
Cũng trong năm 2015, O.A Luzina và các cộng sự [10] đã tổng hợp được các dẫnxuất enamine của cả (+)-acid usnic và (-)-acid usnic có hoạt tính gây độc đối với một số
dòng tế bào ung thư CEM -13, U-937 và MT -14 (Sơ đồ 1.12, Bảng 1.5).
Trang 19Sơ đồ 1.12 Phản ứng điều chế một số dẫn xuất enamine từ acid usnic.
Bảng 1.5 Hoạt tính gây độc tế bào của acid usnic và các hợp chất E3 – E11 (CD50,
µM)
(+)-E1 (–)-E1 (+)-E3 (–)-E3 (+)-E4 (–)-E4 (+)-E5 (–)-E5 (+)-E6 (–)-E6
Năm 2016, M E Rakhmanova cùng các cộng sự [16] đã tổng hợp được các dẫn
xuất cyanoethyl của (+)-acid usnic và thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào ung thư của
các hợp chất mới (Sơ đồ 1.13, Bảng 1.6) Trong đó, dẫn xuất H2 có hoạt tính chống lại
tế bào ung thư MT-4 mạnh gấp 2 lần chất nền (+)-acid usnic
Trang 20Sơ đồ 1.13 Tổng hợp các dẫn xuất cyanoethyl của (+)-acid usnic
(Ha): K2CO3, DMF; (Hb) KOH, dioxane, triethylbenzylammonium chloride
(TEBAC); (Hc): AcOK, acetone, đun hồi lưu, 2 h
Bảng 1.6 Hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất cyanoethyl của (+)-acid usnic
Hợp chất
(+)-H1 (+)-H2 (+)-H4 (+)-H5 (+)-H6
Năm 2017, Nagi Reddy Vanga và cộng sự đã tổng hợp [21] các dẫn xuất của acid
usnic khung sườn triazaole mới và thử nghiệm hoạt tính kháng viêm của chúng (Sơ đồ 1.14) Các dẫn xuất bromo enamine (N2a, N2b), azido enamine (N3a, N3b) và triazole (N4f, N4g, N4h, N5f, N5g và N5h) thể hiện hoạt tính kháng viêm mạnh đối với TNF-
α với IC50 1.40 đến 5.70 µM Đặc biệt, dẫn xuất N5f (IC50 1.40) và N5h (IC50 1.88) thểhiện hoạt tính mạnh nhất và là hợp chất tiềm năng để tiếp tục nghiên cứu dược học
Trang 2114
Trang 22Sơ đồ 1.14 Điều chế một số dẫn xuất triazole của acid usnic (Na) bromo alkylamine,
ethanol, đun hồi lưu, 4 h, 80-86%; (Nb) dung dịch NaN3, DMF, 70 °C, 24 h, 79-82%;(Nc) alkyne, CuSO4.5H2O, natri ascrorbate, THF, H2O, nhiệt độ phòng, 12 h, 68-84%
Trang 23CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM2.1 Hóa chất và dụng cụ, thiết bị
2.1.1 Hóa chất cần thiết
- Ethanol 96% (Trung Quốc)
- Methanol 99% (Trung Quốc)
- Chloroform 99% (Trung Quốc)
- n-Hexane 95% (Trung Quốc)
- Ethyl acetate 99.5% (Trung Quốc)
- Acetone (Trung Quốc)
- 3-Chlorobenzaldehyde (Merck)
- 3-Bromobenzaldehyde (Merck)
- Potassium carbonate (K2CO3) (Trung Quốc)
- Acid chlohydride (HCl) (Trung Quốc)
- Hydro peoxide (Trung Quốc)
- Acid m-chloroperoxybenzoic (m-CPBA) (Sigma-Aldrich)
- Chất nền: acid usnic được cô lập từ loài địa y Usnea baileyi do Tiến sĩ Dương
Thúc
- Nước cất hai lần
- Sắc ký bản mỏng Kiesel gel 60F254 (Merck)
- Silica gel 0.04-0.06 mm (Merck), dùng cho sắc ký cột
2.1.2 Dụng cụ, thiết bị
- Máy khuấy từ có thể điều chỉnh nhiệt độ, Stone Staffordshire Anh ST15 OSA;
- Cân bằng điện tử 4 chữ số, Staorius AG Germany CPA 3235;
- Cột sắc ký thủy tinh;
- Phễu chiết 250 mL;
- Cốc thủy tinh 250 mL, 100 mL;
- Pipet pasteur, micropipet
- Máy cô quay Heidolph