TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC HỢP CHẤT 4-ACETYL VÀ 4-FORMYLSYDNONE (PER-O-ACETYL-β-D-GLYCOPYRANOSYL) THIOSEMICARBAZON. TÓM TẮT DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Với hy vọng, một hợp chất thiosemicarbazon có chứa cả hai hợp phần sydnone và thiosemicarbazid của monosaccaride trong phân tử, sẽ cho nhiều tính chất hóa học và hoạt tính sinh học mới,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

HOÀNG THANH ĐỨC

TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC HỢP CHẤT 4-ACETYL VÀ 4-FORMYLSYDNONE

HÀ NỘI – 2014

Công trình này được hoàn thành tại bộ môn Hóa hữu cơ - Khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:

GS.TS Nguyễn Đình Thành

Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Đăng Quang

Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Thị Huệ

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường Đại học

Khoa học Tự nhiên

Vào hồi giờ, ngày tháng năm 2014

Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện đại học khoa học tự nhiên, Thư viện,

Đại học Quốc gia Hà Nội

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Các hợp chất mesoionic như sydnone và dẫn xuất của nó có tính chất lưỡng cực đặc thù, khiến cho hợp chất này có nhiều nhiều ứng dụng quan trọng Chúng thể hiện nhiều hoạt tính sinh học đáng chú ý như: Tính kháng khuẩn, kháng viêm, chống vi rút, giảm đau, trừ giun sán, chống ung thư…

Các dẫn xuất của monosaccaride cũng có nhiều hoạt tính sinh học đáng chú ý, đặc biệt là khi trong phân tử của chúng có hệ thống liên hợp Các dẫn xuất của monosaccaride là những hợp chất có mặt trong nhiều phân

tử sinh học như acid nucleic, coenzyme, trong thành phần cấu tạo của một

số virut, một số vitamin nhóm B Do đó, các hợp chất này được dùng nhiều trong dược học, kể cả trong nông nghiệp nhờ khả năng kích thích sự sinh trưởng, phát triển cây trồng, ức chế sự phát triển hoặc diệt trừ cỏ dại và sâu bệnh

Thiosemicarbazon và thiadiazin là các hợp chất có hoạt tính sinh học

đa dạng: Kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virut, chống ung thư, chống sốt rét, ức chế ăn mòn kim loại và chống gỉ sét Các hợp chất thiosemicarbazon và thiadiazin được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học như tinh thể học, hóa học đại phân tử và quang điện tử Các dẫn xuất của thiosemicarbazon như thialidin-4-on, thiadiazol và phức chất kim loại cũng có những hoạt tính sinh học quý giá

Với hy vọng, một hợp chất thiosemicarbazon có chứa cả hai hợp phần sydnone và thiosemicarbazid của monosaccaride trong phân tử, sẽ cho nhiều tính chất hóa học và hoạt tính sinh học mới, chúng tôi đã lựa chọn và triển khai nghiên cứu đề tài: “Tổng hợp và tính chất của các hợp

chất 4-acetyl và 4-formylsydnone (per-O-acetyl-β-D-glycopyranosyl)

thiosemicarbazon”

2 Mục đích và nhiệm vụ của luận án

- Tổng hợp các dẫn xuất 4-acetylsydnone và 4-formylsydnone từ các anilin thế và các chất đầu cần thiết khác;

O-acetyl-β-D-glycopyranosylamino)-5-(3”-arylsydnone)-6H-1,3,4-thiadiazin theo phương pháp chiếu xạ vi sóng;

- Nghiên cứu chuyển hoá các chất 4-formylsydnone

N-(2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D-glycopyranosyl) thiosemicarbazon thành các dẫn xuất

thiazolidin-4-on, thiadiazol và phức chất bis[thiosemicarbazonato] kẽm(II);

- Nghiên cứu cấu trúc của các chất thiosemicarbazon, thiadiazin và dẫn xuất thiazolidin-4-on, thiadiazole, phức chất bis(thiosemicarbazonato) kẽm (II) đã tổng hợp, bằng phương pháp phổ hiện đại như phổ IR, phổ 1H ,13C NMR, kết hợp kĩ thuật phổ 2 chiều COSY, HSQC, HMBC và phổ MS;

- Thăm dò, xác định hoạt tính sinh học của các thiosemicarbazon và các thiadiazin tổng hợp được, bằng cách thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, xác định hoạt tính bắt gốc tự do DPPH của các hợp chất này

3 Những đóng góp mới của luận án

 Đã tổng hợp được 39 hợp chất formylsydnone, acetylsydnone và 3-aryl-4-bromoacetylsydnone, làm chất đầu để tổng hợp

3-aryl-4-các hợp chất 3-aryl-4-formylsydnone N- glycopyranosyl)thiosemicarbazon và các hợp chất 2-(2’,3’,4’,6’-(tetra-O- acetyl-β-D-glycopyranosylamino)-5-(3”-arylsydnone)-6H-1,3,4-thiadiazin

(2’,3’,4’,6’-tetra-O-acetyl-β-D- Từ các chất 3-aryl-4-formylsydnone, đã tổng hợp được 30 hợp chất 3-aryl-4-formylsydnone N-(2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D-glycopyranosyl)

thiosemicarbazon theo phương pháp chiếu xạ vi sóng Các chất thiosemicarbazon tổng hợp được, đều là các chất mới, chưa thấy công bố trong các tài liệu tham khảo

 Từ các chất 3-aryl-4-bromoacetylsydnone, đã tổng hợp được 22 hợp

chất 2-(2’,3’,4’,6’-tetra-O-acetyl-β-D-glycopyranosylamino)-5-(3”-arylsyd none)-6H-1,3,4-thiadiazin, theo phương pháp chiếu xạ vi sóng Các chất

thiadiazin tổng hợp được đều là các chất mới chưa thấy công bố trong các tài liệu tham khảo

 Đã khảo sát phản ứng chuyển hoá các hợp chất

3-aryl-4-formylsydnone N-(2’,3’,4’,6’-tetra-O-acetyl-β-D-glycopyranosyl) thiosemi

carbazon và tổng hợp thành công 28 hợp chất chất thiazolidin-4-on,

1,3,4-thiadiazol và phức chất bis [3-aryl-4-formylsydnone N-

(tetra-O-acetyl-β-D-glycopyranosyl)thiosemicarbazonato]kẽm (II) Tất cả các chất này đều

là các chất mới, chưa thấy công bố trong các tài liệu tham khảo

 Đã xác định cấu trúc của các sản phẩm tổng hợp bằng các phương pháp phổ hiện đại: IR, 1H-NMR, 13C NMR, kết hợp kĩ thuật phổ 2D NMR (COSY, HSQC, HMBC) và phổ MS

 Đã thăm dò hoạt tính sinh học của các dãy hợp chất mới, bằng

phương pháp thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và hoạt tính chống oxy hoá Kết quả thử nghiệm cho thấy có 03 chất thiosemicarbazon 8i, 8l

và 8p có hoạt tính kháng vi khuẩn Gram (+), 14 hợp chất có hoạt tính kháng vi khuẩn Gram (-) và nấm men Candida ở nồng độ 50g/ml Một số chất thiadiazin (11d) có hoạt tính kháng nấm Candida ở IC50 = 25 µg/ml, 11g và 11l ở IC50 = 62,62 và 87,26 µg/ml Có 02 chất thiadiazin 11d và 11h thể hiện tính kháng khuẩn Gram (+), Gram (-) và nấm Candida Phức chất 16a, 16b, 16c có hoạt tính kháng nấm ở 25µg/ml, 50 µg/ml, phức chất 16c

có hoạt tính kháng khuẩn Gram (+) ở nồng độ 25µg/ml

4 Bố cục của luận án

Luận án gồm 180 trang và 154 trang phụ lục về các bảng kết quả phổ

và hình các, phổ cộng hưởng từ hạt nhân, phổ 2 chiều COSY, HMBC, HSQC, phổ khối lượng của các chất đã tổng hợp Luận án được phân bố như sau:

Mở đầu: 02 trang; Tổng quan: 28 trang; Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm: 48 trang; Kết quả thảo luận : 83 trang; Kết luận: 02 trang; Kiến nghị về những nghiên cữu tiếp theo 01 trang; Các công trình khoa học của tác giả liên quan đến luận án: 01 trang; Tài liệu tham khảo: 12 trang (112 tài liệu, trong đó có 08 tài liệu tiếng Việt, 104 tài liệu tiếng Anh); Phụ lục: 154 trang

NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN Chương 1 TỔNG QUAN

Đã tổng kết tài liệu trong và ngoài nước về tình hình nghiên cứu, tính chất, hoạt tính sinh học và phương pháp tổng hợp các các hợp chất và dẫn xuất của sydnone, thiosemicarbazid, thiosemicarbazon và thiadiazin Kết quả tổng hợp tài liệu cho thấy có rất ít tài liệu nghiên cứu đề cập tới việc tổng hợp và chuyển hoá các hợp chất thiosemicarbazon, thiadiazin của dẫn xuất 4-acetyl và 4-formylsydnone

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp tổng hợp các chất

Để tổng hợp và xác định được tính chất của các hợp chất thiosemicarbazon và thiadiazin của 4-formylsydnone và 4-acetylsydnone, chúng tôi đã tiến hành sử dụng các phương pháp:

1 Phương pháp tổng hợp hữu cơ dựa trên các nguyên tắc và phương pháp cơ bản của hoá học hữu cơ theo hai phương pháp gia nhiệt khác nhau:

- Tiến hành phản ứng bằng cách gia nhiệt truyền thống (đun hồi lưu),

sử dụng nhiều dung môi và kéo dài thời gian phản ứng

- Tiến hành phản ứng bằng cách chiếu xạ vi sóng, sử dụng ít dung môi và rút ngắn thời gian phản ứng

- Kiểm tra tiến trình phản ứng và xác định thời điểm kết thúc phản ứng bằng sắc ký bản mỏng với hệ dung môi phù hợp

2 Phương pháp tinh chế và kiểm tra độ tinh khiết:

- Kết tinh lại sản phẩm phản ứng trong dung môi phù hợp để thu được chất tinh khiết: ethanol, methanol, benzene, toluene, DMF…

- Sắc ký bản mỏng với hệ dung môi thích hợp để kiểm tra độ tinh khiết của các chất tổng hợp được

- Đo nhiệt độ nóng chảy của các chất tổng hợp được theo phương pháp đo mao quản trên máy đo điểm nóng chảy SUART SMP3 của Anh 2.2 Phương pháp phân tích xác định cấu trúc các chất

Cấu trúc của các chất đã tổng hợp được xác nhận bằng các phương pháp phân tích các dữ kiện phổ: IR, 1H-NMR, 13C-NMR, MS kết hợp một

số kĩ thuật phổ hai chiều như COSY, HMBC, HSQC, của các chất

2.3 Thăm dò hoạt tính sinh học của các hợp chất:

- Thử hoạt tính kháng vi sinh vật như vi khuẩn gram (-), gram (+), nấm men với nồng độ các chất thiosemicarbazon, thiadiazin khác nhau

- Thử khả năng bắt gốc tự do DPPH theo phương pháp tương tự như tài liệu tham khảo với nồng độ thiosemicarbazon, thiadiazin khác nhau

Chương 3 THỰC NGHIỆM 3.1 Tông hợp các hợp chất thiosemicarbazon và thiadiazin của 4-formylsydnone và 4-acetylsydnone

Để tổng hợp các hợp chất thiosemicarbazon và thiadiazin của formylsydnone và 4-acetylsydnone, chúng tôi đã tiến hành các công việc sau:

4-1 Tổng hợp các chất 3-arylsydnone từ chất đầu là các anilin thế

2 Tổng hợp các hợp chất aryl-4-formylsydnone từ các arylsydnone

3 Tổng các hợp chất aryl-4-bromoacetylsydnone từ các arylsydnone

3-aryl-4-formylsydnone N-(2’,3’,4’,6’-tetra-O-acetyl-β-D-galactopyranosyl)

thiosemicarbazon

6 Tổng hợp cỏc chất glucopyranosylamino)]-5-(3”-arylsydnone)-6H-1,3,4-thiadiazin và 2-

2-[2’,3’,4’,6’-(tetra-O-acetyl-β-D-

[2’,3’,4’,6’-(tetra-O-acetyl-β-D-galactopyranosylamino)]-5-(3”-arylsydnone)-6H-1,3,4-thiadiazin

7 Chuyển hoỏ cỏc hợp chất 3-aryl-4-formylsydnone tetra-O-acetyl-β-D-glycopyranosyl) thiosemicarbazon đó tổng hợp được

N-(2’,3’,4’,6’-thành cỏc hợp chất thialidin-4-on và thiadiazol và phức chất kim loại

8 Nghiờn cứu xỏc định cấu trỳc của cỏc hợp chất glycopyranosyl thiosemicarbazon, glycopyranosyl thiadiazin và cỏc sản phẩm chuyển hoỏ thialidin-4-on, 1,3,4-thiadiazol và phức chất kim loại

Qỳa trỡnh tổng hợp cỏc chất thiosemicarbazon và cỏc chất thiadiazin được thực hiện theo sơ đồ:

1,3,4-N H2

R

ClCH 2 COOH, NaOH,

H 2 O,  hay

1 ClCH2COOEt, CH3COONa,

EtOH, 

2 NaOH; 3 HCl

NHCH 2COOH R

NaNO 2 , HCl

5°C

N R

CH2COOH NO

Ac2O

25°C

O N N

O R

O N N O

C H

N H NHS

O OAc AcO

R1

R2 OAc

O N N O

từ 10 o

C đến 25 o

N O

O

R

CH2Br O

7a-l

O N

N H O OAc AcO

R1OAc

S C N N

O N N O

N H AcO

R1

R2

N H2

N H C S

OAc O

OAc N=C=S AcO

Hỡnh 3.1 Sơ đồ phản ứng tổng hợp cỏc hợp chất thiosemicarbazon và

1,3,4-thiadiazin

Trong đó: R là H (a), 2-Me (b), 3-Me (c), 4-Me (d), 4-Et (e), 2,3-diMe (f), 2,4-diMe (g), 3-OMe (h), 4-OMe (i), 4- OEt (k), 4- Cl (l), 4-Br (m), 4-F (p), 4-Me-2-NO2 (q), 2-Me-4-Br (r) 2-Me-5-Cl (s) và (R-C6H5)=C6H11(t), với R1 = H,

R2 = OAc: Là thiosemicarbazid (Glc-TSC) Với R1 = OAc, R2 = H: Là thiosemicarbazid (Gal-TSC)

3.2 Chuyển hoá các hợp chất

3-aryl-4-formylsydnone(2’,3’,4’,6’-tetra-O-acetyl-β-D-glycopyranosyl) thiosemicarbazon thành các chất

2-iminothiazolidin-4-on

Chuyển hoá các chất

3-aryl-4-formylsydnone(2’,3’,4’,6’-tetra-O-acetyl-β-D-glycopyranosyl) thiosemicarbazon thành các chất iminothiazolidin-4-on bằng phản ứng:

S N

O

N

O OAc

OAc AcO

R2

R1

12a-f hay 13a-f

O OAc

OAc AcO

R2

NH C NH N S

N

O+-O

R 1

R

(8d-q) hay (9d-q)

Trong đó R: 4-Me (a), 2,3-diMe (b), 2,4-diMe (c), 4-OMe (d), 4-Et, 4-OEt (e), C6H11 (f) R1 = H, R2 = OAc là (12a-f) R1 = OAc, R2 = H là (13a-f)

3.3 Chuyển hoá các hợp chất

3-aryl-4-formylsydnone(2’,3’,4’,6’-tetra-O-acetyl-β-D-glycopyranosyl) thiosemicarbazon thành các chất

2,3-dihydro-1,3,4-thiadiazol

Chuyển hoá các hợp chất

3-aryl-4-formylsydnone(2’,3’,4’,6’-tetra-O-acetyl-β-D-glycopyranosyl) thiosemicarbazon thành các chất 1,3,4-thiadiazol được thực hiện bằng phản ứng:

2,3-dihydro-20-25 h

Ac2O

(8d-q), (9d-i)

O N N O

N N Ac

O N N O

N N Ac

O N N O

R 48-50 h

Trong đó R là 4-Me (a); 2,3-diMe (b); 2,4-diMe (c); 4-OMe (d); 4-OEt (e)

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 VỀ TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT 3-ARYL-4-FORMYL SYDNONE (5a-r)

Chúng tôi đã tổng hợp được 18 hợp chất 3-arylsydnone từ các anilin thế, làm chất đầu cho tổng hợp các chất 4-formylsydnone và 4-acetylsydnone Từ các chất 3-arylsydnone đã tổng hợp được 17 hợp chất 3-aryl-4-formylsydnone (Bảng 4.1)

Bảng 4.1 Kết quả tổng hợp và các dữ kiện phổ của một số chất

4-formyl-3-arylsydnone (trích)

Hiệu suất (%)

Sydnone

ν C=O Formyl

Từ các hợp chất 3-arylsydnone cho phản ứng actyl hoá với anhydride acetic, chúng tôi đã tổng hợp được 11 hợp chất 3-aryl-4-acetylsydnone với các nhóm thế khác nhau Sau đó cho các chất 3-aryl-4-acetylsydnone phản ứng với brom dưới tác dụng của ánh sáng thu được 11 hợp chất 3-aryl-4-bromoacetylsydnone có các nhóm thế khác nhau (Bảng 4.2)

Bảng 4.2 Các dữ kiện vật lý của các chất 3-aryl-4-bromoacetyl sydnone

STT Ký hiệu R Màu sắc Đnc (C) Hiệu suất

4.4 VỀ TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT 3-ARYL-4-FORMYL SYDNONE N-(2,3,4,6-TETRA-O-ACETYL-β-D-GLYCOPYRANO

Trong phổ IR của các hợp chất (8a-q) có các băng sóng của các nhóm liên kết trong phân tử các thiosemicarbazon Băng sóng hấp thụ của nhóm C=O (lacton) của vòng sydnone bị chồng chập bởi đỉnh hấp thụ của nhóm C=O (ester), cùng nằm trong vùng 1756–1737 cm–1 Liên kết azomethin được xác nhận qua băng sóng hấp thụ đặc trưng ở vùng 1610- 1597cm–1

Bảng 4.4 Các dữ kiện phổ IR của các chất 3-aryl-4-formylsydnone (2’,3’,4’,6’-tetra-O-acetyl-β-D-glucopyranosyl)thiosemicarbazon (trích)

Việc quy kết, xác định các proton và carbon trong phổ 1H và 13C- NMR dựa trên các dữ kiện trong phổ hai chiều COSY, HSQC, HMBC Tương tác giữa các proton trong phổ COSY của hợp chất 3-(4-methoxyphenyl)-4-formylsydnone N-(2’,3’,4’,6’-tetra-O-acetyl-β-D-

glucopyranosyl) thiosemicarbazon (8h) (Hình 4.4) bao gồm:

Hình 4.6 Phổ HMBC của hợp chất 3-(4-methoxyphenyl)-4-formylsydnone ( 2’,3’,4’,6’ tetra-O- acetyl-β-D-glucopyranosyl)thiosemicarbazon (8h)

N-Sự phân mảnh các ion mảnh trong phổ MS của các chất thiosemicarbazon được tạo thành từ sự phân cắt các nhóm thế và vòng glucopyranosyl và có thể xảy ra theo các hướng chính như Hình 4.8

O N N O

C H N

H O

OAc AcO

AcO

OAc

N H

S

a b

c d

AcO

OAc [M + H]

N H O

OAc AcO

AcO

OAc

S

N H O

OAc AcO

OAc

O AcO

OAc AcO

AcO

OAc

S H

B2, m/z 391

H + A

3, m/z 272

O N N O

R

hay

O N N O

* ) D1+H

D2

R m/z

4-OMe 190 2,5-diMe 188

O N N O

galactopyranosyl) thiosemicarbazon (9a-q) (Bảng 4.9)

tử cacbon, số proton và độ dịch chuyển hoá học, hằng số tương tác của các nguyên tử này, thể hiện đúng cấu tạo của các chất như dự kiến tổng hợp

Các hợp chất thiadiazin (10a-l) và (11a-l) được chúng tôi tổng hợp, bằng phản ứng giữa dẫn xuất 3-aryl-4-bromoacetylsydnone (7a-l) với các

chất N-(2’,3’,4’,6’-tetra-O-acetyl-β-D-glycopyranosyl) thiosemicarbazid

Glc-TSC và Gal-TSC theo phương pháp chiếu xạ vi sóng, trong điều kiện không dung môi

Bảng 4.12 Kết quả tổng hợp các chất glucopyranosylamino)-5-(3”-arylsydnone)-6H-1,3,4-thiadiazin (trích)