Nghiên cứu tổng hợp và tính chất của một số hợp chất 1,2,3 triazol có chứa đồng thời vòng isatin và hợp phần monosaccaride bằng phản ứng click TT TIẾNG ANH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ --- Nguyễn Minh Trí NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT 1,2,3-TRIAZ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ

CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-

Nguyễn Minh Trí

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT CỦA MỘT

SỐ HỢP CHẤT 1,2,3-TRIAZOLE CÓ CHỨA ĐỒNG THỜI VÒNG ISATIN VÀ HỢP PHẦN MONOSACCHARIDE

Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học 1: GS TS Nguyễn Đình Thành

Người hướng dẫn khoa học 2: TS Đặng Thị Tuyết Anh

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Isatin (1H-Indole-2,3-dione) là một indole nội sinh được tìm thấy trong

não của loài động vật có vú, mô ngoại biên và dịch của cơ thể, nó thể hiện nhiều hoạt tính sinh học đáng chú ý, như hoạt tính chống ung thư kháng khuẩn, kháng nấm, chống co giật, chống lao, kháng HIV, chống oxy hoá, chống viêm, gây tê, chống trầm cảm, v.v

Hoá học carbohydrate, đặc biệt là hoá học của các mono- và disaccharide, đã và đang được nghiên cứu một cách rộng rãi, việc gắn kết các dị vòng vào phân tử carbohydrate hứa hẹn mang lại nhiều tính chất mới, đặc biệt là các tính chất sinh học

Sự cộng hợp vòng hoá 1,3-lưỡng cực theo Huisgen được xúc tác bằng Cu(I) của các azide và các alkyne-1 để tạo thành các dẫn xuất 1,2,3-triazole được sử dụng rộng rãi để tổng hợp dị vòng này Các dẫn xuất của dị vòng 1,2,3-triazole được sử dụng rộng rãi trong chữa bệnh, và hiện nay, việc nghiên cứu tổng hợp và thăm dò hoạt tính sinh học của chúng là một trong những lĩnh vực quan trọng nhất trong nghiên cứu và phát triển thuốc Có những công trình nghiên cứu đã chứng tỏ rằng, triazole có khả năng kháng lao và chống nấm rất tốt, đặc biệt khả năng chống nấm bội nhiễm, căn bệnh khá phổ biến ở những nước có khí hậu nóng ẩm như Việt Nam

Với mục đích đóng góp thêm vào việc nghiên cứu tạo ra những hợp chất mới kỳ vọng sẽ thể hiện hoạt tính sinh học tốt, chúng tôi đã tiến hành lựa

chọn đề tài cho Luận án Tiến sĩ là “Nghiên cứu tổng hợp và tính chất của

một số hợp chất 1,2,3-triazol có chứa đồng thời vòng isatin và hợp phần monosaccharide bằng phản ứng click”

2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án

- Tổng hợp một số dãy hợp chất 1,2,3-triazole có chứa đồng thời dị vòng isatin thế và hợp phần monosaccaride (như D-glucose và D-galactose)

- Thăm dò hoạt tính sinh học của một số dãy hợp chất 1,2,3-triazole

3 Các nội dung nghiên cứu chính của luận án

- Tổng hợp các hợp phần monosaccharide chứa nhóm azide và 1-alkyne

- Tổng hợp các isatin thế bằng phản ứng Sandmeyer hoặc phản ứng thế electrophile vào vòng isatin và gắn nhóm cầu nối có độ dài mạch khác nhau

vào vị trí N-1 của vòng isatin với nhóm 1-alkyne hoặc nhóm azido

- Thực hiện phản ứng click giữa isatin với các hợp phần monosaccharide

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

lí hiện đại như IR, NMR, MS

- Thử nghiệm hoạt tính sinh học của một số dãy hợp chất 1,2,3-triazole

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Chương 1 bao gồm các phần tổng quan sau: Giới thiệu chung về isatin

và dẫn xuất; Phương pháp tổng hợp các isatin thế; Tính chất vật lí của isatin; Tính chất hóa học của isatin và dẫn xuất; Tổng quan về hợp chất 1,2,3-triazole; Tổng quan về phản ứng click; Sử dụng siêu âm trong tổng hợp hữu cơ; Sử dụng vi sóng trong tổng hợp hữu cơ

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thực nghiệm

(i) Điều chế các chất xúc tác đồng: Bao gồm các xúc tác Cu@MOF-5, Cu/Montmorillonite K10, CuNPs/Montmorillonite K10, CuI, Cu(im)2 (ii) Tổng hợp các hợp phần monosaccharide: Bao gồm các hợp phần

1,2:3,4-di-O-isopropylidene-6-azido-6-deoxy-α-D-galactopyranose,

1,2:3,4-di-O-isopropylidene-6-O-(2-propynyl)-α-D-galactopyranose,

2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D-glucopyranosyl azide,

6-azido-6-deoxy-1,2,3,4-tetra-O-acetyl-α-D-glucose và propargyl 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D-glucopyranoside

(iii) Tổng hợp các isatin thế 12a-m:

(iv) Tổng hợp các hợp chất (N-propargyl)isatin thế 13a-m:

(v) Tổng hợp các hợp chất N-(ω-bromoalkyl)isatin 14a-m:

(vi) Tổng hợp N-(ω-azidoalkyl)isatin 15a-m:

(vii) Tổng hợp 1,2,3-triazole 16a-m từ (N-propargyl)isatin thế 13a-m và

1,2:3,4-di-O-isopropylidene-6-azido-6-deoxy-α-D-galactopyranose 3:

(viii) Tổng hợp 1,2,3-triazole 17a-m từ (N-propargyl)isatin thế 13a-m và

2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D-glucopyranosyl azide 7:

(ix) Tổng hợp 1,2,3-triazole 18a-m từ (N-propargyl)isatin thế 13a-m và

6-azido-6-deoxy-1,2,3,4-tetra-O-acetyl-α-D-glucose 10:

(x) Tổng hợp 1,2,3-triazole 19a-c, e-g, i-m từ các N-(ω-azidoalkyl)isatin

thế và 1,2:3,4-di-O-isopropylidene-6-O-(2-propynyl)-α-D-galactopyranose:

(xi) Tổng hợp 1,2,3-triazole 20a-c, e-g, i-m từ N-(ω-azidoalkyl)isatin thế

và propargyl 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D-glucopyranoside:

(xii) Đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định và hoạt tính kháng

tế bào ung thư của dãy hợp chất 17a-m

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Bao gồm các phương pháp sau: Phương pháp tổng hợp hữu cơ, phương pháp tinh chế và kiểm tra độ tinh khiết, phương pháp chiết lỏng-lỏng và phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tổng hợp các hợp phần monosaccharide chứa nhóm azido và propargyl

3.1.1 Tổng hợp 1,2:3,4-di-O-isopropylidene-6-azido-6-deoxy-α-D galactopyranose (3)

-Hợp chất 3 được tổng hợp qua 3 giai đoạn, xuất phát từ α-galactose

monohydrate Sản phẩm thu được ở dạng dầu, màu đỏ, hiệu suất tổng cộng đạt khoảng 67% IR (KBr), ν (cm-1): 2988 và 2935 (νCH alkane), 1211 và

1069 (νC-O-C ether), 2102 (νN=N=N)

3.1.2 Tổng hợp 1,2:3,4-di-O-isopropylidene-6-O-(2-propynyl)-α-D galactopyranose

-Hợp chất 4 được tổng hợp từ phản ứng của

1,2:3,4-di-O-isopropylidene-α-D-galactopyranose với NaH, sau đó là propargyl bromide tạo thành sản phẩm dạng dầu, màu vàng đậm IR (KBr), ν (cm-1): 2983 và 2931 (νCHalkane), 1379 (δCH), 1209 và 1064 (νC-O-C ether), 2177 (νC≡C)

3.1.3 Tổng hợp 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D -glucopyranosyl azide

Hợp chất 7 được tổng hợp trải qua hai giai đoạn, xuất phát từ hợp chất

α-D-glucose monohydrate Chất đầu được trải qua các giai đoạn bao gồm: acetyl hóa bằng anhydride acetic, sau đó brom hóa để tạo thành sản phẩm acetobromoglucose, sản phẩm này được chuyển hoá thành dẫn xuất azide bằng phản ứng với natri azide trong dung môi DMF khan Sản phẩm sau tinh chế ở dạng tinh thể hình kim, màu trắng Đnc 126−128°C IR (KBr), ν (cm-1): 2970 và 2908 (νCH alkane), 1367 (δCH), 1749 (νC=O ester), 1203 và

1035 (νC-O-C ether), 2117 (νN=N=N)

3.1.4 Tổng hợp 6-azido-6-deoxy-1,2,3,4-tetra-O-acetyl-α-D -glucose Hợp chất 10 được tổng hợp từ chất đầu D-glucose qua 3 giai đoạn Ở giai đoạn thứ nhất, D-glucose được cho phản ứng với p-toluenesulfonyl

chloride ở nhiệt độ <0°C trong vòng 24 giờ để khoá nhóm hydroxyl ở vị trí

6 Tiếp theo, sản phẩm ở giai đoạn trước được acetyl hóa bởi anhydride acetic ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ Cuối cùng, sản phẩm trung gian ở giai đoạn 2 được chuyển hoá thành dẫn xuất 6-azido bằng phản ứng với natri

azide trong dung môi DMF khan ở 50°C trong vòng 24 giờ Sản phẩm 10

thu được là chất rắn màu trắng Hiệu suất 57% Đnc 130−133°C IR (KBr), ν (cm-1): 2958 và 2924 (νCH alkane), 1367 (δCH), 1735 (νC=O ester), 1211 và

1031 (νC-O-C ether), 2104 (νN=N=N)

3.1.5 Tổng hợp propargyl 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D -glucopyranoside Hợp chất 11 được tổng hợp qua 2 giai đoạn, xuất phát từ chất đầu D-glucose monohydrate Ở giai đoạn đầu tiên, D-glucose monohydrate phản ứng với anhydride acetic trong sự có mặt của natri acetate Sản phẩm này được xử lý với propargyl alcohol trong dung môi dichloromethane khan dưới các điều kiện êm dịu, trong sự có mặt của chất xúc tác bor trifluoride etherate Sản phẩm 11 thu được ở dạng tinh thể, màu trắng Đnc: 114-115 oC

IR (KBr), ν (cm-1): 3277 (ν≡C−H), 2956 và 2873 (νCH alkane), 1732 (νC=O ester), 1209 và 1033 (νC-O-C ester), 2119 (νC≡C)

3.2 Tổng hợp một số dẫn xuất 1-alkyne và azido của các isatin thế 3.2.1 Tổng hợp các hợp chất isatin thế

Trừ trường hợp isatin không thế (12a) có sẵn trên thị trường, các isatin thế khác (12b-l) được tổng hợp theo phương pháp Sandmeyer từ các aniline thế tương ứng hoặc bằng phản ứng thế electrophile vào vòng thơm (12m)

Vì các isatin thế là chất cũ, chúng tôi chỉ tiến hành tính hiệu suất và đo điểm nóng chảy và so sánh với tài liệu tham khảo Kết quả tổng hợp các isatin thế được thể hiện trong Bảng 3.1

Bảng 3.1 Dữ liệu vật lí của các hợp chất isatin thế 12b-m đã tổng hợp

Các hợp chất N-propargylisatin thế 13a-m đã nhận được bằng sự alkyl

hóa các isatin 12a-m khi sử dụng propargyl bromide và natri carbonate với

vai trò base Kết quả khảo sát cho thấy, điều kiện thích hợp cho phản ứng này là: Tổng hợp nhờ vi sóng (Phương pháp A) trong dung môi DMF khan thu được sản phẩm với hiệu suất đạt từ 79,4−97,2% trong thời gian 5 đến 7 phút; gia nhiệt bằng cách đun nóng cách thủy ở 50°C trong dung môi acetonitrile (Phương pháp B) cho sản phẩm với hiệu suất đạt từ 72,7−99,5% nhưng thời gian phản ứng kéo dài hơn nhiều, từ 2 đến 7 giờ và phương pháp gia nhiệt bằng cách thủy ở 50°C trong dung môi DMF khan (Phương pháp

C) cho hiệu suất sản phẩm từ 72,7−99,0% với thời gian phản ứng ở hầu hết

các trường hợp là 6 giờ Kết quả thể hiện trong Bảng 3.2

Bảng 3.2 Kết quả tổng hợp các hợp chất N-propargylisatin (13a-m)

Hợp

chất R

Đ nc (°C) t/g

(phút)

H (%)

t/g (giờ)

H (%)

t/g (giờ)

H (%)

Hợp

chất R

Đ nc (°C) t/g

(phút)

H (%)

t/g (giờ)

H (%)

t/g (giờ)

H (%)

Ghi chú Phương pháp A: Sử dụng lò vi sóng ở công suất 100 W, dung môi DMF khan (2

mL); Phương pháp B: Đun cách thủy ở 50°C, dung môi acetonitrile (5 mL); Phương pháp C:

Đun cách thủy ở 50°C, dung môi DMF khan (10 mL)

3.2.2.1 Phổ IR

Phổ IR của các dẫn xuất N-propargyl isatin 13a-m cho thấy sự có mặt

của nhóm propargyl ở 3286−3224 cm−1 (ν≡CH), băng sóng hấp thụ yếu ở vùng từ 2121−2117 cm−1 (νC≡C) Các nhóm carbonyl trong vòng isatin cho các băng sóng hấp thụ đặc trưng trong vùng 1735−1724 cm−1 (mạnh, νC=Oketone) và 1660−1650 cm−1 (mạnh, νC=O lactam) Các liên kết C=C thơm có các hấp thụ đặc trưng trong vùng 1612−1431 cm−1

3.2.2.2 Phổ NMR

Khung phân tử của các N-propargylisatin thế được đánh số như sau:

Trong phổ 1H NMR, các tín hiệu cộng hưởng của các proton trong vòng isatin nằm ở vùng δ=7,84−7,03 ppm, proton trong nhóm methylene có tín hiệu cộng hưởng ở δ=4,68−4,52 ppm, tín hiệu cộng hưởng xuất hiện ở δ=3,41−3,33 ppm là của các proton 1-alkyne và nhóm methyl có tín hiệu cộng hưởng xuất hiện ở vùng no, ở δ=2,63−2,25 ppm

Phổ C NMR xuất hiện các tín hiệu cộng hưởng của các nguyên tử carbon có mặt trong phân tử Nguyên tử carbon trong nhóm propargyl có độ chuyển dịch hóa học ở δ=79,3−77,0 ppm và 75,6−74,8 ppm Độ chuyển dịch hóa học của carbon trong nhóm methylene có tín hiệu ở δ=31,9-29,0 ppm Nhóm methyl có tín hiệu ở δ=21,5−13,3 ppm Tín hiệu cộng hưởng của carbon trong vòng thơm ở vùng δ=110−150 ppm và tín hiệu của nhóm C=O (lactam) ở khoảng δ=157 ppm Tín hiệu cộng hưởng của nhóm C=O ketone ở khoảng 180 ppm

3.2.2.3 Phổ MS

Trên phổ ESI-MS của các chất xuất hiện các pic ion phân tử [M+H]+ và [M+Na]+ phù hợp với kết quả tính toán theo công thức phân tử dự kiến

3.2.3 Tổng hợp một số hợp chất N-(ω-bromoalkyl)isatin thế

Các hợp chất N-(ω-bromoalkyl)isatin thế 14a-m được tổng hợp khi khảo

sát các phương pháp tiến hành phản ứng khác nhau Các kết quả khảo sát cho thấy, phương pháp phù hợp để tổng hợp các hợp chất này là phương pháp khuấy ở nhiệt độ phòng và phương pháp siêu âm ở nhiệt độ phòng Phương pháp khuấy ở nhiệt độ phòng cho hiệu suất đạt từ 28-88% với thời gian phản ứng thông thường từ 1-3 giờ, một số trường hợp ngoại lệ có thể lên tới 48 giờ Trong khi đó, phương pháp siêu âm cho hiệu suất đạt từ 25-

79 % với thời gian phản ứng thông thường từ 3-5 giờ

Phổ IR của một số hợp chất N-(ω-bromoalkyl)isatin 14a-m xuất hiện

các băng sóng hấp thụ đặc trưng như sau: Băng sóng ở 2926-2856 cm−1(νCH, alkane), 1739-1720 cm−1 (νC=O, ketone), 1608-1467 cm−1 (νC=C, thơm) Liên kết C=O (lactam) trong vòng isatin xuất hiện băng sóng hấp thụ ở vùng 1660-1650 cm−1, tuy nhiên băng sóng này đôi khi không xuất hiện do

nó bị che bởi băng sóng hấp thụ mạnh của nhóm C=O ketone

3.2.4 Tổng hợp một số N-(ω-azidoalkyl)isatin thế

Các azidoalkyl)isatin thế 15a-m được tổng hợp từ các

N-(ω-bromoalkyl)isatin thế thông qua phản ứng với tác nhân natri azide Khảo sát điều kiện phản ứng cho thấy, điều kiện thích hợp để tổng hợp dãy hợp chất

này xuất phát từ dẫn xuất bromoalkylisatin là đun cách thủy trong khi khuấy ở 65−70°C và siêu âm hỗn hợp ở nhiệt độ 65−70°C

Một phương pháp khác dùng để tổng hợp dãy hợp chất này cho kết quả rất khả quan đó là phản ứng one-pot (được thực hiện với sự trợ giúp của vi sóng ở công suất 180 W trong 7 phút, sản phẩm của bước này không được phân lập mà tiếp tục được cho phản ứng với natri azide cũng dưới các điều kiện chiếu xạ vi sóng trong 5 phút nữa ở công suất 180 W) và phản ứng theo kiểu nhiều thành phần (cho hiệu suất cao hơn nhiều so với hiệu suất ở phương pháp one-pot, tuy thời gian phản ứng một số trường hợp có dài hơn (12 phút so với 11−16 phút tương ứng))

3.2.4.1 Phổ IR

Phổ IR của N-(ω-azidoalkyl)isatin xuất hiện băng sóng hấp thụ đặc

trưng như sau: Băng sóng ở vùng 2929−2872 cm−1 (νC−H, alkane), 2098

cm−1 (νN≡N, azide), 1737 cm−1 (νC=O, ketone), 1622−1491 cm−1 (νC=C, thơm) Liên kết C=O (lactam) trong vòng isatin thường cho băng sóng hấp thụ ở vùng 1660−1650 cm−1, tuy nhiên băng sóng này đôi khi không xuất hiện do

nó bị che khuất bởi băng sóng hấp thụ mạnh hơn của nhóm C=O ketone

3.2.4.2 Phổ NMR

Trên phổ 1H NMR của chất đại diện 15b4 xuất hiện các tín hiệu cộng

hưởng như sau: =7,63 ppm (t; J=7,75 Hz; 1H, H-6); 7,49 ppm (d; J=7,5 Hz; 1H, H-4); 7,14 ppm (d; J=8,0 Hz; 1H, H-7); 7,09 ppm (t; J=7,5 Hz; 1H,

Nguyên tử carbon còn lại được quy gán như sau: δ=34,7 (NCH2-); 32,1

(-CH 2N3); 27,1 ppm (NCH2CH 2-); 26,5 ppm (-CH2CH2N3); 25,3 ppm (NCH2

CH2(CH2 ) 2CH2CH2N3)

3.3 Tổng hợp các hợp chất lai 1,2,3-triazole−isatin từ các propargylisatin thế và 1,2:3,4-di-O-isopropylidene-6-azido-6-deoxy-α-D - galactopyranose

N-Các hợp chất N-propargylisatin thế 13a-m đã được sử dụng làm chất đầu

1-alkyne để tổng hợp các hợp chất lai chứa dị vòng 1,2,3-triazole và isatin

16a-m trong phản ứng với

1,2:3,4-di-O-isopropylidene-6-azido-6-deoxy-α-D-galactopyranose 3 thông qua phản ứng click Kết quả khảo sát điều kiện

phản ứng cho thấy, đun cách thủy là thích hợp nhất để tổng hợp các hợp

chất 1,2,3-triazole 16a-m, khi có mặt của chất xúc tác Cu@MOF-5 trong

dung môi ethanol tuyệt đối ở khoảng nhiệt độ 75−80°C trong 6 giờ

Bảng 3.3 Dữ liệu tổng hợp các hợp chất 1,2,3-triazole 16a-m

Phổ IR của chất 16d được ghi đại diện cho dãy Các băng sóng hấp thụ

đặc trưng bao gồm: 2983, 2922 và 2852 cm−1 (νC−H alkane); 1730 cm−1(νC=O ketone); 1606 cm−1 (νC=O lactam); 1602, 1452 cm−1 (νC=C thơm) Các liên kết C−O−C ở acetonide và ở nhóm chức ester có các hấp thụ bị chồng chất ở 1062 và 1001 cm−1, thuộc về dao động hóa trị bất đối xứng và đối