Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của một số dẫn chất 3 aryl 5 arylidenhydantoin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI










TRỊNH VĂN NINH


TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC
CỦA MỘT SỐ DẪN CHẤT
3-ARYL-5-ARYLIDENHYDANTOIN





LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

HÀ NỘI, NĂM 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI




TRỊNH VĂN NINH




TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC
CỦA MỘT SỐ DẪN CHẤT
3-ARYL-5-ARYLIDENHYDANTOIN




LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC


CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ DƯỢC PHẨM VÀ BÀO CHẾ
MÃ SỐ: 60720402



Người hướng dẫn khoa học : TS. Vũ Trần Anh

PGS. TS. Nguyễn Quang Đạt



HÀ NỘI, NĂM 2013
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS.Vũ Trần Anh,
PGS.TS Nguyễn Quang Đạt, là người thầy đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện
thuận lợi và động viên tôi hoàn thành luận văn này. Tôi chân thành cảm ơn PGS.TS.
Đinh Thị Thanh Hải, ThS. Hoàng Thu Trang và toàn thể các thầy cô giáo, kỹ thuật
viên của Bộ môn Hóa hữu cơ đã động viên, giúp đỡ tôi trong thời gian nghiên cứu tại Bộ
môn.
Tôi cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của: Ths Đặng Vũ Lương (Phòng NMR-
Viện hóa học- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam), Ths. Phạm Thị Nguyệt Hằng
(Khoa Dược lý-Sinh hóa, Viện Dược liệu Việt Nam), TS. Nguyễn Thị Sơn (Bộ môn Hóa
vật liệu, khoa Hóa, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội),
PGS.TS. Lê Mai Hương (Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên – Viện Hàn lâm Khoa
học và Công nghệ Việt Nam) và các thầy cô giáo trong trường, các phòng ban, thư viện -
Trường Đại học Dược Hà Nội.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do hạn chế về thời gian, kiến thức cũng như tài
liệu tham khảo nên luận văn của tôi không thể tránh khỏi những sai sót, khiếm khuyết
trong nội dung và hình thức, tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để luận
văn được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn giúp đỡ và động viên tôi trong
suốt quá trình học tập và nghiên cứu vừa qua.
Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Học Viên
Trịnh Văn Ninh
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
ĐẶT VẤN ĐỀ 1
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN
2

TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA CÁC DẪN CHẤT HYDANTOIN
2

Tác dụng chống co giật
2

Tác dụng kháng khuẩn kháng nấm
3

Tác dụng chống ung thư
4

CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HYDANTOIN VÀ DẪN
CHẤT
8

Phản ứng tổng hợp hydantoin và hydantoin thế
8

Phản ứng đóng vòng của các α-aminoacid với các cyanat
8

Phản ứng đóng vòng của các α-aminoacid với các isocyanat hữu cơ
8


Phản ứng đóng vòng của các α-dicarbonyl với ure hoặc dẫn xuất của
ure
9

Phản ứng Bucherer-Bergs
10

Phản ứng của các cyanoacetamid với kiềm hypohalid
10

Phản ứng tổng hợp dẫn chất 5-arylidenhydantoin
10
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
14
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT, DUNG MÔI
14
2.2. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
14
2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
15
2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
15
2.4.1. Phương pháp tổng hợp các 3-aryl-5-arylidenhydantoin
15
2.4.2. Phương pháp xác định cấu trúc
15
2.4.3. Phương pháp thử hoạt tính gây độc tế bào ung thư
16

CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
20
3.1. TỔNG HỢP HÓA HỌC
20
3.1.1. Tổng hợp 3-(4”-nitrophenyl)hydantoin
21
3.1.1.1. Tổng hợp N-((4”-nitrophenylamino)carbonyl)glycin (A)
21
3.1.1.2. Tổng hợp 3-(4”-nitrophenyl)hydantoin (B)
22
3.1.2. Tổng hợp các dẫn chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin (I-XII)
23
3.2. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA CÁC CHẤT TỔNG HỢP ĐƯỢC
31
3.2.1. Phổ hồng ngoại
31
3.2.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
31
3.2.3. Phổ khối lượng
32
3.3. THỬ HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO UNG THƯ
32
CHƯƠNG 4. BÀN LUẬN
40
4.1. Tổng hợp hóa học
40
4.1.1. Về phản ứng cộng hợp tạo 3-(4”-nitrophenyl)hydantoin (B)
40
4.1.2. Về phản ứng ngưng tụ
40

4.2. Về xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được
42
4.2.1. Về phổ hồng ngoại (IR)
42
4.2.2. Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (
1
H-NMR)
44
4.2.3. Về xác định đồng phân hình học của các 3-aryl-5-
arylidenhydantoin tạo thành dựa trên phổ
1
H-NMR
45
4.2.4. Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân
13
C (
13
C-NMR)
46
4.2.5. Phổ khối lượng (MS)
53
4.3. Về tác dụng gây độc tế bào ung thư
53
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
55
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
A549 : Tế bào ung thư phổi ở người

13
C - NMR : Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13
EGFR : Epidermal growth factor receptor, thụ thể của yếu tố
tăng trưởng biểu mô
FL : Tế bào ung thư màng tử cung
HCT116 : Tế bào ung thư đại tràng ở người.
Hep - G2 : Tế bào ung thư gan ở người
HMBC : Phổ tương tác dị hạt nhân qua nhiều liên kết
(Heteronuclear Multiple Bond Connectivity)
1
H – NMR : Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton
HSQC : Phổ tương tác dị hạt nhân qua một liên kết
(Heteronuclear Single-Quantum coherence)
IC
50
: Nồng độ ức chế 50%
IR : Phổ hồng ngoại
KB : Tế bào ung thư biểu mô người
MCF7 : Tế bào ung thư biểu mô vú ở người
MS : Khối phổ (Mass spectrometry)
PC 3 : Tế bào ung thư tuyến tiền liệt
SRB : Sulforhodamin B
TCA : Acid tricloroacetic
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
BẢNG
TRANG
3.1: Kết quả tổng hợp các chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin (I-XII)
33
3.2: Kết quả phổ IR của các chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin (I-XII)
34

3.3: Số liệu phổ
1
H – NMR của các chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin
(I-XII)
35
3.4: Số liệu phổ
13
C – NMR của các chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin
(I-XII)
36
3.5: Kết quả thử tác dụng của các chất tổng hợp được ở nồng độ 100
µg/ml trên một số dòng tế bào ung thư người (theo phương pháp
MTT)
38
3.6: Kết quả xác định giá trị IC
50
(µg/ml) của một số chất tổng hợp
được trên dòng tế bào HCT116 (theo phương pháp MTT)
38
3.7: Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào trên dòng tế bào ung thư tuyến
tiền liệt PC3 của các chất tổng hợp được (theo phương pháp SRB)
39
4.1: Các tương tác
1
H-
13
C của chất I
51
4.2: Các tương tác
1

H-
13
C của chất IV
52
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
HÌNH
TRANG
4.1: Phổ HSQC của chất I
48
4.2: Phổ HSQC của chất IV
49
4.3: Phổ HMBC của chất I
50
4.4: Phổ HMBC của chất IV
50
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong cuộc chiến chống lại bệnh tật, con người không ngừng tìm tòi, nghiên cứu để
phát hiện ngày càng nhiều loại thuốc mới có hiệu quả trong phòng và điều trị bệnh.
Thuốc mới được tìm ra có nhiều nguồn gốc khác nhau, trong đó các thuốc được tạo ra
bằng phương pháp tổng hợp và bán tổng hợp đóng vai trò quan trọng.
Tổng hợp hóa dược là một chuyên ngành hóa học quan trọng, đã và đang được quan
tâm nghiên cứu và phát triển nhằm tạo ra các thuốc có hiệu quả trong công tác phòng và
chữa bệnh.
Trong lĩnh vực tổng hợp thuốc, để nhanh chóng tạo ra các thuốc mới, các nhà nghiên
cứu thường dựa trên cấu trúc của các chất đang được dùng làm thuốc hoặc các chất có
hoạt tính sinh học có triển vọng để tạo ra các chất mới dự đoán có tác dụng tốt hơn, ít
độc tính hơn và có hiệu quả hơn trong điều trị.
Các dẫn chất hydantoin là dãy chất dị vòng đã được quan tâm nghiên cứu về tổng hợp
hóa học, tác dụng sinh học và ứng dụng làm thuốc. Một số dẫn chất hydantoin đã dược
sử dụng rộng rãi trong y học như phenytoin (thuốc chống động kinh), nitrofurantoin

(thuốc kháng khuẩn), dantrium (thuốc giãn cơ vân), nilutamid (thuốc điều trị ung thư
tuyến tiền liệt di căn).
Trong những năm qua, các nhà nghiên cứu trên thế giới và trong nước tiếp tục nghiên
cứu tổng hợp và sàng lọc hoạt tính sinh học của các dẫn chất hydantoin, đã tìm thấy
nhiều dẫn chất 5-arylidenhydantoin thiên nhiên và tổng hợp có hoạt tính kháng khuẩn,
kháng nấm và tác dụng chống ung thư rất đáng quan tâm thư [1], [4], [5], [11], [18],
[25], [29], [38].
Để góp phần nghiên cứu, tìm kiếm các dẫn chất 5-arylidenhydantoin có tiềm năng về
hoạt tính chống ung thư, chúng tôi thực hiện luận văn với các mục tiêu sau:
 Tổng hợp một số dẫn chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin.
 Thử sàng lọc hoạt tính gây độc tế bào trên một số dòng tế bào ung thư của các chất
tổng hợp được.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
 TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA CÁC DẪN CHẤT HYDANTOIN
Hydantoin (imidazolidin-2,4-dion) là hợp chất hữu cơ được A.Bayer phát hiện năm
1861 [40] bằng phản ứng hydro phân (hydrogenolysis) allantoin (chất được phát hiện
trong túi dịch niệu (the allantoin fluid) của bò cái), đó là nguồn gốc của tên hydantoin.
Sau đó, năm 1864, A.Bayer [40] tổng hợp được hydantoin với nguyên liệu đầu là
bromoacetylure. Tuy nhiên cấu trúc vòng của hydantoin chỉ được xác định bởi Strecker
vào năm 1873 [42]. Cho đến nay, nhiều dẫn chất của hydantoin đã được tổng hợp và một
số chất đã được sử dụng làm thuốc.
Bản thân hydantoin không thể hiện tác dụng sinh học, tuy nhiên nhiều công trình
nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng sinh học cho thấy các dẫn chất của hydantoin có tác
dụng khá phong phú và đa dạng như động chống động kinh, kháng khuẩn, chống ung thư
[1], [2], [3], [6], [9], [11], [23], [36],… Các dẫn xuất thế ở vị trí N
1
, N
3
, đặc biệt thế 2
lần ở vị trí C

5
đã được nghiên cứu và cho thấy nhiều tác dụng sinh học đáng chú ý:

Tác dụng chống co giật
Dẫn chất hydantoin được dùng nhiều nhất trong điều trị là 5,5-diphenylhydatoin
(phenytoin) (1), biệt dược là Dilantin (biệt dược của Parke-Davis), Epanutin (biệt dược
của Pfizer) ] [2] ], [6].
1
Phenytoin có tác dụng chống co giật, thường được sử dụng trong điều trị bệnh động
kinh [2], [6]. Tuy nhiên phenytoin còn có một số tác dụng phụ như giảm bạch cầu, giảm
tiểu cầu, buồn nôn, phát ban,… vì thế đã có nhiều nghiên cứu nhằm tổng hợp các dẫn
chất của hydantoin có ít tác dụng phụ hơn nhưng vẫn duy trì được tác dụng chống co
giật. Ví dụ, các dẫn chất phenytoin được tổng hợp gồm ethotoin (3-ethyl-5-
phenylhydantoin), mephenytoin (5-ethyl-3-methyl-5-phenylhydantoin), 5-methyl-5-
phenylhydantoin, và 5-pentyl-5-phenylhydantoin [23], [36]. Các chất được tổng hợp đều
chứa khung hydantoin, chứa các nhóm thế có khả năng tạo liên kết hydro (nhóm –C=O,
nhóm –NH) và phần không kỵ nước như nhân thơm liên kết với C-5 [26].
1.1.2 Tác dụng kháng khuẩn kháng nấm
Nitrofurantoin (2) là dẫn chất hydantoin được dùng điều trị nhiễm khuẩn đường tiết
niệu từ năm 1959 và cho đến nay vẫn được sử dụng trong điều trị [10], [17].
2
Năm 1993, tác giả Janos Marton và cộng sự [22] đã tổng hợp và thử tác dụng kháng
khuẩn,kháng nấm của dẫn chất 5-arylidenehydantoin (3 a-h) cho thấy chúng có tác dụng
tốt. Các chất tổng hợp có tác dụng với chủng nấm gây bệnh trên lúa mì, đậu… như
Erysiphegraminis f. sp. Stritici, Uromyces appendicutalus, Botrytis nicerea.

3 (a-h)

Tác dụng chống ung thư
Một dẫn chất hydantoin đã được ứng dụng trong điều trị ung thư là Nilutamid (4)

4
Chất này được tổng hợp năm 1992, được ứng dụng trong điều trị năm 1996 [3], [6],
[21]. Nilutamid được chỉ định trong điều trị ung thư tuyến tiền liệt có di căn, dùng phối
hợp với phẫu thuật cắt bỏ tinh hoàn.
Một số hợp chất thiên nhiên có cấu trúc 5- arylidenhydantoin được phân lập và tìm
thấy có hoạt tính ức chế tế bào ung thư như các chất aplysinopsin (5) và spongiacidin (6)
từ bọt biển [15], [18].
5 6
Nhiều dẫn chất 5-arylidenhydantoin đã được tổng hợp và thử nghiệm hoạt tính kháng
tế bào ung thư trên thế giới. Tại Việt Nam, năm 2003 các tác giả Đinh Thị Thanh Hải,
Nguyễn Quang Đạt, Lê Mai Hương [4] cũng đã nghiên cứu hoạt tính kháng hai dòng tế
bào ung thư ở người (tế bào ung thư biểu mô (KB) và tế bào ung thư màng tử cung (FL)
của dãy chất 5-(5’-nitro-2’-furfuryliden)hydantoin).
Kết quả là tìm được hai chất là 5-(5’-nitro-2’-furfuryliden)imidazolidin-2,4-dion (7)
và 3-piperidinomethyl-5-(5’-nitro-2’-furfuryliden)imidazolidin-2,4-dion (8) có hoạt tính
ức chế tế bào ung thư rất mạnh (giá trị IC
50
là 0,2-1,04 (µg/ml) đối với dòng tế bào FL và
0,6-1,15 (µg/ml) đối với dòng tế bào KB).
7 8
Năm 2006, C.Carmi và cộng sự [11] đã nghiên cứu tổng hợp một số dẫn chất 1-
phenyl-5-benzylidenhydantoin và thử hoạt tính ức chế EGFR (receptor của yếu tố tăng
trưởng biểu mô) và chống tăng sinh của tế bào ung thư biểu mô ở người A431. Kết quả
nghiên cứu của tác giả Carmi cho thấy một số chất tổng hợp được có tác dụng ức chế quá
trình phosphoryl hóa của EGFR, có tác dụng ức chế sự phát triển và tăng sinh của tế bào
ung thư biểu mô A431 khi thử ở nồng độ 20µM. Chất có tác dụng mạnh nhất là (E)-5-p-
hydroxybenzyliden-1-phenethylhydantoin (9) với IC
50
= 27µM trên in vitro.
Năm 2009, V.Zualiani và C.Carmi tiếp tục hướng nghiên cứu các dẫn chất 5-

benzylidenhydantoin có hoạt tính ức chế EGFR và hoạt tính chống ung thư, đã tổng hợp
và thử nghiệm hoạt tính chống tăng sinh dòng tế bào ung thư phổi A549 [38]. Kết quả
cho thấy một số dẫn chất 5-benzyliden-1-phenethylhydantoin có hoạt tính ức chế tăng
sinh tế bào ở nồng độ 20µM. Chất có tác dụng mạnh nhất (E)-5-p-hydroxybenzyliden-1-
phenethylhydantoin (9).
9
Các tác giả đã giả thiết cơ chế tác dụng kép của dãy chất này là do liên kết đôi liên
hợp ở ngoài vòng đã tạo cho nhân hydantoin có hai khả năng tác dụng là tương tác với vị
trí hoạt động của EGFR và alkyl hóa các chất ái nhân sinh học. Giả thuyết này được ủng
hộ bởi hoạt tính gây độc tế bào ung thư đã biết của nhiều hợp chất thiên nhiên và tổng
hợp có chứa nhóm carbonyl α β không no [14].
Năm 2009, M.Mudit, M.Khanfar đã công bố công trình nghiên cứu về phát minh,
thiết kế và tổng hợp các dẫn chất 5-benzylidenhydantoin có hoạt tính chống ung thư di
căn lấy cảm hứng từ hợp chất thiên nhiên ở biển [25]. Từ loài bọt biển Hemimycale
Arabica (Mycalidae) ở biển Hồng Hải, các tác giả đã phân lập được 3 chất đặc biệt là
(Z)-5-(4-hydroxybenzyliden)hydantoin (10), (R)-5-(4-hydroxybenzyl)hydantoin (11),
(Z)-5-(6-bromo-1H-indol-3-yl)methylen)-hydantoin (12).
10 11
12
Tiếp đó các tác giả đã tổng hợp 39 dẫn chất 5-benzylidenhydantoin, trong đó có 8
chất mới. Thử nghiệm hoạt tính chống ung thư cho thấy chất 10 tự nhiên và chất tổng
hợp(Z)-5-(4-ethylthiobenzyliden)hydantoin (13) có hoạt tính mạnh ức chế sự tăng
trưởng và xâm lấn của tế bào ung thư tuyến tiền liệt trên in vitro. Về mối liên quan cấu
trúc-tác dụng của dãy chất này, các tác giả có nhận xét là yếu tố lập thể ảnh hưởng đến
tác dụng nhiều hơn yếu tố điện tử và các chất có nhóm thế ở vị trí para của nhóm
benzyliden mà có chứa nguyên tử oxy, nito hoặc lưu huỳnh có hoạt tính cao. Các hợp
chất này có tính chất nhận hydro, vì thế có thể có tương tác liên kết hydro ở vị trí para.
13
Năm 2010, tác giả Vũ Trần Anh [1] đã nghiên cứu tổng hợp và thử hoạt tính của các
dẫn xuất của hydantoin (14 a-d). Kết quả đã tổng hợp đựơc 43 dẫn chất của hydantoin

trong đó có 9 dẫn xuất của 5-arylidenhydantoin và 34 dẫn chất base Mannich của các dẫn
xuất 5-arylidenhydantoin. Tác giả đã thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của 43 chất tổng
hợp được đối với 2 dòng tế bào ung thư người là tế bào ung thư gan Hep-G2 và tế bào
ung thư phổi LU. Kết quả cho thấy trong số 43 chất tổng hợp được có 4 dẫn chất 5-
arylidenhydantoin và 9 dẫn chất base Mannich của chúng có hoạt tính ức chế tế bào ung
thư gan người Hep-G2 (IC
50
=0,38÷5μg/ml). Các dẫn chất base Mannich đều có đặc điểm
cấu tạo chung là chứa nhóm hút điện tử (-Cl, -NO
2
) trong hợp phần aryliden.

14 (a-d)
R=H, 2’-OH; 4’-OH, 4’-N(CH
3
)
2
;
4’-F; 2’-Cl; 4’-Cl; 3’-NO
2
; 4’-NO
2
.
Năm 2012, tác giả Đỗ Thị Thu Hằng [5] đã tổng hợp và thử hoạt tính kháng tế bào
ung thư của 15 dẫn chất 5-halogenoarylidenhydantoin và base Mannich. Kết quả cho
thấy 11 chất có hoạt tính ức chế tế bào ung thư HCT116 với IC
50
= 10,17-19,23 μg/ml.
 CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HYDANTOIN VÀ DẪN CHẤT
Hiện nay nhiều dẫn chất của hydantoin ngoài việc được ứng dụng làm thuốc còn

được sử dụng làm nguyên liệu trong tổng hợp hóa học, trong hóa phân tích, trong nông
nghiệp và nhiều ứng dụng khác. Do tiềm năng ứng dụng đa dạng của các dẫn chất
hydantoin, nên từ cuối thế kỉ 19 đến nay đã có nhiều phương pháp tổng hợp hydantoin và
dẫn chất được công bố trong các tài liệu khác nhau.
1.2.1 Phản ứng tổng hợp hydantoin và hydantoin thế
1.2.1.1 Phản ứng đóng vòng của các α-aminoacid với các cyanat.
Đây là phương pháp cổ điển để tổng hợp hydantoin thế ở C-5 hoặc N-1, sử dụng
phản ứng giữa α-aminoacid và kalicyanat, được tác giả Urech tiến hành đầu tiên vào năm
1873. Phản ứng được tiến hành trong dung dịch nước ở 100
0
C [9], [23], [43].
Sơ đồ phản ứng:
Muối kali của acid hydantoic
Phương pháp tổng hợp này cho hiệu suất cao nếu đi từ nguyên liệu là muối
hydroclorid của ester ethylglycin.
1.2.1.2 Phản ứng đóng vòng của các α-aminoacid với các isocyanat hữu cơ
Đây là phương pháp mở rộng của phương pháp Urech [43], được sử dụng để tổng hợp
dẫn chất hydantoin thế ở N-3. Alkyl isocyanat và aryl isocyanat được sử dụng rộng rãi
trong tổng hợp hydantoin thế 3-alkyl và 3-aryl từ α-aminoacid [13].
Sơ đồ phản ứng:

Tác giả Adam và cộng sự [8] đã sử dụng phản ứng này để tổng hợp 3- (4’’-
nitrophenyl)hydantoin từ glycin và 4-nitrophenyl isocyanat theo sơ đồ phản ứng như sau:
1.2.1.3 Phản ứng đóng vòng của các α-dicarbonyl với ure hoặc dẫn xuất của ure
Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng và tỷ lệ các chất tham gia phản ứng có thể thu
được sản phẩm trung gian là dihydroxyimidazolidon hoặc glycouril.Khi đun nóng chất
trung gian với acid hydrochloric, hydantoin sẽ tạo thành [9], [23].
Sơ đồ phản ứng:

Phản ứng Bucherer-Bergs

Phản ứng Bucherer-Bergs tổng hợp các dẫn chất hydantoin thế ở C-5 từ hợp chất
carbonyl với KCN hoặc từ cyanohydrin tương ứng và amoni carbonat [9], [34].
Sơ đồ phản ứng:
1.1.1.5. Phản ứng của các cyanoacetamid với kiềm hypohalid [8], [19].
Sơ đồ phản ứng:
Sản phẩm của phản ứng là các sản phẩm thế hai lần ở vị trí C-5

Phản ứng tổng hợp dẫn chất 5-arylidenhydantoin
Hydantoin (imidazolidin-2,4-dion) có công thức cấu tạo như sau:
Từ cấu trúc phân tử hydantoin cho thấy nhân hydantoin có nhóm methylen hoạt động
(C-5) có khả năng ngưng tụ với các aldehyd thơm để tạo ra dẫn chất 5-
arylidenhydantoin.
Sơ đồ phản ứng:
R = phenyl, phenyl thế, furyl, pyryl, quinolyl
Năm 1911, Wheeler và Hoffman là những người đầu tiên nhận thấy hydantoin có thể
ngưng tụ với các aldehyd thơm tạo thành dẫn chất có nối đôi gắn ở C-5 của hydantoin
[35]. Phản ứng được thực hiện trong acid acetic băng, với natri acetat khan, anhydrid
acetic. Các aldehyd thơm đã được sử dụng là benzaldehyd, 2-hydroxybenzaldehyd,
furfural, vanillin,…
Phương pháp của Wheeler và Hoffman được sử dụng để tổng hợp nhiều dẫn chất thế
ở C-5 của hydantoin [29], [35] và của dẫn chất thế ở N-3 của hydantoin [12], [39]
Năm 1993, Marton. J. [22] sử dụng xúc tác có tính base mạnh là ethanolamin để tiến
hành phản ứng ngưng tụ aldehyd thơm với hydantoin trong dung môi là hỗn hợp nước :
ethanol (1:1), phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ hồi lưu trong 4 giờ. Tác giả sử dụng
một số aldehyd thơm (p-clorobenzaldehyd, p-nitrobenzaldehyd, p-
hydroxybenzaldehyd,…), hiệu suất phản ứng 44-89%. Năm 2004, tác giả Thenmozhiyal
và cộng sự [31] đã sử dụng xúc tác này trong điều chế các phenylmethylenhydantoin và
điều chế được 54 dẫn chất.
Sơ đồ phản ứng:

R= alkyl, alkoxy (-OR), -NR, -OH, -X, -CN, CF
3
, -NO
2
Để rút ngắn thời gian phản ứng, hiện nay các nhà khoa học đã sử dụng vi sóng trong
tổng hợp hữu cơ. Năm 2006, tác giả Lamiri [19] đã sử dụng vi sóng trong tổng hợp 5-
arylidenhydantoin. Hỗn hợp natri acetat, oxyd nhôm được cho vào hỗn hợp hydantoin và
aldehyd trong dung môi CH
2
Cl
2
. Khuấy hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ phòng, sau đó cất
loại CH
2
Cl
2
, dùng vi sóng tần số 2045Hz, công suất 1250W tác động vào trong 2 phút.
Phản ứng có hiệu suất tương đối cao (74-96%), với các aldehyd là benzaldehyd, o-
clorobenzaldehyd, m- clorobenzaldehyd, p-clorobenzaldehyd,…
 Về cơ chế phản ứng ngưng tụ
Phản ứng ngưng tụ giữa hydantoin và aldehyd thơm là phản ứng ngưng tụ kiểu aldol
xảy ra theo cơ chế như sau [28], [33]:
 Giai đoạn cộng hợp:
Nhóm methylen ở vị trí 5 của hydantoin rất hoạt động, nguyên tử H ở đây dễ dàng
tách khỏi carbon (khi có xúc tác base) và anion (II) được tạo thành là một tác nhân ái
nhân mạnh:
(I) (II)
Anion (II) tấn công vào carbon mang điện tích dương phần C
δ(+)
của nhóm

carbonyl của aldehyd tạo sản phẩm cộng hợp (IV):
(III) (II) (IV)
Ion alcolat (IV) tạo thành lại lấy một proton của BH, trả lại xúc tác B
ˉ
:
(IV) (V)
 Giai đoạn ngưng tụ loại nước:
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
 NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT, DUNG MÔI
Các hóa chất, dung môi dùng trong quá trình thực nghiệm là loại dùng trong tổng
hợp được nhập từ công ty Merck, Sigma-Aldrich, Trung Quốc. Các hóa chất này được
sử dụng trực tiếp không qua tinh chế thêm. Bao gồm:
 Các benzaldehyd:
 Benzaldehyd - 3- Clorobenzaldehyd
 4- Clorobenzaldehyd - 2,6- Diclorobenzaldehyd
 2- Bromobenzaldehyd - 3- Bromobenzaldehyd
 4- Bromobenzaldehyd - 4- Nitrobenzaldehyd
- 2- Hydroxybenzaldehyd - 4- Hydroxybenzaldehyd
 3- Nitrobenzaldehyd - 4- Fluorobenzaldehyd
 4-nitrophenylisocyanat
 Glycin
 1,4-dioxan
 Các hóa chất và dung môi khác: DMF, aceton, acid acetic băng, cloroform,
ethylacetat, methanol, natri acetat, ethanol tuyệt đối, HCl, KOH, nước cất.
 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
 Dụng cụ thủy tinh (bình cầu 3 cổ dung tích 100ml, sinh hàn, phễu nhỏ giọt, ống
đong, cốc thủy tinh các loại, bình lọc hút, phễu Buchner…)
 Cân kỹ thuật điện tử Shimadzu (Nhật).
 Bơm hút chân không DIVAC.1.21 (Mỹ).

 Bơm hút chân không VRL mode 200- 7.0 (Mỹ).
 Máy cất quay Büchi R- 210 (Thụy Sĩ).
 Tủ sấy Memmert (Đức).
 Tủ sấy chân không Shellab (Đức).
 Mấy khuấy từ IKA – RCT (Đức).
 Máy đo nhiệt độ nóng chảy EZ-Melt (Mỹ).
 Phổ hồng ngoại (IR) ghi trên máy Perkin Elmer,tại Bộ Môn Hoá vật liệu, Khoa
Hóa học, Đại học Khoa học tự nhiện, Đại học Quốc gia Hà Nội.
 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (
1
H-NMR,
13
C-NMR, HQSC, HMBC) ghi trên máy
AVANCE, Bruker AV500 tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam.
 Phổ khối lượng (LC/MS) ghi trên máy LC-MSD-Trap-SL, tại Viện Hóa học và
máy Aglient 6310- Ion trap, tại Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên, Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 Tổng hợp và xác định cấu trúc của một số dẫn chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin.
 Thử hoạt tính kháng một số dòng tế bào ung thư của các chất tổng hợp được.
 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
 Phương pháp tổng hợp các 3-aryl-5-arylidenhydantoin
 Sử dụng các phương pháp thực nghiệm trong hóa hữu cơ để tổng hợp các chất dự
kiến.
 Dùng phương pháp kết tinh lại để tinh chế sản phẩm thu được.
 Dùng SKLM để theo dõi phản ứng và sơ bộ xác định độ tinh khiết.
 Phương pháp xác định cấu trúc
Các phương pháp phổ (IR,
1

H-NMR,
13
C-NMR, HSQC, HMBC, MS) được sử dụng
để khẳng định cấu trúc của các sản phẩm tổng hợp được. Các số liệu phổ của các chất
tổng hợp được đối chiếu với tài liệu.
 Phương pháp thử hoạt tính gây độc tế bào ung thư
Thử tác dụng gây độc tế bào ung thư của các chất tổng hợp được theo 2 phương
pháp:
 Phương pháp MTT [24], [37]
 Phương pháp SRB [15], [20], [27]
Nguyên tắc:
Đây là phương pháp thử nghiệm in vitro để đo sự tăng sinh và sống sót của tế bào. Tế
bào ung thư được nuôi cấy trong đĩa 96 giếng.
 Phương pháp MTT: Hợp chất MTT 3-(4,5-Dimethyl-2-thiazolyl)-2,5
diphenyltetrazolium bromid, có màu vàng được thêm vào mỗi giếng và tế bào được ủ ở
37
o
C, 5% CO
2
. Màu vàng này bị biến đổi thành formazan tím trong ty thể của những tế
bào sống. Khả năng hấp thụ của dung dịch có màu này có thể được định lượng bằng máy
quang phổ kế ở bước sóng 540 – 600 nm. Sự biến đổi màu chỉ xảy ra khi enzym
reductase trong ty thể là hoạt động, và do đó sự chuyển đổi có thể liên quan trực tiếp đến
số lượng tế bào sống sót. Chúng tôi sử dụng phương pháp này để nghiên cứu độc tính
của các chất tổng hợp được đối với 4 dòng tế bào ung thư người: tế bào ung thư phổi
A549, tế bào ung thư gan Hep-G2, tế bào ung thư biểu mô vú MCF7 và tế bào ung thư
đại tràng HCT116.
 Phương pháp SRB: Hợp chất Sulphorhodamin B (SRB) biến đổi thành
aminoxanthin có màu hồng, được các acid amin cần thiết trong tế bào sống hấp thu.
Càng nhiều tế bào sống, sự hấp thu càng nhiều. Các tế bào sống, sau đó được cố định.

Định lượng các chất màu được tế bào hấp thu bằng máy quang phổ kế ở bước sóng 495-
515 nm. Từ đó tính được số lượng tế bào sống sót. Chúng tôi sử dụng phương pháp này
để nghiên cứu độc tính của chất tổng hợp được đối với dòng tế bào ung thư tuyến tiền
liệt PC 3. Phương pháp này hiện đang được áp dụng tại Viện nghiên cứu ung thư quốc
gia Mỹ (National Cancer Institution - NCI).
Dòng tế bào thử nghiệm:
5 dòng tế bào:
 Dòng tế bào MCF-7 (tế bào ung thư vú)
 Dòng tế bào Hep-G2 (tế bào ung thư gan)
 Dòng tế bào A549 (tế bào cung thư phổi)
 Dòng tế bào HCT116 (tế bào ung thư đại tràng)
 Dòng tế bào PC3 (tế bào ung thư tuyến tiền liệt).
Chất chuẩn dương tính
Sử dụng chất chuẩn có khả năng diệt tế bào:
 Phương pháp MTT: Adriamycin của hãng Sigma.
 Phương pháp SRB: Ellipticin của hãng Sigma.
Tiến hành thử hoạt tính