Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của một số dẫn chất 5 aryliden 2 thiohydantoin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI





TRẦN ĐỨC LAI



TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH
SINH HỌC CỦA MỘT SỐ DẪN CHẤT
5-ARYLIDEN-2-THIOHYDANTOIN





LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

HÀ NỘI 2014





BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI









TRẦN ĐỨC LAI



TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH
SINH HỌC CỦA MỘT SỐ DẪN CHẤT
5-ARYLIDEN-2-THIOHYDANTOIN


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 2014
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS.Vũ
Trần Anh và PGS.TS Nguyễn Quang Đạt đã hết lòng hướng dẫn, chỉ bảo,
tạo mọi điều kiện thuận lợi và động viên tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin
chân thành cảm ơn PGS.TS. Đinh Thanh Hải 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), TS
Phan Thị Nguyệt Hằng (Viện Dược liệu), TS. Trần Thị Như Hằng (Viện
Hóa học các hợp chất thiên nhiên), 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 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 2014
Học Viên

Trần Đức Lai
MỤC LỤC

Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

ĐẶT VẤN ĐỀ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 2
1.1 Tác dụng sinh học của các dẫn chất 2-thiohydantoin 2
1.1.1 Tác dụng ức chế tế bào ung thư
2
1.1.2 Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm
6
1.1.3 Các tác dụng khác
8
1.2. Các phương pháp tổng hợp 2-thiohydantoin và dẫn chất 9
1.2.1 Phản ứng tổng hợp 2-thiohydantoin
9
1.2.2 Phản ứng tổng hợp dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin
11

CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
15
2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất, dung môi 15
2.2 Thiết bị thí nghiệm 15
2.3 Phương pháp nghiên cứu 16
2.3.1 Phương pháp tổng hợp 2-thiohydantoin, các 5-aryliden-2-
thiohydantoin.
16
2.3.2 Phương pháp xác định cấu trúc
16
2.3.3 Phương pháp thử hoạt tính sinh học
16
2.3.3.1 Thử hoạt tính gây độc tế bào ung thư
16
2.3.3.2 Thử tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm
20
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 23
3.1 Tổng hợp hóa học 23
3.1.1 Tổng hợp 2-thiohydantoin
23
3.1.2 Tổng hợp một số dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin
25
3.2 Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được 35
3.2.1 Phổ hồng ngoại
35
3.2.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
35
3.2.3 Phổ khối lượng
36

3.3 Thử hoạt tính sinh học 36
3.3.1 Thử hoạt tính gây độc tế bào ung thư
36
3.3.2 Thử tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm
37
CHƯƠNG 4. BÀN LUẬN 50
4.1 Về tổng hợp hóa học 50
4.1.1 Về phản ứng tổng hợp 2-thiohydantoin
50
4.1.2 Về phản ứng ngưng tụ tạo 5-aryliden-2-thiohydantoin
51
4.2 Về xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được 54
4.2.1 Về phổ hồng ngoại (IR)
55
4.2.2 Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân
1
H-NMR
56
4.2.3 Về xác định đồng phân hình học của dẫn chất 5-aryliden-2-
thiohydantoin.
57
4.2.4 Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân
13
C-NMR
58
4.2.5 Về phổ MS
61
4.3 Về hoạt tính sinh học
4.3.1 Về hoạt tính gây độc tế bào ung thư
62

4.3.2 Về tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm
64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC
PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
13
C-NMR : Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13
1
H-NMR : Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton
A549 : Tế bào ung thư phổi ở người
Ac
2
O : Anhydrid acetic
AcOH : Acid acetic
DMF : Dimethylformamid
EGFR : Epidermal growth factor receptor
(thụ thể của yếu tố tăng trưởng biểu mô)
EtOH : Ethanol
ESI : Phương pháp phun mù điện tử
Hep-G2 : Tế bào ung thư gan ở người
HCT116 : Tế bào ung thư đại tràng ở người
HMBC : Phổ tương tác dị hạt nhân qua nhiều liên kết
(Heteronuclear Multiple Bond Connectivity)
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
MCF7 : Tế bào ung thư biểu mô vú ở người
MeOH : Methanol
MS : Khốiphổ
(Mass spectrometry)
PC3 : Tế bào ung thư tuyến tiền liệt

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Trang
3.1 Kết quả tổng hợp 2-thiohydantoin (
BT)

và các dẫn chất 5-
aryliden-2-thiohydantoin (I-XIII)
38
3.2 Số liệu phổ
1
H-NMR của A, BM, BT
40
3.3 Số liệu phổ IR của các dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin (
I
-
XIII)
41
3.4 Số liệu phổ
1
H-NMR của các dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin

(I-XIII)
42
3.5 Số liệu phổ
13
C-NMR của các dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin
(I-XIII)
43
3.6 Số liệu phổ ESI-MS của các dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin
(I-XIII).
44
3.7 Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào trên 3 dòng tế bào ung thư
thử nghiệm của các chất tổng hợp được (theo phương pháp SRB)
45
3.8 Kết quả xác định giá trị IC
50
(µg/ml) của một số chất tổng hợp
được trên 3 dòng tế bào ung thư thử nghiệm của các chất tổng
hợp được (theo phương pháp SRB)
46
3.9 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)
47
3.10 Kết quả xác định giá trị IC
50
(µg/ml) của một số chất tổng hợp
được trên một số dòng tế bào (theo phương pháp MTT)
48
3.11

Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của các chất tổng
hợp được
49
4.1 Các tương tác
1
H-
13
C của chất
V


61



DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình
Trang
4.1 : Phổ HSQC của hợp chất
V

59
4.2 : Phổ HMBC của hợp chất
V

61

DANH MỤC PHỤ LỤC
Phụ lục 1
: Phổ

1
H-NMR của hợp chất
A

Phụ lục 2 (2.1- 2.2)
: Phổ
1
H-NMR của hợp chất
B

Phụ lục 3 (3.1- 3.6)
: Các phổ của hợp chất

I

Phụ lục 4 (4.1- 4.6)
: Các phổ của hợp chất
II

Phụ lục 5 (5.1- 5.4)
: Các phổ của hợp chất
III

Phụ lục 6 (6.1- 6.4)
: Các phổ của hợp chất
IV

Phụ lục 7 (7.1- 7.6)
: Các phổ của hợp chất
V

Phụ lục 8 (8.1– 8.4)
: Các phổ của hợp chất
VI

Phụ lục 9 (9.1- 9.4)
: Các phổ của hợp chất
VII

Phụ lục 10 (10.1- 10.4)
: Các phổ của hợp chất
VIII

Phụ lục 11 (11.1- 11.4)
: Các phổ của hợp chất
IX

Phụ lục 12 (12.1- 12.4)
: Các phổ của hợp chất
X

Phụ lục 13 (13.1- 13.4)
: Các phổ của hợp chất
X
I

Phụ lục 14 (14.1- 14.6)
: Các phổ của hợp chất
X
II

Phụ lục 15 (15.1- 15.4)
: Các phổ của hợp chất
X
II
I

Phụ lục 16
: Phiếu trả lời kết quả thử hoạt tính gây độc
tế bào (cytotoxicity assay)
Phụ lục 17
: Phiếu trả lời kết quả thử hoạt tính kháng vi
sinh vật kiểm định (antimicrobial assay)


1


ĐẶT VẤN ĐỀ
Thuốc sử dụng trong công tác phòng và chữa bệnh có nhiều nguồn gốc
khác nhau. Bên cạnh thuốc có nguồn gốc thiên nhiên và vi sinh, thuốc được
tạo ra bằng con đường 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 2-thiohydantoin là dãy chất đã được quan tâm nghiên cứu

về tổng hợp hoá học, tác dụng sinh học và ứng dụng làm thuốc. Trong đó
nhiều dẫn chất của 2-thiohydantoin có tác dụng chống ung thư, kháng khuẩn,
kháng nấm, kháng virus và ức chế aldose reductase,… đáng quan tâm [6], [7],
[16], [20], [21], [23], [35], [39].
Các thành tựu nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính sinh học của các dẫn
chất 2-thiohydantoin nêu trên cho thấy việc nghiên cứu tổng hợp và thử hoạt
tính sinh học của các dẫn chất 2-thiohydantoin là rất cần thiết và có nhiều
triển vọng . Để góp phần nghiên cứu về hoá học và hoạt tính sinh học của các
dẫn chất 2-thiohydantoin, chúng tôi thực hiện đề tài này với các mục tiêu sau:
1. Tổng hợp một số dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin.
2. Thử sàng lọc hoạt tính gây độc tế bào trên một số dòng tế bào ung
thư và tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm của các chất tổng hợp
được.
2


CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN
1.1 Tác dụng sinh học của các dẫn chất 2-thiohydantoin.
2-thiohydantoin là hợp chất dị vòng được tạo thành nhờ phản ứng ngưng
tụ giữa một amino acid với một dẫn chất của thiocyanat. Bản thân 2-
thiohydantoin không thể hiện tác dụng sinh học, tuy nhiên các dẫn chất của 2-
thiohydantoin có tác dụng sinh học đã được biết đến trong thời gian dài.
Nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng sinh học cho thấy các
dẫn chất của 2-thiohydantoin có tác dụng đa dạng như: kháng tế bào ung thư
[8], [9], [39], [40], kháng đột biến gen [31], kháng virus [14], [17], kháng
virus HIV [20], kháng khuẩn [21], [23], ức chế enzyme aldose reductase [35]
… Ngoài ra 2-thiohydantoin còn được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực khác
như sản xuất thuốc trừ sâu [36], thuốc nhuộm [36]…
1.1.1 Tác dụng ức chế tế bào ung thư.
Merbaron là một dẫn chất của 2-thiobarbituric, có tác dụng gây độc tế

bào với tế bào ung thư máu và một số tế bào ung thư khác.
HN
N
H
H
N
O
S O
O
Merbaron

Dựa trên sự tương tự về cấu trúc của 2-thiohydantoin, Blanc và Cussac
[39] đã tiến hành tổng hợp một số dẫn chất của 2-thiohydantoin (1a-d), thử
tác dụng gây tăng miễn dịch và gây độc tế bào. Kết quả thử nghiệm cho thấy
các dẫn chất tổng hợp được 1(a-d) có tác dụng gây tăng miễn dịch yếu, và có
tác dụng trên các tế bào ung thư thử nghiệm.
N
N
S
O
R'
R
R''
1

R= CH
3
,

R’= CH

2
COOH, R’’= H

(a)
R= C
6
H
5
, R’= CH
2
COOH, R’’= H

(b)
R= CH
3
, R’= CH
2
COOC
2
H
5
, R’’= H

(c)
R= C
6
H
5
, R’= CH
2

COOC
2
H
5
, R’’= H

(d)
3


Năm 2010, một số dẫn chất của 2-thiohydantoin (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) đã
được tác giả Al-Obaid và các cộng sự [8] nghiên cứu thử nghiệm invitro về
tác dụng chống ung thư trên 60 dòng tế bào người ở 5 nồng độ khác nhau. Kết
quả thu được đáng chú ý là chất 2, 7 có tác dụng kháng tế bào ung thư trên
dòng tế bào ung thư bạch cầu, các chất 3, 4, 5, 6, 8 có tác dụng ngăn cản sự
phân bào và kìm hãm sự phát triển tế bào thử nghiệm.
CH
N
H
NH
O
S
S
Br
2

5-(5-bromo-thiophen-2-ylmethylen)-2-
thioxo-imidazolidin-4-on
O OH
S

S
CH
N
H
NH
O
S
3

Acid 2-[5-(5-oxo-2-thioxo-imidazolidin-
4-ylidenemethyl)-thiophen-2-ylsulfanyl]-
benzoic
S
S
O
CH
N
H
NH
O
S
4

5-(4-oxo-4H-1,9-dithia-
cyclopenta[b]naphthalen-2-ylmethylen)-
2-thioxo-imidazolidin-4-on
CH
N
H
N

O
S
S
Br
ON
5

5-(5-bromo-thiophen-2-ylmethylen)-3-
morpholin-4-ylmethyl-2-thioxo-
imidazolidin-4-on
4


O
OAc
OA
c
AcO
CH
N
NH
O
S
S
Br
6

3-acetoxy-6-acetoxymethyl-2-[4-(5-
bromo-thiophen-2-ylmethylen)-5-oxo-
4,5-dihydro-1H-imidazol-2-ylsulfanyl]-

tetrahydro-pyran-4-yl acetat
O
OAc
OAc
AcO
H
AcO
O OH
S
S
CH
N
N
O
S
Ph
7

Acid 2-{5-[5-oxo-1-phenyl-2-(3,4,5-
triacetoxy-6-acetoxymethyl-tetrahydro-
pyran-2-ylsulfanyl)-1,5-dihydro-
imidazol-4-ylidenemethyl]-thiophen-2-
ylsulfanyl}-benzoic
CH
N
N
O
S
S
Br

ON
O
OAc
OAc
AcO
H
AcO
8

3,4,5-triacetoxy-6-[4-(5-bromo-thiophen-
2-ylmethylene)-1-morpholin-4-ylmethyl-
5-oxo-4,5-dihydro-1H-imidazol-2-
ylsulfanyl]-tetrahydro-pyran-2-ylmethyl
acetat
Nguyên nhân chính của ung thư kháng thuốc là do nồng độ quá cao của
bơm tống thuốc phụ thuộc ATP khiến cho giảm nồng độ thuốc, trong đó có
nồng độ quá cao của chất vận chuyển đa thuốc ABC (ví dụ P-glycoprotein).
Nhiều nhóm chức hóa học có khả năng ức chế loại bơm tống thuốc (loại có
chứa P-gp), bao gồm 3 thế hệ điều biến P-gp. Các nghiên cứu cho thấy chất 5-
(3-methoxy-benzyliden)-3-{3-[4-(2-methoxy-phenyl)-piperazin-1-yl]-
propyl}-imidazolidin-2,4-dion (9), 5-(biphenyl-4-yl)methylen-2-thioxo-
5


imidazolidin-4-on (10) có tác dụng ức chế bơm tống thuốc có yếu tố P-gp
[33].
N
H
N
N

N
O
O
H
3
C
H
3
C
O
O
9

N
H
H
N
O
S
10

Tác giả Spengler và Hadzlik [16] đã tiến hành tổng hợp một số dẫn chất
của 5-aryliden-2-(thio)hydantoin và thử tác dụng ức chế bơm tống thuốc của
các dẫn chất này. Chất 5-(biphenyl-4-yl)methylen-2-thioxo-imidazolidin-4-on
(10) có tác dụng ức chế chất điều biến P-Glycoprotein trong tế bào ung thư
tương tự verapamil.
Dựa trên đó, tác giả Hadzlik và cộng sự [16] tiếp tục tổng hợp dẫn chất
của 5-aryliden-2-(thio)hydantoin theo sơ đồ chuyển hóa:
N
H

H
N
S
O
N
H
H
N
S
O
Ar
ArCHO
N
H
N
SCH
3
O
Ar
CH
3
I
NHN
HO
N
H
N
O
Ar
NN

HO
11a
11b
1
1
c

Các tác giả đã thử tác dụng ức chế bơm tống thuốc của các dẫn chất đã
tổng hợp được trên các tế bào lympho T đã kháng thuốc của chuột có gen vận
chuyển thuốc ABCB1. Kết quả cho thấy một số dẫn chất có tác dụng yếu trên
6


bơm tống thuốc ở tế bào ung thư thử nghiệm, tác dụng yếu hơn chất 4. Hợp
chất có tác dụng mạnh nhất có 2 nhân thơm.
Theo các tác giả này, phần nhân thơm không phân cực là yếu tố thuận lợi
cho tác dụng ức chế bơm tống thuốc trên tế bào ung thư, còn nhóm hydroxyl
là nhóm thế gây giảm tác dụng.
Đặc biệt, những nghiên cứu gần đây cho thấy khung benzyl của
(thio)hydantoin có khả năng gắn lên các chất vận chuyển protein. Các công
trình nghiên cứu của một số tác giả cho thấy tác dụng chống ung thư của các
dẫn chất (thio)hydantoin rất đáng quan tâm [11], [16], [38]. Dẫn chất
(thio)hydantoin có tác dụng ức chế quá trình phosphoryl hóa tự động và biệt
hóa một số tế bào ung thư do yếu tố EGFR (receptor của yếu tố tăng trưởng
biểu mô) [11], [38].
1.1.2 Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm.
Tác giả Herba [17] đã tiến hành tổng hợp một số dẫn chất của
thiohydantoin và thử tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm trên các chủng vi
khuẩn: Staphylococcus aureus (RCMB 000108) và Bacillus subtilis (RCMB
000109) (Gram dương), Pseudomonas aeruginosa (RCMB 000103) và

Escherichia coli (RCMB 000106) (Gram âm). Các chất tổng hợp được thử tác
dụng kháng nấm trên các chủng Aspergillus fumigates (RCMB 002006),
Geotrichum candidum (RCMB 005008), Candida albicans (RCMB 005003),
Syncephalastrum racemosum (RCMB 005004). Kết quả cho thấy các chất
tổng hợp được đều có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm. Chất 5-oxo-2-
thioxo-1-(2-p-tolyl-ethylideneamino)-imidazolidin-4-yl acetat (12) có tác
dụng tốt nhất trên chủng vi khuẩn và nấm thử nghiệm. Chất 1-acetyl-3-[(p-
tolylethyliden)amino]-2-thiohydantoin (13) và chất 5-thiophen-2-yliden-3-[(p-
tolylethyliden)amino]-2-thiohydantoin (14) có tác dụng trung bình. Chất 1-
acetyl-3-[(p-tolylethyliden)amino]-5-thiophen-2-yliden-2-thihydantoin (15)
7


có tác dụng tốt trên chủng vi khuẩn và tác dụng trung bình trên chủng nấm
thử nghiệm.
N
H
N
S
O
O
O
N
12

N
N
S
O
N

CH
3
O
1
3

N
H
N
S
O
N
CH
3
S
1
4

N
N
S
O
N
CH
3
S
O
15

Năm 2010, tác giả Abd E.l và cộng sự [6] đã tổng hợp một số dẫn chất

của thiohydantoin và thử hoạt tính trên 4 dòng vi khuẩn là: Bacillus subtilis,
Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas species và 1 dòng vi
nấm là Candida albicans. Kết quả thu được cho thấy các hợp chất 16, 17, 18
tác dụng tốt trên dòng vi khuẩn Pseudomonas sp; các hợp chất 16, 17, 18 tác
dụng yếu trên dòng Escherichia coli; 18, 19 tác dụng rất tốt trên vi khuẩn
Staphylococcus aureus; 16, 17, 19, 20 tác dụng rất tốt trên dòng vi nấm
Candida albicans.
N
N
N
Br
OCOCH
3
O
S
COCH
3
16

2-[(3-acetyl-5-oxo-2-thioxo-
imidazolidin-1-ylimino)-methyl]-4-
bromo-phenyl acetat
8


NH
N
N
Br
OH

O
S
17
COCH
3

5-acetyl-3-[(5-bromo-2-hydroxy-
benzyliden)-amino]-2-thioxo-
imidazolidin-4-on
N
N
N
Br
OCOCH
3
O
S
COCH
3
18
Br
COCH
3

4-bromo-2-[(3,4-diacetyl-4-bromo-5-
oxo-2-thioxo-imidazolidin-1-
ylimino)-methyl]-phenyl acetat
NH
N
N

H
Br
OH
H
2
NHN
H
2
N
H
N
19

4-bromo-2-[(2,5-dihydrazino-
imidazolidin-1-ylamino)-methyl]-
phenol
NH
N
N
Br
OH
O
S
20
S

3-[(5-bromo-2-hydroxy-benzyliden)-
amino]-5-thiophen-2-ylmethylen-2-
thioxo-imidazolidin-4-on
1.1.3 Các tác dụng khác.

Trong US patent 6.826.924 tác giả Pfahl [28] đã tổng hợp các dẫn chất
của 2-thioxo-4-imidazolidindion có tác dụng trong điều trị các bệnh liên quan
đến chuyển hóa lipid và carbonhydrat như đái tháo đường typ 2, biệt hóa tế
bào mô mỡ, bệnh Hodgkin, bệnh bạch cầu, ung thư vú, ung thư tiền liệt
tuyến…
HN
NH
Ar
Ar
R
5
S
O
R
1
R
2
R
3
R
4
2
1

9


Các dẫn chất thế ở vị trí 5 của 2’-deoxyuridin bởi các dị vòng 5 cạnh đã
được nghiên cứu để thử tác dụng kháng virus [14], trong đó có dẫn chất 5-(5-
bromothien-2-yl)-2’-deoxyuridin và 5-(5-clorothien-2-yl)-2’-deoxyuridin (21)

có tác dụng ức chế sự nhân lên của virus Herpes typ 1. Tác giả El-Barbary
[14] đã sử dụng 5-methylen-2-thiohydantoin là dị vòng 5 cạnh để tiến hành
phản ứng với 2’-deoxyuridin nhằm tạo ra các chất mới để nghiên cứu tác
dụng kháng virus theo sơ đồ sau:
HN
N
H
N
HN
O
O
O
S R
O
TolO
O
T
o
l
HN
N
N
HN
O
O
O
S
R
O
TolO

OTol
HN
N
O
O
CHO
1.(Me
3
Si)
2
NH/(NH
4
)
2
SO
4
2.CF
3
SO
3
Me
3,
MeCN
R= Ph
piperidin/EtOH

Một số dẫn chất tổng hợp có tác dụng gây độc trên tế bào MT4 của virus
HIV-1, không có tác dụng đáng kể trên virus Herpes typ 1.
1.2 Các phương pháp tổng hợp 2-thiohydantoin và dẫn chất.
1.2.1 Phản ứng tổng hợp 2-thiohydantoin.

1.2.1.1 Phản ứng của các α-amino acid và thioure.
Phản ứng:
NH
2
R
O
OH
H
2
N
S
NH
2
HN
NH
S
O
R
+
170-220
0
C
- H
2
O, NH
3

Đây là phản ứng cho hiệu suất cao trong tổng hợp 2-thiohydantoin [22],
[36], là sự ngưng tụ trực tiếp giữa α-amino acid và thioure trong điều kiện
170-220

o
C mà không cần dung môi nào. Phản ứng này đã được thực hiện
trong bình phản ứng, đun hồi lưu dưới 4 điều kiện khác nhau:
10


+ sử dụng bình áo.
+ đun cách dầu.
+ trong lò phản ứng không gỉ kín, được trang bị khuấy từ và đun nóng
bằng dầu.
+ thiết bị đun cách acid ở nhiệt độ không đổi.
Phản ứng này cho hiệu suất khác nhau ứng với các amino acid khác nhau
và điều kiện phản ứng khác nhau. Hiệu suất cao nhất khi sử dụng điều kiện
đun cách dầu, dao động từ 70% đến gần như 100%.
1.2.1.2 Phản ứng của các α-amino acid với ammonium thiocyanat.
Năm 1913, Treat Johson và Water Scott [19] tìm ra phản ứng giữa α-
amino acid với amonium thiocyanat trong môi trường anhydrid acetic khan.
Sản phẩm trung gian thu được là acetylthiohydantoin, sản phẩm trung gian
này bị thủy phân trong môi trường acid ở nhiệt độ cao sẽ sinh ra 2-
thiohydantoin.
Sơ đồ phản ứng:
H
2
N
OH
O
NH
4
SCN, Ac
2

O
N
H
N
S
O
N
H
H
N
S
O
CH
3
O
R
R
R
H
+
- CH
3
COOH

Trong bài báo này, tác giả đã thực hiện phản ứng tổng hợp thiohydantoin
và dẫn chất từ 7 acid khác nhau là: acid aceticphtalamic, acid p-
methoxyhippuric, acid carbethoxyaminoacetic, acid m-nitrohippuric,
acetyldibromphenylalanin, benzoylalanin, acid phenylsulfonaminoacetic.
Năm 2006, Samuel Reyes và cộng sự [29] đã tiến hành tổng theo phương
pháp trên và thu được 2-thiohydantoin. Năm 2011, Sandrine Gosling và cộng

sự [15] cũng đã xây dựng qui trình tổng hợp 2-thiohydantoin theo sơ đồ như
trên và chúng tôi thực hiện theo qui trình này.
1.2.1.3 Phản ứng của glycin ethyl ester thiocyanat với acid amin.
11


Glycin ethyl ester thiocyanat kết hợp với acid amin, đun hồi lưu trong
cloroform trong 4 giờ được dẫn chất thế ở vị trí 3 của uredoacetic ethyl ester,
sau đó đun hồi lưu trong ethanol/acid hydrochloric (nồng độ 10N, tỷ lệ 1:1)
thu được 2-thiohydantoin có nhóm thế ở vị trí 3 như mong muốn [27].
Phản ứng:
O
NCS
O
H
2
N R
HN
N
O
S
R
O
H
N
O
H
N
R
S

a b

a: Đun hồi lưu 4 giờ trong CHCl
3

b: Đun hồi lưu 3 giờ trong EtOH/HCl 10N tỷ lệ 1:1
1.2.2 Phản ứng tổng hợp dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin.
Công thức cấu tạo 2-thiohydantoin (2-thioxoimidazolidin-4-on) như sau:
HN
NH
S
O

Từ cấu trúc phân tử 2-thiohydantoin cho thấy nhiều khả năng phản ứng
chuyển hóa để tạo thành nhiều dẫn chất khác nhau của 2-thiohydantoin [12],
[23], [36]… Các phản ứng thực hiện theo hướng chính sau:
- Phản ứng thế vào vị trí nitơ N-1 và N-3.
- Phản ứng của nhóm methylen hoạt động ở C-5.
- Phản ứng của nhóm C=O và C=S.
Dựa vào khả năng hoạt động của nhóm methylen ở C-5 có thể tổng hợp
các dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin bằng phản ứng với aldehyd thơm.
RCHO +
HN
NH
S
O
HN
NH
S
O

C
H
R
O
H
HN
NH
S
O
C
H
R
- H
2
O

12


Phản ứng ngưng tụ có thể thực hiện ở các điều kiện khác nhau: dưới điều kiện
phản ứng với aldehyd thơm, xúc tác natri acetat, acid acetic băng [21], [35],
[40]; ngưng tụ với các aldehyd thơm, xúc tác ethanolamin/EtOH [23], [26],
xúc tác piperidin/EtOH [12], [14], dưới điều kiện vi sóng [27]…
Về cơ chế phản ứng Knoevenagel [2], [24]
Phản ứng ngưng tụ các aldehyd thơm và một số hợp chất dị vòng chứa
nhóm aldehyd với 2-thiohydantoin xảy ra theo cơ chế phản ứng Knoevenagel
tương tự như với các hợp chất có nhóm methylen hoạt động khác.
Với xúc tác ethanolamin là amin bậc 1, có thể trình bày cơ chế phản ứng
ngưng tụ aldehyd thơm với 2-thiohydantoin theo cơ chế Knoevenagel theo
các bước sau:

- Aldehyd thơm ngưng tụ với ethanolamin tạo arylidenimin:
Ar C
H
O H
2
N CH
2
CH
2
OH
Ar
H
C
OH
N
H
CH
2
CH
2
OH
Ar C
H
N CH
2
CH
2
OH
+
- H

2
O

- Xúc tác base (ethanolamin) lấy đi 1 hydro của nhóm methylen hoạt
động của 2-thiohydantoin tạo carbanion. Anion này tấn công vào imin tạo
thành hợp chất trung gian β-aminocarbonyl.
HN
N
O
S
R
HN
NH
O
S
HN
NH
O
S
NH
2
HOH
2
CH
2
C
H
H
H
H

- HO(CH
2
)
2
NH
3


Ar CH
N CH
2
CH
2
OH
HN
NH
S
O
H
HN
NH
S
O
H
C
Ar
N
H
HO(H
2

C)
2
HN
NH
S
O
H
C
Ar
NH
H
HO(H
2
C)
2
+ H
2
O
- OH

- Hợp chất trung gian tách amin tạo thành hợp chất 5-aryliden-2-
thiohydantoin.
13


HN
NH
S
O
H

C
Ar
NH
H
HO(H
2
C)
2
H
2
N
C
H
2
C
H
2
O
H
HN
NH
S
O
C
H
Ar
- 2 HO(CH
2
)
2

NH
2

Với xúc tác natri acetat trong dung môi acid acetic
Phản ứng ngưng tụ của aldehyd thơm với 2-thiohydantoin là phản ứng
ngưng tụ kiểu aldol xảy ra theo cơ chế sau [24]:
- Giai đoạn cộng hợp:
Nhóm methylen ở vị trí 5 của 2-thiohydantoin 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:
N
H
NH
S
O
+ B
HC
N
H
NH
S
O
+ B
H
(
I
I
)

Anion (II) tấn công vào carbon mang điện tích dương phần C

δ(+)
của
nhóm carbonyl của aldehyd tạo sản phẩm cộng hợp (IV):
HC
N
H
NH
S
O
Ar
C
O
H
+
N
H
NH
S
O
H
CHAr
O
(III) (II) (IV)

Ion alcolat (IV) tạo thành lại lấy một proton của BH, trả lại xúc tác B
(-)
:
N
NH
S

O
H
HC
A
r
O
(IV)
BH
N
H
NH
S
O
H
HCAr
OH
(V)
+
B
+

- Giai đoạn ngưng tụ loại nước:
N
H
NH
S
O
H
HC
A

r
HO
N
H
NH
CHAr
O
S
(V)
+ H
OH
2
H
- H
- H
2
O
N
H
NH
C
H
Ar
O
S

14

Năm 1911, Wheeler và Hoffman [34] là những người đầu tiên nhận thấy
hydantoin có thể ngưng tụ với aldehyd thơm tạo thành dẫn chất có nối đôi gắn
ở C-5 của hydantoin. 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,…
N
H
NH
O
O
A
r-CHO
1
2
3
4
5
N
H
NH
O
O
1
2
3
4
5
Ar
+
- H

2
O
AcOH, AcONa

Phương pháp của Wheeler và Hoffman được sử dụng để tổng hợp nhiều
dẫn chất thế ở C-5 của hydantoin. Một nhược điểm của phương pháp trên là
phải sử dụng một lượng lớn acid acetic và natri acetat.
Năm 1992, Chazeau V., và cộng sự [40] đã xây dựng qui trình tổng hợp
một số dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin dựa trên nghiên cứu của Wheeler
và Hoffman.
Năm 1993, János Marton [23] sử dụng xúc tác có tính base mạnh là
ethanolamin để tiến hành phản ứng ngưng tụ aldehyd thơm với thiohydantoin
trong dung môi là ethanol, phản ứng tiến hành ở nhiệt độ hồi lưu trong 30
phút. Tác giả đã sử dụng một số aldehyd thơm (p-clorobenzaldehyd, p-
nitrobenzaldehyd, p-hydroxybenzaldehyd, ), hiệu suất phản ứng 44-89%.
Sơ đồ phản ứng:
O H
R
+
EtOH , H
2
N(CH
2
)
2
OH
®un håi l-u
NH
N
H

S
O
R
NH
2
NH
S
O
R = H, -OH, -OCH
3,
-N(CH
3
)
2,
-Cl, -NO
2


15


CHƯƠNG 2.NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 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:
ü Các benzaldehyd:
- Benzaldehyd
- 4- Fluorobenzaldehyd

- 2- Clorobenzaldehyd
- 3- Clorobenzaldehyd
- 4- Clorobenzaldehyd
- 2- Bromobenzaldehyd
- 3- Bromobenzaldehyd

- 4- Bromobenzaldehyd
- 3- Nitrobenzaldehyd
- 4- Nitrobenzaldehyd
-2-hydroxybenzaldehyd
- 4-hydroxybenzaldehyd
-4-methoxybenzaldehyd

ü Amoni thiocyanat
ü Các hóa chất và dung môi khác: DMF, aceton, acid acetic băng,
ethanolamin, cloroform, dicloromethan, ethylacetat, methanol, natri acetat,
ethanol tuyệt đối, HCl, nước cất.
2.2 Thiết bị thí nghiệm
- Dụng cụ thủy tinh (bình cầu 3 cổ dung tích 100, 250, 500ml, 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).