Tổng hợp và thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của 5 (3 bromobenzyliden) 2 thiohydantoin và một số dẫn chất base mannich
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.27 MB, 82 trang )
BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI
MAI CÔNG HƢNG
TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH
KHÁNG TẾ BÀO UNG THƢ CỦA 5-(3’-
BROMOBENZYLIDEN)-2-
THIOHYDANTOIN VÀ MỘT SỐ DẪN
CHẤT BASE MANNICH
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ
HÀ NỘI – 2015
BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI
MAI CÔNG HƢNG
TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH
KHÁNG TẾ BÀO UNG THƢ CỦA 5-(3’-
BROMOBENZYLIDEN)-2-
THIOHYDANTOIN VÀ MỘT SỐ DẪN
CHẤT BASE MANNICH
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ
Ngƣời hƣớng dẫn:
1. TS. Vũ Trần Anh
2. DS. Tô Ái An
Nơi thực hiện: Bộ môn Hóa hữu cơ
HÀ NỘI – 2015
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Vũ
Trần Anh, DS. Tô Ái An và PGS. TS Nguyễn Quang Đạt đã hết lòng chỉ
bảo, giúp đỡ và trực tiếp hƣớng dẫn tôi trong thời gian thực hiện khóa luận
này.
Tôi cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của: Ths. Đặng Vũ Lƣơng
(Phòng NMR- Viện Hóa học- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam), TS.
Trần Thị Nhƣ Hằng (Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên), TS. Đào Thị
Nhung (Bộ môn Hóa vật liệu- Khoa Hóa- Trƣờng Đại học Khoa học Tự
nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội) và toàn thể các thầy cô giáo, cán bộ kỹ thuật
viên của Bộ môn Hóa hữu cơ, các thầy cô giáo trong trƣờng, các phòng ban-
Trƣờng Đại học Dƣợc Hà Nội.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhƣng do hạn chế về thời gian, kiến thức
cũng nhƣ tài liệu tham khảo nên khóa luận của tôi không thể tránh khỏi những
sai sót, khiếm khuyết trong nội dung và hình thức, tôi rất mong nhận đƣợc sự
góp ý của các thầy cô để khóa luận đƣợc hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2015
Sinh viên
MAI CÔNG HƢNG
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
ĐẶT VẤN ĐỀ
1
CHƢƠNG 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 thƣ
2
1.1.2 Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm
7
1.1.3 Các tác dụng khác
9
1.2 Các phƣơng pháp tổng hợp 2-thiohydantoin và dẫn chất
10
1.2.1 Phản ứng tổng hợp 2-thiohydantoin
10
1.2.2 Phản ứng tổng hợp dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin
12
1.2.3 Phản ứng tổng hợp các dẫn chất base Mannich
16
CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ VÀ
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
18
2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất, dung môi
18
2.2 Thiết bị thí nghiệm
18
2.3 Nội dung nghiên cứu
19
2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu
19
2.4.1 Phƣơng pháp tổng hợp 2-thiohydantoin, 5-(3‟-
bromobenzyliden)-2-thiohydantoin và dẫn chất base Mannich
19
2.4.2 Phƣơng pháp xác định cấu trúc
20
2.4.3 Phƣơng pháp thử hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ
20
CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
23
3.1 Tổng hợp hóa học
23
3.1.1 Tổng hợp 2-thiohydantoin
24
3.1.2 Tổng hợp dẫn chất 5-(3‟-bromobenzyliden)-2-thiohydantoin
25
3.1.3 Tổng hợp một số dẫn chất base Mannich của 5-(3‟-
bromobenzyliden)-2-thiohydantoin
26
3.2 Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp đƣợc
29
3.2.1 Phổ hồng ngoại
29
3.2.2 Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân
30
3.2.3 Phổ khối lƣợng
30
3.3 Thử hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ
30
3.4 Bàn luận
37
3.4.1 Về tổng hợp hóa học
37
3.4.1.1 Về phản ứng tổng hợp 2-thiohydantoin
37
3.4.1.2 Về phản ứng ngƣng tụ tạo 5-(3‟-bromobenzyliden)-2-
thiohydantoin
38
3.4.1.3 Về phản ứng Mannich
39
3.4.2 Về xác định cấu trúc của các chất tổng hợp đƣợc
39
3.4.2.1 Về phổ hồng ngoại (IR)
39
3.4.2.2 Về phổ cộng hƣởng từ hạt nhân
1
H-NMR
40
3.4.2.3 Về xác định đồng phân hình học của dẫn chất 5-(3‟-
bromobenzyliden)-2-thiohydantoin và các base Mannich dựa
trên phổ
1
H-NMR.
41
3.4.2.4 Về phổ cộng hƣởng từ hạt nhân
13
C-NMR
42
3.4.2.5 Về phổ MS
43
3.4.3 Về tác dụng gây độc tế bào ung thƣ
43
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
45
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
13
C-NMR
: Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân carbon 13
1
H-NMR
: Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân proton
Ac
2
O
: Anhydrid acetic
AcOH
: Acid acetic
DMF
: Dimethylformamid
EGFR
: Epidermal growth factor receptor
(thụ thể của yếu tố tăng trƣởng biểu mô)
EtOH
: Ethanol
ESI
: Phƣơng pháp phun mù điện tử
Hep-G2
: Tế bào ung thƣ gan ở ngƣời
IC
50
: Nồng độ ức chế 50%
IR
: Phổ hồng ngoại
MeOH
: Methanol
MS
: Khối phổ
(Mass spectrometry)
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng
Trang
3.1
Kết quả tổng hợp 2-thiohydantoin (BT) và các dẫn chất của nó
(I, Ia-c)
32
3.2
Số liệu phổ
1
H-NMR của A, BM, BT
33
3.3
Số liệu phổ IR và phổ
1
H-NMR của I và các dẫn chất base
Mannich (Ia-c)
34
3.4
Số liệu phổ
13
C-NMR của I và các dẫn chất base Mannich (Ia-c)
35
3.5
Số liệu phổ ESI-MS của I và các dẫn chất base Mannich (Ia-c)
36
3.6
Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào trên dòng tế bào ung thƣ
gan Hep-G2 của các chất tổng hợp đƣợc (theo phƣơng pháp
SRB)
36
1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Nghiên cứu và phát triển thuốc mới là một lĩnh vực khoa học tự nhiên đã
ra đời rất lâu và ngày càng phát triển. Ở Việt Nam trƣớc đây lĩnh vực này
chƣa phát triển song gần đây nghiên cứu và phát triển thuốc mới đã bắt đầu
thu hút đƣợc sự chú ý của nhiều nhóm nghiên cứu và một số tập đoàn dƣợc
phẩm lớn trong nƣớc.
Trong quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc mới cần phải tổng hợp
một số lƣợng lớn dẫn chất để: xác định pharmacophore (cấu trúc tác dụng
chính); xác định mối liên quan giữa cấu trúc và tác dụng; tìm dẫn chất với tác
dụng tốt hơn, tác dụng phụ ít hơn hoặc dƣợc động học tối ƣu cho sử dụng trên
cơ thể sống.
Các hợp chất dẫn đƣờng có thể tìm kiếm từ nhiều con đƣờng khác nhau:
sàng lọc từ các hợp chất thiên nhiên, sàng lọc bằng tổng hợp hữu cơ, sàng lọc
từ các chất nội sinh trong cơ thể… Trong đó sàng lọc bằng tổng hợp hữu cơ là
con đƣờng quan trọng mà phần lớn các hãng dƣợc phẩm lớn hiện nay đều sử
dụng để nghiên cứu phát hiện thuốc mới.
Trên thế giới, các nhà khoa học đã quan tâm nghiên cứu về tổng hợp hóa
học, tác dụng sinh học và ứng dụng làm thuốc của các dẫn chất 2-
thiohydantoin [9], [14], [30]… Trong đó nhiều dẫn chất của 2-thiohydantoin
có tác dụng chống ung thƣ, kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virus và ức chế
aldose reductase,… đáng quan tâm [16], [20], [21], [23], [36], [39], [40].
Để góp phần nghiên cứu, tìm kiếm các dẫn chất 2-thiohydantoin có tiềm
năng về hoạt tính sinh học, chúng tôi thực hiện khóa luận với các mục tiêu
sau:
1. Tổng hợp dẫn chất 5-(3‟-bromobenzyliden)-2-thiohydantoin và một số
dẫn chất base Mannich.
2. Thử hoạt tính gây độc tế bào trên dòng tế bào ung thƣ gan Hep-G2 của
các chất tổng hợp đƣợc.
2
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
1.1 Tác dụng sinh học của các dẫn chất 2-thiohydantoin.
2-thiohydantoin là hợp chất dị vòng đƣợc tạo thành nhờ phản ứng ngƣng
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 đƣợc 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 nhƣ: kháng tế bào ung thƣ
[1], [5], [10], [39], [40], kháng đột biến gen [30], kháng virus [14], kháng
virus HIV [20], kháng khuẩn [21], [23], ức chế enzyme aldose reductase [36]
… Ngoài ra 2-thiohydantoin còn đƣợc sử dụng nhiều trong các lĩnh vực khác
nhƣ sản xuất thuốc trừ sâu [37], thuốc nhuộm [37]…
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 thƣ máu và một số tế bào ung thƣ khác.
HN
N
H
H
N
O
S O
O
Merbaron
Dựa trên sự tƣơng tự về cấu trúc của 2-thiohydantoin, Blanc và Cussac
[38] 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 đƣợc 1(a-d) có tác dụng gây tăng miễn dịch yếu, và có
tác dụng trên các tế bào ung thƣ thử nghiệm.
3
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)
Năm 2010, một số dẫn chất của 2-thiohydantoin (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) đã
đƣợc tác giả Al-Obaid và các cộng sự [9] nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng
invitro về tác dụng chống ung thƣ trên 60 dòng tế bào ngƣời ở 5 nồng độ khác
nhau. Kết quả thu đƣợc đáng chú ý là chất 2, 7 có tác dụng kháng tế bào ung
thƣ trên dòng tế bào ung thƣ 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
4
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
O
OAc
OAc
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 thƣ 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).
5
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-
imidazolidin-4-on (10) có tác dụng ức chế bơm tống thuốc có yếu tố P-gp
[34].
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 thƣ
tƣơng tự verapamil.
N
H
H
N
O
S
10
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:
6
N
H
H
N
S
O
N
H
H
N
S
O
Ar
ArOH
N
H
N
SCH
3
O
Ar
CH
3
I
NHN
HO
N
H
N
O
Ar
NN
HO
Các tác giả đã thử tác dụng ức chế bơm tống thuốc của các dẫn chất đã
tổng hợp đƣợc 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
bơm tống thuốc ở tế bào ung thƣ 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 thƣ, 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 thƣ 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 thƣ do yếu tố EGFR (receptor của yếu tố tăng trƣởng
biểu mô) [11], [38].
Một số nghiên cứu của tác giả Tô Ái An [1], tác giả Trần Đức Lai [5]
gần đây cho thấy một số dẫn chất của 5-aryliden-2-thiohydantoin có tác dụng
ức chế tế bào ung thƣ gan Hep-G2 ví dụ: (5-(4’-clorobenzyliden)-2-
7
thiohydantion (IC
50
= 4,66 µg/ml), 5-(4’-clorobenzyliden)-3-(N-
methylpiperazino)methyl-2-thiohydantoin (IC
50
= 4,95 µg/ml), 5-(2’-
hydroxybenzyliden)-2-thiohydantoin (IC
50
= 4,72 µg/ml)…) và tế bào ung thƣ
đại tràng HTC116 ( 5-(2’-clorobenzyliden)-2-thiohydantion (IC
50
= 24,40
µg/ml), 5-(4’-clorobenzyliden)-2-thiohydantion (IC
50
= 27,08 µg/ml)…).
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 dƣơng), Pseudomonas aeruginosa (RCMB 000103) và
Escherichia coli (RCMB 000106) (Gram âm). Các chất tổng hợp đƣợc 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 đƣợc 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)
có tác dụng tốt trên chủng vi khuẩn và tác dụng trung bình trên chủng nấm
thử nghiệm.
8
N
H
N
S
O
O
O
N
12
N
N
S
O
N
CH
3
O
13
N
H
N
S
O
N
CH
3
S
14
N
N
S
O
N
CH
3
S
O
15
Năm 2010, tác giả Abd El Fattah [8] 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 đƣợc 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
9
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
NHN
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
Tác giả Trần Đức Lai [5] đã nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng kháng
khuẩn, kháng nấm của một số dẫn chất của 5-aryliden-2-thiohydantoin, kết
quả cho thấy có một số chất có tác dụng kháng chủng vi khuẩn B.Subtilis
(MIC=25-50µg/ml), đó là các chất (5-(2’-clorobenzyliden)-2-thiohydantion,
5-(3’-clorobenzyliden)-2-thiohydantion,5-(4’-clorobenzyliden)-2-
thiohydantion,…)
1.1.3 Các tác dụng khác.
Trong US patent 6.826.924 tác giả Pfahl [27] đã tổng hợp các dẫn chất
của 2-thioxo-4-imidazolidindion có tác dụng trong điều trị các bệnh liên quan
10
đến chuyển hóa lipid và carbonhydrat nhƣ đái tháo đƣờng typ 2, biệt hóa tế
bào mô mỡ, bệnh Hodgkin, bệnh bạch cầu, ung thƣ vú, ung thƣ tiền liệt
tuyến…
HN
NH
Ar
Ar
R
5
S
O
R
1
R
2
R
3
R
4
21
Các dẫn chất thế ở vị trí 5 của 2‟-deoxyuridin bởi các dị vòng 5 cạnh đã
đƣợc 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
OTol
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 phƣơng 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:
11
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, là sự
ngƣng tụ trực tiếp giữa α-amino acids và thioure trong điều kiện 170-220
o
C
mà không cần dung môi nào. Phản ứng này đã đƣợc thực hiện trong bình hồi
lƣu dƣới 4 điều kiện khác nhau:
+ sử dụng bình áo.
+ đun cách dầu.
+ trong lò phản ứng không gỉ kín, đƣợc 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 nhƣ 100% [22], [37].
1.2.1.2 Phản ứng của các α-amino acid với amonium thiocyanat.
Năm 1913, Treat Johson và Water Scott [19] tìm ra phản ứng giữa α-
amino acids với amonium thiocyanat trong môi trƣờng anhydrid acetic khan.
Sản phẩm trung gian thu đƣợc là acylthiohydantoin, sản phẩm trung gian này
bị thủy phân trong môi trƣờng 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-
12
methoxyhippuric, acid carbethoxyaminoacetic, acid m-nitrohippuric,
acetyldibromphenylalanin, benzoylalanin, acid phenylsulfonaminoacetic.
Năm 2006, Samuel Reyes và cộng sự [28] đã tiến hành tổng theo phƣơng
pháp trên và thu đƣợc kết 2-thiohydantoin. Năm 2011, Sandrine Gosling và
cộng sự [15] cũng đã xây dựng qui trình tổng hợp 2-thiohydantoin theo sơ đồ
nhƣ trên và chúng tôi lựa chọn thực hiện tổng hợp 2-thiohydantoin theo qui
trình này.
1.2.1.3 Phản ứng của glycin ethyl ester thiocyanat với acid amin.
Glycin ethyl ester thiocyanat kết hợp với acid amin, đun hồi lƣu trong
cloroform trong 4 giờ đƣợc dẫn chất thế ở vị trí 3 của uredoacetic ethyl ester,
sau đó đun hồi lƣu trong ethanol/acid hydrochloric (nồng độ 10N, tỷ lệ 1:1)
thu đƣợc 2-thiohydantoin có nhóm thế ở vị trí 3 nhƣ mong muốn [37].
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 lƣu 4 giờ trong CHCl
3
.
b: Đun hồi lƣu 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) nhƣ 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], [37]… Các phản ứng thực hiện theo hƣớng chính sau:
- Phản ứng thế vào vị trí nitơ N-1 và N-3.
13
- 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
OH
HN
NH
S
O
C
H
R
Phản ứng ngƣng tụ có thể thực hiện ở các điều kiện khác nhau: dƣới điều
kiện phản ứng với aldehyd thơm, xúc tác natri acetat, acid acetic băng [21],
[36]; ngƣng tụ với các aldehyd thơm, xúc tác ethanolamin/EtOH [23], [25],
xúc tác piperidin/EtOH [14], dƣới điều kiện vi sóng [26]…
Về cơ chế phản ứng Knoevenagel [3], [24]
Phản ứng ngƣng 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
tƣơng tự nhƣ 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
ngƣng tụ aldehyd thơm với 2-thiohydantoin theo cơ chế Knoevenagel theo
các bƣớc sau:
- Aldehyd thơm ngƣng 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.
14
HN
N
O
S
R
HN
NH
O
S
HN
NH
O
S
NH
2
HOH
2
CH
2
C
H
H
H
H
- HOCH
3
NH
2
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.
HN
NH
S
O
H
C
Ar
NH
H
HO(H
2
C)
2
H
2
N CH
2
CH
2
OH
HN
NH
S
O
C
H
Ar
- 2 HO(CH
2
)
2
NH
2
Với xúc tác natri acetat trong dung môi acid acetic
- 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) đƣợc tạo
thành là một tác nhân ái nhân mạnh:
N
H
NH
S
O
+ B
HC
N
H
NH
S
O
+ BH
(II)
Anion (II) tấn công vào carbon mang điện tích dƣơng 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)
15
Ion alcolat (IV) tạo thành lại lấy một proton của BH, trả lại xúc tác B
(-)
:
N
NH
S
O
H
HCAr
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
Ar
HO
N
H
NH
CHAr
O
S
(V)
+ H
OH
2
H
- H
- H
2
O
N
H
NH
C
H
Ar
O
S
Năm 1911, Wheeler và Hoffman [35] là những ngƣời đầu tiên nhận thấy
hydantoin có thể ngƣng tụ với aldehyd thơm tạo thành dẫn chất có nối đôi gắn
ở C-5 của hydantoin. Phản ứng đƣợc thực hiện trong acid acetic băng, với
natri acetat khan, anhydrid acetic. Các aldehyd thơm đã đƣợc sử dụng là
benzaldehyd, 2-hydroxybenzaldehyd, furfural, vanillin,…
N
H
NH
O
O
Ar-CHO
1
2
3
4
5
N
H
NH
O
O
1
2
3
4
5
Ar
+
- H
2
O
AcOH, AcONa
Phƣơng pháp của Wheeler và Hoffman đƣợc sử dụng để tổng hợp nhiều
dẫn chất thế ở C-5 của hydantoin. Một nhƣợc điểm của phƣơng pháp trên là
phải sử dụng một lƣợng 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 ngƣng tụ aldehyd thơm với hydantoin
trong dung môi là hỗn hợp nƣớc:ethanol (1:1), phản ứng tiến hành ở nhiệt độ
hồi lƣu trong 4 giờ. Tác giả đã sử dụng một số aldehyd thơm (p-
16
clorobenzaldehyd, p-nitrobenzaldehyd, p-hydroxybenzaldehyd, ), hiệu suất
phản ứng 44-89%.
Sơ đồ phản ứng:
O H
R
+
NaHCO
3
/N-¬c-EtOH
Ethanolamin,t
0
NH
N
H
O
O
R
N
H
NH
O
O
R = Alkyl, alkoxy (-OR), -NR, -OH, -X, -CN, -CF
3,
-NO
2
Chúng tôi sử dụng xúc tác natri acetat trong dung môi acid acetic để tổng
hợp 5-aryliden-2-thiohydantoin ( 5-(3‟-bromobenzyliden)-2-thiohydantion )
đi từ aldehyd 3-bromobenzaldehyd.
1.2.3. Phản ứng tổng hợp các dẫn chất base Mannich
Phản ứng Mannich là phản ứng aminomethyl hóa các hợp chất hữu cơ có
nguyên tử H linh động bằng tác dụng của formaldehyd (hoặc các aldehyd
khác) và các amin bậc 1, amin bậc 2 hoặc amoniac [24], [32].
R H
HN
R
1
R
2
R
H
2
C
N
R
1
R
2
+
CH
2
O +
Phản ứng Mannich thƣờng đƣợc tiến hành trong môi trƣờng acid nhƣng
cũng có thể xảy ra trong môi trƣờng base trung bình [24], [32].
Trong môi trƣờng acid, phản ứng xảy ra qua hai bƣớc theo cơ chế sau:
- Bƣớc 1: Amin phản ứng với formaldehyd tạo dẫn chất hydroxymethyl,
dẫn xuất này gắn proton và loại một phân tử nƣớc để tạo ra cation
aminomethyl:
17
N
R
1
R
2
H
H
2
C O
N
R
1
R
2
CH
2
OH
+
N
R
1
R
2
H
2
C
O H
H
N
R
1
R
2
CH
2
N
R
1
R
2
CH
2
- H
2
O
cation aminomethyl
+ H
- Bƣớc 2: Cation aminomethyl phản ứng với hợp chất có hydro linh động
theo 2 trƣờng hợp sau:
+ Trƣờng hợp hợp chất có hydro linh động có thể tạo enol (hydro linh
động nằm bên cạnh nhóm carbonyl của phân tử) thì cation aminomethyl là tác
nhân ái điện tử tấn công vào liên kết đôi C=C của dạng enol tạo ra hợp chất
chứa nhóm aminomethyl (base Mannich):
C C H
O
C C
OH
N
R
1
R
2
H
2
C
+
C C
OH
N
R
1
R
2
H
2
C
C C
O
N
R
1
R
2
H
2
C
- H
+
+ Trƣờng hợp hợp chất có hydro linh động không có khả năng enol hóa
(nhƣ trƣờng hợp hydro linh động ở các liên kết N-H, S-H, Se-H, P-H hoặc ở
liên kết C-H ở nhân indol, pyrol…) thì cation aminomethyl phản ứng với
nguyên tử mang H linh động tạo ra sản phẩm base Mannich:
R H
N
R
1
R
2
H
2
C
+
N
R
1
R
2
H
2
C
R
- H
+
