Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của 5 (4 clorobenzyliden) 2 thiohydantoin và một số dẫn chất base mannich

BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI



TÔ ÁI AN

TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH
HỌC CỦA 5-(4’-CLOROBENZYLIDEN)-
2-THIOHYDANTOIN VÀ MỘT SỐ DẪN
CHẤT BASE MANNICH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ

HÀ NỘI - 2014


BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI


TÔ ÁI AN

TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH
HỌC CỦA 5-(4’-CLOROBENZYLIDEN)-
2-THIOHYDANTOIN VÀ MỘT SỐ DẪN
CHẤT BASE MANNICH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ

Ngƣời hƣớng dẫn:

1. TS. Vũ Trần Anh
2. ThS. Hoàng Thu Trang
Nơi thực hiện: Bộ môn Hóa hữu cơ

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 Ths. Hoàng Thu Trang, PGS. TS Nguyễn Quang Đạt đã hết
lòng chỉ bảo, giúp đỡ và trực tiếp hướng 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.
Phan Thị Nguyệt Hằng (Viện Dược liệu), TS. Trần Thị Nhƣ 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) và toàn thể các thầy cô giáo, cán bộ kỹ thuật viên của Bộ môn Hóa hữu
cơ, các thầy cô giáo trong trường, các phòng ban- 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 khóa luận 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 khóa luận được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2014
Sinh viên


Tô Ái An

MỤC LỤC

Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

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 thư
2
1.1.2 Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm
6
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
19


2.3 Nội dung nghiên cứu
19
2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu
19
2.4.1 Phương pháp tổng hợp 2-thiohydantoin, 5-(4‟-clorobenzyliden)-
2-thiohydantoin và dẫn chất base Mannich
20
2.4.2 Phương pháp xác định cấu trúc
20
2.4.3 Phương pháp thử hoạt tính gây độc tế bào ung thư
20
CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
23
3.1 Tổng hợp hóa học
23
3.1.1 Tổng hợp 2-thiohydantoin
24
3.1.2 Tổng hợp dẫn chất 5-(4‟-clorobenzyliden)-2-thiohydantoin
26
3.1.3 Tổng hợp một số dẫn chất base Mannich của 5-(4‟-

clorobenzyliden)-2-thiohydantoin
28
3.2 Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp đƣợc
31
3.2.1 Phổ hồng ngoại
31
3.2.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
31
3.2.3 Phổ khối lượng
31
3.3 Thử hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ
31
CHƢƠNG 4. BÀN LUẬN
38
4.1 Về tổng hợp hóa học
38


4.1.1 Về phản ứng tổng hợp 2-thiohydantoin
38
4.1.2 Về phản ứng ngưng tụ tạo 5-(4‟-clorobenzyliden)-2-
thiohydantoin
39
4.1.3 Về phản ứng Mannich
41
4.2 Về xác định cấu trúc của các chất tổng hợp đƣợc
41
4.2.1 Về phổ hồng ngoại (IR)
41
4.2.2 Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân

1
H-NMR
42
4.2.3 Về xác định đồng phân hình học của dẫn chất 5-(4‟-
clorobenzyliden)-2-thiohydantoin và các base Mannich dựa trên
phổ
1
H-NMR.
44
4.2.4 Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân
13
C-NMR
45
4.2.5 Về phổ MS
48
4.3 VỀ TÁC DỤNG GÂY ĐỘC TẾ BÀO UNG THƢ
48
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
49
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
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
: Khối phổ
(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 của nó
(I, Ia-c)
33
3.2

Số liệu phổ
1
H-NMR của A, BM, BT
34
3.3
Số liệu phổ IR và phổ
1
H-NMR của I và các dẫn chất base
Mannich (Ia-c)
35
3.4
Số liệu phổ
13
C-NMR của I và các dẫn chất base Mannich (Ia-c)
36
3.5
Số liệu phổ ESI-MS của I và các dẫn chất base Mannich (Ia-c)
37
3.6
Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào trên các dòng tế bào ung
thư vú MCF-7, dòng tế bào ung thư gan Hep-G2 và dòng tế bào
ung thư tuyến tiền liệt PC3 của các chất tổng hợp được (theo
phương pháp SRB)
37
4.1
Các tương tác
1
H-
13
C của chất Ia

46




DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình

Trang
4.1
: Phổ HSQC của hợp chất Ia
47
4.2
: Phổ HMBC của hợp chất Ia
47


1


ĐẶT VẤN ĐỀ
Dược phẩm là một trong những lĩnh vực quan trọng trong công cuộc
chăm sóc sức khỏe cộng đồng. Trong lĩnh vực Dược phẩm, các nhà khoa
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.
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 [8], [13], [29], [37]… 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 [15], [19], [20], [22], [35].
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-(4‟-clorobenzyliden)-2-thiohydantoin và một số
dẫn chất base Mannich.
2. Thử hoạt tính gây độc tế bào trên một số dòng tế bào ung thư người của
các chất tổng hợp được.
2



CHƢƠNG I: 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
[4], [9], kháng đột biến gen [29], kháng virus [13], kháng virus HIV [19],
kháng khuẩn [20], [22], 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 [33], [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
[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
3

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)





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 lâm sàng
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
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 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).
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 [15] 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.
N
H
H
N
O
S
10

Dựa trên đó, tác giả Hadzlik và cộng sự [15] 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 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
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 [10], [15], [37]. 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) [10], [37].
1.1.2 Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm.
7

Tác giả Herba [16] 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)
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
13

8

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 [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
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
9

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

1.1.3 Các tác dụng khác.
Trong US patent 6.826.924 tác giả Pfahl [26] 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
21

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 [13], 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
[13] 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:
10

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:
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 [21],

[36], là sự ngưng 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 được thực hiện
trong bình hồi lưu dưới 4 điều kiện khác nhau:
+ 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.
11

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 [18] tìm ra phản ứng giữa α-
amino acids với amonium thiocyanat trong môi trường anhydrid acetic khan.
Sản phẩm trung gian thu được là acylthiohydantoin, 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 [27] đã tiến hành tổng theo phương
pháp trên và thu được kết 2-thiohydantoin. Năm 2011, Sandrine Gosling và

cộng sự [14] 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 glycine ethyl ester thiocyanat với acid amin.
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,
12

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 [36].
Phản ứng:
O
NCS
O
H
2
N R
HN
N
O
S
R
O
H
N
O
H
N
R
S
a b

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 [11],
[22], [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
OH
HN

NH
S
O
C
H
R

13

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 [20],
[35]; ngưng tụ với các aldehyd thơm, xúc tác ethanolamin/EtOH [22], [24],
xúc tác piperidin/EtOH [13], dưới điều kiện vi sóng [25]…
Về cơ chế phản ứng Knoevenagel [2], [23]
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
- 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

14

- 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) được 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 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
HCAr
O
(IV)
BH
N
H
NH
S
O
H
HCAr
OH
(V)
+
B
+

15

- 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 [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
Ar-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 [39] 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 [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 tiến hành ở nhiệt độ
hồi lưu trong 4 giờ. Tác giả đã sử dụng một số aldehyd thơm (p-
clorobenzaldehyd, p-nitrobenzaldehyd, p-hydroxybenzaldehyd, ), hiệu suất
phản ứng 44-89%.
16

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

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 [23], [32].
R H
HN
R
1
R
2
R
H
2
C
N
R
1

R
2
+
CH
2
O +

Phản ứng Mannich thường được tiến hành trong môi trường acid nhưng
cũng có thể xảy ra trong môi trường base trung bình [23], [32].
Trong môi trường acid, phản ứng xảy ra qua hai bước theo cơ chế sau:
- Bước 1: Amin phản ứng với formaldehyd tạo dẫn chất hydroxymethyl,
dẫn xuất này gắn proton và loại một phân tử nước để tạo ra cation
aminomethyl:
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

- Bước 2: Cation aminomethyl phản ứng với hợp chất có hydro linh động
theo 2 trường hợp sau: