tổng hợp và thăm dò tác dụng sinh học của 5 (p cloro benzyliden) imidazolidin 2,4 dion

BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI
NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG
TỔNG HỢP VÀ THÃM DÒ TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA
• • •
5-(p - CLORO - BENZYLIDEN) -IMIDAZOLIDIN - 2,4 - DION
(KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP Dược SỸ KHC '
Người hướng dẫn ĩ PGS.TS.NGU
TS. ĐINH THỊ THANH HẢI
Nơi thực hiện : BỘ MÔN HOÁ HỮU c ơ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI
Thời gian thực hiện: 16/2/2004 - 31/5/2004
VÀ DẪN CHẤT
HÀ NỘI, 5-2004
J l è i c ẻ m t Ổ 4 f c
&ỗi rXỈn hỉiiị tỏ lồiKị kính tmnq, ÚÌI hiet ỔÍI sâu Aắe tới
&£. Q lạ iu ụ ĩit Qjuanự (Đạt
( ỉ ) i n h & h i í7 /ta n h 'J ũ ả i
những, nạrtòi thầụ đã dành nliíều th òi gian OỈI aônự, ềứe tận tu ụ. hiứĩítụ
dẫn íùi ạỉúft itõ tôi trrmy qưá trình tliua hiên Ulỉúá luận nầụ.
&ồi <xdn cám ổn su’ ạỉíí/i ĩtở tân tinh của ũaú (Ván £ 7 h u - bô môn
@âng, nfjJỉiêfx (Dưổn, £7cV. (Dề Qtqoe Qỉtianh - pỊiồnạ: Q%/ nghiêm. &VUMỊ, tăm
ịtviíềíiq ^Đai húít (Dưổa
7Ể Ồ
Qlôi)ý 3Cc$. &hành £ĩhu
G % ư // -
phồng
.:
J ì t ú ụ k h ố i
p j ỉ ú ( ĩ ) l ẽ i t J ô ũ á h o e ị & v u n í Ị , t â m D C h o a h o e t ư n h i ê n o à c à n ạ , í U ị h Ề Q ju ồ 'e ụ ỉ a ) ,
& Ẵ . & Ề J ì t a i 'ă ô ư ổ n g , - p h ồ n g , ỡ / t / n ạ h i ĩ m ế i ễ i h h o e ( ( D i ê ế t h ú ú h o e c á c h đ f L c h ấ t

t h i ê n n h i ê n ) f e ù n ạ c á e t h ầ y , c à ạ i á ú a ù c ủ a d á n h ê k ị ị t h u ậ t a ỉ ễ n b ệ - m â n 7 ỗ ú á
h ữ u c đ đ ã t ụ ú m ọ i đ ỉ ề í Ắ h i ê n t h u ậ n l ọ i c h o t ô i h o à n t í i à n l i k h ó a l u ậ n n à ụ , .
& ô i e ũ n ự , a e i n h à i ị t ồ L ở i c ả m đ í t t ồ i g i a đ ì n h , h ạ n h ỉ ( T ã I n ô n q u a n t ă m ,
đ ộ n g , ú i ê n ạ J á f t đ ẽ ’ t ô i t r ú n g 3n ế t C Ị í í á t r ì n h h ọ e f ậ fi o à l à m ĩ t ề t à i .
'lỗà Qlôi, nqàiị 31 thánạ 5 năm 2004
S ỉ ễ i h o i Ề n
Q lg u ụ ỉế t & h i &fuí 'T ô ư ứ ềụ i
CHÚ GIẢI CHỮVIẾT TẮT
CTPT : Công thức phân tử
DMF : Dimethylíormamid
IC50 : Nồng độ ức chế 50%
IR : Phổ hồng ngoại
KLPT : Khối lượng phân tử
MS : Phổ khối lượng
SKLM : Sắc ký lớp mỏng
u v : Phổ tử ngoại
v s v : Vi sinh vật
MỤC LỤC
Trang
LỜI CÁM ƠN
CHÚ GIẢI CHỮVIẾT TẮT
ĐẶT VẤN ĐỀ 1
Phần 1: Tổng quan 2
1.1. Tình hình nghiên cứu các dẫn chất hydantoin trong hoá trị liệu

2
1.2. Phản ứng tổng hợp imidazolidin-2,4-dion và dẫn chất 6
1.2.1. Các phương pháp tổng hợp đóng vòng tạo imidazolidin-2,4-dion và dẫn
chất 6
1.2.2. Tổng hợp các dẫn chất của imidazolidin-2,4-dion xuất phát từ nhân

hydantoin 7
1.3. Phản ứng ngưng tụ của imidazolidin-2,4-đion với aldehyd thơm

9
1.4. Phản ứng Mannich 11
1.4.1. Định nghĩa và c ơ chế phản ứng: 11
1.4.2. Đặc điểm của các chất tham gia phản ứng 11
1.4.3. Điều kiện phản ứng 12
1.4.4. Úng dụng của phản ứng Mannich trong tổng hợp thuốc

13
1.4.5. Úng dụng trong tổng hợp các base Mannich của một số dẫn chất
imidazolidin-2,4-dion và thiazolidin-2,4-dion
13
Phần 2: Thực nghiệm và kết quả 15
2.1. Nguyên vật liệu và phương pháp thực nghiệm 15
2.1.1. Hoá chất 15
2.1.2. Phương tiện 15
2.1.3. Phương pháp thực nghiệm 15
2.2. Tổng hợp hoá học 16
2.2.1. Sơ đồ phản ứng 16
2.2.2.Tổng hợp 5-(p-cloro-benzyliđen)-imidazoliđin-2,4-dion (I)

16
2.2.3. Tổng hợp một số dẫn chất base Mannich của 5-(p-clorobenzyliden)
imidazolidin-2,4-dion 18
2.3. Kiểm tra độ tinh khiết và xác định cấu trúc 29
2.3.1. Sắc ký lớp mỏng 29
2.3.2. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) 29
2.3.3. Phân tích phổ tử ngoại (ƯV)

32
2.3.4. Phân tích phổ khối lượng (MS) 33
2.4. Thử tác dụng sinh học 35
2.4.1. Thử tác dụng kháng khuẩn 35
2.4.2. Thử hoạt tính kháng các dòng tế bào ung thư người 39
2.5. Bàn luận 41
2.5.1. Về tổng hợp hoá học 41
2.5.2. Về xác định cấu trúc 42
2.5.3.Về tác dụng sinh học 42
Phần 3: Kết luận và đề xuất 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO 45
PHỤ LỤC 48
ĐẶT VÂN ĐỂ
Thuốc sử dụng trong công tác phòng và chữa bệnh 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.
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 tác dụng dược lý, 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 tri.
Nhiều dẫn chất imidazolidin-2,4-dion (hydantoin) đã được dùng rộng rãi trong
lâm sàng với tác dụng chống co giật để điều trị động kinh như phenytoin hoặc
có tác dụng kháng khuẩn như: Nitroíurantoin, Nifurtoinol [9],[13],[26],[29].
Trong những năm qua, các nhà nghiên cứu trên thế giới và trong nước
tiếp tục nghiên cứu, tổng hợp và sàng lọc tác dụng sinh học của các dẫn chất
imidazolidin-2,4-dion, đã tìm thấy nhiều dẫn chất có hoạt tính kháng khuẩn,
kháng nấm và chống ung thư rất đáng quan tâm [5],[6],[30].
Căn cứ vào các thành tựu nghiên cứu trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài
"Tổng hợp và thăm dò tác dụng sinh học của 5-(p-cloro-benzyliden)-
imidazoIidin-2,4-dion và dẫn chất" với các mục tiêu đề ra như sau:

1. Tổng hợp một số dẫn chất của imidazolidin-2,4-dion.
2. Thử sàng lọc tác dụng sinh học ( kháng khuẩn, kháng tế bào ung thư) với
hy vọng tìm được các chất có hoạt tính sinh học cao, hướng tới các nghiên cứu
sâu hơn về khả năng ứng dụng thực tế, đồng thời có thể rút ra các nhận xét sơ
bộ về mối liên quan cấu trúc tác dụng của dãy chất này.
Với mục tiêu trên, chúng tôi hy vọng đề tài này là một đóng góp nhỏ
vào việc nghiên cứu tìm kiếm các chất thuốc của dãy hydantoin.
1
PHẦN 1: TỒNG QUAN
1.1. Tình hình nghiên cứu các dẫn chất hydantoin trong hoá trị liệu [26]
Hydantoin (imidazolidin-2,4-dion) là một ureid vòng 5 cạnh có công
thức cấu tạo:
p í°
h - n ! ^ > - h
11
0
CTPT: C3H4O2N2; KLPT: 100
Hydantoin được tìm thấy trong tự nhiên từ nhiều nguồn nguyên liệu
như: chồi cây và nụ hoa của cây Ngô đồng phương đông (Platanus orientalis),
mầm non của cây củ cải đường và còn có trong xanthopterin (chất màu của
cánh bướm).
Hydantoin được Bayer phân lập lần đầu tiên vào năm 1861 bằng cách
khử hoá Allantoin (5-ureidohyđantoin). Cấu trúc hoá học của nó cũng được
Strecker xác lập vào năm 1870. Từ đó đến nay việc nghiên cứu tổng hợp và
thăm dò tác dụng sinh học của các dẫn chất hydanoin không ngừng phát triển
và đã có những đóng góp đáng kể trong công tác điều trị. Các dẫn chất
hydantoin thế hai lần ở vị trí C-5 có hoạt tính sinh học đã và đang được nghiên
cứu sử dụng rộng rãi. Tác dụng nổi bật nhất cùa chúng là khả năng chống co
giật để điều trị động kinh và an thần để điều trị múa giật. Nhiều dẫn chất của
hydantoin đã được thử tác dụng chống co giật trên lâm sàng và hầu hết chúng

đem lại kết quả tốt. Chất được sử dụng trong điều trị phổ biến là 5,5-
diphenylhydantoin (Dilantin, Phenytoin) [9] và các dẫn xuất muối natri của nó:
natri diphenylhyđantoin ( Na.Dilantin) dưới dạng hỗn dịch uống hoặc viên nang
2
(Phenytoin)
Một SỐ dẫn chất hydantoin có tác dụng kháng tế bào ung thư đã được
nghiên cứu [6],[30].
Bảng 1.1. Một số dẫn chất hydantoỉn được sử dụng làm thuốc
STT
Công thức cấu tạo
Tên thuốc
Công dụng
1
Ph
A - f ° 1
H— —H
T
0
Phenytoin
Dilantin
Qiốngcogiật,
điều ừị động kinh
2
h2nconh^ ^ ,0
H—N ^ N—H
T
0
Allantoin
Điều tri vết thương mưng
mủ, chống loét, điều tộ

loét dạ dày
3
j n 1— (
OzN/ ^ 0 //X CH=N—N N—R
Y
0
Nitroíìirantoin
Furadantin
MacRXỈantin
Điều trị nhiễm khuẩn
đường niệu
4
1 ll ( °
QN^Ơ/ ^CH=^NX^/ N-C4í—OH
0
Niíurtoinol
Ưiíadyn
IMurine
Điều trị nhiễm khuẩn
đường niệu như
Nitrofurantoin nhưng
khả năng dung nạp tốt
hơn
3
Bảng 1.2. Một số dẫn chất hydantoỉn có hoạt tính sinh học
STT
Công thức cấu tạo
Tác dụng sinh học
1
J o 1 r

H
-R=-H, -C H 2N(CH3)2 , -C H 2N(C2H5)2
- R = -C H 2-ỉ^ ^ 0 , -CHgV \
Kháng khuẩn, kháng nấm,
chống tế bào ung thư
ở người
2
ỵR 2 ^

*Ị-°H2 \ \ - K i
R3—^ CH^^N \
H
Chống tế bào ung thư ở người
Dẫn chất 5-ethyl-3methyl-5-phenylhydantoin (Mesantoin) đã được dùng
khá thường xuyên để chống co giật và điều trịbệnh động kinh.
Dẫn chất Allantoin (5-ureidohydantoin) [29] đã được dùng trong y
học và dùng trong lĩnh vực thuốc thú y để điều trị vết thương mưng mủ,
chống loét và kích thích sự phát triển của các mô. Nó cũng đã được dùng
để điều trị loét dạ dày:
H2N C O N H ^_ _ ^ o
H-fV .N-H
1
0
Một trong số những dẫn chất quan trọng của hydantoin dược sử dụng
rộng rãi trong điều trị nhiễm trùng đường niệu và tuyến tiền liệt phải kể đến là
N-(5'-nitro-2'-furfuryliden)-l-aminohydantoin (Furadantin, Nitroíurantoin) và
các base Mannich của nó [9],[10],[11],[13],[29].
4
R=H (Nitroíurantoin)
— il ỵ/

0 2N - 'O C H = N - N y U R =-C H f-N
0
/R i
I
XRo
Dẫn chất Nifurtoinol (Uríadyn, Urfurine) [13],[29] có tác dụng tương tự
như Nitroíurantoin nhưng dung nạp tốt hơn.
/
" o CH=N—N. N-CH2—OH
11
0
Dẫn chất Nifurfoline [30] có tác dụng kháng khuẩn.
o2N'
- , V “\
C H = N -N CH2— N o
0
Năm 1995, D. L. Barros Costa và cộng sự [30] đã công bố kết quả
nghiên cứu tổng hợp và tác dụng đối với tế bào ung thư thực nghiệm của một
số dẫn chất 5-aryliden-imidazolidin-2,4-dion:
^«2 ° \

n-ch2— «1
Rạ— ^>—CH^N \
H
Năm 2002, các tác giả Đinh Thị Thanh Hải, Nguyễn Quang Đạt, Nguyễn
Việt Hà [5] đã nghiên cứu tổng hợp và tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm của
5-(5'-nitro-2'-furfuryliden)- imidazoliđin-2,4-dion và dẫn chất base Mannich.
5
H
o

-R = -C H r -N
-R=-CH2—N
Gần đây, các tác giả Đinh Thị Thanh Hải, Nguyễn Quang Đạt, Lê Mai
Hương [6] 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(FI)) của dãy
chất nêu trên và tìm thấy hai chất có hoạt tính kháng tế bào ung thư rất
mạnh(giá trị IC50 (ng/ml) là 0,2-1,04 (ng/ml) đối với dòng tế bào FI và
0,6-1,15 (|Ẳg/ml) đối với dòng tế bào KB).
Các kết quả nghiên cứu đã trình bày trên đây cho thấy các dẫn chất
hydantoin rất đáng quan tâm, nhiều chất đã được dùng làm thuốc trong
điều trị, nhiều chất có hoạt tính sinh học cao như các hoạt tính kháng
khuẩn, chống ung thư. Vì vậy việc nghiên cứu tổng hợp và tìm kiếm các
dẫn chất hydantoin mới có hoạt tính sinh học cao hướng tới ứng dụng
trong y học là điều cần thiết và có tính thời sự.
1.2. Phản ứng tổng hợp imidazoỉidin-2,4-dion và dẫn chất [23],[26]
Imidazolidin- 2,4 dion và dẫn chất có thể được tổng hợp bằng nhiều
phương pháp. Sau đây là một số phương pháp chính.
1.2.1. Các phương pháp tổng hợp đóng vòng tạo imidazoIidin-2,4-dion và dẫn chất
L2.1.1. Phản ứng đóng vòng của các a-aminoacid với ure hoặc các dẫn xuất của ure
R—-COOH+ H2NCO— NHR'— —— R—CH— COOH
(-NH3) 1 k
NH-CO-NHR'
H+ -H20
u
R:Alkyl
R':Alkyl, Aryl
\ /
CÒ
6
sản phẩm của phản ứng là dẫn xuất thế ờ vị trí N-3 và C-5 của

hydantoin.
Phản ứng được thực hiện bằng cách đun nóng các chất phản ứng ở 120°-
125° c.
Theo phương pháp này hydantoin được tổng hợp từ glycin và ure.
L2.1.2. Phản ứng đóng vòng của các a- amỉnoacid với các cyanat
Sản phẩm của phản ứng là dẫn xuất thế ở N-l và C- 5 của hydantoin.
Phản ứng được thực hiện trong môi trường nước ở nhiệt độ 100°c.
p
_
Q|_|
__
CO
R -C H -C O O H H20 R —C H —C O O K HC1 \
I + KOCN Vnn0r ' . 1 ÌiH + KCI
RHslH 1000 R -N -C O N H 2 25/0 \ /
CO
Acid hydantoic có thể được tách ra bằng cách acid hoá dung dịch hoặc
được chuyển thành hydantoin bằng cách thêm dung dịch H ơ 25%.
Hydantoin được điều chế bằng phương pháp này với hiệu suất rất cao,
nếu đi từ nguyên liệu là muối hyđroclorid của este ethylglycin.
L2.1.3. Phản ứng của các cyanoacetamid với kiềm hypohalit
Sản phẩm của phản ứng là dẫn chất thế hai lần ở vị trí C-5 của
hydantoin:
R— CH-CN NaQBr
R'
:onh2
N=c=0
H s
r T R'
o b b o

H
1.2.2. Tổng hợp các dẫn chất của imỉdazolỉdin-2,4-dỉon xuất phát từ nhân
hydantoin[26]
Xem xét cấu trúc của vòng hydantoin, người ta nhận thấy các vị trí N-l,
N-3 và C-5 mang lại hoá tính đặc trưng của vòng hydantoin.
7
I.2.2.I. Phản ứng thế tại nguyên tử N
Các dẫn xuất của hydantoin (R=H,Ph) có thể bị alkyl hoá ở vị trí N-3
khi cho chúng tác dụng với alkylhalid trong môi trường kiềm. Phản ứng xảy ra
theo cơ chế ái nhân:
R\
H—N' , 3N—H
Y 0
Do sự hoạt hoá của hai nhóm carbonyl bên cạnh làm cho N-3 trở thành
vị trí tấn công của các tác nhân ái nhân. Sự thế ở N-l thường rất khó xảy ra trừ
khi nguyên tử C-5 được gắn với nguyên tử khác bằng liên kết bội và phản ứng
thế ở vị trí N-l và N-3 có thể xảy ra.
Phản ứng Mannich xảy ra khi cho hyđantoin tác dụng vói íormaldehyd
và morpholin ở 85°c tạo sản phẩm 1,3-dimorpholinomethylhydantoin [20].
!
- - - - - - - - - - -
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ / ?
H N ^ ,N H +2HCHO + W VQ V l-C H ^N . , N - a W \>
Y v _ y -2H2đ Y \ - V
o 0
Mặt khác khi thực hiện phản ứng Mannich với phenytoin ở nhiệt độ
phòng, các tác giả A. Zejc và M. Eckstein [17] đã thu được dẫn chất mono
Mannnich

NH _

NH
Ph I /R i Ph I
J + HCHO + HN 7-n ^ J
o V S , (’H2° ) N ^ o
I I /Rl
H CH—N
XR2
I.2.2.2. Phản ứng thế ở VỊ trí C-5 (phản ứng của nhóm metylen hoạt động)
ứng dụng quan trọng nhất của phản ứng này là tạo ra các dẫn chất thế
chưa no ở C-5 của hydantoin. Phản ứng xảy ra khi hydantoin tác dụng với các
aldehyd thơm hoặc alđehyd dị vòng:
8
/
F .
U -N ^M -ĩỉ +RCHO-
I
0
J
H
H-HC
li-N
-N~H
ỏ
R—CH=C
-H20
ĨỊ-H ^.H -ĩì
|Ị
0
Phản ứng xảy ra trong môi trường acid acetic băng có chứa natri acetat

khan và anhydrid acetic.
Trên đây chúng tôi chỉ đề cập đến hai trong những tính chất hoá học cơ
bản nhất của hydantoin có liên quan đến quá trình nghiên cứu tổng hợp các
dẫn chất của nó.
1.3. Phản ứng ngưng tụ của ỉmidazolidin-2,4-dion với aldehyd
thơm[l],[7],[16],[22]
Trong phân tử của imidazolidin-2,4-dion có nhóm metylen hoạt động ở
vị trí 5 nên có khả năng tham gia phản ứng ngưng tụ với aldehyd, dẫn chất
nitrozo và íormamidin. Trong khoá luận này chúng tôi đặc biệt quan tâm tới
phản ứng ngưng tụ của imidazolidin-2,4-đion với aldehyd thơm, làm phong
phú thêm đẫn chất của hydantoin. Có nhiều công trình nghiên cứu đã công bố
kết quả của phản úng ngưng tụ giữa aldehyd và imidazolidin-2,4 dion có
nhóm metylen hoạt động, có thể nêu ra một vài ví dụ điển hình:
Ngưng tụ của các dẫn chất aldehyd thơm vái imidazolidin-2,4-dion[30]:
/ R 1 a / R» ^

r
" < > r * - Ấ M
Ngưng tụ 5-nitrofurfural và imidazoliđin-2,4-dion [5]:
Phản ứng được tiến hành trong môi trường acid acetic băng có natri
acetat khan làm xúc tác.
Phản ứng ngưng tụ của aldehyd thơm với imidazolidin-2,4-dion xảy ra
theo cơ chế như sau [8]:
9
Giai đoạn cộng hợp: Nhóm metylen ở vị trí 5 rất hoạt động, các nguyên
tử hydro ở đây rất dễ dàng tách khỏi carbon (đặc biệt khi có xúc tác kiềm) và
anion (II) được hình thành là một tác nhân ái nhân mạnh:
V * B- - V .
(I) (II)
HB

Anion (II) tấn công vào carbon mang điện tích dương phần (+) của
nhóm carbonyl của aldehyd, hình thành sản phẩm cộng hợp (IV):
R i \ - /R 2 Rl
1 2 + Ò=CH-Ar ■ - 1
A r— C H - o
01) (III) (IV)
lon alcolat ở đây lại lấy một proton của HB trả lại xúc tác B :
RlXCH/R 2 _ R1 \ c h / R2
+ HB

► V + B"
A r-C H -O ^ /C H \
A ĩ' X OH
(IV) (V)
Giai đoạn ngưng tụ (dehydrat):
Dưới tác dụng của proton, một phân tử nước bị loại ra tạo thành dây nối kép
2 ^ r^ h^ 2
/ CH\ -H+ / CH\ +o - H
Kv OH Ar ° \ H
-H 20
'm; zrFr~ +Í.TT * + I
-H+ / L n\ ^ H
Ár OH
+H2° At^ CĨỈ +H+ A r^CH
Quá trình này xảy ra dễ dàng vì sản phẩm tạo thành có mức năng lượng
thấp hơn.
10
1.4. Phản ứng Mannich
1.4.1. Định nghĩa và cơ chế phản ứng:
Phản ứng Mannich là phản ứng aminomethyl hoá các hợp chất hữu cơ

có nguyên tử H linh động bằng tác dụng của íormaldehyl (hoặc các aldehyl
khác) và amin bậc 1 hoặc bậc 2 (hoặc NH3).
Sơ đồ phản ứng:
I
____
/R i H+ I /R i
— C— H + IICHO +HN — u ‘ » — c— CH2—N
I V -H2° I \ r2
Phản ứng xảy ra dễ dàng trong dung môi alcol ở nhiệt độ không cao
(<100°C) và xúc tác acid hoặc nhiều trưòng hợp không cần xúc tác.
Cơ chế phản ứng: Phản ứng xảy ra qua 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Amin phản ứng với íormaldehyd trong sự có mặt của
acid, tạo thành một chất trung gian, chất này loại H20 tạo thành tác nhân ái
điện tử:
1 ^1
n1h- ch2oh — g . Yn=ch2 — V - ch2
[2 (' 2 r( rí
1 « _ _ /
_
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Ạ
_ _ _
A ? Ỵ Ỵ - | •
_ _ _ _ _
1 1 * _ _ _ 1_ 2
_ _ _

_ _ _ _ _ _
- Giai đoạn 2: Các chất hữu cơ có nguyên tử H linh động phản ứng vói
các tác nhân ái điện tử tạo ra sản phẩm của phản ứng gọi là các base Mannich:

R-ị R-ị
\ + 1 V I
N—CH2 + H - ệ —

► N -C H o-C - +H+
/ 1 / 1
R2 R2
1.4.2. Đặc điểm của các chất tham gia phản ứng.
Trong phản ứng Mannich có ba chất tham gia là amin, aldehyd và một
hợp chất có nguyên tử H linh động.
11
- Amin: có thể là amin bậc 1 hoặc amin bậc 2. Nếu dùng amin bậc 1 thì
sản phẩm sẽ là amin bậc 2 và thường là sẽ phản ứng tiếp theo cho amin bậc 3.
Amoniac cũng có thể được sử dụng nhưng thường xảy ra ba phản ứng
liên tiếp cho amin bậc 1, bậc 2, bậc 3.
- Aldehyd: íormaldehyd thường được dùng trong phản ứng Mannich.
Một vài aldehyd cao hom cũng được dùng có kết quả như aldehyd succinic
được dùng trong tổng hợp atropin.
- Các hợp chất có nguyên tử hydro lỉnh động: bao gồm nhiều loại
hợp chất khác nhau chứa hydro linh động đi từ các liên kết C-H khác nhau
(thường là C-H ở cạnh nhóm chức của aldehyd, ceton, acid, phenol, hợp chất
dị vòng, dẫn chất acetylen) hoặc đi từ liên kết N-H của một số amin, amid,
imid; từ liên kết S-H của một số dẫn chất thiol; Từ P-H của một số dẫn chất
phosphinic. Tương ứng với các loại H linh động nêu trên ta có các quá trình C-
aminomethyl hoá, N- aminomethyl hoá, P- aminomethyl hoá
1.4.3. Điều kiện phản ứng
- Tính ái nhân của amin
Phản ứng Mannich chỉ xảy ra khi trong phản ứng tính ái nhân của amin
mạnh hơn tính ái nhân của hợp chất chứa nguyên tử H linh động. Nếu ngược
lại thì aldehyd íormic sẽ phản ứng với thành phần metylen trong phản ứng

aldol hoá. Điều đó giải thích tại sao từ este malonat, aldehyd íòrmic và
dialkylamin không thể điều chế được một baseMannich.
- Dung môi
Dung môi dùng chủ yếu là ethanol, ngoài ra có thể đùng alcol khác như
methanol, isopropanol đôi khi dùng DMF.
- Nhiệt độ phản ứng.
12
Phản ứng Mannich xảy ra với điều kiện nhẹ nhàng, nhiệt độ phản ứng từ
50- 100°c hoặc là nhiệt độ phòng.
- Xúc tác
Thông thường phản ứng Mannich cần xúc tác acid. Hay dùng xúc tác là
acid hydrocloric loãng hoặc dùng amin dưới dạng muối hyđroclorid của nó.
Trường hợp các chất chứa C-H có tính acid yếu như phenol và indol thì ta tiến
hành phản ứng trong môi trường acid acetic. Trong nhiều trường hợp phản ứng
xảy ra không cần xúc tác.
1.4.4. ứng dụng của phản ứng Mannich trong tổng hợp thuốc
Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của phản ứng Mannich là
tạo ra các thuốc mới có hiệu quả điều trị cao, có độ hoà tan trong nước tốt hơn
chất gốc và ít tác dụng phụ.
Thí dụ điển hình là các dẫn chất baseMannich của Tetracylin [24]:
ịKCH3)2 /R
^,n u +HCHO+ HN
^ >3
r ì r
0 /
1 II
1 II
ỎH 0
OH
Trong đó:

R=R1=H
I
s K
jo 7}
ro
II
/
=— N
\
:onh2
(-h2o )
OH o
ONHCH2— N 2
R3
/R2
N = NU CH2COOH Glycocyclin
\ _ y
Teừacyclin
Q Moríòcyclin
XR
/
/R2
-N = —N
xR3 V
Rolitetracyclin
1.4.5. ứng dụng trong tổng hợp các base Mannich của một số dẫn chất
imidazolidin-2,4-dion và thiazolidin-2,4-dioii.
Một số dẫn chất imidazolidin-2,4-dion có nguyên tử H linh động (NH-
imid) trong phân tử có thể ra các dẫn xuất baseMannich của chúng bằng cách
13

cho tác dụng với íormaldehyd và các amin bậc một, bậc hai. Có thể nêu ra vài
thí dụ điển hình:
Tổng hợp các dẫn chất baseMannich của nitroíurantoin theo sơ đồ phản
ứng [11],[12]:
0,N-
,^'N :h=n —n
-N— H
+ HCHO + HN
/Ri
\t
(-h20 )
o ^ r
02n- / ^ C II=N — N
I
N— CH2
Tổng hợp các dẫn chất baseMannich của 5-(5’-nitro-2'-furfuryliden)
imidazolidin-2,4-dion theo sơ đồ phản ứng [5]
o 2n
JCL °xx
o CH
H
+ HCHO + HN
■/R' a a y I I ^ ĩ
(-h20) Jl 11 1 1
o2n ^ \ 0/ ^ ch^ \ /■'
/ 1
N -C H 2-r<
r2
\ r2 (-H2°)_
H

Hợp chất dị vòng thiazolidin-2,4-dion có cấu trúc tương tự hydantoin,
có nguyên tử H linh động ở nhóm N-H imid, có khả năng tham gia phản ứng
Mannich để tạo các dẫn chất baseMannich, ví dụ : Tổng hợp các dẫn chất
baseMannich của 5-(5'-nitro-2'-furfurliden)-thiazolidin-2,4-dion [3],[4],[18]
theo sơ đồ phản ứng sau:
-*(Rl
„ Jl 1 1 1 * h c h o . h n = ^ = 3 * ]Ị 11 I I
o 2n
r X 1 Ì T
r2
Từ những kết quả nghiên cứu trên, có thể nhận xét rằng phản ứng
Mannich được ứng dụng rộng rãi và đa dạng để tạo ra nhiều dẫn chất
baseMannich nhằm nghiên cứu hoạt tính sinh học và ứng dụng của chúng.
14
PHẦN 2: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
2.1. Nguyên vật liệu và phương pháp thực nghiệm
2.1.1. Hoá chất
Các hoá chất sử dụng là loại thông thường, p, PA được cung cấp.
2.1.2. Phương tiện
Sắc ký lớp mỏng (SKLM) trên bản mỏng silicagel Kieselgel 60F254 (Merck).
Nhiệt độ nóng chảy đo trên máy Electro- Thermal digital.
Phổ tử ngoại ghi trên máy Caiy 1E- UV- Visible Spectrophotometer Vaiian.
Phổ hồng ngoại ghi trên máy Perkin Elmer.
Phổ khối lượng ghi trên máy HP-5989B- MS.
2.1.3. Phương pháp thực nghiệm
Sử dụng các phương pháp thực nghiệm trong hoá hữu cơ để tổng hợp
các chất dự kiến.
Xác định độ tinh khiết của sản phẩm tổng hợp bằng sắc ký lớp mỏng,
đo nhiệt độ nóng chảy.
Xác định cấu trúc các chất tổng hợp được dựa trên kết quả phân tích

phổ IR, u v , phổ khối lượng.
Thử tác dụng kháng khuẩn của sản phẩm tổng hợp dựa trên phương
pháp khuyếch tán trên thạch theo quy định của Dược điển Việt Nam.
Thử nghiệm hoạt tính kháng tế bào ung thư được tiến hành theo mô
hình thử nghiệm hoạt tính kháng tế bào ung thư hiện đang lưu hành và áp
dụng tại Viện nghiên cứu ung thư quốc gia Mỹ (N ơ)
2.2. Tổng hợp hoá học
2.2.1. Sơ đồ phản ứng
Trong khoá luận này chúng tôi tiến hành các phản ứng tổng hợp theo sơ
đồ sau đây:
° N

N-H

N-CH2-N^1
ÍHO0^! h / ^ Ỉ Ị I ^ r H ọ y
N ^ o |f ^ N +HCHO +Hf/ 1 ^
Cì C1 C1
(I) (II)-(VI)
r 1=r 2= c h 3 (II) / R i
r 1=r 2= c 2h 5 (III)
Nx = N > (V)
r 2
Rì = H
/ Rl J V / = \ (VI>
N — N 0 (IV) R =K, , X - H
\ R; w R* =N" V J ^ CH3
2.2.2.Tổng hợp 5-(p-cIoro-benzyliden)-imidazolidin-2,4-dion (I)
Công thức:
CS

N-H
CH^ N v)
v 1
C1
CIPT: C10H7O2N2C l; KLPT: 222,5
Sơ đồ phản ứng tổng hợp :
° N

N-H
/ - \ _ °^ l V~H CH3COOH r / L Ả n
C1\ _ y + H2<^ .n^ N 3 CH3COONa £
E í 1
0)
I
C1
16
Các tác giả D. L. Barros Costa và cộng sự [30], tác giả G. Billek [22] ảơư
tổng hợp dẫn chất ngưng tụ giữa benzaldehyd (và dẫn chất) với hydantoin (và
dẫn chất) với điều kiện phản ứng là tỷ lệ số mol (aldehyd: hydantoin:
natriacetat khan) là (1,12:1:2,4), lượng dung môi acid acetic băng dùng cho
0,012 mol dẫn chất thế hydantoin là 10,5 ml, nhiệt độ phản ứng 140-150°c.
Theo tác giả Đinh Thị Hải [7] khi ngưng tụ giữa 3-nitrobenzaldehyd với
hydantoin ở nhiệt độ trên thì hỗn hợp phản ứng bị hoá nhựa nên đã thực hiện
phản ứng ở 130°c (khi bắt đầu hồi lưu dung môi) và đã thu được kết quả. Sử
dụng thông số nhiệt độ phản ứng 130°c chúng tôi cũng đã thu được kết quả.
Sau đây là kết quả thực nghiệm của chúng tôi:
*Tiến hành
Dụng cụ: Bình cầu ba cổ dung tích 250ml, nhiệt kế, máy khuấy từ, sinh
hàn hồi lưu.

Cho vào bình cầu 3,37g p-clorobenzaldehyd (0,024 mol), 2g hydantoin
(0,02 mol), 21ml acid acetic băng, 3,94g natriacetat khan (0,048 mol), khuấy
đều cho tan hết. Đun cách cát hỗn hợp phản ứng đến hồi lưu, duy trì nhiệt độ
phản ứng ở 130°c. Theo dõi phản ứng bằng SKLM với hệ dung môi khai triển
n-hexan:aceton (1:1). Xác định thời gian phản ứng là 4h. Để nguội đổ hỗn hợp
phản ứng ra cốc có mỏ, ngâm lạnh để kết tinh tốt sau đó để ở nhiệt độ phòng
30 phút để acid acetic băng tan ra. Lọc hút, rủa tủa nhiều lần bằng nước cất
đến khi hết acid acetic, NaOAc (thử bằng giấy quỳ). Sấy khô tủa thu được
4,36g. Kết tinh lại tủa thô đó trong hỗn hợp dung môi EtOH:
được l,36g sản phẩm kết tinh màu vàng.
Hiệu suất phản ứng: 30,56%
Độ tan: Khó tan trong etanol, aceton, tan trong DMF
Nhiệt độ nóng chảy: 305 -ỉ- 306°c
SKLM: Hệ dung môi khai triển:
17
+ n-hexan: aceton (1:1) cho một vết gọn rõ dưới đèn tử ngoại Rf = 0,75.
+ C6H6: AcOEt: Et2NH: Me2CO (75: 30: 5: 40) cho một vết gọn rõ dưới
đèn tử ngoại Rf = 0,25.
2.2.3. Tổng hợp một số dẫn chất base Mannich của 5-(p-clorobenzyIiden)
imidazoIidin-2,4-dion
Nguyên tử H linh động trong nhóm NH- imid (N-3) và nhóm NH-amid
(N-l) của nhân hydantoin có khả năng tham gia phản ứng Mannich. Tuy nhiên
do sự hoạt hoá của 2 nhóm carbonyl ở vị trí Q , c 4 làm cho nhóm NH- imid
phản ứng dễ dàng hơn nhiều so với nhóm NH-amid để tạo ra dẫn chất base
monoMannich ở vị trí N-3.
Theo một số công trình nghiên cứu khi tiến hành phản ứng Mannich với
hydantoin ở điều kiện nhiệt độ 45°c thì thu được dẫn chất base mono
Mannich, ở 85°c thì thu được các base diMannich [20]. Còn đối với một số
dẫn chất hydantoin thể ờ vị trí C-5 (5,5' diphenylhydantoin và 5-(3’-nitro-
benzyliden)-hydantoin) ở điều kiện 45°c hay 85 c thì cũng chỉ thu được base

monoMannich [7],[17].
Từ các kết quả nghiên cứu trên, chúng tôi tiến hành khảo sát phản ứng
Mannnich của 5-(p-cloro-benzyliden)- imidazolidin-2,4-dion về nhiệt độ phản
ứng và tỷ lệ mol các chất tham gia phản ứng để xác định sản phẩm thu được là
basemonoMannich hay basediMannich và xác định điều kiện thích hợp của
phản ứng.Chúng tôi đã khảo sát 3 điều kiện phản ứng sau đây:
- Nhiệt độ 45°c vói tỷ lệ số mol (I: íormaldehyd: amin) là (1:1:1) (A)
- Nhiệt độ 85°c với tỷ lệ số mol (I: íormaldehyd: amin) là (1:2:2) (B)
- Nhiệt độ 85°c với tỷ lệ số mol (I : íormaldehyđ: amin là (1:1:1) (C)
18
Sơ đồ phản ứng :
r 1=r 2=CH3
R1-R 2= C2H5
(II)
(III)
/ 1
N = N
(V)
l / 1 = l / \ ) (IV)
V v _ /
R1 = H
R9 =
= \ (VI)
Y } - c h 3
2.2.3.I. Tổng hợp 3 - dimethylaminomethyl - 5 - (p-cloro-benzyIiden)-
ỉmidazolidin -2,4-dion (n)
Công thức:
C1
CTPT: C13H140 2N3 C1; KLPT: 279,5
19

* Tiến hành:
Dụng cụ phản ứng gồm bình cầu dung tích lOOml có lắp sinh hàn hồi
lưu và máy khuấy từ, nhiệt kế.
* Điều kiện phản ứng (A):
Cho vào bình cầu 0,5g (0,00225mol) chất (I), 15ml ethanol tuyệt đối,
thêm 0,18ml (0,00225mol) íormol; 0,32ml (0,00225mol) dimethylamin. Cho
từ từ DMF đến khi hỗn hợp phản ứng tan hoàn toàn (hết khoảng lOml). Đun
cách thuỷ, duy trì nhiệt độ phản ứng ở 45°c. Theo dõi phản ứng bằng SKLM
với hệ dung môi khai triển C6H6: AcOEt: Et2NH: Me2CO (75:30:5:40), xác
định thời gian phản ứng là 3 giờ. Đổ hỗn hợp phản ứng ra cốc có mỏ, ngâm
lạnh, cạo thành cốc thật kĩ để kết tinh tốt.Lọc hút thu được sản phẩm thô. Kết
tinh lại trong ethanol. Sấy sản phẩm ở 60°c thu được 0,16g chất kết tinh.
Kiểm tra độ tinh khiết của sản phẩm bằng SKLM vái hệ dung môi khai
triển C6H6: AcOEt: Et2NH: Me2CO (75: 30: 5: 40) cho một vết gọn rõ dưới
đèn tử ngoại Rf= 0,16.
Nhiệt độ nóng chảy: 199 -ỉ- 200°c
Hiệu suất phản ứng: 25,44%
Độ tan: Tan tốt trong DMF, aceton, etanol nóng, cloroíòrm nóng
Khó tan trong etanol lạnh, cloroíòrm lạnh, nước cất
* Điều kiện phản ứng (B):
Cho vào bình cầu 0,5g (0,00225mol) chất (I), 15ml ethanol tuyệt đối
thêm 0,36ml (0,0045mol) formol; 0,63ml (0,0045mol) dimethylamin. Thêm
từ từ DMF đến khi hỗn hợp phản ứng tan hoàn toàn (hết khoảng4ml). Đun
cách thuỷ, duy trì nhiệt độ phản ứng ở 85°c. Theo dõi nhiệt độ phản ứng
bằng SKLM với hệ dung môi khai triển C6H6: AcOEt: Et2NH: Me2CO (75:
30: 5: 40). Xác định thời gian phản ứng là 1 giờ. Đổ hỗn hợp phản ứng ra
20