Nghiên cứu tổng hợp một số bazơ azomentin thơm của veratraldehyd và thăm dò tác dụng sinh học của chúng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (10.43 MB, 62 trang )
BỘ Y TÊ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
Dược HÀ NỘI
Nguyễn Thị Hồng Trinh
NGHIÊN
cứu TổNG
HỢP MỘT s ố
BAZƠ AZOMETIIM THƠM CỦA
VERATRALDEHYD VÀ THĂM DÒ TÁC
DỤNG
SINH HỌC
CỦA CHÚNG
■
■
KHOẢ LUẬN TỐT NGHIỆP Dược sĩKHOẢ ỉ 997-2002
Người hướng dẫn:
PGS.TSKH.PHAN ĐÌNH CHÂU
ThS.VĂN THỈ MỸ HUỆ
Nơi thực hiện :
BỘ MÔN HOÁ HỮU c ơ
Thời gian thực hiện: 3/2002-5/2002
Hà Nội 5/2002
J
lờ
i c ả m
(¡ e u
ßm xin liàiỷ t ỉ làiuf, Lết <&1 ¿âu ¿ắc (tển PQẵ. 'lễKott. phan -bùtk QUâu, ^Ịk.ẵ Văn
*IUị Mỹ Jỉuệ, đã tận ù*tk cỉủltảo- oà biựũ tiếp, ỉue&ncị, dẫn em t/iữ*KỊ, iuẩt tlứsi ẹicut thực
ỉùệ*i kltod luận *tàtỷ..
Cm cãnẹ. 4Ùn cUân thàtok cẩm
khác bionẹ. t/uàờtẹ. đã tạo- điều kiện chữ- em kữàn thành khod Luận tót MCỊỈùêp' nàiỷ.
JíàNậi, ^luúuf, 5 *tă*n2002
ẵmUiùên
u(ỊMiỷễn ^ỈÙcMẠậuị, Vrùtth
M ỊỊC LỤ C
T rang
Phần 1
L Ờ I CÁM ƠN
ĐẶT v \ \ ĐỂ
to n g q u an
1
2
I. Sơ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CÁC HỢP CHẤT AZOMETIN
2
II. TÍNH CHẤT CHUNG CỦA CÁC AZOMETIN
1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ
- .
3
3
2. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC
4
I I I . CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP AZOMETIN
8
I V . PHẢN ỨNG NGUNG TỤ GIỮA ALDEHYD THƠM VÀ AMIN THƠM BẬC 1
1. PHƯƠNG TRÌNH TồNG QUÁT
10
2. Cơ CHẾ PHẢN ỨNG
10
3. CÁC YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƯỎNG ĐẾN PHẢN ỨNG
10
V . TỔNG QUAN VỀ AZOMETIN CỦA DẪN CHẤT VERATRALDEHYD
15
V I. PHẢN ỨNG TỔNG HỢP VERATRALDEHYD
18
1. NGUYÊN TẮC
2.
Phần 2
18
Sơ ĐỒ PHẢN ỨNG
18
3 . Cơ CHẾ PHẢN ỨNG
18
4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỎNG ĐẾN PHẢN ỨNG
19
I I I Ị C N G H IỆ M VÀ K Ê T QUẢ
21
I. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PJHAP THỰC NGHIỆM
21
1. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2. NGUYÊN LIỆU
21
22
II. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ NHẬN XÉT
24
1. TỔNG HỢP VERATRALDEHYD
2. TỔNG HỢP CÁC AZOMETIN DAN
Phần 3
10
24
chất c ủa
VERATRALDEHYD
25
3. KIỂM TRA CẤU TRÚC CÁ C CHẤT TổN G HỢP Đ ư ợ c
31
4. Sơ BỘ THĂM DÒ TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA CÁC CHẤT TổNG HỢP
ĐƯỢC
35
III. BÀN LUẬN
38
k ế t l u ậ n v à đ ể XUẦT
40
ĐẶT VẤN ĐỂ
Trong những năm gần đây, với sự phát triển không ngừng của các ngành
khoa học nói chung và của ngành Dược nói riêng, đã có nhiều nghiên cứu cho
thấy các hợp chất base azometin có tác dụng tốt trên trực khuẩn lao, virus
viêm gan, nấm và vi khuẩn, kháng trực khuẩn thương hàn, phẩy khuẩn tả...
[2.18.17.23.24]. Nhiều chất có cấu trúc base azometin đã được ứng dụng trên
lâm sàng (phụ lục 1). Mặt khác, các base azometin còn được sử dụng làm các
chất trung gian để tổng hợp một số hợp chất dị vòng chứa nitơ như các hợp
chất có chứa nhân indol, thiadiazol hay tổng hợp các P-aminoceton có tác
dụng sinh học và được ứng dụng trong điều trị [18,24].
Mặt khác, cũng có nhiều công trình nghiên cứu đã phát hiện ra những tác
dụng sinh học đáng chú ý của các dẫn chất vanillin và veratraldehyd như hạ
sốt, giảm đau chống viêm, kháng khuẩn (đặc biệt là trực khuẩn lao), kháng
nấm, ức chế sự phát trển khối u, ức chế enzym tyrosinkinase, virus...
[13.14.17.19.20.24].
Xuất phát từ ý tưởng kết hợp tác dụng sinh học giữa các dẫn chất của
veratraldehyd và các hợp chất base azometin với mong muốn tiến hành sàng
lọc, tìm ra chất mới có thể có tác dụng sinh học mới, hoặc cải thiện các tác
dụng đã có, chúng tôi tiến hành đề tài "Nghiên cứu tổng hợp một số base
azometin thơm của veratraldehyd và thăm dò tác dụng sinh học của
chúng" với 2 mục tiêu sau:
1. Tổng hợp 7 dẫn chất base azometin của veratraldehyd bằng phản ứng
ngưng tụ giữa veratraldehỵd và dẫn xuất của anilỉn.
2. Sơ bộ thăm dò tác dụng kháng khuẩn và kháng nấm của các chất tổng
hợp được.
1
Phần 1:
TỔNG QUAN
I. SO LƯỢC
VỀ LịCH
Sử n g h iê n cứ u v à ứ n g d ụI n g
■
■
CÁC HỌP CHẤT AZOMETIN (25):
Các base azometin là những chất hữu cơ trong phân tử có chứa nhóm imin
(-CH=N-), chúng đã được nghiên cứu từ lâu vì không những là sản phẩm trung
gian để tổng hợp một số hợp chất có tác dụng sinh học (ví dụ: ß-aminoceton)
các hợp chất dị vòng chứa nitơ như quinolin, pyrazol, thiazol... mà bản thân
chúng cũng có tác dụng sinh học. [18,24]
Vào
khoảng
1850,
Laurent
và
Gerhard
tìm
ra
benzoylanilid
(benzylidenanilin hay benzalanilin). Đây là chất đầu tiên được tìm thấy thuộc
dãy anilin thế.
Năm 1857, Schiff đã thu được chất có công thức C 1 3 H n ON khi đun nóng
đồng thể tích anillin và
2
hydroxy benzaldehyd.
Ông cho rằng đây là đồng phân của benzalanilin, nhưng hoàn toàn khác
nhau về tính chất. Mười hai năm sau, ông công bố công thức và tên của chất
này:
OH
c 6h 4 <
CH = N - C6H5
Nó có tính base tương đối mạnh. Từ đó, những hợp chất có nhóm chức
imin đều được gọi là các base Schiff (hay azometin).
Về nguyên tắc chung, các azometin thuộc các kiểu sau:
CH = N - R'
NH - R'
R- CH(
N NH - R'
(I)
R- CH = N - R'
x CH = N - R'
(III)
(H)
2
(IV)
Ngày nay, hợp chất (IV) được dùng để tổng hợp một số polyme, hợp chất
(I) và (III) rất ít dùng, hợp chất (II) hay dùng trong lĩnh vực y học và kỹ nghệ.
Ở Việt Nam GS. Đặng Như Tại và các cộng tác viên ở trường ĐH Tổng
hợp Hà Nội, trường ĐH Sư phạm I Hà Nội đã có nhiều công trình nghiên cứu
tổng hợp các base azometin có chứa nhân indol và thiadiazol [3].
GS. Trần Mạnh Bình và cộng sự trường ĐH Dược Hà Nội đã nghiên cứu
tổng hợp các base azometin từ các aldehyd thơm và các amin thơm bậc
1
làm
chất trung gian để tổng hợp các dẫn chất thuộc dãy P-amino ceton.[9]
II. TÍNH CHẤT CHUNG CỦA CẢC AZOMETIN:
1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ: [25]
1.1. Độ bền vững của các azometin:
+ Với cấu trúc imin (-CH=N-) các azometin thường không bền do
khuynh hướng polymer hoá, phản ứng ngưng tụ và thuỷ phân.
+ Các azometin mạch hở thường là các chất lỏng kém bền vững, dễ bị
trùng hợp hoá không thể tách thành dạng tự do. Khuynh hướng trùng hợp hoá
phụ thuộc vào bản chất của aldehyd và amin.
+ Các azometin có cấu trúc thế bền vững hơn azometin không thế.
+ Các azometin thơm tương đối bền vững, chúng là các chất rắn kết tinh,
thường tồn tại dưới dạng đơn phân tử, có tính kiềm, ít tan trong nước, tan nhẹ
trong alcol lạnh, tan nhiều hơn trong alcol nóng, tan trong cloroíorm, benzen,
DMF, acid acetic... nhưng không tan trong ether dầu hoả. Đặc biệt bền vững
khi gốc R ’ (thế trên N) cũng có cấu trúc thơm.
1.2. Hiện tượng hỗ biến: Các base azometin có thể tồn tại dưới hai dạng
đồng phân hình học Syn và Anti. Hai đồng phân này có thể hỗ biến cho nhau:
1.3. Phổ hấp thụ: Grammatikakis đã đo phổ hấp thụ tử ngoại u v của các
imin N-benzyl dẫn chất của p-methoxy benzaldehyd và p-methyl benzaldehyd
thấy phổ thể hiện gần giống với oxim của các aldehyd (R-CH=N-OH).
1.4. Hiệu ứng R am an: A.Kirrmann và P-Laurent đã khảo sát một dãy
gồm 9 imin mạch hở và thơm dạng N-thế và thấy các imin này có một đỉnh
hấp thụ của liên kết đôi -C=N- mà tần số đặc trưng gần với hợp chất
trans-ethylenic.
2.
TÍNH CHẤT HOẢ HỌC: [25]
Nhóm chức imin (-CH=N-) đặc trưng cho các hợp chất azometin với ba
tính chất cơ bản sau:
- Tính base.
- Phản ứng cộng.
- Phản ứng cắt mạch.
2.1. Tính base:
Do trên nguyên tử nitơ có cặp điện tử không chia sẻ nên nitơ là một trung
tâm base Lewis. Do đó azometin kết hợp với acid tạo muối:
- Cho một luồng khí HC1 khô vào dung dịch imin trong benzen cho đến
bão hòa sẽ thu được muối clohydrat.
R - CH = N - R' + HC1 ---- ► [R-CH = N-R']C1
ị
H
- Với acid picric bão hoà trong ethanol tuyệt đối sẽ cho muối picrat.
2.2. Phản ứng cộng:
* Cộng hợp hydro:
- Phản ứng được thực hiện bởi các tác nhân hydro hoá:
+ Natri/alcol isoamylic: sẽ phá trùng hiệp các dimer của imin N-aryl tạo
ra các imin monomer và các monomer này cộng hợp hydro tạo amin
bậc
2
tương ứng.
4
+ Natri/alcol ethylic: tác nhân này sẽ không phá trùng hiệp mà cộng
hợp ngay hydro để được các dẫn xuất no tương ứng của các azometin.
+ Ngoài ra có thể dùng hỗn hống Hg[Na]/CH3COOH làm tác nhân
hydro hóa.
- Phản ứng cộng hợp hydro còn có thể tiến hành trong pha lỏng hoặc pha
khí, cho một dòng hydro vào chất lỏng ở 170°c chứa Niken phân tán hoặc cho
hơi imin và H 2 cùng Ni xúc tác phân tán ở nhiệt độ 220°c. Tuy nhiên, hiệu
suất không cao do một phần sản phẩm bị phân huỷ.
- Ngoài ra, có thể khử hoá điện phân trong hỗn hợp H 2 S 0 4 và CH3 COOH
có 78% H 2 S 0 4.
Sơ đồ phản ứng:
R- CH = N - R ' + H2 — ► R - C H 2 - NH- R'
R - C H = NH + H2 — ► R- CH 2 -NH 2
Amin bậc 2
Aminbậcl
* Cộng hợp halogen: Có hai quan điểm cho rằng:
- Phản ứng cộng hợp halogen vào azometin sẽ cho sản phẩm như một muối
amoni mà nitơ có hoá trị 5:
R - CH = N - R' + Cl2 ---- ► R - CH = N - R'
C1 C1
- Sản phẩm cộng hợp halogen và azometin làm bão hoà dây nối đôi:
R - C H = N - R ' + C12 —►R - CHC1 - NC1 - R'
* Cộng hợp các acid sulfurơ và các suljfit kiềm:
C6H5 - CH = N - QH 5 + H2S0 3
---- ► C6H5 - CH - N - QH 5
H
* Cộng hợp vcrì acid cyanhydric:
R - CH = N - R' + HCN ---- ► R - C H - N H - R '
I
CN
5
SO3H
Cộng hợp với các acid sulfuahydric (H2S) khan tạo hợp chất vòng
*
thiazin:
VD:
(CH2 = N - CH3)3 + 3H2S —► (CH2)3S2N-CH3 + 2(CH3NH2).H2S
* Cộng hợp với các hợp chất cơ magiê:
ẮT] - CH = N - Ar2 + RMgX ---- ► At-ị - CH - N - Ar2
R
MgX
* Cộng hợp với các ceton:
R - CH = N - R' + H3c “ c O - Q H 5
R-ẻH-NH-R'
H2Ca- CO - QH5
2.3. Phản ứng cắt mạch:
* Các phản ứng thuỷ phân các azometin NJhế\
Các azometin N-alkyl bị thuỷ phân bởi dung dịch NaOH 30%, trong khi
đó các azometin N-aryl bền vững trong kiềm và dễ bị thuỷ phân ngay ở nhiệt
độ lạnh với sự có mặt của acid vô cơ tạo aldehyd và amin tương ứng:
R - CH = N - R' + H20 —►R-CHO + H2N- R'
Các azometin N-aryl còn dễ bị thuỷ phân dưới tác dụng của nước và alcol
xúc tác bởi tác nhân dehydrat hoá như alumin A12 0 3 và Torin tạo ra aldehyd
và amin. Ví dụ:
C6H5-CH=N-QH 5 + 2 CH3OH
Torin
— ► C6H5CHO + (CH3)2N-C6H5 + H20
400°c
* Sự cắt mạch bởi HgCl2'.
Các azometin N-alkyl là dẫn chất của benzaldehyd khi tác dụng với dung
dịch HgCl2 trong ether tuyệt đối sẽ cho phức:
6
2
C6 H5 - CH = N - R.3HgCl3
Với ether ẩm, chất này sẽ bị thuỷ phân:
2C6H5-CH=N-R.3HgCl3 + 2H20 —►2C6H5-CHO + 2R-NH2.HgCl+ HgCl 2
Các base azometin N-aryl không cho phản ứng này nhưng có khả năng tạo
phức với thuỷ ngân acetat:
C6H5-CH=N-QH5 + Hg(CH3COO)2
—► C15H 130 2NHg +2H20
* Sự thuỷ phân có xúc tác:
ở nhiệt độ 400-440°C, xúc tác Ni, azometin sẽ thuỷ phân tạo amin và nitril
(-O N )
2.4. Phản ứng ngưng tụ:
* Một s ố azometin N-aryl ngưng tụ với nhau tạo dẫn chất vòng 4 cạnh
HO - C6H4 - CH = N - QH 5
h o - C6H4 - CH - N - QH 5
+_
----►
I
ĩ
Cl - C 6H4- N - CH - Q H 5
Cl - C6H4- N - CH - QH 5
* Ngưng tụ azometin với các ceten:
Các azometin thơm N-aryl ngưng tụ với một phân tử ceten (> c = c = 0 ) tạo
vòng P-lactam
180^
——► h 5c 6 - HC - N - q h 5
c 6h 5 - CH= N - q h 5 + c h 2=c=o
h 2c
-C=o
Các azometin thơm N-alkyl ngưng tụ với hai phân tử ceten tạo vòng
piperidon
c h 2 - c 6h 5
c 6h 5 - CH = N - c h 2 - c 6h 5 + 2(CH3)2=C=C=0
2.5. Sự đồng phân hoá:
- Dưới tác dụng của Na2 C 0 3/alcol thì 2,4,6-trinitro-benzylidenanilin sẽ
chuyển toàn bộ thành 4,6-ditritro N-oxo-2 phenyl indazolone ở dạng muối Na
và tác dụng với acid tạo ra dạng acid indozolenic.
- Sự đồng phân hoá tăng lên khi có nhiều nhóm nitro. Nếu phân tử chỉ có
một nhóm nitro thì sự đồng phân hoá không xảy ra.
7
2.6. Các phản ứng khác:
* Tác dụng với peroxyd Nitơ:
C6H5-CH=N-QH5 + N20 4 —*C6H5-CHO + C6H5-N=N-NOị
* Tác dụng với clorua nitrosyl NOCI và sulfat acid nitrosyl S 0 4H N 0 :
Hai chất này tương tự như một peroxyd nitơ, nó có thể cắt đứt phân tử
azometin N-aryl giải phóng aldehyd và hợp chất diazoic.
R-CH=N-Ar + NOC1 -> R-CHO + Ar-N=N-Cl
* Tác dụng với anhydrid maleic tạo ra acid maleinamic N-thê:
___^
Ar-N = CH-Ar, +
t°
o + H20 ---- ► Ar-NH-CO-CH=CH-COOH + Ar,-CHO
<
III CÁC PHƯONG PHÁP TỔNG HỌP AZOMETIN (7,25):
Các phương pháp tổng hợp azometin được trình bày tóm tắt ở bảng 1.
Trong các phương pháp này, phương pháp tổng hợp azometin bằng cách
ngưng tụ aldehyd với amin được chúng tôi chọn vì những ưu điểm là nguyên
liệu dễ kiếm, sản phẩm tạo thành bền vững, phản ứng xảy ra tương đối dễ
dàng và cho hiệu suất cao.
8
Bảng 1: Các phương pháp tổng hợp azometin
STT
1
2
PHƯONG PHÁP
Ngưng tụ
amin bậc 1
aldehyd
PHƯONG TRÌNH PHẢN ỨNG
với
Ngưng tụ amin bậc 1 với
ceton mạch hở
R-CHO + H2N-R’ — ► R-CH-N-R' + H,0
R| )\ c = 0 + H2N - R3 — » r k> c - N - R3 + H- > 0
R
k 2
R?
3
Khử hoá các amid thế
4
Tác dụng giữa KOH và
Ar,-N-CH2-Ar2+KOH — Ar,-N=CH-Ar2+KCl+ H20
dẫn chất N -Clo hoá của
¿1
các amin thơm bâc 2
Đi từ hợp chất thơm có
nhóm methyl hoạt động và Ar|-N“ N-Ar2+H 3C-Ar3 — ►A r r N _ C H - A r 3 + H2N-ArT
hợp chất azo (-N=N-)
Ngưng tụ hợp chất Nitroso
A r,-N =0+ H3C-Ar2 —►Ar|-N=CH-Ar2 + H20
thơm với hợp chất thơm có
nhóm methyl hoạt động
Khử hoá Nitril có xúc tác
H,/Ni.Pt
(II)
|_Ị
R-C=N
R-CH=NH-^R-CH,-NH,
(Ni,Pt)
m
100 °c
1
(1)
-nh 3 1 +(III)
(IU)
♦
h2
5
6
7
1.PC1,
Arr CO-NH-Ar2 -------—► ArpCH-N-Ar-, + HCỈ
2.Sn/HCl
R -C H = N -C H ì-R
9
(R -C H t)i NH
Đ Ặ C ĐIỂM PHẢN ỨNG
- D.môi: alcol (ether), xúc tác acid ( base).
- Tỷ lệ aldehyđ:amin là 1:1
- Toả nhiệt nhẹ. Trong một số trường hợp
phải đun cách thuỷ để phản ứng xảy ra.
- D.môi trơ, phân cực có nhiệt độ sôi cao
hơn ceton
- Xúc tác iod hoặc ZnCl 2
- Tiến hành ở nhiêt đô cao
- Hạn chế của phương pháp là không có
tính chọn lọc cao và sản phẩm trung gian
dễ bi phân huỷ.
- Phản ứng tiến hành trong môi trường
alcol
- Cần nhiệt độ cao
- Có hiệu suất thấp
- Nhược điểm là phản ứng dễ tạo ra sản
phẩm phụ là amin bậc 2, bậc 3.
IV. PHẢN ỨNG NGƯNG TỤ
■ GIỮA ALDEHYD THOM VÀ
AMINTHOM BẬC 1:[8,22,26]
1. PHƯONG TRÌNH TổNG QUÁT:
------------ 1
Ar, - c =10 + HạịN - Ar2
► Ar, - CH = N - Ar2 + H20
H
2
. C ơ CHẾ PHẢN ỨNG: Phản ứng xảy ra theo hai giai đoạn
- Giai đoạn 1: tác nhân nucleophyl tấn công vào phân tử aldehyd theo cơ
chế cộng hợp nucleophyl (AN).
- Giai đoạn 2: Phản ứng tách loại 1 phân tử H20 theo cơ chế tách loại E,.
Có thể biểu diễn như sau:
C^Ọ
H
II
I
HI
IH
d 1H
Chậm
I
ỌH
l(+)
Nhanh
I
Aĩị - c “ + ':N - Ar2 - - ^ Ar, - c - N- Ar? ----►Aĩ! - c - N- Ar2
*H 1H
l+t)H
HI HJ
H ,Chậm
I
-H20
a
a
_
Ar, - c - N - Ar2 —^-—►Ar, - CH = N - Ar2
I I
Nhanh
H H
3. CÁC YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƯỎNG TÓI PHẢN ỨNG:
Vì phản ứng xảy ra qua 2 giai đoạn với cơ chế khác nhau, nên việc nghiên
cứu các yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng là rất phức tạp. Có thể nêu một số yếu
tố chính sau:
3.1. Yếu tố điện tử: [7,12]
Xét phản ứng cộng hợp nucleophyl giữa nhóm carbonyl trong phân tử
aldehyd với một tác nhân nucleophyl (trong trường hợp này là phân tử amin
thơm):
B +
B-C-OĨ
I “
B là tác nhân nucleophyl,
10
Ở đây có hai yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phản ứng:
+ Mật độ điện tử trên phân tử base (amin thơm) càng lớn thì khả năng
phản ứng càng lớn và ngược lại.
+ Điện tích dương riêng phần ô(+) của carbon trong nhóm carbonyl càng
lớn thì khả năng phản ứng càng lớn và ngược lại.
* Xét yếu tố ảnh hưởng đến mật độ điện tử trên phân tử amin:
- Phân tử amin thơm Ar2 -NH 2 , ở nitơ có đôi điện tử tự do nên nitơ là tác
nhân nucleophyl. Mật độ điện tử trên nitơ càng lớn thì phản ứng cộng ANcàng
dễ xảy ra.
- Ảnh hưởng của các hiệu ứng gây ra bởi gốc -Ar2 làm cho mật độ điện tử
trên nitơ tăng (hoặc giảm) sẽ tạo thuận lợi (hoặc gây khó khăn) cho khả năng
tham gia phản ứng của amin.
- Gốc - Ar2 là nhân thơm (aryl) sẽ kéo cặp điện tử tự do của nitơ vào hệ
thống liên hợp của nhân thơm (n, 7ĩ) làm giảm mật độ điện tử trên nitơ nên khả
năng phản ứng của hợp chất giảm đi so với gốc alkyl.
- Sự có mặt và vị trí các nhóm thế trên nhân thơm cũng ảnh hưởng đến khả
năng của phản ứng:
+ Các nhóm thế loại I (-alkyl, -OH, -OCH 3 ...) gây hiệu ứng đẩy điện tử
(+1, +M), làm tăng mật độ điện tử trên N, nên khả năng phản ứng của amin
tăng lên so với anilin.
+ Ngược lại, các nhóm thế loại II (-COOH, -N 0 2...) gây hiệu ứng hút điện
tử (-1, -M) làm giảm khả năng phản ứng của amin.
+ Nhóm thế ở vị trí para và ortho gây ra ảnh hưởng lớn hơn vị trí meta.
Như vậy, khả năng phản ứng tạo base azometin của các amin thơm tăng
theo thứ tự:
- Nhân thơm amin có nhóm thế loại II.
- Nhân thơm amin không có nhóm thế (anilin).
- Nhân thơm amin có nhóm thế loại I.
11
* Xét yếu tố ảnh hưởng đến điện tích riêng phần ổ(+) của carbon trên
nhóm carbonyl (> c= 0 ) của phân tử aldehyd.
Trong nhóm carbonyl, do độ âm điện của oxy lớn hơn carbon nên liên kết
C -0 bị phân cực một phần và làm cho nguyên tử c trở thành trung tâm tích
điện dương do đó là trung tâm của phản ứng cộng hợp nucleophyl (AN).
Ar 1 6(+)
>C = 0 H
W (Jí
Tác động của gốc - Ar, đến điện tích dương riêng phần 5© ở nguyên tử c
sẽ ảnh hưởng tới khả năng phản ứng cộng nucleophyl (AN).
- Hiệu ứng -M do liên hợp (p,7 ĩ) làm cho phân tử aldehyd thơm khó tham
gia phản ứng hơn formadehyd.
- Sự có mặt và vị trí các nhóm thế trên nhân thơm cũng gây ảnh hưởng tới
khả năng phản ứng cộng nucleophyl (AN) của aldehyd thơm.
+ Các nhóm thế loại I (-NH2, -OH, alkyl, -OCH3,...) gây hiệu ứng đẩy điện
tử (+1, +M) làm tăng mật độ điện tử trong nhân thơm và giảm 5© trên nguyên
tử c của nhóm carbonyl do vậy làm giảm khả năng phản ứng của hợp chất so
với benzaldehyd.
+ Các nhóm thế loại II ( -N 0 2, -COOH,...) gây hiệu ứng hút điện tử (-1, M) làm giảm mật độ điện tử trên nhân thơm và làm tăng 5© trên c của nhóm
carbonyl, làm thuận lợi cho phản ứng cộng ái nhân hơn benzaldehyd.
+ Vị trí các nhóm thế ở para và ortho gây ra ảnh hưởng lớn hơn vị trí meta.
Như vậy, khả năng phản ứng tạo azometin của aldehyd thơm tăng theo thứ
- Aldehyd thơm có nhóm thế loại I.
- Aldehyd thơm không có nhóm thế (benzaldehyd).
- Aldehyd thơm có nhóm thế loại II.
* Ngoài ra, yếu tố dung môi cũng ảnh hưởng khả năng phản ứng.
Dung
môi không chỉ hoà tan các chất tham gia phản ứng mà còn làm tăng (hoặc
12
Sau đó, tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm của các dẫn chất veratraldehyd
đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu như: Nauy [16], Brazin
[21], An Độ [15]. Kết quả cho thấy chúng có tác dụng sinh học rất khả quan.
Năm 1991, Cushman và cộng sự đã tổng hợp 33 dẫn chất phenylhydrazon
của benzaldehyd và các dẫn chất. Tác dụng ức chế enzym tyrosinkinase của
một số dẫn chất veratraldehyd đã được công bố [14].
R,:
- H, -OH, -Hal
R 2 = R3: - H ,- N 0 2
OCH
Cũng trong năm 1991, các nhà khoa học Nhật Bản Kitano, Takayanagi và
cộng sự đã tổng hợp và thử tác dụng ức chế sự phát triển khối u của một số
dẫn chất đi từ veratraldehyd. Tác dụng chống ung thư và ức chế enzym
tyrosinkinase của các dẫn chất này đã được công bố. [17].
R 3 - C - NRị R2
R 1; R 2:
-cyano, -amido
R3:
- H, -OH, alkyl
r 1 r 5,R 6: -H, -OH, -Hal
OCH
Bên cạnh đó, các dẫn chất của veratraldehyd còn có tác dụng đáng chú ý
là chống virus. Năm 1989, các nhà khoa học Ấn Độ đã tiến hành tổng hợp và
công bố tác dụng chống virus của một số dẫn chất của veratraldehyd.[17]
OCH
Các kết quả được công bố đã chứng tỏ tác dụng dược lý đa dạng của các
dẫn chất veratraldehyd.
VI. PHẢN ỨNG TỔNG HỌP VERATRALDEHYD:
■
1
. NGUYÊN TẮC: [1,4]
Methyl hoá vanillin bằng dimethyl Sulfat ở nhiệt độ 80°c trong môi
trường kiềm (pH 8 ).
2. Sơ ĐỒ PHẢN ỨNG:[1,4]
H- c =o
H- c =o
í J
\^ X )C H
NaOH
+ (CH30) 2S0 2 ——►
r^ - ^ 1
(
\^ t> c h
3
OH
) + CH30 S 0 3Na
3
OCH 3
M = 152,15
M = 126,13
M = 166,18
3.CÖ CHẾ PHẢN ỨNG:[1,4]
Phản ứng xảy ra theo cơ chế nucleophyl SN. Trong môi trường kiềm
vanillin tạo muối phenolat:
CHO
CHO
'Ẵ
+ NaOH
ộ
UVj--- OCH3
OCH 3
OH
+ h 20
O N a +>
CÓ thể có hai cơ chế cho phản ứng thế SN, các cơ chế này khác nhau về
thời gian bẻ gãy liên kết cũ và hình thành liên kết mới.
- Cơ chế 1 (Sn 1): Phản ứng xảy ra theo hai giai đoạn.
+ Giai đoạn 1:
H3C - o
V
Châm
)so 2 ¿ S k
ch3
__ _____
+ CH3 OSO2 O
h 3c - o /
+ Giai đoạn 2:
ArO() +
CH3 -N 1^ t
18
ArOCH3
(-)
giảm) tính phân cực của liên kết carbonyl (>c= 0 ) cũng như tăng (hoặc giảm)
mật độ điện tử trên N của phân tử amin tạo thuận lợi (hay khó khăn) cho phản
ứng.
3.2.YỐU tố không gian: [8]
- Trong phản ứng cộng hợp AN, gốc ATj của phân tử aldehyd càng lớn sẽ
ngăn cản tác nhân phản ứng tấn công vào nhóm carbonyl làm cho phản ứng
khó xảy ra hơn.
Mặt khác, yếu tố không gian của phân tử amin cũng gây ảnh hưởng do
trong bước cộng hợp, từ hợp chất carbonyl có cấu trúc tam giác phẳng, khi
cộng hợp sẽ tạo ra một sản phẩm có cấu trúc tứ diện, dẫn đến các nhóm thế
phải thu lại gần nhau.
Như vậy các gốc của aldehyd và amin càng lớn thì phản ứng cộng hợp
càng khó khăn hơn.
3.3.
Yếu tố xúc tác: [22]
Phản ứng tổng hợp azometin từ aldehyd và amin bậc 1 có thể dùng xúc tác
acid hoặc base hoặc không cần xúc tác.
- Khi xúc tác là acid, cơ chế phản ứng là:
V
\ <+)
>c
= 0 + H+ ^= ^>\ C =(+O) H •*---►>C-0-H
. (+)
_
(+)
-h 20
(+)/a
> C - 0 - H + H2N- Ar 5s=as > c - NH2 - Ar =5==ss>> c ’ NH - Ar
OH
H+
■ > C = ^ N H - A r ——**>C = N - A r
- Khi xúc tác là base, cơ chế phản ứng là:
(-)
H2N - Ar + OH(-> — ► HN - Ar + H20
> c Q ) + HN - A r — ► ^ C - 0 ( > s % > c - OH +OH'
I - Ar
NH
NH - ArJ
V
>C - OH
-H20
^>C = N - Ar
NH - Ar
13
Trong 2 giai đoạn của phản ứng, tốc độ phản ứng có thể do giai đoạn cộng
hợp hoặc giai đoạn tách loại quyết định.
+ Nếu không có xúc tác hoặc xúc tác là base thì: giai đoạn cộng hợp xảy
ra nhanh, nghĩa là tốc độ phản ứng phụ thuộc vào giai đoạn loại nước.
+ Nếu xúc tác là acid thì: giai đoạn loại nước xảy ra nhanh, nhưng tác
nhân acid sẽ tạo muối với phân tử amin, gây phong toả đôi điện tử tự do của
N, vì thế giai đoạn cộng hợp sẽ chậm lại.
NH 2 - R + H B -----► [NH 3 - R] B
Do đó, phản ứng sẽ thuận lợi nhất tại một pH nhất định, chứ không phải là
môi trường acid mạnh hay base mạnh. Theo một số nghiên cứu pH tối ưu là
5-7 [5,10] . ở pH này, aldehyd được hoạt hoá mạnh, còn amin phần lớn ở
dạng tự do.Có thể biểu diễn sự phụ thuộc tốc độ phản ứng vào pH như sau:
a. Nồng độ aldehyd được proton hoá
theo pH
b. Nồng đô amin dang tư do theo pH
Sự phụ thuộc tốc độ vào pH
3.4. Một sô yếu tô ảnh hưởng khác: [6,11]
* Tỷ lệ các chất tham gia phản ứng'.
-
Đây là phản ứng đồng mol giữa aldehyd và amin, do đó sẽ có hai trường
hợp:
+ Khi dư aldehyd (đặc biệt các aldehyd thơm) thì aldehyd thừa sẽ bị oxy
hoá tạo ra acid tương ứng, acid này sẽ ảnh hưởng tới phản ứng ngưng tụ:
14
[0 ]
Ar - CHO -=-=► Ar - COOH
+ Khi thừa amin tạo ra các sản phẩm phụ khác:
A r - N H - H + 0 = CHAri- H ^
“
Ar - NH - H
Ar - N H '
> c - Ar,
Các sản phẩm phụ này không những làm giảm hiệu suất tổng hợp mà còn
gây khó khăn cho quá trình tinh chế.
* Nhiệt độ: [5,10]
- Nhiệt độ tăng sẽ làm tăng tốc độ phản ứng. Tuy nhiên, chỉ nên duy trì ở
một nhiệt độ thích hợp vì nếu nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến phân huỷ sản
phẩm azometin vốn không bền với nhiệt độ.
* Thời gian: [5,10]
- Sau một thời gian nhất định, khi phản ứng đã đạt đến trạng thái cân bằng.
Nếu tiếp tục kéo dài thời gian phản ứng thì hàm lượng azometin giảm do bị
phân huỷ sẽ làm giảm hiệu suất phản ứng.
* Tỉnh ch ế sản phẩm'. [18]
Tinh chế là một khâu quan trọng quyết định hiệu suất của sản phẩm.
Trong khoá luận này, chúng tôi chọn phương pháp tinh chế sử dụng dung môi
hoà tan chọn lọc là ether dầu hoả và acid clohydric loãng.
V.
TỔNG
QUAN
vi
AZOMETIN
CỦA
DAN
chất
VERATRALDEHYD:
* Veratraldehyd là dẫn chất methyl hoá của vanillin, có dạng tinh thể kết
tinh màu trắng, mùi đặc trưng, kém bền, dưới tác động của ánh sáng tạo acid
veratric có màu nâu nhạt [16].
* Một s ố nghiên cứu về tác dụng sinh học của dẫn chất của
veratraldehyd:
15
Năm 1953, Fox và Gibas nghiên cứu tổng hợp isonicotinoyl hydrazon của
veratraldehyd và thử tác dụng chống lao của nó đã thu được kết quả tốt [16].
CH = N - NH - CO
- O
'
OCH i
OCH,3
vy\^JLi
Một số dẫn chất hydrazon của veratraldehyd đã được các tác giả ở Ai cập
tổng hợp và công bố tác dụng giảm đau, hạ sốt, chống viêm. Một số chất còn
chứng tỏ tác dụng vượt trội hơn diclofenac [13].
CH = N - B
B:
NH - CO - CH,-
OCHi
OCH,
CH2 - C6H 5
■(CH 2)2 - C6H 5
Năm 1957, Nasakazu và cộng sự đã tiến hành tổng hợp các dẫn chất
hydrazon của veratraldehyd. Sau đó, thử tác dụng sinh học trên các chủng vi
khuẩn M .tuberculosis, E.coli, B.subtilis. Kết quả cho thấy các chất này có tác
dụng với các chủng vi khuẩn trên ở nồng độ rất thấp (12,5 - 15y/ml) [19].
CH = N - B
B:
- N H - C 6H 5
- NH - C6H 4 - OH
- NH - Q H 4 - NH 2
OCHi
OCH 3
-N H ^ P >
HO
16
- NH
COCH,
- Cơ chế 2 (Sn 2): Phản ứng xảy ra theo một giai đoạn:
ArO' ’ + CH 30 S 0 20 C H 3 Ch--m>> ArOCH 3
+ CH 3OSO 2O '°
So sánh hai cơ chế này ta thấy:
- Cơ chế 1: tốc độ phản ứng được quyết định ờ giai đoạn 1. Phản ứng bậc
1.
V = k.[(CH 3 )2 S 04]
(1)
k: hằng số tốc độ riêng
- Cơ chế 2: tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ của cả hai chất tham
gia phản ứng. Phản ứng bậc 2:
v = k.[(CH 3 )2 S 0 4 ].[Ar0-]
(2)
Trên thực tế, tốc độ hình thành ArOCH 3 tỷ lệ thuận với nồng độ của cả
dimethyl Sulfat và ion phenolat. Bậc tổng quát của phản ứng là 2 và phương
trình (2) biểu thị chính xác điều đó. Phản ứng xảy ra theo cơ chế 2, một giai
đoạn (Sn 2 ).
4.
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHẢN ỨNG METHYL HOÁ
VANILLIN: [4]
Phản ứng alkyl hoá vanillin được biểu diễn tổng quát theo phản ứng sau:
CHO
(^ )
CHO
+ R-X
-------- ►
^^O C H a
+HX
^ y ^O C H 3
OH
OR
Trong đó RX là tác nhân alkyl hoá. Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến phản
ứng bao gồm:
- Cấu tạo của nhóm alkyl R.
- Nhóm tách ra X.
- Tác nhân nucleophyl.
- Bản chất dung môi.
19
4.1. Cấu tạo của nhóm alkyl R:
Khả năng phản ứng thế SN2 đối với các dẫn xuất alkyl RX giảm theo thứ
tự: R bậc 1 > R bậc 2 > R bậc 3. Sự án ngữ không gian đã ngăn cản tác nhân
nucleophiL tấn công vào phía sau.
Phản ứng methoxy hoá vanillin bằng dimethyl sulfat xảy ra thuận lợi do
nhóm methyl bậc 1 .
4.2. Nhóm tách ra X:
Khả năng phản ứng của một dẫn xuất alkyl RX nào đó trong phản ứng SN2
phụ thuộc vào bản chất nhóm tách ra.
Acid sulfuric (H -0 S 0 2 0-H ) là acid mạnh nên liên kết c - o của
H3C - 0 S 0 20 - CH 3 dễ bị bẻ gãy trong phản ứng Sn 2.
4.3. Tác nhân nucleophyl:
Khả năng phản ứng Sn 2 của một tác nhân nào đó đối với dẫn xuất alkyl là
đặc tính nucleophyl của chất đó, đặc tính này thể hiện khả năng cho nguyên tử
carbon một cặp điện tử.
Phenolat là một base tương đối mạnh nên nó là một tác nhân nucleophyl
mạnh.
4.4. Bản chất dung môi:
Khả năng ion hoá của dung môi là một trong số những yếu tố quyết định
vào việc làm cho R+.... X' dễ dàng xuất hiện từ RX. Có hai yếu tố liên quan
đến khả năng ion hoá của dung môi:
- Hằng số điện môi của dung môi.
- Khả năng solvat hoá của dung môi:
Nước có đặc điểm cấu tạo là hằng số điện môi lớn và khả năng solvat hoá
mạnh, do đó đã làm tăng thêm khả năng ion hoá dimethylsulfat.
20
Phần 2:
THựC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
I. NGUYÊN LIỆU
NGHIỆM:
■ VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC
■
■
1. PHƯONG PHÁP THỰC NGHIỆM:
1.1. Tổng hợp hoá học:
* Nguyên tắc:
- Thực hiện phản ứng methyl hoá vanillin để tạo thành veratraldehyd.
- Ngưng tụ loại nước giữa veratraldehyd với 1 amin thơm để tạo thành
base azometin.
* Đ iều kiện phản ứng:
- Phản ứng tổng hợp veratraldehyd:
+ Môi trường: nước (pH 8 )
+ Nhiệt độ: 80°c.
+ Theo dõi phản ứng bằng SKLM, hệ dung môi cloroform:methanol
( 80 :20).
- Phản ứng tổng hợp azometin:
+ Môi trường: ethanol tuyệt đối.
+ Nhiệt độ: 60°c.
+ Xúc tác: acid acetic đặc (pH 6 ).
+ Theo dõi quá trình phản ứng bằng SKLM, hệ dung môi là
cloroform:methanol với tỷ lệ thích hợp.
1.2. Tinh chế sản phẩm:
- Sản phẩm được tinh chế bằng phương pháp kết tinh trong dung môi thích
hợp.
1.3. Kiểm tra độ tinh khiết của sản phẩm:
21
- Kiểm tra độ tinh khiết của sản phẩm bằng SKLM trên bản mỏng
Kieselgel 60 F254 (Merck) với hệ dung môi thích hợp, soi đèn tử ngoại Vilber
Lourmat CN - 6 Ằ,=254nm.
- Xác định nhiệt độ nóng chảy bằng máy Gallen kamp.
1.4. Xác định cấu trúc các chất tổng hợp được:
- Phân tích quang phổ hồng ngoại các base azometin tổng hợp được trên
máy FT - IR Spectrometer Perkin - Elmer (USA) ở Phòng Thí nghiệm trung
tâm đại học Dược Hà Nội.
- Phân tích phổ tử ngoại các chất trên máy u v - VIS Spectrophotometer
Cary 1E - Varian (Australia) ở Phòng Thí nghiệm trung tâm đại học Dược Hà
Nội.
1.5. Thăm dò tác dụng sinh học các base azometin:
Tiến hành thử tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm các azometin trên các vi
sinh vật kiểm định theo phương pháp khuếch tán trên môi trường thạch được
qui định tại DĐVN II tập 3.
1.6. Sơ đồ phản ứng:
HO—( (
) ) —CHO
(CH3)2s o 4
-< ^- < p Jỵ^
h 3c o
h 3c o
Veratraldehyd
Vanillin
H3CO
CH0
+ H2N - Ar
H3CO
H 3CO
Veratraldehyd
H 3CO
Amin thơm
Base azometin
22
c = N - Ar + H20
