NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẪN XUẤT NAPHTHALENE VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH SINH HỌC

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRẦN THẢO PHƢƠNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẪN XUẤT NAPHTHALENE
VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH SINH HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC
NGÀNH HÓA HỮU CƠ

2015


TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRẦN THẢO PHƢƠNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẪN XUẤT NAPHTHALENE
VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH SINH HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC
NGÀNH HÓA HỮU CƠ

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
PGs. Ts BÙI THỊ BỬU HUÊ

2015

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

LỜI CẢM ƠN

Qua quá trình học tập và thực hiện đề tài, tôi đã tích lũy được nhiều
kiến thức và kỹ năng chuyên môn từ thầy cô và bạn bè. Đề tài đạt được kết
quả như mong muốn là nhờ vào sự nỗ lực vượt khó của bản thân và sự giúp đỡ
từ nhiều phía. Qua đây, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
PGs. Ts Bùi Thị Bửu Huê, Trưởng khoa Khoa học Tự nhiên - Trường
Đại học Cần Thơ. Với cương vị là giáo viên hướng dẫn, cô đã luôn chỉ bảo và
tạo điều kiện để tôi thực hiện đề tài.
Quý thầy cô thuộc khoa Khoa học Tự nhiên - Trường Đại học Cần Thơ
cùng quý thầy thuộc Viện Hóa học TP. HCM đã giảng dạy và tạo điều kiện
thuận lợi trong quá trình thực hiện đề tài.
NCS. Hà Thị Kim Quy, cán bộ của khoa Khoa học Tự nhiên - Trường
Đại học Cần Thơ, đang học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Quốc gia
Seoul - Hàn Quốc đã giúp đỡ trong việc thử nghiệm hoạt tính sinh học.
Các anh chị và các bạn cùng làm việc tại phòng thí nghiệm Hóa Sinh 2
thuộc Khoa Khoa học Tự nhiên - Trường Đại học Cần Thơ đã luôn đồng hành
suốt thời gian thực hiện đề tài.
Sau cùng là bạn bè và người thân đã luôn thăm hỏi và động viên tôi
vượt qua khó khăn để hoàn thành tốt khóa học.

Cần Thơ, ngày 29 tháng 3 năm 2015
Học viên thực hiện

Trần Thảo Phương

i


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

TÓM TẮT

Độc tính đối với tế bào là hoạt tính sinh học quan trọng trong lĩnh vực
hóa dược, nó có nhiều trong các hợp chất mang khung sườn naphthalenebenzimidazole và naphthalene-imidazopyridine. Các dẫn xuất của naphthalenebenzimidazole và naphthalene-imidazopyridine mang hoạt tính này được tổng
hợp thành công với hiệu suất tương đối qua năm bước bắt đầu từ
3,4,5-trimethoxybenzaldehyde. Phương pháp tổng hợp sử dụng phản ứng
ngưng tụ Stobbe, sau đó đóng vòng tạo khung sườn ethyl 4-acetoxy-5,6,7trimethoxy-2-naphthoate. Chuyển hóa nhóm chức ethyl ester thành nhóm
aldehyde, sau đó ngưng tụ với các dẫn xuất của o-phenylenediamine và hợp
chất dị vòng có cấu trúc tương tự nó như pyridine-2,3-diamine trong những
điều kiện khác nhau để tạo ra các dẫn xuất của naphthalene-benzimidazole và
naphthalene-imidazopyridine (6A-F). Cấu trúc của các chất tổng hợp được xác
định bằng phổ MS, 1H-NMR và 13C-NMR. Kết quả đánh giá hoạt tính sinh
học cho thấy hợp chất 6,7,8-trimethoxy-3-(5-methoxy-1H-benzo[d]imidazol2-yl)naphthalene-1-ol (6B) và 3-(5-chloro-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)-6,7,8trimethoxynaphthalen-1-ol (6F2) có độc tính với tế bào ung thư MCF-7
(Michigan Cancer Foundation-7) ở mức độ tốt.
Từ khóa: Tổng hợp, benzimidazole, imidazopyridine, dị vòng, hoạt tính
sinh học.

ii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

ABSTRACT

Cytotoxicity is an important biological activity in the field of
pharmaceutical chemistry which can be found in the naphthalenebenzimidazole and naphthalene-imidazopyridine skeleton compounds.
Naphthalene-benzimidazole and naphthalene-imidazopyridine derivatives are
typical compounds for this kind of biological activity which can be
synthesized successfully in reasonable yield through a five step sequence
starting from the commercially available 3,4,5-trimethoxy benzaldehyde. The
synthetic method made use of the Stobbe condensation and followed by
cyclization to afford the ethyl 4-acetoxy-5,6,7-trimethoxy-2-naphthoate core.
The ethyl ester moiety was then further converted into the aldehyde condensed
with o-phenylenediamine derivatives and their heterocyclic analogues, namely
pyridine-2,3-diamine under different conditions to provide naphthalenebenzimidazole derivatives and naphthalene-imidazopyridine ones (6A-F). The
structures of all synthesized compounds were confirmed by MS, 1H-NMR and
13
C-NMR spectra. Bioactivity evaluation showed that 6,7,8-trimethoxy-3-(5methoxy-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)naphthalen-1-ol (6B) and 3-(5-chloro-1Hbenzo[d]imidazol-2-yl)-6,7,8-trimethoxynaphthalen-1-ol (6F2) had rather good
cytotoxicity against MCF-7 (Michigan Cancer Foundation-7) cells.
Keywords: Synthesis, benzimidazole, imidazopyridine, heterocyclic,
biological activity.

iii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

LỜI CAM KẾT

Tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành dựa trên các kết quả
nghiên cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất
cứ luận văn cùng cấp nào khác. Riêng phần thử hoạt tính sinh học có sự hỗ trợ
của NCS. Hà Thị Kim Quy tại trường Đại học Quốc gia Seoul - Hàn Quốc.

Cần Thơ, ngày 29 tháng 3 năm 2015
Học viên cam kết

Trần Thảo Phương

iv


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN............................................................................................... ii
TÓM TẮT .................................................................................................... iii
ABSTRACT ................................................................................................. iv
LỜI CAM KẾT ............................................................................................ v
DANH MỤC BẢNG.................................................................................... ix
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................... x
DANH MỤC PHỤ LỤC ............................................................................ xii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................... xiv
Chƣơng 1: MỞ ĐẦU.................................................................................... 1
1.1 Lý do chọn đề tài............................................................................ 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................... 1
1.3 Nội dung nghiên cứu ...................................................................... 1

Chƣơng 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................... 3
2.1 Sơ lƣợc về dẫn xuất naphthalene ................................................. 3
2.1.1 Giới thiệu về naphthalene ............................................................. 3
2.1.2 Các nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất naphthalene có hoạt tính
sinh học .................................................................................................. 3
2.2 Sơ lƣợc về dẫn xuất benzimidazole .............................................. 8
2.2.1 Giới thiệu về benzimidazole ......................................................... 8
2.2.2 Các nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất benzimidazole có hoạt tính
sinh học ................................................................................................ 10
2.3 Một số phản ứng sử dụng trong nghiên cứu ............................. 15
2.3.1 Phản ứng ngưng tụ Stobbe và phản ứng đóng vòng naphthalene .. 15
2.3.2 Phản ứng khử bởi tác nhân LiAlH4 ............................................ 17
2.3.3 Phản ứng oxy hóa bởi tác nhân PCC .......................................... 18
2.3.4 Phản ứng tạo dẫn xuất benzimidazole bằng cách ngưng tụ
aldehyde với dẫn xuất của benzene-1,2-diamine ................................ 19
v


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................... 23
3.1 Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................ 23
3.2 Phƣơng tiện nghiên cứu .............................................................. 23
3.2.1 Hóa chất ...................................................................................... 23
3.2.2 Thiết bị và dụng cụ ..................................................................... 23
3.2.3 Tinh chế một số hóa chất ............................................................ 24
3.3 Thực nghiệm ................................................................................ 24
3.3.1 Tổng hợp (E)-3-(ethoxycarbonyl)-4-(3,4,5-trimethoxyphenyl)

but-3-enoic acid (2) ............................................................................. 24
3.3.2 Tổng hợp ethyl 4-acetoxy-5,6,7-trimethoxy-2-naphthoate (3) .. 24
3.3.3 Tổng hợp 3-(hydroxymethyl)-6,7,8-trimethoxynaphthalen
-1-ol (4) ................................................................................................ 25
3.3.4 Tổng hợp 4-hydroxy-5,6,7-trimethoxy-2-naphthaldehyde (5) ... 25
3.3.5 Tổng hợp 6,7,8-trimethoxy-3-(5-nitro-1H-benzo[d]imidazol
-2-yl)naphthalen-1-ol (6A1) ................................................................. 26
3.3.6 Tổng hợp 6,7,8-trimethoxy-3-(5-methoxy-1H-benzo[d]imidazol
-2-yl)naphthalen-1-ol (6B) .................................................................. 27
3.3.7 Tổng hợp 3-(1H-benzo[d]imidazol-2-yl)-6,7,8-trimethoxy
naphthalen-1-ol (6C1) .......................................................................... 28
3.3.8 Tổng hợp 3-(1H-imidazo[4,5-b]pyridin-2-yl)-6,7,8-trimethoxy
naphthalen-1-ol (6D1) .......................................................................... 28
3.3.9 Tổng hợp 6,7,8-trimethoxy-3-(5-methyl-1H-benzo[d]imidazol
-2-yl)naphthalen-1-ol (6E2) ................................................................. 29
3.3.10 Tổng hợp 3-(5-chloro-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)-6,7,8trimethoxynaphthalen-1-ol (6F2) ......................................................... 29
Chƣơng 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 31
4.1 Tổng hợp 6,7,8-trimethoxy-3-(5-nitro-1H-benzo[d]imidazol
-2-yl)naphthalen-1-ol (6A1) ................................................................. 31
4.2 Tổng hợp 6,7,8-trimethoxy-3-(5-methoxy-1H-benzo[d]imidazol
-2-yl)naphthalen-1-ol (6B) .................................................................. 40
4.3 Tổng hợp 3-(1H-benzo[d]imidazol-2-yl)-6,7,8-trimethoxy
naphthalen-1-ol (6C1) .......................................................................... 45
vi


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

4.4 Tổng hợp 3-(1H-imidazo[4,5-b]pyridin-2-yl)-6,7,8-trimethoxy
naphthalen-1-ol (6D1) .......................................................................... 49
4.5 Tổng hợp 6,7,8-trimethoxy-3-(5-methyl-1H-benzo[d]imidazol
-2-yl)naphthalen-1-ol (6E2) ................................................................. 54
4.6 Tổng hợp 3-(5-chloro-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)-6,7,8trimethoxynaphthalen-1-ol (6F2) ......................................................... 57
4.7 Thử nghiệm độc tính với tế bào ung thư ....................................... 63
Chƣơng 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................ 64
5.1 Kết luận ......................................................................................... 64
5.2 Kiến nghị ....................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 66
PHỤ LỤC.................................................................................................... 69

vii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Hiệu suất tổng hợp các methyl (E)-3-aryl-2-cyanomethylacrylate ...4
Bảng 2.2 Một số dẫn xuất naphthalene có hoạt tính sinh học ..........................6
Bảng 2.3 Tóm tắt và so sánh kết quả tổng hợp một số dẫn xuất benzimidazole
với các xúc tác khác nhau ...............................................................................11
Bảng 2.4 Hiệu suất tổng hợp dẫn xuất imidazopyridine với xúc tác Zn(OTf)2..13
Bảng 2.5 Một số dẫn xuất benzimidazole có hoạt tính sinh học ....................13
Bảng 2.6 Một số hợp chất bị khử bởi lithium aluminium hydride .................17
Bảng 4.1 Dữ liệu phổ 1H-NMR kết hợp 13C-NMR của sản phẩm 6A1 ..........33
Bảng 4.2 Biện luận phổ 13C-NMR kết hợp phổ DEPT của sản phẩm 6A1.....34

Bảng 4.3 Dữ liệu phổ 1H-NMR kết hợp 13C-NMR của sản phẩm 6A2 ..........36
Bảng 4.4 Biện luận phổ 13C-NMR kết hợp phổ DEPT của sản phẩm 6A2.....37
Bảng 4.5 Khảo sát thời gian tổng hợp sản phẩm 6A1 .....................................39
Bảng 4.6 Dữ liệu phổ 1H-NMR kết hợp 13C-NMR của sản phẩm 6B ............42
Bảng 4.7 Biện luận phổ 13C-NMR kết hợp phổ DEPT của sản phẩm 6B ......43
Bảng 4.8 Khảo sát thời gian tổng hợp sản phẩm 6B ......................................44
Bảng 4.9 Dữ liệu phổ 1H-NMR kết hợp 13C-NMR của sản phẩm 6C1 ..........47
Bảng 4.10 Biện luận phổ 13C-NMR kết hợp phổ DEPT của sản phẩm 6C1...47
Bảng 4.11 Khảo sát thời gian tổng hợp sản phẩm 6C1 ...................................49
Bảng 4.12 So sánh điều kiện và hiệu suất tổng hợp 6C1 với các xúc tác
khác nhau ........................................................................................................49
Bảng 4.13 Dữ liệu phổ 1H-NMR kết hợp 13C-NMR của sản phẩm 6D1 ........52
Bảng 4.14 Biện luận phổ 13C-NMR kết hợp phổ DEPT của sản phẩm 6D1...52
Bảng 4.15 Khảo sát thời gian tổng hợp sản phẩm 6D1 ...................................54
Bảng 4.16 Dữ liệu phổ 1H-NMR của sản phẩm 6E2 ......................................56
Bảng 4.17 Dữ liệu phổ 1H-NMR của sản phẩm 6F1.......................................59
Bảng 4.18 Dữ liệu phổ 1H-NMR của sản phẩm 6F2.......................................61

viii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất naphthalene từ 3,4,5-trimethoxy
benzaldehyde ....................................................................................................2
Hình 2.1 Cấu trúc phân tử naphthalene ............................................................3
Hình 2.2 Cấu trúc naftifine và terbinafine ........................................................3

Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp các methyl (E)-3-aryl-2-cyanomethylacrylate .........4
Hình 2.4 Sơ đồ tổng hợp các dẫn xuất 4-hydroxy-2-naphthoic acid ................4
Hình 2.5 Sơ đồ tổng hợp purpuromycin ...........................................................5
Hình 2.6 Cấu trúc của marmelin .......................................................................5
Hình 2.7 Sơ đồ tổng hợp các hợp chất tương tự marmelin ............................... 6
Hình 2.8 Cấu trúc của imidazole và benzimidazole .........................................8
Hình 2.9 Sự chuyển vị trong phân tử benzimidazole .......................................8
Hình 2.10 Sự chuyển vị của nhóm -NH- và -NR- trong phân tử dẫn xuất
benzimidazole ...................................................................................................9
Hình 2.11 Tính acid và base của phân tử benzimidazole ............................... 10
Hình 2.12 Tổng hợp 2,5-dimethylbenzimidazole từ dẫn xuất acetamide .......10
Hình 2.13 Phản ứng tổng hợp 2,5-dimethylbenzimidazole từ diamine ..........10
Hình 2.14 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với xúc tác khác nhau..11
Hình 2.15 Phản ứng tổng hợp các dẫn xuất của 5-nitrobenzimidazole ..........12
Hình 2.16 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với xúc tác CuSO4.......12
Hình 2.17 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất imidazopyridine với xúc tác Zn(OTf)2 12
Hình 2.18 Phản ứng Stobbe tổng quát ............................................................ 15
Hình 2.19 Cơ chế phản ứng ngưng tụ Stobbe .................................................16
Hình 2.20 Hiệu ứng overlap control" tạo đồng phân E ............................... 17
Hình 2.21 Cơ chế đóng vòng sản phẩm ngưng tụ Stobbe .............................. 17
Hình 2.22 Cơ chế của phản ứng khử ester bằng LiAlH4 ................................ 18
Hình 2.23 Cơ chế của phản ứng oxy hóa alcohol bậc 1 bằng PCC ................18
Hình 2.24 Tổng hợp dẫn xuất benzimidazole bằng các tác nhân khác nhau .....19
Hình 2.25 Phản ứng tổng hợp các dẫn xuất benzimidazole từ aldehyde ........19
Hình 2.26 Cơ chế hình thành các dẫn xuất benzimidazole từ aldehyde .........19
Hình 2.27 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với tác nhân Na2S2O5 .. 20
Hình 2.28 Cơ chế tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với tác nhân Na2S2O5 ..20
ix

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

Hình 2.29 Cơ chế phản ứng tổng hợp benzimidazole với xúc tác BSA .........20
Hình 2.30 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với tác nhân Na2S2O4 .. 21
Hình 2.31 Cơ chế phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole từ dẫn xuất của
2-nitroaniline với tác nhân Na2S2O4 ............................................................... 21
Hình 2.32 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với xúc tác Cu(OH)2 ... 21
Hình 2.33 Cơ chế tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với xúc tác Cu(OH)2......22
Hình 2.34 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với chất mang rắn ....22
Hình 2.35 Cơ chế tổng hợp dẫn xuất benzimidazole với chất mang rắn ........22
Hình 4.1 Phương trình phản ứng tổng hợp 6A1 ..............................................31
Hình 4.2 Cơ chế phản ứng tổng hợp 6A1 ........................................................31
Hình 4.3 Sắc ký bản mỏng tổng hợp 6A1 .......................................................32
Hình 4.4 Sản phẩm 6A1 và 6A2 ......................................................................32
Hình 4.5 Cơ chế phản ứng tổng hợp 6A2 ........................................................39
Hình 4.6 Phương trình phản ứng tổng hợp 6B ...............................................40
Hình 4.7 Cơ chế phản ứng tổng hợp 6B .........................................................40
Hình 4.8 Sắc ký bản mỏng tổng hợp 6B .........................................................41
Hình 4.9 Sản phẩm 6B ....................................................................................41
Hình 4.10 Hai dạng tautomer của 6B ............................................................. 42
Hình 4.11 Phương trình phản ứng tổng hợp 6C1 ............................................45
Hình 4.12 Sắc ký bản mỏng tổng hợp 6C1 .....................................................46
Hình 4.13 Sản phẩm 6C1 ................................................................................46
Hình 4.14 Phương trình phản ứng tổng hợp 6D1 ............................................50
Hình 4.15 Cơ chế phản ứng tổng hợp 6D1 ......................................................50
Hình 4.16 Sắc ký bản mỏng tổng hợp 6D1 .....................................................51
Hình 4.17 Sản phẩm 6D1 ................................................................................51
Hình 4.18 Phương trình phản ứng tổng hợp 6E2 ............................................54

Hình 4.19 Sắc ký bản mỏng tổng hợp 6E2 .....................................................55
Hình 4.20 Sản phẩm 6E2.................................................................................55
Hình 4.21 Phương trình phản ứng tổng hợp 6F2 ............................................57
Hình 4.22 Sắc ký bản mỏng tổng hợp 6F2 ......................................................58
Hình 4.23 Sản phẩm 6F1 và 6F2 .....................................................................58
Hình 4.24 Sự phân mảnh của hợp chất 6F1 trong phổ MS ............................. 60
Hình 4.25 Sự phân mảnh của hợp chất 6F2 trong phổ MS ............................. 62
Hình 4.26 Kết quả thử nghiệm độc tính với tế bào ung thư ...........................63

x


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

DANH MỤC PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1: CÁC PHỔ CỦA 6,7,8-TRIMETHOXY-3-(5-NITRO-1HBENZO[d]IMIDAZOL-2-YL)NAPHTHALEN-1-OL (6A1) ................. 69
Phụ lục 1.1 Phổ MS của 6A1 ............................................................... 69
Phụ lục 1.2 Phổ 1H-NMR của 6A1 ...................................................... 70
Phụ lục 1.3 Phổ 1H-NMR dãn rộng của 6A1 ....................................... 71
Phụ lục 1.4 Phổ 13C-NMR của 6A1 ..................................................... 72
Phụ lục 1.5 Phổ 13C-NMR dãn rộng của 6A1 ...................................... 73
Phụ lục 1.6 Phổ DEPT của 6A1 ........................................................... 74
Phụ lục 1.7 Phổ DEPT dãn rộng của 6A1 ............................................ 75
PHỤ LỤC 2: CÁC PHỔ CỦA 3-((2-(4-HYDROXY-5,6,7-TRIMETHOXY
NAPHTHALEN-2-YL)-5-NITRO-1H-BENZO[d]IMIDAZOL-1-YL)
METHYL)-6,7,8-TRIMETHOXYNAPHTHALEN-1-OL (6A2) ........... 76
Phụ lục 2.1 Phổ MS của 6A2 ............................................................... 76
Phụ lục 2.2 Phổ 1H-NMR của 6A2 ...................................................... 77

Phụ lục 2.3 Phổ 1H-NMR dãn rộng của 6A2 ....................................... 78
Phụ lục 2.4 Phổ 13C-NMR của 6A2 ..................................................... 79
Phụ lục 2.5 Phổ 13C-NMR dãn rộng của 6A2 ...................................... 80
Phụ lục 2.6 Phổ DEPT của 6A2 ........................................................... 81
Phụ lục 2.7 Phổ DEPT dãn rộng của 6A2 ............................................ 82
PHỤ LỤC 3: CÁC PHỔ CỦA 6,7,8-TRIMETHOXY-3-(5-METHOXY1H-BENZO[d]IMIDAZOL-2-YL)NAPHTHALEN-1-OL (6B) ............ 83
Phụ lục 3.1 Phổ MS của 6B ................................................................. 83
Phụ lục 3.2 Phổ 1H-NMR của 6B ........................................................ 84
Phụ lục 3.3 Phổ 1H-NMR dãn rộng của 6B ......................................... 85
Phụ lục 3.4 Phổ 13C-NMR của 6B ....................................................... 86
Phụ lục 3.5 Phổ 13C-NMR dãn rộng của 6B........................................ 87
Phụ lục 3.6 Phổ DEPT của 6B ............................................................ 88
Phụ lục 3.7 Phổ DEPT dãn rộng của 6B ............................................. 89
PHỤ LỤC 4: CÁC PHỔ CỦA 3-(1H-BENZO[d]IMIDAZOL-2-YL)-6,7,8TRIMETHOXYNAPHTHALEN-1-OL (6C1)......................................... 90
Phụ lục 4.1 Phổ MS của 6C1 ............................................................... 90
xi


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

Phụ lục 4.2 Phổ 1H-NMR của 6C1 ...................................................... 91
Phụ lục 4.3 Phổ 1H-NMR dãn rộng của 6C1 ....................................... 92
Phụ lục 4.4 Phổ 13C-NMR của 6C1 ..................................................... 93
Phụ lục 4.5 Phổ 13C-NMR dãn rộng của 6C1 ...................................... 94
Phụ lục 4.6 Phổ DEPT của 6C1 ........................................................... 95
Phụ lục 4.7 Phổ DEPT dãn rộng của 6C1 ............................................ 96
PHỤ LỤC 5: CÁC PHỔ CỦA 3-(1H-IMIDAZO[4,5-b]PYRIDIN-2-YL)6,7,8-TRIMETHOXYNAPHTHALEN-1-OL (6D1) ............................... 97
Phụ lục 5.1 Phổ MS của 6D1 ............................................................... 97

Phụ lục 5.2 Phổ 1H-NMR của 6D1 ...................................................... 98
Phụ lục 5.3 Phổ 1H-NMR dãn rộng của 6D1 ....................................... 99
Phụ lục 5.4 Phổ 13C-NMR của 6D1 ................................................... 100
Phụ lục 5.5 Phổ 13C-NMR dãn rộng của 6D1 .................................... 101
Phụ lục 5.6 Phổ DEPT của 6D1 ......................................................... 102
Phụ lục 5.7 Phổ DEPT dãn rộng của 6D1 .......................................... 103
PHỤ LỤC 6: CÁC PHỔ CỦA 6,7,8-TRIMETHOXY-3-(5-METHYL-1HBENZO[d]IMIDAZOL-2-YL)NAPHTHALEN-1-OL (6E2)................ 104
Phụ lục 6.1 Phổ MS của 6E2 ............................................................. 104
Phụ lục 6.2 Phổ 1H-NMR của 6E2..................................................... 105
Phụ lục 6.3 Phổ 1H-NMR dãn rộng của 6E2 ..................................... 106
PHỤ LỤC 7: CÁC PHỔ CỦA 3-(5-CHLORO-1-((4-HYDROXY-5,6,7TRIMETHOXYNAPHTHALEN-2-YL)METHYL)-1H-BENZO[d]
IMIDAZOL-2-YL)-6,7,8-TRIMETHOXYNAPHTHALEN-1-OL (6F1)
Phụ lục 7.1 Phổ MS của 6F1 .............................................................. 107
Phụ lục 7.2 Phổ 1H-NMR của 6F1 ..................................................... 108
Phụ lục 7.3 Phổ 1H-NMR dãn rộng lần 1 của 6F1 ............................. 109
Phụ lục 7.4 Phổ 1H-NMR dãn rộng lần 2 của 6F1 ............................. 110
PHỤ LỤC 8: CÁC PHỔ CỦA 3-(5-CHLORO-1H-BENZO[d]IMIDAZOL
-2-YL)-6,7,8-TRIMETHOXYNAPHTHALEN-1-OL (6F2) ................. 111
Phụ lục 8.1 Phổ MS của 6F2 .............................................................. 111
Phụ lục 8.2 Phổ 1H-NMR của 6F2 ..................................................... 112
Phụ lục 8.3 Phổ 1H-NMR dãn rộng của 6F2...................................... 113

xii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Ac2O
AcONa
BSA
conc.
13
C-NMR
d
DEPT
DME
DMEM
DMF
DMSO
ENPFSA
EtOAc
EtOH
FBS
h
1
H-NMR
Hex
HIV
J
m
MCF-7
MeOH
MS
MTT
PCC
Rf
Reflux

RT
s
t
TBN
THF
TLC
TQ
t-BuOH / t-BuOK
δ

Acetic anhydride
Sodium acetate
Boron sulfonic acid
Concentrated
Carbon (13) nuclear magnetic resonance
Doublet
Detortionless emhancement by polarization
transfer
1,2-Dimethoxyethane
Dulbeccos modified eagle medium
Dimethylformamide
Dimethyl sulfoxide
Epoxidized novolac phenol formaldehyde resin
modified using sulfanilic acid
Ethyl acetate
Ethanol
Fetal bovine serum
Hour(s)
Proton nuclear magnetic resonance
Hexane

Human immunodeficiency virus
Coupling constant
Multiplet
Michigan cancer foundation-7
Methanol
Mass spectrometry
3-(4,5-Dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-2Htetrazolium bromide
Pyridinium chlorochromate
Retention factor
Đun hoàn lưu
Room temperature
Singlet
Triplet
Tây Ban Nha
Tetrahydrofuran
Thin layer chromatography
Trung Quốc
tert-Butanol / potassium tert-butoxide
Chemical shift

xiii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

Chƣơng 1. MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, một trong những thành tựu đáng kể của ngành Hóa học hữu
cơ là khám phá và xác định được các hợp chất có hoạt tính sinh học, ứng dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống con người. Các hợp chất
có hoạt tính sinh học tồn tại rất phổ biến trong tự nhiên, bằng các phương pháp
tách chiết và cô lập có thể thu được những chất tinh khiết và ứng dụng của
chúng đa phần là dùng làm thực phẩm chức năng. Bên cạnh đó việc tổng hợp
ra các hợp chất có hoạt tính sinh học tốt để làm thuốc chữa bệnh cũng đang
được nghiên cứu bởi nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước.
Qua một số nghiên cứu cho thấy các dẫn xuất naphthalene rất có tiềm
năng về hoạt tính sinh học như: khả năng kháng viêm, kháng oxy hóa, kháng
sốt rét, đặc biệt là kháng ung thư. Vì những đặc tính quan trọng này mà việc
nghiên cứu tổng hợp ra các dẫn xuất naphthalene gần đây đã được chú ý.
Một số nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất naphthalene đã được công bố
là có hoạt tính sinh học như: 2-(3,4-dichlorophenyl)-N-(2,3-dimethylbutyl)
-1-(naphthalen-1-yl)-1H-benzo[d]imidazole-5-carboximidamide [1] và
5-((naphthalen-2-yloxy)methyl)-1,3,4-oxadiazol-2(3H)-one [2] đều có khả
năng kháng khuẩn, kháng nấm; 4-methyl-3-((naphthalen-2-yloxy)methyl)-1H1,2,4-triazole-5(4H)-thione có khả năng kháng viêm [3],... Từ những kết quả
trên cho thấy việc tổng hợp các dẫn xuất naphthalene là rất cần thiết.
Đề tài Nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất naphthalene và khảo sát hoạt
tính sinh học được thực hiện nhằm tìm ra nhóm chất mới có nhiều tiềm năng
về hoạt tính sinh học ứng dụng trong y học.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Từ nguyên liệu đầu là 3,4,5-trimethoxybenzaldehyde (1) tổng hợp ra
các dẫn xuất naphthalene và thử hoạt tính sinh học của chúng như độc tính đối
với tế bào ung thư MCF-7.
1.3 Nội dung nghiên cứu
Theo Hình 1.1 thì phản ứng ngưng tụ Stobbe là then chốt để tạo ra hợp
chất (E)-3-(ethoxycarbonyl)-4-(3,4,5-trimethoxyphenyl)but-3-enoic acid (2).
Tiến hành phản ứng đóng vòng (2) thu được ethyl 4-acetoxy-5,6,7-trimethoxy2-naphthoate (3) (có khung sườn naphthalene). Chuyển hóa nhóm chức

1


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

naphthoate ester của (3) thành nhóm -CH2OH của (4) rồi thành -CHO của (5).
Từ (5) tạo ra lần lượt các dẫn xuất benzimidazole chứa khung sườn
naphthalene (6).

Trong đó:
R = -NH2 (6A, 6C, 6D, 6E, 6F); -NO2 (6B).
R = 4-NO2 (6A); 4-OCH3 (6B); -H (6C); –N= (pyridine) (6D); 4-CH3 (6E); 4-Cl (6F).
i) = CuSO4/EtOH (6A, 6E, 6F); Na2S2O4/EtOH (6B, 6C); Na2S2O5/EtOH (6D).

Hình 1.1 Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất naphthalene từ 3,4,5-trimethoxybenzaldehyde

Quy trình thực hiện: Cho (1) phản ứng với diethyl succinate trong
t-BuOK/t-BuOH thu được (2) (phản ứng ngưng tụ Stobbe). Đóng vòng hợp
chất (2) với tác nhân NaOAc/Ac2O thu được (3). Khử chức ester của (3) bởi
tác nhân LiAlH4/THF thu được (4). Oxi hóa (4) bởi tác nhân PCC/CH2Cl2 thu
được (5). Benzimidazole hóa (5) lần lượt bởi 4-nitrobenzene-1,2-diamine;
4-methoxy-2-nitroaniline; benzene-1,2-diamine; pyridine-2,3-diamine; 4-methyl
benzene-1,2-diamine; 4-chlorobenzene-1,2-diamine thu được tương ứng (6A),
(6B), (6C), (6D), (6E) và (6F).

2

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

Chƣơng 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Sơ lƣợc về dẫn xuất naphthalene
2.1.1 Giới thiệu về naphthalene
Naphthalene (7) (còn gọi là naphthaline, băng phiến, nhựa long não, nhựa
trắng) là một hydrocarbon vòng thơm đơn giản nhất gồm hai vòng benzene
gắn với nhau (Hình 2.1), công thức phân tử là C10H8. Naphthalene ở dạng rắn,
tinh thể màu trắng, dễ thăng hoa.

Hình 2.1 Cấu trúc phân tử naphthalene
Naphthalene được các nhà hóa học tìm ra vào năm 1819 khi chưng cất
nhựa than đá. Năm 1821, John Kidd miêu tả tính chất của hợp chất này và đề
nghị đặt tên là naphthaline [4]. Năm 1826, Michael Faraday đã xác định được
công thức phân tử của naphthalene. Tuy nhiên, mãi đến 5 năm sau, Emil
Erlenmeyer và Carl Gräbe mới xác định được cấu trúc hóa học của
naphthalene là hai vòng benzene gắn vào nhau [5].
Naphthalene là hóa chất trung gian dùng trong công nghiệp để tổng hợp
phthalic anhydride, thuốc diệt côn trùng, dược phẩm,…
2.1.2 Các nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất naphthalene có hoạt tính sinh học
Hiện nay, các dẫn xuất naphthalene được biết đến như là những hợp chất
có nhiều hoạt tính sinh học như kháng oxi hóa, kháng HIV, kháng tế bào ung
thư, kháng sốt rét, kháng khuẩn,… Trong đó, có những hợp chất đã được dùng
làm thuốc như naftifine (8), terbinafine (9), nafacillin, tolnaftate,…

Hình 2.2 Cấu trúc naftifine và terbinafine

3


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

Chính vì thế đã có nhiều công trình nghiên cứu về những hợp chất chứa
vòng naphthalene. Sau đây là một số công trình đã được công bố:
Năm 2005, Wan Pyo Hong và cộng sự đã tổng hợp các dẫn xuất methyl
(E)-3-aryl-2-cyanomethylacrylate (11) (Hình 2.3) và chuyển hóa thành các dẫn
xuất 4-hydroxy-2-naphthoic acid (14) (Hình 2.4) [6].

Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp các methyl (E)-3-aryl-2-cyanomethylacrylate
Bảng 2.1 Hiệu suất tổng hợp các methyl (E)-3-aryl-2-cyanomethylacrylate
Chất phản ứng R

Sản phẩm

Hiệu suất (%)

10a

C6H5

11a

74

10b

4-ClC6H4

11b

57

10c

4-MeOC6H4

11c

69

10d

4-AcNHC6H4

11d

64

10e

2-ClC6H4

11e

79

10f

3-O2NC6H4

11f

33

10g

2,6-Cl2C6H3

11g

65

10h

3,4-(MeO)2C6H3

11h

87

10i

2,6-Cl2-3-(O2N)C6H2

11i

27

Với R = H, Cl, OMe
Hình 2.4 Sơ đồ tổng hợp các dẫn xuất 4-hydroxy-2-naphthoic acid

4


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

Năm 2008, Andrew N. Lowell cùng cộng sự đã dùng phản ứng ngưng tụ
Stobbe và thực hiện phản ứng đóng vòng tạo khung sườn naphthalene để tổng
hợp purpuromycin (17) (Hình 2.5) [7].

Hình 2.5 Sơ đồ tổng hợp purpuromycin
Hiệu suất tổng cho cả hai bước tổng hợp ethyl 4-acetoxy-5,6,8trimethoxy-2-naphthoate (16) là 81%.
Năm 2008, Shrikant Anant và cộng sự đã cô lập và xác định cấu trúc
hợp chất 1-hydroxy-5,7-dimethoxy-2-naphthaldehyde (18) (marmelin) (Hình 2.6)
từ dịch cao chiết ethyl acetate của cây Aegle marmelos tại Ấn Độ [8]. Kết quả
thử hoạt tính in vivo cho thấy hợp chất (18) kháng lại tế bào ung thư ruột kết
HTC116.

Hình 2.6 Cấu trúc của marmelin
Năm 2011, Huỳnh Minh Huy tổng hợp chất (22), (23) có cấu trúc tương
tự marmelin với phản ứng then chốt là ngưng tụ Stobbe (Hình 2.7) [9].
5

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

Hình 2.7 Sơ đồ tổng hợp các hợp chất tương tự marmelin
Một số dẫn xuất naphthalene khác có hoạt tính sinh học được tóm tắt
trong Bảng 2.2.
Bảng 2.2 Một số dẫn xuất naphthalene có hoạt tính sinh học
Dẫn xuất naphthalene

Hoạt tính
Kháng khuẩn
Kháng nấm [1]

2-(3,4-Dichlorophenyl)-N-(2,3-dimethylbutyl)-1(naphthalen-1-yl)-1H-benzo[d]imidazole-5-carboxamidine
Kháng khuẩn
Kháng nấm [2]
5-((Naphthalen-2-yloxy)methyl)-1,3,4-oxadiazole
-2(3H)-thione

6


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

Kháng khuẩn
Kháng nấm [2]

5-((Naphthalen-2-yloxy)methyl)-1,3,4-oxadiazol-2-amine
Kháng viêm [3]

4-Methyl-3-((naphthalen-2-yloxy)methyl)-1H-1,2,4triazole-5(4H)-thione
Kháng khuẩn
Kháng vi sinh
Kháng viêm [9]
Ethyl 4-hydroxy-5,6,8-trimethoxy-2-naphthoate

Kháng ung thư
Kháng khuẩn [9]
Ethyl 1,3-dihydroxy-6-methoxy-2-naphthoate

Kháng khuẩn
Kháng vi sinh
Kháng viêm [9]
Ethyl 4-hydroxy-1,5,6,8-tetramethoxy-2-naphthoate
Kháng khuẩn [10]

4,6-Dimethoxynaphthalen-2-carboxylic acid

7


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

Kháng sinh
Kháng ung thư

Kháng nấm [11]
(6-Methoxynaphthalen-2-yl)(3,4,5-trimethoxyphenyl)
methanone
Kháng ung thư
Kháng sinh [12]
(1,3,6-Trimethoxynaphthalen-2-yl)methanol

2.2 Sơ lƣợc về dẫn xuất benzimidazole
2.2.1 Giới thiệu về benzimidazole
Benzimidazole (25) là hợp chất hai vòng cấu thành từ dị vòng imidazole
(24) và vòng benzene tại vị trí 4 và 5 trên vòng imidazole. Benzimidazole còn
có tên gọi khác là benziminazole; 1H-benzo[d]imidazole hay 1,3-benzodiazole.
Sự hiện diện của nhóm -NH- và nguyên tử N (nitrogen) tại vị trí 3 làm cho
phân tử benzimidazole có tính acid và tính base yếu.

Hình 2.8 Cấu trúc của imidazole và benzimidazole
Trong phân tử benzimidazole, nguyên tử H (hydrogen) liên kết với
nguyên tử N sẽ chuyển đổi qua lại giữa hai nguyên tử N ở vị trí số 1 và 3
(Hình 2.9).

Hình 2.9 Sự chuyển vị trong phân tử benzimidazole
8


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

Quá trình chuyển vị nội phân tử liên quan đến 2 hay nhiều phân tử
benzimidazole hoặc thông qua tương tác với các dung môi phân cực có proton

(protic solvent) như nước. Điều đó dẫn đến vị trí 5, 6 và bất kì nhóm thế ở hai
vị trí này có sự tương đồng về mặt hóa học. Sự chuyển vị sẽ không xảy ra khi
nhóm -NH- đã bị alkyl hóa, khi đó sẽ tạo ra các hợp chất không tương đồng và
vì thế có thể cô lập được chúng. Ví dụ, hai hợp chất benzimidazole đã được
dimethyl hóa (27) và (28) là hai đồng phân, trong khi hai hợp chất
monomethyl hóa (26) là một cặp tương đồng (tautomer) (Hình 2.10) [13].

Hình 2.10 Sự chuyển vị của nhóm -NH- và -NR- trong phân tử
dẫn xuất benzimidazole

Khi thêm NaNH2 vào dung dịch benzimidazole sẽ tạo thành muối kim
loại của benzimidazole (29). Điều này cho thấy được tính acid của
benzimidazole cũng như nhiều dẫn xuất của nó (Hình 2.11).
Một số base không có khả năng phản ứng với benzimidazole. Nhưng khi
có mặt của các nhóm rút điện tử thì làm cho tính acid của benzimidazole tăng
lên, từ đó có khả năng phản ứng được với base. Ví dụ, các nitrobenzimidazole
có tính acid đủ mạnh để hòa tan trong Na2CO3 hoặc dung dịch NH3.
Benzimidazole cũng có tính base thể hiện qua khả năng tạo muối với acid
(30) (Hình 2.11). Tính base của benzimidazole có được là nhờ vào một cặp
electron chưa tham gia liên kết trên nguyên tử N, có khả năng kết hợp một
proton [14].
9


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC

TRẦN THẢO PHƢƠNG

Hình 2.11 Tính acid và base của phân tử benzimidazole
Benzimidazole (pKa = 5,4) có tính base yếu hơn 30 lần so với imidazole

(pKa = 6,9). Sự kết hợp imidazole vào vòng benzene làm giảm đi tính base của
nhân imidazole vì vòng benzene đã mở rộng sự cộng hưởng trong cấu trúc kết
hợp đó để làm bền phân tử nên làm giảm khả năng kết hợp với proton. Do đó,
liên hợp từ vòng benzene đã làm tăng tính acid và giảm tính base [15].
2.2.2 Các nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất benzimidazole có hoạt tính sinh học
Hoebrecker là người đầu tiên tổng hợp thành công benzimidazole vào
năm 1872 [16]. Ông đã tổng hợp 2,5 (hoặc 2,6)-dimethylbenzimidazole (33)
qua giai đoạn khử và dehydrate hóa N-(4-methyl-2-nitrophenyl)acetamide (31)
(Hình 2.12).

Hình 2.12 Tổng hợp 2,5-dimethylbenzimidazole từ dẫn xuất acetamide
Vài năm sau đó, Ladenburg cũng đã tổng hợp thành công 2,5-dimethyl
benzimidazole bằng cách đun hoàn lưu 4-methylbenzene-1,2-diamine (34) với
acetic acid (Hình 2.13) [17].

Hình 2.13 Phản ứng tổng hợp 2,5-dimethylbenzimidazole từ diamine

10