Tổng hợp 2-methylisothiazol-3(2H)-on (MIT) và 5-cloro-2- methylisothiazol-3(2H)-on

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 24 * Số 3 * 2020

Nghiên cứu

TỔNG HỢP 2-METHYLISOTHIAZOL-3(2H)-ON
VÀ 5-CLORO-2-METHYLISOTHIAZOL-3(2H)-ON
Trương Ngọc Tuyền*, Nguyễn Ngọc Vinh**, Lê Nguyễn Bảo Khánh*, Phạm Ngọc Tuấn Anh*,
Nguyễn Thị Hương Giang*, Nguyễn Ngọc Anh Đào***

TÓM TẮT
Đặt vấn đề: Chất bảo quản dùng trong mỹ phẩm 2-methylisothiazol-3(2H)-on (MIT) và 5-cloro-2methylisothiazol-3(2H)-on (MCT) có thể gây phản ứng có hại trên da nếu vượt quá nồng độ cho phép nhưng hiện
nay trong nước chưa tự sản xuất được các chất đối chiếu này để phục vụ công tác kiểm tra chất lượng mỹ phẩm.
Mục tiêu: Tổng hợp MIT và MCT ở quy mơ phịng thí nghiệm đạt độ tinh khiết phù hợp để thiết lập chất
đối chiếu dùng trong kiểm nghiệm mỹ phẩm.
Đối tượng – Phương pháp nghiên cứu: Hợp chất dị vòng MIT và MCT được tổng hợp từ nguyên liệu đầu

acid 3-mercaptopropionic thông qua các phản ứng oxy hóa, amid hóa, đóng vịng và clor hóa. Sản phẩm tổng hợp
được tinh chế bằng sắc ký cột, xác định cấu trúc bằng các phổ IR, MS, 1H-NMR và 13C-NMR, xác định độ tinh
khiết bằng HPLC-PDA.
Kết quả: Sản phẩm tổng hợp được chứng minh cấu trúc, độ tinh khiết đạt 100%.
Kết luận: Đã tổng hợp thành cơng MIT, MCT có độ tinh khiết cao, đạt tiêu chuẩn thiết lập chất đối chiếu.
Từ khóa: 2-methylisothiazol-3(2H)-on, 5-cloro-2-methylisothiazol-3(2H)-on, methylisothiazolon, cloro
methylisothiazolon, chất bảo quản, mỹ phẩm

ABSTRACT
SYNTHESIS OF 2-METHYLISOTHIAZOL-3(2H)-ONE
AND 5-CHLORO-2-METHYLISOTHIAZOL-3(2H)-ONE
Truong Ngoc Tuyen, Nguyen Ngoc Vinh, Le Nguyen Bao Khanh, Pham Ngoc Tuan Anh,
Nguyen Thi Huong Giang, Nguyen Ngoc Anh Dao
* Ho Chi Minh City Journal of Medicine * Vol. 24 - No. 3 - 2020: 41 - 45
Background: Cosmetic preservatives 2-methylisothiazol-3(2H)-one (MIT) and 5-chloro-2-methylisothiazol3(2H)-one (MCT) can cause harmful skin reactions if their concentrations are beyond the permissible limit. However,

at present, reference standards that used for cosmetic quality control have not been domestically produced yet.
Objectives: Synthesis of MIT and MCT at a laboratory scale to obtain substances with suitable purity to
establish references used in cosmetic testing.
Method: Heterocyclic MIT, MCT compounds are synthesized from 3-mercaptopropionic acid through
oxidation, amidation, ring closure and chlorination reactions. The synthesized products are purified by
column chromatography, identified structure by IR, MS, 1H-NMR and 13C-NMR spectra, determined purity
by HPLC-PDA.
Results: The products are proved that they have desired structure and purity of 100%.
Conclusion: Successfully synthesized MIT, MCT with high purity that meet requirements for establishment

Khoa Dược, Đại học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh
***Khoa Y Dược, Trường Đại học Trà Vinh
Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh
Tác giả liên lạc: PGS.TS. Trương Ngọc Tuyền
ĐT: 0903330604
Email:
*

**

B - Khoa học Dược

41


Nghiên cứu

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 24 * Số 3 * 2020

of reference standards.

Keywords: 2-methylisothiazol-3(2H)-one, 5-chloro-2-methylisothiazol-3(2H)-one, methylisothiazolone,
chloro methylisothiazolone, preservatives, cosmetics
Máy đo nhiệt độ nóng chảy GallenkampĐẶT VẤNĐỀ
Sanyo, máy cộng hưởng từ hạt nhân NMR
Hợp chất 2-Methylisothiazol-3(2H)-on (MIT)
Bruker Avance III 500 MHz, máy đo khối phổ
và 5-cloro-2-methylisothiazol-3(2H)-on (MCT) là
LC-MS Shimadzu, máy đo phổ IR Affinity-1S
chất bảo quản thường được dùng trong nhiều
Shimadzu, máy sắc ký lỏng hiệu năng cao LC
loại mỹ phẩm như dầu gội, sữa tắm, kem chống
solution Shimadzu.
nắng… do phổ kháng khuẩn, kháng nấm rộng, ít
Phương pháp nghiên cứu
tương kỵ. Tuy nhiên hai chất này có thể gây ra
nhiều phản ứng có hại như viêm da, dị ứng(1). Hội
Phương pháp tổng hợp
đồng mỹ phẩm ASEAN và Cục Quản lý Dược
MIT và MCT được tổng hợp qua 3 giai đoạn
Việt Nam quy định hỗn hợp MIT, MCT tỉ lệ 1 : 3
theo sơ đồ 1(3, 4). Các sản phẩm được đo nhiệt độ
chỉ được sử dụng trong các sản phẩm rửa sạch
nóng chảy và chứng minh cấu trúc bằng phổ: IR,
với nồng độ tối đa 15 ppm, MIT riêng lẻ tối đa 100
MS, 1H-NMR và 13C-NMR (Hình 1).
ppm, hỗn hợp MIT, MCT tỉ lệ 1 : 3 phối hợp thêm
Giai đoạn 1
với MIT thì khơng được phép sử dụng(2). Để thực
Oxy hóa acid 3-mercaptopropionic tạo acid
hiện cơng tác kiểm tra chất lượng mỹ phẩm, việc

3,3’-dithiodipropionic.
sử dụng các chất đối chiếu là rất cần thiết. Tuy
nhiên, hiện nay cả hai chất này đều chưa có mặt
Giai đoạn 2
trong danh mục chất đối chiếu được cung cấp bởi
Amid hóa tạo dẫn chất N,N’-dimethyl-3,3’các Viện Kiểm nghiệm thuốc tại Việt Nam. Do đó,
dithiodipropionamid.
nghiên cứu được tiến hành với mục tiêu tổng hợp
Giai đoạn 3
MIT, MCT quy mơ phịng thí nghiệm đạt độ tinh
Đóng vịng và clor hóa tạo sản phẩm MIT
khiết phù hợp để thiết lập chất đối chiếu dùng
và MCT
trong kiểm nghiệm mỹ phẩm.
Phương pháp xác định độ tinh khiết và hàm lượng

ĐỐI TƯỢNG- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊNCỨU
Nguyên liệu và thiết bị

Acid 3-mercaptopropionic, thionyl clorid,
sulfuryl clorid từ Mỹ; methylamin từ Ấn Độ;
methanol dùng cho HPLC từ Đức; các hóa chất
khác bao gồm iod, kali iodid, natri hydroxyd,
natri bicarbonat, dicloromethan, ethyl acetat,
methanol, ethanol có nguồn gốc từ Trung Quốc
được dùng trực tiếp không qua tinh chế.

Độ tinh khiết và hàm lượng của MIT và
MCT được sơ bộ xác định bằng phương pháp
HPLC. Điều kiện tiến hành: cột pha đảo

Phenomenex C8 4,6 × 250 mm, pha tĩnh 5 µm,
thể tích tiêm mẫu 10 µL, tốc độ dịng 1 mL/ phút,
chạy đẳng dịng trong 30 phút, hệ dung môi pha
động cho MIT là methanol-nước (5:95), cho MCT
là methanol-nước (30:70), detector PDA, bước
sóng phát hiện 210 nm và 274 nm(5).

Hình 1. Quy trình tổng hợp MIT và MCT

42

B - Khoa học Dược


Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 24 * Số 3 * 2020
KẾT QUẢ
Tổng hợp acid 3,3’-dithiodipropionic (1)
Cho từ từ iod (2,55 g; 10 mmol) vào erlen
chứa sẵn hỗn hợp gồm acid 3-mercaptopropionic
(2,12 g; 20 mmol), natri hydroxyd (0,8 g; 20 mmol)
và kali iodid (0,1 g; 0,6 mmol) trong 50 mL
methanol, khuấy đều ở nhiệt độ phòng. Sau
15 phút, natri thiosulfat được thêm vào để làm
mất màu dung dịch. Cô cạn dưới áp suất thấp,
lọc, rửa với nước cất lạnh và kết tinh lại trong
ethanol 50% thu được 1,83 g sản phẩm. Hiệu
suất 87%.
Acid 3,3’-dithiodipropionic (1) là tinh thể
trắng dạng vẩy; tan trong nước; dễ tan trong
methanol, ethanol; khó tan trong cloroform, ethyl

acetat. Nhiệt độ nóng chảy: 155 oC. Rf = 0,47 (nhexan-ethyl acetat, 1:1); 0,75 (ethyl acetat-ethanol,
4:1); 0,83 (cloroform-ethanol, 9:1). Phổ IR (cm-1):
2928 (νO-H), 1689 (νC=O), 1236 (νC-O). Phổ MS (m/z)
C6H10O4S2 [M–H]– dự kiến: 208,9942; [M–H]– tìm
thấy: 208,9899. Phổ 1H-NMR (500 MHz, CD3OD)
δ (ppm): 2,95 (2H, t, J = 7 Hz, S-CH2); 2,73 (2H, t, J
= 7 Hz, CH2). Phổ 13C-NMR (125 MHz, CD3OD) δ
(ppm): 175,3 (C=O); 49,0 (CO-CH2); 34,7 (S-CH2).
Tổng
hợp
N,N’-dimethyl-3,3’dithiodipropionamid (2)
Cho sản phẩm (1) (2,1 g; 10 mmol) vào bình
cầu hai cổ có chứa SOCl2 (7 mL, 96 mmol),
khuấy đều ở 60 oC đến khi (1) tan hết tạo thành
chất lỏng màu vàng cam. Để nguội và hòa tan
trong 10 mL dicloromethan. Nhỏ từ từ dung
dịch này vào bình cầu chứa methylamin 40% (8
mL, 93 mmol) được làm lạnh trong nước đá
đồng thời khuấy mạnh. Sau 2 giờ khuấy ở nhiệt
độ phòng, lớp dicloromethan được tách ra, làm
khan với natri sulfat rồi cô cạn dưới áp suất giảm
thu sản phẩm rắn, kết tinh lại trong ethyl acetat
được 1,38 g. Hiệu suất: 58,62%.
N,N’-Dimethyl-3,3’-dithiodipropionamid là
tinh thể hình kim màu trắng; dễ tan trong
methanol, ethanol; khó tan ethyl acetat, n-hexan.
Nhiệt độ nóng chảy: 105 oC. Rf = 0,23 (ethyl
acetat-ethanol, 14:1); 0,50 (cloroform-ethanol,

B - Khoa học Dược

Nghiên cứu
9:1). Phổ IR (cm-1): 3314 (νNH), 1637 (νC=O), 1541
(δNH). Khối phổ MS C8H16N2O2S2; [M+Na]+ dự
kiến: 259,0551; [M+Na]+ tìm thấy: 259,0504. Phổ
1H-NMR (500 MHz, CDCl3) δ (ppm): 6,43 (1H, s,
NH); 2,99 (2H, t, J = 7 Hz, S-CH2); 2,83 (3H, d,
J = 5 Hz, CH3); 2,59 (2H, t, J = 7 Hz, CH2). Phổ 13CNMR (125 MHz, CDCl3) δ (ppm): 171,8 (C=O);
35,8 (CO-CH2); 34,4 (S-CH2); 26,4 (CH3).
Tổng hợp 2-methylisothiazol-3(2H)-on và 5cloro-2-methylisothiazol-3(2H)-on (3a, 3b)
Phân tán sản phẩm (2) (2,36 g; 10 mmol) trong
10 mL dicloromethan, sau đó nhỏ từ từ vào bình
cầu 2 cổ chứa sẵn dung dịch gồm sulfuryl clorid
(2,43 mL; 30 mmol) và 10 mL dicloromethan được
làm lạnh ở 0 oC. Sau khi nhỏ xong, khuấy tiếp ở
nhiệt độ phòng trong 2 giờ. Theo dõi bằng sắc ký
lớp mỏng với pha động là ethyl acetat đến khi vết
nguyên liệu biến mất thì dừng phản ứng. Tách
lớp dầu bên dưới hòa tan trong nước và cho từ từ
dung dịch natri bicarbonat bão hòa vào đến pH
khoảng 7 để chuyển sản phẩm từ dạng muối HCl
thành dạng base. Chiết với ethyl acetat 3 lần, mỗi
lần 10 mL sau đó làm khan với natri sulfat. Cơ
quay dưới áp suất giảm thu được hỗn hợp (3a) và
(3b) dạng dầu màu vàng nhạt. Tiến hành sắc ký
cột với silica gel 0,2-0,5 µm, pha động ethyl acetatethanol (15:1) để tách (3a) và (3b). Sau khi cô
dung môi, (3b) xuất hiện ở dạng dầu nhầy nên
tiến hành kết tinh lại trong n-hexan được tinh thể
hình kim màu trắng. Tổng khối lượng sản phẩm
thu được là 0,64 g. Hiệu suất chung đạt 45,12%.

Sản phẩm (3a) là chất lỏng vàng nhạt; dễ tan
trong nước, methanol, ethanol; khó tan trong
cloroform, ethyl acetat, n-hexan. Rf = 0,28 (ethyl
acetat); 0,42 (ethyl acetat-ethanol, 14 : 1); 0,60
(cloroform-ethanol, 9 : 1). (3b) là tinh thể trắng
hình kim; dễ tan trong nước, methanol, ethanol;
tan trong cloroform, ethyl acetat, khó tan trong
n-hexan, nóng chảy ở 57 oC. Rf = 0,68 (ethyl
acetat); 0,75 (ethyl acetat-ethanol, 14 : 1); 0,72
(cloroform-ethanol, 9 : 1). Dữ liệu phổ của hai
chất này được thể hiện ở bảng 1, đối chiếu với
dữ liệu tham khảo cho phép khẳng định cấu trúc
của sản phẩm tổng hợp.

43


Nghiên cứu

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 24 * Số 3 * 2020

Bảng 1. Thông tin cấu trúc sản phẩm MIT và MCT
(cm-1)

Phổ IR
MIT
Khối phổ MS
(C4H5NOS)
Phổ 1H-NMR δ (ppm)
Phổ 13C-NMR δ (ppm)

Phổ IR (cm-1) MCT
Khối phổ MS
(C4H4ClNOS)
Phổ 1H-NMR δ (ppm)
Phổ 13C-NMR δ (ppm)

Sản phẩm tổng hợp
3110 (ν=C-H), 2984 (νC-H), 1646 (νC=O), 1590 (νC=C),
1328 (νC-N).
[M+H]+ dự kiến: 116,0170; [M+H]+ tìm thấy: 116,0180.

Tài liệu tham khảo(6)
1648 (νC=O).
[M]: 115,1.

8,49 (1H, d, J = 6,5 Hz, S-CH=); 6,32 (1H, d, J = 6,5 Hz, 8,42 (1H, d, J = 6,1 Hz, S-CH=); 6,22 (1H, d,
CH=); 3,41 (3H, s, CH3) (a)
J = 6,1 Hz, CH=); 3,35 (3H, s, CH3) (a’)
(b)
168,5 (C=O); 141,9 (S-CH=); 113,5 (CH=); 29,6 (CH3)
172,0 (C=O); 143,8 (S-CH=); 114,9 (CH=);
31,2 (CH3) (b’)
3075 (ν=C-H), 1641 (νC=O), 1528 (νC=C), 1296 (νC-N).
1659 (νC=O)
[M+H]+ dự kiến: 149,9780; [M+H]+ tìm thấy: 149,9744
[M]: 151,0 (37Cl); 149,0 (35Cl)
6,44 (1 H, s, CH=); 3,35 (3H, s, CH3) (c)
168,8 (C=O); 147,6 (CCl); 113,9 (CH=); 30,5 (CH3) (d)

6,20 (1H, s, CH=); 3,29 (3H, s, CH3) (c’)

166,9 (C=O); 145,3 (CCl); 114,3 (CH=);
29,9 (CH3) (d’)

500 MHz, D2O; (a’) 200 MHz, CD3OD; (b) 125 MHz, DMSO-d6; (b’) 50 MHz, CD3OD; (c) 500 MHz, D2O; (c’) 200
MHz, CDCl3; (d) 125 MHz, D2O ; (d’) 50 MHz, CDCl3
(a)

Xác định độ tinh khiết và hàm lượng
2-methylisothiazol-3(2H)-on,
5-cloro-2methylisothiazol-3(2H)-on bằng phương
pháp sắc ký lỏng

Xác định độ tinh khiết và hàm lượng của
mẫu thử
Sắc ký đồ cho thấy hai sản phẩm có độ tinh
khiết cao. Với MIT, kể cả khi quan sát ở bước

Chuẩn bị mẫu thử
Cân chính xác khoảng 10 mg MIT thêm vừa
đủ 20 mL methanol, thực hiện tương tự với MCT.

sóng thấp 210 nm cũng chỉ thấy một đỉnh tạp
rất nhỏ, chiếm tỉ lệ khơng đáng kể (Hình 2).

Điều kiện tiến hành
Như phần phương pháp nghiên cứu.

Còn sản phẩm MCT chỉ có một pic duy nhất
trên sắc ký đồ khi quan sát ở cả hai bước sóng

Khảo sát tính phù hợp hệ thống
(Hình 3). Dựa theo phần trăm diện tích pic, có
Tiêm 6 lần mẫu thử MIT và MCT. Hệ thống
thể kết luận độ tinh khiết sắc ký của hai sản
sắc ký đạt yêu cầu về độ thích hợp hệ thống để
phẩm đạt 100%.
phân tích mẫu MIT và MCT (Bảng 2).
Bảng 2. Kết quả khảo sát tính phù hợp hệ thống quy trình phân tích HPLC
Tên chất
MIT
MCT

Thời gian lưu
(phút)
10,7
(RSD = 0,2%)
9,6
(RSD = 0,07%)

Hệ số bất đối
0,8 ≤ AS 1,5
1,4
1,5

Din tớch (àV ì giõy)
RSD 2%
6798502
(RSD = 0,1%)
10741092
(RSD = 0,2%)

Số đĩa lý thuyết
N ≥ 2000
5264
11627

Hình 2. Sắc ký đồ của MIT (I) bước sóng 210 nm; (II) bước sóng 274 nm

44

B - Khoa học Dược


Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 24 * Số 3 * 2020

Nghiên cứu

Hình 3. Sắc ký đồ của MCT (III) bước sóng 210 nm; (IV) bước sóng 274 nm

KẾT LUẬN
Từ nguyên liệu đầu là acid 3mercaptopropionic và các tác nhân phản ứng
đơn giản, đã tổng hợp thành công 2methylisothiazol-3(2H)-on
và
5-cloro-2methylisothiazol-3(2H)-on quy mơ phịng thí
nghiệm qua các giai đoạn oxy hóa, amid hóa,
đóng vịng và clor hóa. Hai sản phẩm đạt độ
tinh khiết sắc ký 100% khi kiểm tra bằng phương
pháp HPLC, cột pha đảo Phenomenex C8, đầu
dò PDA, bước sóng phát hiện 210 và 274 nm.
Độ tinh khiết của sản phẩm thu được phù

hợp với tiêu chuẩn thiết lập chất đối chiếu dùng
trong kiểm nghiệm mỹ phẩm. Với các kết quả
nghiên cứu bước đầu, có thể tiếp tục khảo sát để
tối ưu hóa các điều kiện phản ứng nhằm nâng
cao hiệu suất của quy trình tổng hợp và tiến
hành thiết lập chất đối chiếu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

Taubert K, Kraus S, Schulze B (2002). Isothiazol-3(2H)-ones,
part I: synthesis, reaction and biological activity. Journal of
Sulfur Reports, 23(1):79-121.

B - Khoa học Dược

2.

3.

4.

5.

6.

Cục Quản lý Dược (2018). Biên bản cuộc họp ACSB 27, ACC
27 và phụ lục Hiệp định mỹ phẩm ASEAN thống nhất sau
cuộc họp ACC 27. URL: />(access
on

24/05/2020).
Easton J (1985). Syntheses of β-Lactams by ring
contraction ofisothiazolidinones. Journal of the Chemical
Society, I: 153 – 157.
Kim JM, Kim JS (2002). Process for preparation of 3isothiazolone mixture and composition comprising the
mixture. US Patents 6376680B1.
Viện Le Hoa, Vo Hung, Do Trang, Thai Thu, Dinh Le (2019).
Development and validation of an HPLC method for
simultaneous assay of MCI and MI in shampoos containing
plant extracts. International Journal of Analytical Chemistry,
2019(6):1-10..
Sanchez R (2003). Studies of chemical selectivity of hapten,
reactivity, and skin sensitization potency. Synthesis and
studies on the reactivity toward model nucleophiles of
the 13C-labeled skin sensitizers, 5-chloro-2-methylisothiazol3-one and 2-methylisothiazol-3-one. Chem Res Toxicol,
16(5):627-636.

Ngày nhận bài báo:

04/02/2020

Ngày phản biện nhận xét bài báo:
Ngày bài báo được đăng:

24/04/2020
20/07/2020

45