Khóa luận điều chế một số dẫn xuất của acid usnicv

LỜI CẢM ƠN Đề tài khóa luận thực mơn Hóa hữu cơ, Khoa Hóa học, trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh sau bốn năm học tập, rèn luyện, gặt hái lĩnh hội chương trình đại học theo chuyên ngành Hóa học Để thực hồn thành đề tài luận văn này, nhận hỗ trợ, giúp đỡ tạo điều kiện từ nhiều tổ chức cá nhân Luận văn hoàn thành dựa tham khảo, học tập kinh nghiệm từ kết nghiên cứu liên quan, tạp chí chuyên ngành nhiều tác giả, tổ chức nghiên cứu,… Bằng biết ơn sâu sắc nhất, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Khoa Hóa học – trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh tận tâm dạy, truyền đạt kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm thực tiễn cho bạn sinh viên khác Thầy cô mang lại môi trường học tập lành mạnh cho sinh viên, khoảng thời gian thực hành, trải nghiệm thực tế Và hết, xin gửi đến Thầy Phạm Đức Dũng, Thầy Dương Thúc Huy lời tri ân cao quý nhất, Thầy trực tiếp dành nhiều thời gian, công sức hướng dẫn q trình thực nghiên cứu hồn thành khóa luận Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình người bạn suốt thời gian qua, ln động viên, khích lệ, chia sẻ để tơi có thêm động lực hồn thành khóa luận Do điều kiện lực thân cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận ý kiến đóng góp từ q Thầy để tơi có thêm kinh nghiệm kịp thời bổ sung, hệ thống lại kiến thức chưa Cuối cùng, xin gửi đến quý Thầy cô lời chúc sức khỏe, hạnh phúc thành công Em xin chân thành cảm ơn SINH VIÊN THỰC HIỆN i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC SƠ ĐỒ vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu acid usnic 1.1.1 Acid usnic nguồn gốc tự nhiên 1.1.2 Hoạt tính sinh học acid usnic 1.2 Các nghiên cứu nước 1.3 Phản ứng ngưng tụ aldol 23 1.3.1 Phản ứng ngưng tụ aldol 23 1.3.2 Phản ứng ngưng tụ Claisen - Schmidt 24 1.3.3 Phản ứng tách nước theo chế E1cb 24 1.4 Cơ chế phản ứng cộng liên hợp 25 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 26 2.1 Hóa chất dụng cụ, thiết bị 26 2.1.1 Hóa chất cần thiết 26 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị 26 2.2 Quy trình thực phản ứng 26 2.3 Số liệu phổ định danh cấu sản phẩm 28 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Phản ứng aldol hóa acid usnic 32 ii 3.2 Hiệu suất phản ứng 32 3.3 Biện luận cấu trúc sản phẩm 33 3.3.1 Sản phẩm nhóm I 33 3.3.2 Nhóm sản phẩm II 35 3.3.3 Nhóm sản phẩm III 37 3.4 Cơ chế giải thích hình thành sản phẩm acid usnic với dẫn xuất benzaldehyde môi trường KOH 39 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40 4.1 Kết luận 40 4.2 Kiến nghị 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 PHỤ LỤC 43 iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AA Acid acetic Ac Acetone Ch Chloroform CPME Cyclo pentyl methyl ether CTD50 Liều lượng giết chết 50 % số tế bào thử nghiệm (Cytotoxic Dose) DAO Diaminooctane EA Ethyl acetate EC50/ED50 Nồng độ/ liều lượng chất độc gây ảnh hưởng sinh học khác cho 50 % tế bào thử nghiệm (Effective Concentration/ Effective Dose) IC50 Nồng độ ức chế phát triển 50 % số tế bào thử nghiệm (Inhibitory Concentration) EtOH Ethanol H n-Hexane MeOH Methanol d doublet (mũi đôi) J Hằng số ghép cặp m multiplet (mũi đa) m/z Mass to charge ratio s singlet (mũi đơn) t triplet (mũi ba) HMBC Heteronuclear Multiple Bond Correlation HSQC Heteronuclear Single Quantum Correlation iv NMR Nuclear Magnetic Resonance Put Putrescine UV Ultraviolet UA Acid usnic HR-ESI-MS High Resolution Electro Spray Ionization Mass Spectroscopy Spd Spermidine Spm Spermine v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 (+)-Acid usnic (-)-Acid usnic Hình 1.2 Cấu trúc polyamines tự nhiên Hình 1.3 Cấu trúc số dẫn xuất benzylidene 21 Hình 2.1 Cấu trúc sản phẩm 28 Hình 3.1 Cấu trúc sản phẩm nhóm 32 Hình 3.2 Cấu trúc(+)-acid usnic sản phẩm I (L21) 33 Hình 3.3 Cấu trúc(+)-acid usnic nhóm sản phẩm II (L22, LP1) 35 Hình 3.4 Cấu trúc(+)-acid usnic nhóm sản phẩm II (L23, LP2) 37 vi DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1 Phản ứng điều chế dẫn xuất acid usnic với số amine Sơ đồ 1.2 Tổng hợp dẫn xuất pyrazole acid usnic Sơ đồ 1.3 Tổng hợp dẫn xuất enamines enaminos acid usnic Sơ đồ 1.4 Tổng hợp dẫn xuất oxy hóa acid usnic Sơ đồ 1.5 Tổng hợp dẫn xuất qua phản ứng hidro hóa acid usnic 10 Sơ đồ 1.6 Tổng hợp dẫn xuất acid usnic với amino acids 10 Sơ đồ 1.7 Phản ứng điều chế số dẫn xuất enamine, pyrazole chalcone acid usnic 11 Sơ đồ 1.8 Phản ứng điều chế số dẫn xuất dị vòng chalcone acid usnic 12 Sơ đồ 1.9 Phản ứng điều chế số dẫn xuất dị vòng chalcone acid usnic 13 Sơ đồ 1.10 Phản ứng điều chế dẫn xuất (+)-acid usnic phản ứng ngưng tụ với số amine thơm amine béo 15 Sơ đồ 1.11 Phản ứng điều chế số dẫn xuất enamine từ (+)-acid usnic 16 Sơ đồ 1.12 Điều chế dẫn xuất bromo enamine, azido enamine triazole 19 Sơ đồ 1.13 Phản ứng điều chế số dẫn xuất benzylidene acid usnic 20 Sơ đồ 1.14 Cơ chế phản ứng aldol hóa mơi trường base 23 Sơ đồ 1.15 Cơ chế phản ứng ngưng tụ Claisen - Schmidt 24 Sơ đồ 1.16 Cơ chế phản ứng tách nước E1cb 24 Sơ đồ 1.17 Cơ chế phản ứng cộng liên hợp 25 Sơ đồ 2.1 Quy trình thực phản ứng acid usnic 4-tert-butylbenzaldehyde 27 Sơ đồ 3.1 Cơ chế giải thích tạo thành sản phẩm 39 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Độc tính tế bào acid usnic dẫn xuất A1-A9 số dòng tế bào ung thưa Bảng 1.2 Hoạt tính dẫn xuất virus cúm A(H1N1)pdm09a Bảng 1.3 Hoạt tính dẫn xuất acid usnic chống lại virut cúm A /California /7/09 (H1N1)pdm09 14 Bảng 1.4 Kết phản ứng ngưng tụ (+)-acid usnic với 11 amine thơm amine béo 15 Bảng 1.5 Kết thử nghiệm phản ứng ngưng tụ (+)-acid usnic với o-toluidine điều kiện chiếu xạ vi sóng 16 Bảng 1.6 Hoạt tính gây độc tế bào acid usnic hợp chất E1, E3-E11 (CD50, µM) 17 Bảng 1.7 Hoạt tính kháng Mycobacterium smegmatis mc(2) S lividans APHVIII+ E1 E7-E11 18 Bảng 2.1 Kí hiệu tên sản phẩm hiệu suất 28 Bảng 3.1 Hiệu suất phản ứng 4-tert-butylbenzaldehyde với acid usnic 32 Bảng 3.2 Hiệu suất phản ứng 3-bromobenzaldehyde với acid usnic 32 Bảng 3.3 Dữ liệu phổ 1H-NMR 13C-NMR L21 acid usnic 34 Bảng 3.4 Dữ liệu phổ 1H-NMR 13C-NMR L22; LP1 acid usnic 36 Bảng 3.5 Dữ liệu phổ 1H-NMR 13C-NMR L23; LP2 acid usnic 38 viii MỞ ĐẦU Địa y, dạng thực vật bậc thấp đặc biệt, kết hợp nấm tảo với vi khuẩn lam mối quan hệ cộng sinh Nhờ dạng sống này, địa y sống nhiều nơi đất, đá, thân cây,… điều kiện khắc nghiệt khơ hạn vùng khí hậu nhiệt đới Ở Việt Nam, địa y phân bố đa dạng phong phú Các hợp chất chuyển hóa chúng dẫn xuất dibenzofuran tự nhiên tìm thấy nhiều lồi địa y thuộc chi Usnea, Caloplaca, Các hợp chất cô lập từ địa y có nhiều loại hoạt tính sinh học hoạt tính kháng khuẩn, kháng virus, giảm đau, hạ sốt, kháng ung thư,…[1] Tiêu biểu acid usnic, dẫn xuất dibenzofuran tự nhiên tìm thấy lồi địa y thuộc chi Usnea có cơng thức phân tử C18H16O7 Acid usnic sở hữu nhiều đặc tính sinh học hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm mạnh chống lại vi khuẩn Gram dương Staphylococcus, Streptococcus, vi khuẩn lao, số loại nấm gây bệnh Ngoài ra, hợp chất thể hoạt tính kháng virus, kháng viêm giảm đau hạ sốt, … Đặc biệt thử nghiệm in vitro cho thấy acid usnic có khả gây độc mạnh mẽ ức chế phát triển nhiều dòng tế bào ung thư người [2-5] Tuy số lượng báo cáo loại thuốc kháng sinh với tần suất tăng lên năm, vi khuẩn có khả kháng kháng sinh theo phát triển ngày gây thách thức lớn y học toàn cầu thực tế, độc tính cao gan độ tan thấp nước (171 159.0 85.6 (+)-E4 20.6 67.9 19.2 (+)-E9 72.1 67.1 68.8 (–)-E4 27.1 31.7 21.9 (–)-E9 72.1 72.1 114.1 (+)-E5 69.0 158.0 122.8 (+)-E10 147.0 52.3 163.4 (–)-E5 70.1 >219 92.1 (–)-E10 62.1 68.6 117.6 (+)-E6 110.6 >213 106.3 (+)-E11 >181 >181 116.1 (–)-E6 74.4 181.0 106.3 Các dẫn xuất tổng hợp E7 – E11 thử nghiệm khả chống nhiễm trùng với tác nhân sử dụng Mycobacterium smegmatis mc(2) acid usnic thể hoạt động chống bệnh lao (Bảng 1.7) Cả hai dạng đối phân acid usnic ngăn chặn phát triển M smegmatis nồng độ cao Tất dẫn xuất thử nghiệm cho thấy hoạt động cao aicd usnic Việc tăng chiều dài liên kết nguyên tử N làm giảm khả hoạt động [5] 17 Bảng 1.7 Hoạt tính kháng Mycobacterium smegmatis mc(2) S lividans APHVIII+ E1 E7-E11 Vùng ức chế Hợp chất a S lividans APHVIII+, mm/aSIC Mycobacterium smegmatis mc(2), mm/bMIC (+)-E1 Không hoạt động /100 8/75 (–)-E1 9/100 8/75 (+)-E7 Không hoạt động /100 7.5/10 (–)-E7 Không hoạt động /100 7.5/10 (+)-E8 Không hoạt động 100 7.5/10 (–)-E8 Không hoạt động /100 7.7/10 (+)-E9 14/20 9/20 (–)-E9 14/50 8/20 (+)-E10 14/70 8.5/20 (–)-E10 12/50 7.5/20 (+)-E11 12/20 9/20 SIC, nồng độ ức chế phụ, nmol/disk; bMIC, nồng độ ức chế tối thiểu, nmol/disk Năm 2017, Nagi Reddy Vanga cộng tổng hợp dẫn xuất acid usnic có khung sườn triazole thử nghiệm hoạt tính kháng viêm chúng Các dẫn xuất bromo enamine (2a, 2b), azido enamine (3a, 3b) triazole (4f, 4g, 4h, 5f, 5g 5h) thể hoạt tính kháng viêm mạnh TNF-α với IC50 1.40 đến 5.70 µM, triazole ổn định trình thủy phân acid base, điều kiện khử oxy hoá, tương đối kháng suy thối chuyển hóa Trong hợp chất 5f (IC50 1.40 µM) 5h (IC50 1.88 µM) thể hoạt tính mạnh hợp chất tiềm cho thử nghiệm dược học [15] 18 a: bromo alkylamine, EtOH, đun hồi lưu, h, 80-86 %; b: NaN3, DMF, 70 °C, 24 h, 79-82 %; c: alkyne phù hợp, CuSO4.5H2O, sodium ascorbate, THF, H2O, r.t, 12 h, 68-84 % Sơ đồ 1.12 Điều chế dẫn xuất bromo enamine, azido enamine triazole 19 Năm 2017, Ebrahim H Y tổng hợp dẫn xuất benzylidene acid usnic nhằm tìm kiếm hợp chất kháng ung thư vú nghiên cứu chế tác động chúng việc kiềm chế di tế bào ung thư, đánh ký tự từ 1D đến 53D Các dẫn xuất điều chế sở hữu khung carbon (Sơ đồ 1.13) Trong dẫn xuất 52D hợp chất kháng ung thư tiềm thử nghiệm in vitro mơ hình chuột ung thư vú di [4] Sơ đồ 1.13 Phản ứng điều chế số dẫn xuất benzylidene acid usnic 20 Hình 1.3 Cấu trúc số dẫn xuất benzylidene 21 Hình 1.3 Cấu trúc số dẫn xuất benzylidene (tiếp theo) 22 Hình 1.3 Cấu trúc số dẫn xuất benzylidene (tiếp theo) 1.3 Phản ứng ngưng tụ aldol 1.3.1 Phản ứng ngưng tụ aldol Ngưng tụ kết hợp hai hay nhiều phân tử sau phân tử nhỏ nước alcol; phản ứng quan trọng hợp chất carbonyl Aldol hóa phản ứng hình thành liên kết nguyên tử carbon α hợp chất carbonyl nguyên tử carbon nhóm -C=O hợp chất carbonyl khác, kết tạo hợp chất có số carbon lớn (giai đoạn 1) Đối với với chất aldehyde thơm, phản ứng thường tiếp diễn giai đoạn tách phân tử H2O để tạo thành hợp chất α,β-carbonyl (giai đoạn 2) Xét phản ứng aldol hóa mơi trường base Sơ đồ 1.14 Cơ chế phản ứng aldol hóa mơi trường base 23 Như phản ứng ngưng tụ aldol khảo sát gồm hai bước, bước thứ (1) giai đoạn cộng nucleophile, bước thứ hai (2) giai đoạn tách nước Bước thứ xảy chậm, xúc tác kiềm Bước thứ hai xảy nhanh ảnh hưởng nhiệt độ 1.3.2 Phản ứng ngưng tụ Claisen - Schmidt Là ngưng tụ aldehyde thơm với aldehyde ketone có H𝛼 Phản ứng xúc tác base acid Phản ứng kèm tách nước theo chế E1cb cho sản phẩm ketone tiếp cách thơm Với methylketone nhận sản phẩm trans Chọn lọc lập thể xảy giai đoạn tách nước trung gian aldol Sơ đồ 1.15 Cơ chế phản ứng ngưng tụ Claisen - Schmidt 1.3.3 Phản ứng tách nước theo chế E1cb Với có mặt dung dịch kiềm đun nóng , tách nước xảy theo chế phản ứng tách đơn phân tử carbanion E1cb tạo thành aldehyde ceton 𝛼, 𝛽 – bất bão hòa Sơ đồ 1.16 Cơ chế phản ứng tách nước E1cb 24 Sản phẩm bền aldehyde cetone 𝛼, 𝛽- bất bão hịa có chứa hệ cộng hưởng liên tục (C = C − C = O) Do đó, phản ứng ngưng tụ aldol xảy với tách nước trạng thái cân chuyển dịch bên phải, làm tăng hiệu suất phản ứng 1.4 Cơ chế phản ứng cộng liên hợp Là cộng carbanion vào hợp chất carbonyl 𝛼, 𝛽- bất bão hòa cho sản phẩm cộng vào nối đôi C=C Sơ đồ 1.17 Cơ chế phản ứng cộng liên hợp 25 ... 1.8 Phản ứng điều chế số dẫn xuất dị vòng chalcone acid usnic 12 Sơ đồ 1.9 Phản ứng điều chế số dẫn xuất dị vòng chalcone acid usnic 13 Sơ đồ 1.10 Phản ứng điều chế dẫn xuất (+) -acid usnic... Phản ứng điều chế số dẫn xuất benzylidene acid usnic 20 Hình 1.3 Cấu trúc số dẫn xuất benzylidene 21 Hình 1.3 Cấu trúc số dẫn xuất benzylidene (tiếp theo) 22 Hình 1.3 Cấu trúc số dẫn xuất benzylidene... (+)-L13 26 dẫn xuất điều chế thể hoạt tính ức chế cao độc tính tế bào thấp số chọn lọc xuất cao số tất dẫn xuất acid usnic thử nghiệm từ trước đến Cấu hình tuyệt đối acid usnic dẫn xuất có ảnh