Nghiên cứu tổng hợp và xác định cấu trúc một số base schiff chứa dị vòng benzodưthiazole từ vanillin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO UBND TỈNH THANH HÓA TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC TRỊNH HỮU DŨNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC MỘT SỐ BASE SCHIFF CHỨA DỊ VÒNG BENZO[D]THIAZOLE TỪ VANILLIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC THANH HÓA, NĂM 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO UBND TỈNH THANH HÓA TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC TRỊNH HỮU DŨNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC MỘT SỐ BASE SCHIFF CHỨA DỊ VÒNG BENZO[D]THIAZOLE TỪ VANILLIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HĨA HỌC Chun ngành: Hóa hữu Mã số: 844.01.14 Người hướng dẫn khoa học: Người hướng dẫn khoa học :TS Trịnh Thị Huấn THANH HÓA, NĂM 2022 Danh sách Hội đồng chấm luận văn Thạc sỹ khoa học (Theo Quyết định số : / QĐ- ĐHHĐ ngày tháng năm 2022 Hiệu trưởng Trường Đại học Hồng Đức) Học hàm, học vị Cơ quan Công tác Họ tên Chức danh Hội đồng PGS.TS Ngô Xuân Lương Trường Đại học Hồng Đức Chủ tịch HĐ PGS.TS Lê Đức Giang Trường Đại học Vinh TS Lê Thị Hoa Trường Đại học Hồng Đức UV Phản biện TS Phan Đình Long Trường CĐ kinh tế kỹ UV Phản biện Uỷ viên thuật công thương TS Nguyễn Thị Ngọc Vinh Trường Đại học Hồng Đức UV Thư ký Xác nhận Người hướng dẫn Học viên chỉnh sửa theo ý kiến Hội đồng Ngày tháng năm 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu cá nhân Các số liệu tài liệu trích dẫn luận văn trung thực Kết nghiên cứu chưa cơng bố cơng trình khác Tơi chịu trách nhiệm với lời cam đoan Thanh Hóa, tháng năm 2022 Tác giả Trịnh Hữu Dũng ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn, hướng dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn phía nhà trường, phịng sau đại học khoa Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện thuận lợi, tơi có q trình nghiên cứu, tìm hiểu học tập nghiêm túc để hồn thành luận văn Lời tơi xin bày tỏ kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS Trịnh Thị Huấn người dành nhiều tâm huyết, tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thiện đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn Phịng sau đại học, thầy cô giáo môn Hóa học, khoa Khoa học Tự Nhiên, trường Đại học Hồng Đức tạo điều kiện, giúp đỡ thực đề tài Tôi xin cảm ơn Cô Nguyễn Thị Ngọc Mai tận tình giúp đỡ tơi trình làm thực nghiệm Trong suốt trình học tập thực đề tài, nhận giúp đỡ, động viên, khích lệ từ gia đình, bạn bè Đó động lực vơ q báu giúp tơi vượt qua khó khăn q trình thực đề tài Tơi vơ cảm ơn tình cảm giúp đỡ người dành cho Xin chân thành cảm ơn! Thanh Hóa, ngày 20 tháng năm 2022 Học viên Trịnh Hữu Dũng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi KÍ HIỆU CỦA CÁC HỢP CHẤT TỔNG HỢP ĐƯỢC vii DANH MỤC SƠ ĐỒ viii DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC HÌNH x MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phương pháp tiến hành nghiên cứu Chương TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan dị vòng benzothiazole 1.1.1 Cấu tạo tính chất vật lý 1.1.2 Tính chất hóa học 1.1.3 Các phương pháp tổng hợp 1.1.4 Hoạt tính sinh học 12 1.2 Tổng quan base Schiff 24 1.2.1 Cấu tạo 24 1.2.2 Phương pháp tổng hợp 25 1.2.3 Tính chất hóa học 29 1.2.4 Hoạt tính sinh học 32 Chương THỰC NGHIỆM 40 2.1 Hóa chất thiết bị 40 2.2 Tổng hợp chất 40 2.2.1 Sơ đồ tổng hợp chất 40 iv 2.2.2 Tổng hợp 41 2.3 Nghiên cứu cấu trúc 44 2.3.1 Phổ hồng ngoại 44 2.3.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 44 2.3.3 Phổ khối lượng 44 2.4 Hoạt tính sinh học 44 2.4.1 Phương pháp thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định 44 2.4.2 Hoạt tính chống oxi hóa 47 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 Tổng hợp chất 48 3.1.1 Tổng hợp chất benzo[d]thiazole 3B 48 3.1.2 Phản ứng tổng hợp o-aminophenol 4B 49 3.1.3 Tổng hợp base Schiff 52 3.2 Xác định cấu trúc 53 3.2.1 Xác định cấu trúc 5B1 54 3.2.2.Xác định cấu trúc 5B2 63 3.3 Hoạt tính sinh học 72 3.3.1 Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định 72 3.3.2 Hoạt tính chống oxi hóa 73 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ 13 Phổ cộng hưởng từ cacbon 13 C NMR H NMR HMBC Phổ cộng hưởng từ proton Heteronuclear Multiple Bond Coherence (phổ chiều tương tác gián tiếp C-H) HSQC Heteronuclear Single Quantum Correlation (phổ chiều tương tác trực tiếp C-H) IR Phổ hồng ngoại MS Phổ khối lượng NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân q Quartet s Singlet t Triplet m Multiplet d Doublet DMF N,N-dimetylformamide Cdhh Chuyển dịch hóa học KLPT Khối lượng phân tử vi KÍ HIỆU CỦA CÁC HỢP CHẤT TỔNG HỢP ĐƯỢC Kí hiệu Tên gọi Công thức OCH3 4B 2-amino-4-(benzo[d]thiazol-2-yl)- S 6-methoxyphenol N OH NH2 OCH3 S (E)-2-(4-nitrobenzylideneamino)5B1 OH N 4-(benzo[d]thiazol-2-yl)-6- N CH methoxyphenol NO2 2-((E)-(5-(benzo[d]thiazol-2-yl)5B2 S 2-hydroxy-3methoxyphenylimino)methyl)phe H nol O vii N N H OCH3 OH DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 3.1 Cơ chế đóng vịng benzo[d]thiazole 3B………………………….48 Sơ đồ 3.2 Hiện tượng đen anilin hợp chất 4B………………………… 50 Sơ đồ 3.3 Tổng hợp 4B qua nhiều giai đoạn……………………………… 51 Sơ đồ 6.1: Tổng hợp chất chìa khóa 4B 40 Sơ đồ 6.2: Tổng hợp base Schiff……………………………………… 40 viii [19] Bhat R., Karhale S., Arde S (2019), “Helavi V Acacia concinna pod catalyzed synthesis of 2-arylbenzothia/(oxa) zole derivatives”, Iran J Catal, 9:173–179 [20] Bhat A R., Wagay M H (2017), “Synthesis of Schiff’s Base Derivatives Using Water as Solvent.(A Green Methodology)”, Ijraset, Volume 5, Issue XI November [21] Bhusnure O G., Vibhute Y B., Giram P S., Vibhute A Y., Bhusnure O G (2015), “Innovative Green synthesis of Schiff bases and their Antimicrobial Activity”, Journal of Pharmacy Research, 9(12),670-677 [22] C H Warren, G Wettermark, K Weiss(1971), “Cis-Trans Isomerization About the Carbon-Nitrogen Double Bond The Structures of the Isomers of N- Benzylideneaniline”, J Am Chem Soc, 93, 4658 [23] C Suresh, J.V Rao, K.N Jayaveera, G.J Reddy(2011), “Synthesis of 2hydrazinobenzothaizoles-2-amino-(4-substituted)-acetanilides for anti oxidant activity”, Inter J Pharma.Bio Sci, 1, 409-413 [24] C Vanucci-Bacqué, C Carayon, C Bernis, C Camare, A Nègre-Salvayre, F Bedos-Belval, M Baltas(2014), “Synthesis, antioxidant and cytoprotective evaluation of potential antiatherogenic phenolic hydrazones A structure-activity relationship insight”, Bioorg Med Chem, 15, 42694276 [25] D Cressier, C Prouillac, P Hernandez, C Amourette, M Diserbo, C Lion, G Rima(2009), “Synthesis, antioxidant properties and radioprotective effects of new benzothiazoles and thiadiazoles”, Bioorg Med Chem, 17, 5275-5284 [26] E.F Paulus, K Dornberger, W Werner, D Fenske(1994), “Madurahydroxylactone”, Acta Crystallogr, 50(12) pp, 2064-2067 77 [27] G K Buckley(1954), “Reaction of Diazomethane with Arylidenanilines”, J Chem Soc, 1851 [28] Guo H Y., Li J C., Shang Y L (2009), “A simple and efficient synthesis of 2-substituted benzothiazoles catalyzed by H2O2/HCl”, Chin Chem Lett, 20:1408–1410 doi: 10.1016/j.cclet.2009.06.037 [29] Hoan, D Q., Tuyet, V T., Anh, Duong, L T., Hien, N.(2017), “Preparation of some new benzo[d]thiazole derivatives”, Vietnam J Chem Int Ed., vol 55, no 4, pp 433–437, [30] H Sieh(1997), “Oxidative stress: oxidants and antioxidants”, Exp Physiol, 82, 291-295 [31] Heinisch, E Roemer, P Jutten, W Haas, W Werner(1999), “U Mollmann Semisynthetic derivatives of madurahydroxylactone and their antibacterial activities”, J Antibiot (Tokyo), 52 (11), pp 10291041 [32] Heinisch, E Roemer, P Jutten, W Haas, W Werner(1999), “U Mollmann Semisynthetic derivatives of madurahydroxylactone and their antibacterial activities”, J Antibiot (Tokyo), 52 (11), pp 10291041 [33] I Argyropoulou, A Geronikaki, P Vicini, F Zani(2009), “Synthesis and biological evaluation of sulfonamide thiazole and benzothiazole derivatives as antimicrobial agents”, Arkivoc, 89-102 [34] K Hazraa, L.V.G Nargund, P Rashmi, J.N.N Sharath Chandra, B Nandha(2011), “Synthesis and antioxidant activity of some novel Fluorobenzothiazolopyrazoline”, Der Chem Sin, 2, 149-157 [35] Kumar A., Maurya R.A (2009), “Ahmad P Diversity oriented synthesis of benzimidazole and benzoxa/(thia) zole libraries through polymer-supported hypervalent iodine reagent”, J Combin Chem , 11:198–201 doi: 10.1021/cc8001876 [36] K K Sivakumar, A Rajasekharan, S Buggareddy, Synthesis(2012), “characterization, in-vitroantioxidant and cytotoxic activity of nmannich bases of 5-amino-4-[2-(6-bromo-1, 3-benzo thiazol-2yl)hydrazinylidene]-2, 4-dihydro-3h-pyrazol-3-one”, Inter J Res Pharma Chem, 2, 327-337 78 [37] K Bolelli, I Yalcin, T Ertan-Bolelli, S Ozgen, F Kaynak-Onurdag, I Yildiz, E Aki(2012), “Synthesis of novel 2-[4-(4substitutedbenzamido/phenylacetamido)phenyl]benzothiazoles as antimicrobial agents”, Med Chem Res, 21,3818-3825 [38] L Heinisch, E Roemer, P Jutten, W Haas, W Werner(1999), U Mollmann Semisynthetic derivatives of madurahydroxylactone and their antibacterial activities J Antibiot (Tokyo), 52 (11) pp 1029-1041 [39] L A Nguyen, T D Dang, Q A Ngo, T B Nguyen(2020), “SulfurPromoted Synthesis of Benzoxazoles from 2-Aminophenols and Aldehydes,” European J Org Chem., vol 2020, no 25, pp 3818– 3821, , doi: 10.1002/ejoc.202000523 [40] L Ouyang, Y Huang, Y Zhao, G Hea, Y Xie, J Liu, J He, B Liu, Y Wei(2012), “Preparation, antibacterial evaluation and preliminary structure-activity relationship (SAR) study of benzothiazol- and benzoxazol-2-amine derivatives”, Bioorg Med Chem Lett, 22 [41] L Shi, H.M Ge, S.H Tan, H.Q Li, Y.C Song, H.L Zhu, R.X Tan(2007), “Synthesis and antimicrobial activities of Schiff bases derived from 5-chloro-salicylaldehyde”, Eur J Med Chem, 42 (4) pp 558-564 [42] M.J Hearn (2004), “M.H Cynamon Design and synthesis of antituberculars: preparation and evaluation against Mycobacterium tuberculosis of an isoniazid Schiff base”, J Antimicrob Chemother, 53 (2), pp 185-191 [43] M.L.Tamayo, F.AIvarez(1953)., “The Schiff's Bases in the DielsAlder's Reaction”, Anales Real Soc Espan., Fis y Quim., 48B, 75 (1952); C A., 47, 3818g [44] M.S Karthikeyan, D.J Prasad, B Poojary, K.S Bhat, B.S Holla, N.S Kumari(2006), “Synthesis and biological activity of Schiff and Mannich bases bearing 2,4-dichloro-5-fluorophenyl moiety”, Bioorg Med Chem, 14 (22) , pp 7482-7489 79 [45] M Khoobi, S Emami, G Dehghan, A Foroumadi, A Ramazani, A Shafiee(2011), “Synthesis and free radical scavenging activity of coumarin derivatives containing a 2-methylbenzothiazoline motif”, Arch Pharm Chem Life Sci, 344, 588-594 [46] Maleki B.(2010), “Salehabadi H Ammonium chloride; as a mild and efficient catalyst for the synthesis of some 2-arylbenzothiazoles and bisbenzothiazole derivatives”, Eur J Chem , 1:377–380 doi: 10.5155/eurjchem.1.4.377-380.165 [47] Maphupha M., Juma W.P., Koning C.B., Brady D A modern and practical laccase-catalysed route suitable for the synthesis of 2-arylbenzimidazoles and 2-arylbenzothiazoles, RSC.Adv 2018;8:39496–39510 doi: 10.1039/C8RA07377E [48] Merroun Y., Chehab S., Ghailane T., Akhazzane M., Souizi1 A (2019), “Ghailane R Preparation of tin-modified mono-ammonium phosphate fertilizer and its application as heterogeneous catalyst in the benzimidazoles and benzothiazoles synthesis”, Reac Kine Mech Cat, 126:249–264 doi: 10.1007/s11144-018-1446-5 [49] N.B Patel, A.C Purohit, D.P Rajani, R Moo-Puc, G River(2013), “New 2benzylsulfanyl-nicotinic acid based 1,3,4-oxadiazoles: their synthesis and biological evaluation”, Eur J Med Chem 62, 677-687 [50] N Karal, O Guzel, N Ozsoy, S Ozbey, A Salman(2010), “Synthesis of new spiroindolinones incorporating a benzothiazole moiety as antioxidant agents”, Eur J Med Chem, 45, 1068-1077 [51] Nam, N.H., Dung, P.T., Thuong, P.T., Hien, T.T (2010), “Synthesis and Biological Evaluation of A Series of (Benzo[d]thiazol-2yl)cyclohexanecarboxamid and (benzo[d]thiazol-2-yl) cyclohexane carbo thioamides”, Med Chem, vol 6, pp 159–164, , doi: 10.2174/1573406411006030159 80 [52] P.K.Kadaba(1975), “Addition of Diazoalkanes on the Substituted Heterocyclic Schiff's Bases”, J Heterocyclic Chem, 12, 143 [53] P Panneerselvam, R.R Nair, G Vijayalakshmi, E.H Subramanian (2005), “S.K Sridhar Synthesis of Schiff bases of 4-(4-aminophenyl)-morpholine as potential antimicrobial agents”, Eur J Med Chem, 40 (2), pp 225-229 [54] P Bandyopadhyay, M Sathe, S Ponmariappan, A Sharma, P Sharma, A.K Srivastava, M.P Kaushik,(2011), “Exploration of in vitro time point quantitative evaluation of newly synthesized benzimidazole and benzothiazole derivatives as potential antibacterial agents”, Bioorg Med Chem Lett, 21, 7306-7309 [55] Praveen C., Nandakumar A., Dheenkumar P., Muralidharan D., Perumal P.( 2012), “Microwave-assisted one-pot synthesis of benzothiazole and benzoxazole libraries as analgesic agents”, J Chem Sci, 124:609–624 doi: 10.1007/s12039-012-0251-3 [56] P Sharma, M Kumar, V Mohan(2010), “Synthesis and antimicrobial activity of 2H-pyrimido[2,1-b]benzothiazol-2-ones”, Res Chem Intermed, 36, 985-993 [57] R C Fuson(1953), Reaction o f Organic Compounds, pp 405, 552 [58] Rao V K, Reddy S S, Krishna B, Naidu K M(2010), “Raju C and Ghosh S K Synthesis of Schiff Bases in Aqueous Media: A Green Alternative Approach with Effective Mass Yield and High Reaction Rates”, Green Chemistry Letters and reviews, Vol [59] S Bondock, W Fadaly, M.A Metwally(2009), “Enaminonitrile in heterocyclic synthesis: synthesis and antimicrobial evaluation of some new pyrazole, isoxazole and pyrimidine derivatives incorporating benzothiazole moiety”, Eur J Med Chem, 44, 4813-4818 [60] S Koppireddi, J.R Komsani, S Avula, S Pombala, S Vasamsetti, S Kotamraju, R Yadla(2013), “Novel 2-(2,4-dioxo-1,3-thiazolidin-5yl)acetamides as antioxidant and/or antiinflammatory compounds”, Eur J Med Chem, 66, 305-313 81 a [61] S.N Pandeya, D Sriram, G Nath, E de Clercq(1999), “Synthesis, antibacterial, antifungal and anti-HIV activities of Schiff and Mannich bases derived from isatin derivatives and N-[4-(4′-chlorophenyl)thiazol-2yl] thiosemicarbazide”, Eur J Pharm Sci, (1), pp 25-31 [62] S.N Pandeya, D Sriram, G Nath, E de Clercq(1999), “Synthesis and antimicrobial activity of Schiff and Mannich bases of isatin and its derivatives with pyrimidine”, IL Farmaco, 54 (9), pp 624-628 [63] S Saeed, N Rashid, P.G Jones, M Ali, R Hussain(2010) , “Synthesis, characterization and biological evaluation of some thiourea derivatives bearing benzothiazole moiety as potential antimicrobial and anticancer agents”, Eur J Med Chem, 45, 1323-1331 [64] Schiff, H (1869), Untersuchungen über salicinderivate, Justus Liebigs Annalen der Chemie, 150 (2), 193-200 [65] Sevcik, J.Hackenwald(1977), “Study on the Base of Schiff s Bases”, Acta Univ Palacki Olomuc, 49, 63, (1976); c A., 87, 5242m [66] Seewan A N, Kadhim Z Y, Hadi A A(2018), “Theoretical Treatment, Microwave Synthesis and Spectroscopic Analysis of New Schiff Bases Derived from 4-Aminoantipyrene” J Phys.: Conf Ser, 1003 012011 doi :10.1088/1742-6596/1003/1/012011 [67] Tapabashi, N , Taha, N and El-Subeyhi, M (2021), “Design, Microwave Assisted Synthesis of Some Schiff Bases Derivatives of Congo Red and Conventional Preparation of Their Structurally Reversed Analogous Compounds”, International Journal of Organic Chemistry, 11, 35-45 doi: 10.4236/ijoc.2021.111004 [68] T Tzanova, M Gerova, O Petrov, M Karaivanova, D Bagrel, (2009), “Synthesis and antioxidant potential of novel synthetic benzophenone analogues”, Eur J Med Chem 44, 2724-2730 [69] T.Wagner-Jauregg, L.Ziragible(1970), “Spiro-Compounds from Azomethines”, Pat Swiss, 529.152, C A., 78, 72098w (1973) 82 [70] W Rehman, M.K Baloch, B Muhammad, A Badshah(2004), “K.M Khan Characteristic spectral studies and in vitro antifungal activity of some Schiff bases and their organotin (IV) complexes”, Chin Sci Bull, 49 (2), pp 119-122L [71] Ye L., Chen J., Mao P., Mao Z., Zhang X., “Yan M Visible-light-promoted synthesis of benzothiazoles from 2-aminothiophenols and aldehydes”, Tetrahedron Lett 2017;58:874– 876.doi: 10.1016/j.tetlet.2017.01.053 [72] Z Guo, R Xing, S Liu, Z Zhong, X Ji, L Wang(2007), “P Li Antifungal properties of Schiff bases of chitosan, N-substituted chitosan and quaternized chitosan”, Carbohydr Res, 342 (10), pp 1329-1332 83 PHỤ LỤC OCH3 S OH N N CH C21H15N3O4S Exact Mass: 405.08 NO2 Hình PL1: Phổ (+) MS 5B1 OCH3 S OH N C21H16N2O3S Exact Mass: 376.09 N CH HO Hình PL2: Phổ (+) MS 5B2 P1 OCH3 S OH N N CH NO2 Hình PL2: Phổ 1H NMR hợp chất 5B1 OCH3 S OH N N CH NO2 Hình PL3: Phổ 13C NMR hợp chất 5B1 P2 OCH3 S OH N N CH NO2 Hình PL 4: Phổ HSQC 5B1 P3 OCH3 S OH N N CH NO2 Hình PL5: Phổ HMBC 5B1 P4 OCH3 S OH N N CH HO Hình PL7: Phổ 1H NMR hợp 5B2 OCH3 S OH N N CH HO Hình PL8: Phổ 13C NMR 5B2 P5 OCH3 S OH N N CH HO Hình PL9: Phổ HSQC 5B2 P6 OCH3 S OH N N CH HO Hình PL10: Phổ HMBC 5B2 P7 Hình PL11: Kết thử hoạt tính chống oxi hóa 5B1 5B2 P8