(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu tổng hợp, cấu trúc và tính chất một số hợp chất chứa vòng furoxan, vòng quinolin trên cơ sở eugenol trong tinh dầu hương nhu

1 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Hóa học dị vòng lĩnh vực quan trọng bậc hóa hữu hóa sinh Các hợp chất dị vịng nhiều nhà hóa học quan tâm nghiên cứu chúng có cấu trúc lí thú có phổ hoạt tính sinh học rộng Đặc biệt hợp chất có nhiều dị vịng gắn với có nhiều ứng dụng y dược nông nghiệp Các hợp chất loại N-oxit-1,2,5-oxađiazole (furoxan) thu hút ý nhà hố học phổ hoạt tính sinh học rộng chúng Nhiều hợp chất loại furoxan có khả kháng vi khuẩn, kháng nấm mạnh, chẳng hạn metylnitrofuroxan số dẫn chất sunfon có khả chống vi trùng bệnh lao phổi diệt nấm… Đặc biệt chúng biết đến với khả giải phóng nitơ oxit (NO) điều kiện sinh lý (tương tự thể) giống glixerol trinitrat natri nitropruside dùng làm thuốc điều trị bệnh tim mạch Mặt khác dị vòng furoxan sử dụng rộng rải tổng hợp hàng loạt hợp chất dị vòng khác h Quinolin dị vòng quan trọng, khung nhiều hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học cao sở để thiết kế nhiều loại thuốc cho tương lai Hoạt tính sinh học khả kháng ung thư, chống sốt rét, kháng lao, diệt trùng dẫn xuất quinolin kiểm chứng nhiều hợp chất từ lâu ứng dụng làm thuốc chữa bệnh Chúng cho việc tổng hợp hợp chất dị vòng từ hợp chất đồng vòng tinh dầu thực vật có lợi nhiều phương diện Chẳng hạn tổ hợp hoạt tính sinh học cao hợp phần dị vịng với tính dễ dung nạp hợp phần đồng vòng lấy từ tinh dầu thực vật (bởi hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên gây phản ứng phụ dễ thể chấp nhận hợp chất khác), có hy vọng tìm hợp chất có ứng dụng y dược Do lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp, cấu trúc tính chất số hợp chất chứa vịng furoxan, vòng quinolin sở eugenol tinh dầu hương nhu’’ Mục đích, nhiệm vụ luận án + Chuyển hóa eugenol thành số dẫn chất có khả tạo dị vòng + Tổng hợp số dãy hợp chất loại azometin, hiđrazon, thiazoliđin có chứa vòng furoxan hợp chất loại quinolin + Nghiên cứu cấu trúc tính chất hợp chất tổng hợp được, đặc biệt tính chất phổ (IR, NMR, MS) qua cung cấp liệu phổ hợp chất axi-quinon, nitro-phenol, hợp chất chứa dị vòng furoxan, thiazoliđin-4-on, quinolin mối liên hệ cấu trúc tính chất phổ + Thăm dị hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, hoạt tính chống oxi hóa độc tính tế bào nhằm tìm kiếm hợp chất có hoạt tính sinh học cao Phương pháp nghiên cứu + Tổng hợp chất: Vận dụng phương pháp tổng hợp hữu truyền thống có lựa chọn cải tiến cho thích hợp với đối tượng Chú trọng nâng cao hiệu suất, tinh chế cẩn thận đến nhiệt độ nóng chảy ổn định + Nghiên cứu cấu trúc: Các chất tổng hợp đo phổ IR, 1H NMR 13 C NMR phần lớn đo phổ MS Ở dãy chất có cấu trúc tương đồng lựa chọn vài chất phức tạp để đo phổ 2D NMR + Phân tích phổ, hệ thống hóa liệu rút nhận xét h + Lựa chọn số hợp chất tiêu biểu để thăm dò hoạt tính kháng vi sinh vật, hoạt tính chống oxi hóa độc tính tế bào Bố cục luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục, luận án gồm ba chương Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết thảo luận Luận án bao gồm 150 trang đánh máy A4 với 58 bảng, 72 hình vẽ sơ đồ Chương 1: TỔNG QUAN Ở chương sơ lược tổng quan số vấn đề có liên quan mật thiết đến loại hợp chất mà đề tài luận án nghiên cứu là: Chuyển hóa eugenol thành hợp chất dị vịng, tình hình nghiên cứu arylhiđrazon, dị vịng furoxan 1,3-thiazoliđinon 1.1 HỢP CHẤT DỊ VÒNG TỔNG HỢP TỪ EUGENOL TRONG TINH DẦU HƯƠNG NHU 1.1.1 Eugenol dẫn xuất a Eugenol C10H12O2, M : 164.2 g mol−1 4-Allyl-1-hiđroxy-2-metoxybenzen, 4-allyl-2-metoxyphenol, axit eugenic D (25 °C) : 1.06 g/cm3 Tnc : - 7,5 °C Ts : 254 °C, 1230C (12-13 mmHg) h pKa (25 °C) : 10,19 Eugenol thành phần tinh dầu đinh hương tinh dầu hương nhu Hương nhu vị thuốc dùng toàn trừ rễ Hương nhu gồm nhiều loại khác Ở nước ta có Hương nhu tía (Ocimum sanctum L.) Hương nhu trắng (Ocimum gratissimum L ) thuộc họ Hoa mơi (Labiatae) Tuy có hình dạng khác chúng có tác dụng: làm mồ hôi, giải cảm nhiệt (giải thử), lợi tiểu, tiêu phù Vì hương nhu dùng nhiều thuốc đông y khác [18] Cất lôi nước thân, hoa hương nhu người ta thu tinh dầu hương nhu Thành phần tinh dầu hương nhu eugenol (4-allyl-l-hyđroxy2-metoxybenzene), chiếm từ 45 – 70% khối lượng tinh dầu Tinh dầu hương nhu dùng nhiều sản xuất dược phẩm (như dầu gió, cao xoa bóp, thuốc sâu răng, thuốc xơng mũi họng, dầu gội mọc tóc, …) Eugenol dùng chế xi măng hàn nha khoa [44], làm phụ gia chống oxi hóa an tồn cơng nghiệp thực phẩm [64], diệt sâu bọ nông nghiệp [68] Nhiều công trình nghiên cứu chứng tỏ eugenol hợp phần hoạt động sinh học tác dụng chữa trị tinh dầu hương nhu hương nhu Để giải thích khả chữa trị chứng bệnh khác nhằm làm sở cho ứng dụng y học đại, có số cơng trình nghiên cứu dược lý eugenol tinh dầu hương nhu hệ miễn dịch, hệ thần kinh, hệ hơ hấp, quan sinh sản, hóa sinh máu động vật thí nghiệm Kết cho thấy eugenol có tác dụng diệt vi khuẩn, diệt nấm, làm giảm đường, giảm triglyxerit, giảm cholesterol máu, làm giãn mạch máu [78, 96, 116, 121, 122] Do eugenol có nguồn gốc thực vật lại có tính chất dược lý quý nên có tầm quan trọng lớn cơng nghiệp hóa dược Eugenol nhiều nhà hóa học nước ngồi nước khơng ngừng nghiên cứu chuyển hóa thành dẫn xuất khác với hy vọng tìm chất có ứng dụng thực tế b Dẫn xuất eugenol Ete có ý nghĩa thực tiễn eugenol o-metyleugenol Đó chất lỏng nhớt, mùi thơm nhẹ, có khả dẫn dụ côn trùng tốt dùng việc diệt ruồi vàng hại cam, dẫn xuất ete khác có khả dụ dẫn nhiều [1] Axit eugenoxyaxetic axit isoeugenoxyaxetic nhiều nhà khoa học h quan tâm OCH3 OCH3 CH2=CHCH2 OCH2COOH ; CH3CH=CH OCH2COOH Các axit có cấu trúc tương tự axit 2,4-điclophenoxyaxetic kiểu auxin (aryloxiaxetic) Tác giả [31] cho thấy axit eugenoxyaxetic có tác dụng tăng khả nảy mầm hạt lúa CR203 24 đầu tiên, với đỗ xanh axit eugenoxyaxetic có tác dụng tốt thời điểm 24 kể từ ngâm hạt Axit eugenoxyacetic metyl, etyl este có tác dụng kìm hãm tăng lipitneen nghiên cứu để chữa triệu chứng tăng lipit người (human hyperlipidaemia) [70, 126] Ngồi axit eugenoxyaxetic cịn có tác dụng diệt vi khuẩn, vi rút [115, 141] Dẫn xuất bromeugenol hoạt tính sinh học nghiên cứu cơng trình [29] Dẫn xuất loại bazơ Manich eugeneol tác dụng hạ thân nhiệt chúng nghiên cứu cơng trình [25, 26] Để điều chế axit isoeugenoxyaxetic, tác giả [3] đồng phân hố eugenol thành isoeugenol, sau cho isoeugenolat tác dụng với muối natri axit monocloaxetic Tác giả cho thấy axit isoeugenoxyaxetic có hoạt tính kích thích sinh trưởng thực vật Từ isoeugenol người ta nghiên cứu tìm điều kiện để tổng hợp vanilin, đơn hương quý dùng nhiều công nghiệp dược phẩm mỹ phẩm OCOCH3 OCOCH3 OH CH3COCl OCH3 OCH3 CH=CHCH3 [ O] OH OCH3 CH=CHCH3 H2O CHO OCH3 CHO Tác giả [28] sau tổng hợp nghiên cứu cấu trúc hợp chất sản phẩm ngưng tụ vanilin với hợp chất có nhóm amino, tác giả nhận thấy hợp chất tổng hợp có khả kháng khuẩn tốt nồng độ 0,2 - 0,4% Khi clo hóa axit eugenoxyaxetic với sunfuryl clorua SO2Cl2 CCl4, tác giả [32] thu sản phẩm axit tricloeugenoxyaxetic hiệu suất 72% Tiếp theo h chuyển axit thành hiđrazit, tổng hợp dãy hiđrazit-hiđrazon cách ngưng tụ với anđehit xeton thơm Việc thăm dị hoạt tính sinh học axit tricloeugenoxyaxetic hiđrazit thực Kết cho thấy chúng có hoạt tính ức chế trung bình với số khuẩn Gram (+) 1.1.2 Các dị vòng tổng hợp từ dẫn xuất eugenol a Dị vòng 1,3,4-oxađiazole từ metyleugenol axit eugenoxyaxetic MeO i) MeOH/H+ MeO MeO ii) N2H4 COOH MeO MeO N N CS2/KOH, to CONHNH2 MeO O MeO N N ClRCOOH SH MeO MeO CO N=CHAr NH R-COOH MeOH/H+ Ar-CHO MeO S O Br2 CH3COOH MeO N N MeO O Ar MeO N N MeO O S R-COOMe Dị vịng 1,3,4-oxađiazole thường tạo cho hợp chất có hoạt tính sinh học đa dạng kháng vi sinh vật [114], chống viêm nhiễm [91], chống lao [117] Các tác giả [12, 13] tổng hợp dãy 2-aryl-1,3,4-oxađiazole-5-thiol dãy 2,5-điaryl-1,3,4- oxađiazole cách oxi hóa metyleugenol thành axit veratric chuyển hóa theo sơ đồ Từ hiđrazit axit eugenoxyaxetic tác giả [12, 13] tổng hợp số oxađiazole Các oxađiazole thể hoạt tính kìm hãm phát triển số vi khuẩn Gram (-) Gram (+) nồng độ 50 μg/ml OCH3 OCH3 i) MeOH/H+ O O ii) N2H4 OCH3 i) MeOH/H+ O ii) N2H4 du' CO-NHNH2 COOH CO-NHNH2 CS2/KOH,to OCH3 OCH3 OCH3 MeOH/H+ ClRCOOH O O O O O SH N N R: CH2, CHMe O S N N RCOOH N N S RCOOMe b Dị vòng 1,2,5-oxađiazole từ axit isoeugenoxyaxetic Để điều chế axit isoeugenoxyaxetic, khác với tác giả [3], tác giả [36] chuyển eugenol thành axit eugenoxyaxetic đồng phân hóa thành axit h isoeugenoxyaxetic Vì phản ứng tiến hành điều kiện dễ dàng cho hiệu suất cao Từ axit isoeugenoxyacetic tác giả [15] để tạo hợp chất chứa vòng 1,2,5oxađiazo-2-oxit (vòng furoxan) dẫn xuất nitro chúng sau: OMe O NaNO2 CH3COOH Me O COOH HNO3/H2SO4 Me O O2N COOH Me O O COOH Me OMe O O2N N O N ROH/H+, to N O N OMe O COOR HNO3/H2SO4 CH COOH O N O N OMe N O N OMe ROH/H+, to O COOH O2N R: Me, Et Me O N O N OMe O COOR O2N Như biết axylhiđrazon (còn gọi hiđrazit-hiđrazon) từ lâu thu hút ý nhà hóa dược chúng có phổ hoạt tính sinh học rộng: chống sốt rét [111], chống HIV [156] Đa số chúng chứa dị vòng, chẳng hạn ftivazit dùng làm thuốc chữa trị bệnh lao, gluronazid dùng chữa trị lao ung thư [146], hai chất hiđrazon điều chế từ hiđrazit axit pyridin-4-cacboxylic Chính tác giả [6, 16, 58, 59] nghiên cứu dãy hiđrazit-hiđrazon theo (1) dãy hiđrazithiđrazon theo (2) Me O N O N Me OMe N2H4, to O O COOR Me OMe Ar-CO-R N O N O O CO-NHNH2 CR-Ar OMe N N O N O (1) NH O Me O Me OMe N2H4, to N O N O O COOR O2N Me OMe Ar-CHO N O N O2N O O CO-NHNH2 CH-Ar OMe N N O N O 2N NH (2) O O Các hiđrazit-hiđrazon với (Ar: 2-ClPh, 4-ClPh, 2-NO2Ph, 3-NO2Ph 3-Indolyl) thể hoạt tính kìm hãm tế bào ung thư biểu mơ MIC = 47 – 102 μg/ml [51] (MIC < 128 μg/ml coi có hoạt tính) c Dị vịng 1,2,5-oxadiazole từ metyleugenol Metyleugenol đồng phân hóa thành isometyleugenol [36] chuyển h thành số hợp chất loại 1,2,5-oxađiazole cơng trình [60] theo sơ đồ sau: MeO MeO HNO3/H2SO4 Me CH3COOH MeO MeO N N=CH-Ar MeO O N O O N O Me MeO N O N MeO O N=N-Ar NaNO2/HCl Me MeO Ar-H MeO N O4 S2 Na NH2 MeO Me + ArCHO MeO NO2 MeO NaNO2/ CH3COOH N O N Me N O O N O d Dị vòng 1,2,4-triazole từ metyleugenol Dị vòng 1,2,4-triazole gần thu hút ý đáng kể Có nhiều báo patent cơng bố tổng hợp hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm hợp chất chứa vòng 1,2,4-triazole, chẳng hạn [100, 103, 147] Mới người ta phát khả kháng HIV kháng tế bào ung thư số hợp chất chứa vòng 1,2,4-triazole [88, 99] Metyleugenol oxi hóa thành axit veratric chuyển hóa thành hiđrazit chất đầu để tổng hợp dãy 1,2,4-oxađiazole cơng trình [7, 11] sau: MeO Ph-N=C=S MeO CONHNH C NHPh S MeO S MeO MeO N Ph N N N NHPh MeO N Y S N2 H NH O MeO N NH MeO N NH2 Ar-CHO MeO N NH N N S MeO CONHNH C SK S MeO ClRCOOH MeO MeO CONHNH2 ClCH2COOH MeO N NH MeO CS2/KOH YNH2 NaOH, to MeO MeO N R1COOH/POCl3 MeO N NH S MeO N R-COOH MeO S N N N=CH-Ar Ph S R1 Đáng ý đun hồi lưu muối đithiocacbazat với axit monocloaxetic etilenglycol thu sản phẩm bất thường Bằng cách phối hợp phương pháp phổ UV, IR, 1H NMR, 13C NMR, HMBC NOESY tác giả xác định dị vịng 1,3,4-thiazin gặp Các hợp chất thuộc loại dị vòng ngưng kết h sơ đồ ý chúng thể hoạt tính kháng virut mạnh [37, 99] Kết thử hoạt tính sinh học cho thấy hợp chất chứa vòng 1,2,4-triazole sơ đồ thể hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định MIC = 3- 25 μg/ml e Dị vòng 1,2,4-triazole từ axit eugenoxyaxetic Một số hợp chất chứa vòng 1,2,4-triazole tổng hợp từ hiđrazit axit eugenoxyaxetic cơng trình [8, 10, 56, 57] theo sơ đồ sau: OCH3 OCH3 OCH3 Ph-N=C=S O KOH, to O O O O S NHPh O N N N Ph N Ph S NHNH NHNH2 OCH3 N NH MeOH, H+ S R-COOMe OCH3 O N N N Ph OCH3 ClRCOOH S R-COOH O N N N Ph SH R: CH2, CHMe Khi cho ankyl eugenoxyaxetat tác dụng với hiđrazin lấy dư khơng nhóm OR bị thay thể nhóm NHNH2 mong đợi mà nhánh allyl cịn bị khử thành nhóm propyl dẫn tới hiđrazit sơ đồ sau Từ hiđrazit tổng hợp hợp chất chứa dị vòng 1,2,4-triazole 1,2,4-triazolo-[3,4-b]-1,3,4thiađiazole OCH3 O O HN Ph S NHNH OCH3 Ph-N=C=S O CS2/KOH OCH3 O KS S O O NHNH2 NHNH KOH, to OCH3 O N2 H OCH3 N NH N Ph O S N NH N N Ar-CHO O S CH-Ar ClCH2COOH OCH3 O OCH3 N N N Ph MeOH, H+ O S N N N Ph COOH OCH3 N NH N S NH2 RCOOH POCl3, to OCH3 N N O S COOMe N S HN R 1.2 TÌNH HÌNH TỔNG HỢP VÀ CHUYỂN HỐ CÁC HỢP CHẤT CHỨA VỊNG FUROXAN NHỮNG NĂM GẦN ĐÂY 1.2.1 Cấu tạo vòng furoxan h Cấu tạo vòng furoxan vấn đề dai dẳng hóa hữu cơ, kéo dài gần 80 năm [75] Ngay từ cuối kỷ 19, oxi hóa α-đioxim (glyoxim) người ta thu hợp chất chứa nguyên tử N ngun tử O gán cho cơng thức I với tên gọi “glyoxim peroxit”: Vì khơng tìm chứng cho tính chất peroxit “glyoxim peroxit I” nên người ta đề nghị cho cơng thức II, III IV Phải tới năm sáu mươi kỷ 20 nhờ có thêm thơng tin từ phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể khẳng định cho cấu trúc IV người ta chấm dứt ý kiến trái ngược cấu tạo vòng furoxan Vòng furoxan theo danh pháp hệ thống gọi 1,2,5-oxađiazole-2-oxit thuộc nhóm dị vịng thơm cạnh chứa nguyên tử oxi hai nguyên tử nitơ Các nguyên tử cacbon, nitơ oxi vòng trạng thái lai hóa sp2, hai đơi electron 10  hai liên kết C=N cặp electron chưa liên kết oxi tạo thành hệ liên hợp khép kín, phẳng phù hợp với quy tắc Hucken (4n+2) vịng furoxan thuộc loại vịng thơm, biểu diễn công thức V, VI sau: 5N O1 V N O 5N N O1 O VI Gần Khmelniskii [149] xác định độ dài liên kết góc liên kết furoxan khơng nhóm nhờ phổ X-ray cơng thức VII Các tác giả cơng trình [151], sử dụng phương pháp tính tốn lí thuyết để nghiên cứu độ dài liên kết, góc liên kết mật độ electron nguyên tử vòng furoxan khơng chứa nhóm Số liệu thu (cơng thức VIII) tỏ phù hợp với kết thực nghiệm phương pháp nhiễu xạ tia X H8 0,97 C4 1,302 N2 O1 1,441 H7 +0.24 1,302 h N5 H8 1,073 1,069 1,408 -0.02 C4 C3 -0.11 C3 1,292 1.379 +0.22 H7 0,92 1,401 1,324 -0.09 N5 1,240 O6 +0.36 N2 1.361 O1 1,413 -0.21 VII 1,211 O6 -0.39 VIII 1.2.2 Một số phản ứng chuyển hóa vịng furoxan nhóm a Phản ứng chuyển vị nhóm N-oxit vòng furoxan Vòng furoxan thuộc loại dị vòng thơm có cấu tạo khơng giống so với dị vịng khác, ngun tử O ngồi vịng khơng nằm mặt phẳng với nguyên tử lại gây ảnh hưởng tới bậc liên kết vòng furoxan (xem cơng thức VIII) Vì độ bền vòng so với vòng thơm chứa dị tử nitơ oxi khác Điều kiện xảy chuyển vị nhóm N-oxit dễ dàng cần đun nóng tác dụng xạ tử ngoại, thí dụ cơng trình [38]: Ph Ph COOH t N N N O COOH o O O N O Hiện tượng chuyển vị nhóm N-oxit hay cịn gọi hỗ biến nghiên cứu phương pháp thực nghiệm [85], sản phẩm trung gian tạo 1,2-đinitroso: