Khóa luận tốt nghiệp Hóa hữu cơ: Tổng hợp và chuyển hoá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ ĐỀ TÀI TỔNG HỢP VÀ CHUYỂN HOÁ 4-AMINO-5-{[(4,6-DIMETHYLPYRIMIDIN-2- YL)SULFANYL]METHYL} -1,2,4-TRIAZOLE-3-THIOL Người hướng dẫn khoa học:Th.S LÊ THỊ THU HƯƠNG TS NGUYỄN TIẾN CÔNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ THỤC OANH TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2013 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN I.1 Pyrimidine I.1.1 Cấu tạo I.1.2 Một số phương pháp tổng hợp dị vòng pyrimidine I.1.3 Các dẫn xuất sulfanyl pyrimidine 10 I.1.4 Tính chất hóa học 11 I.1.5 Hoạt tính sinh học vòng pyrimidine 13 I.2 Giới thiệu 4-amino-1,2,4-triazole-3-thiol/thione dẫn xuất 15 I.2.1 Đặc điểm cấu tạo 15 I.2.2 Một số phương pháp tổng hợp 4-amino-1,2,4-triazole-3-thiol/thione 16 I.2.3 Một số hoạt tính sinh học 4-amino-1,2,4-triazole-3-thiol/thione 19 I.3 Một số phản ứng chuyển hoá 4-amino-1,2,4-triazole-3-thiol/thione 21 I.3.1 Phản ứng nhóm -SH 21 I.3.2 Phản ứng nhóm -NH2 22 I.3.3 Phản ứng đồng thời hai nhóm –NH2 -SH 23 CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM 32 II.1 Sơ đồ thực nghiệm 32 II.2 Tổng hợp 4,6-dimethylpyrimidin-2-thiol/thione (N1) 32 II.3 Tổng hợp 2-[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]acetohydrazide (N3) 33 II.3.1 Tổng hợp ethyl [(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]acetate (N2) 33 II.3.2 Tổng hợp 2-[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]acetohydrazide (N3) 35 II.4 Tổng hợp 4-amino-5-{[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]methyl}-1,2,4- triazole-3-thiol (N4) 35 II.4.1 Tổng hợp kali thiosermicarbazate (N4’) 36 II.4.2 Tổng hợp 4-amino-5{[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]methyl}- 1,2,4-triazole-3-thiol (N4) 36 II.5 Tổng hợp dẫn xuất chứa dị vòng thiadiazepine (N5, N6, N7) 37 II.5.1 Tổng hợp N5 (X:-H) 37 II.5.2 Tổng hợp N6 (X:-Cl) 38 II.5.3 Tổng hợp N7 (X:-CH3) 39 II.6 Xác định tính chất 41 II.6.1 Xác định nhiệt độ nóng chảy 41 II.6.2 Phổ hồng ngoại (IR) 41 II.6.3 Phổ cộng hưởng từ proton (1H-NMR) 41 II.6.4 Hoạt tính kháng khuẩn 41 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 III.1 Tổng hợp 4,6-dimethylpyrimidin-2-thiol/thione (N1) 43 III.1.1 Cơ chế phản ứng 43 III.1.2 Phân tích phổ hồng ngoại 44 III.2 Tổng hợp Tổng hợp 2-[(4,6-dimethylpyrimidin-2- y)lsulfanyl]acetohydrazide (N3) 44 III.2.1 Tổng hợp ethyl 2-(4,6-dimethylpyrimidin-2-ylsulfanyl)acetate (N2) 44 III.2.2 Tổng hợp 2-[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]acetohydrazide (N3) 46 III.3 Tổng hợp 4-amino-5-{[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]methyl}- 1,2,4-triazole-3-thiol/thione (N4) 48 III.3.1 Tổng hợp kali thiosemicarbazate (N4’) 48 III.3.2 Tổng hợp 4-amino-5-{[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]methyl}- 1,2,4-triazole-3-thiol/thione (N4) 48 III.4 Tổng hợp hợp chất chứa dị vòng thiadiazepine N5, N6 N7 52 III.4.1 Cơ chế phản ứng 52 III.4.2 Phân tích phổ hồng ngoại 54 III.4.3 Phân tích phổ cộng hưởng từ H1-NMR 55 III.4.4 Kết khảo sát hoạt tính sinh học 61 CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 62 CHƯƠNG V TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 DANH MỤC CÁC BẢNG  Bảng 1.1 Kết khảo sát khả kháng khuẩn hợp chất (25) 20 Bảng 1.2 Kết khảo sát khả kháng khuẩn, kháng nấm hợp chất (26) 21 Bảng 1.3 Kết khảo sát khả kháng khuẩn hợp chất 3a-e, 4a-e 27 Bảng 1.4 Kết khảo sát khả kháng nấm hợp chất 3a-e, 4a-e 28 Bảng 1.5 Kết khảo sát khả kháng nấm hợp chất tổng hợp 29 Bảng 1.6 Khả kháng nấm chất chất chuẩn (fluconazole) 29 Bảng 2.1: Tính chất vật lý hợp chất quy trình thực nghiệm 41 Bảng 3.1 Pic hấp thụ tiêu biểu phổ hồng ngoại hợp chất 60 Bảng 3.2 Các tín hiệu phổ 1H-NMR hợp chất tổng hợp 60 Bảng 3.3 Kết khảo sát hoạt tính sinh học 61 DANH MỤC HÌNH VẼ  Hình 3.1: Phổ hồng ngoại hợp chất N1 44 Hình 3.2: Phổ hồng ngoại hợp chất N3 47 Hình 3.3: Phổ hồng ngoại hợp chất N4 50 Hình 3.4: Phổ 1H-NMR hợp chất N4 51 Hình 3.5 Phổ IR hợp chất N5, N6, N7 54 Hình 3.6 Phổ 1H-NMR hợp chất N5 55 Hình 3.7 Phổ 1H-NMR hợp chất N6 57 Hình 3.8 Phổ 1H-NMR hợp chất N7 58 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển hóa học hữu nói chung, từ lâu hợp chất dị vịng nghiên cứu ứng dụng nhiều ngành khoa học kỹ thuật, mang lại nhiều lợi ích cho người Nhiều cơng trình nghiên cứu cơng bố chứng tỏ quan tâm nhà khoa học hợp chất dị vịng Nhờ mà hợp chất dị vòng ngày diện nhiều lĩnh vực đời sống, góp phần cải thiện chất lượng sống không ngừng tốt đẹp Các dẫn xuất chứa dị vòng pyrimidine hợp chất quan trọng giữ vai trò trình chuyển hóa sinh học thể người Bên cạnh đó, dị vịng pyrimidine cịn thể khả kháng nấm, vi khuẩn, điều trị ung thư, hạ sốt… Các dẫn xuất 4-amino-1,2,4-triazole-3-thiol/thione thể nhiều đặc tính sinh học với phổ rộng, kháng nhiều loại nấm, vi khuẩn; có khả chống viêm, kích thích sinh trưởng… Các dẫn xuất chứa dị vòng 1,3,4-thiadiazepine thể tiềm to lớn đối ngành y học với nhiều đặc tính sinh học quý báu, kháng mạnh với nhiều loại vi trùng, nấm Ngoài ra, dị vịng cịn thể nhiều đặc tính dược lí, thành phần quan trọng để điều chế loại thuốc chống bệnh nguy hiểm: chống HIV, chống co giật, kháng siêu vi, kháng u, chống loạn nhịp tim, chống trầm cảm, an thần … Vì đặc tính sinh học q báu kể chọn đề tài “Tổng hợp chuyển hóa 4-amino-5-{[(4,6-dimethylpyrimidine-2-yl)sunfanyl]methyl}-1,2,4- triazole-3-thiol” Mục tiêu đề tài: Tiến hành tổng hợp hợp chất 4-amino-5-{[(4,6-dimethylpyrimidine-2- yl)sunfanyl]methyl}-1,2,4-triazole-3-thiol Chuyển hóa 4-amino-5-{[(4,6-dimethylpyrimidine-2- yl)sunfanyl]methyl}-1,2,4-triazole-3-thiol với dẫn xuất 2-chloroquinoline-3- carbandehyde để tạo thành dẫn xuất chứa dị vòng thiadiazepine Xác định tính chất vật lý phân tích cấu trúc phân tử phương pháp phổ IR, 1H-NMR hợp chất tổng hợp Thăm dị hoạt tính sinh học hợp chất chứa dị vòng thiadiazepine tổng hợp CHƯƠNG I TỔNG QUAN I.1 Pyrimidine I.1.1 Cấu tạo Khi thay hai nhóm CH vị trí số số phân tử benzene nguyên tử N ta dị vòng pyrimidin: Pyrimidine đơn giản có cơng thức phân tử: C4H4N2 có công thức cấu tạo: N3 NN N2 N Pyrimidine ba đồng phân diazine-piridazine, pyrimidine pirazine Pyrimidine than gia vào hợp chất giữ vai trò quan trọng trình chuyển hóa sinh học Nó khung phân tử uracil, thymine cytosine Những phân tử nằm thành phần nucleotide acid nucleic Tính đối xứng phân tử, độ dài góc liên kết, mật độ electron nguyên tử dị vòng pyrimidine thay đổi nhiều so với vòng benzene Tuy nhiên, dị vòng pyrimidine có trục đối xứng qua hai nguyên tử C số số (trục đối xứng 2,5) Phân tử 4,6-dimethylpyrimidine chứa trục đối xứng 2,5 Phân tử pyrimidine có chứa hệ thống electron π vịng, phân bố không đỉnh, giá trị độ dài liên kết C-C C-N, góc hóa trị mật độ electron nguyên tử C N sau [23]: N3 1,36Ao 1,38Ao N 1,33Ao N 1,41Ao 1,34Ao N Trục đối xứng 2,5 o 1,35A Độ dài liên kết 123,1o N 115o +0,054 N -0,095 118,6o 129,7o +0,007 +0,075 123,1o N115o +0,054 N -0,095 Góc liên kết Mật độ electron Trên phổ tử ngoại vịng pyrimidine có hai cực đại hấp thụ bước sóng 243 298nm [35] Trên phổ hồng ngoại, pic đặc trưng cho vòng pyrimidine thường xuất 1570, 1467, 1402cm-1 Trong đó, phổ cộng hưởng từ hạt nhân giá trị độ chuyển dịch hóa học (δ, ppm) proton carbon sau [16]: 8,6 N 156,4 N 7,1 9,2 121,4 158,0 8,6 N N 156,4 Độ chuyển dịch hóa học Độ chuyển dịch hóa học của proton nguyên tử cacbon Về mặt cấu trúc, pyrimidine giống pyridine nên có nhiều tính chất giống pyridine diện hai dị tố âm điện nên phân tử có tính phân cực pyridine Chẳng hạn, pyrimidine có momen lưỡng cực 2.42D (so với momen lưỡng cực pyridine 2,2D) có cấu trúc cộng hưởng sau: N1 N N N N1 N N N N 4N Từ công thức cộng hưởng trên, thấy electrophile xảy vị trí số vị trí số có mật độ e cao I.1.2 Một số phương pháp tổng hợp dị vòng pyrimidine Phương pháp ứng dụng thơng thường phổ biến q trình tổng hợp vịng pyrimidine cho nóng chảy hỗn hợp hai cấu phần sau: hợp phần chứa khung ba nguyên tử carbon, thường hợp chất 1,3-dicarbonyl 𝛽- dialdehyde, 𝛽-keto ester, 𝛽-keto nitrile hay ester acid malonic… Hợp phần thứ hai hợp chất kiểu diamine (chứa nhóm –N-C-N ) urea, thiourea, amidine hay guanidine [17] O COOH CH2 H2SO4 d H OH NH CHOH -H2O,-CO2 O NH2-CO-NH2 O H2SO4, 900C, -H2O N O H COOH 55% uracil acid malic acid f romyl acetic Cl H2/Pd-C N POCl3 N MgO N C2H5N(CH3)2 N Cl O Cl COOEt -2EtOH NH POCl3 N H2N O H2C + C O COOEt H2N N O Cl N Cl H N 3H2/Pd-C N OH COOEt HN H2C -H2O,-C2H5OH N + C CH3 C H2N H3C N CH3 H3C O etylacetoacetate Tổng hợp vòng pyrimidine theo phương pháp bao gồm hai giai đoạn: cộng hợp nucleophile tách nước (hay ancol) Trong đa số trường hợp, liên tục hai giai đoạn khơng xác định cách xác Riêng trường hợp tương tác dialdehyde với urea ngoại lệ: tách chất trung gian tạo thành kết phản ứng ngưng tụ [17] H O H2N 600C C6H5 N C6H5 N C6H5 H2N O -H2O H O H2N + O 1200C H H2O O N O H Gần đây, dựa phương pháp người ta đề nghị cách tổng hợp pyrimidine khơng chứa nhóm đơn giản thuận tiện theo sơ đồ [17] H NH2 piperidinaxetat N t0C O+ 60% O H N NH2 Phương pháp thứ hai dùng tổng hợp vòng pyrimidine tương tác hợp chất β -dicarbonyl với formamide nhiệt độ cao[17]: CH=CH-CH2(OC2H5)2 + 2NH2-CHO HCOONH4/H2O N 180-1900C, 2h N 65% Theo phương pháp cho phép nhận vịng pyrimidine khơng chứa nhóm vị trí Nhưng chế phản ứng hồn tồn khơng rõ ràng I.1.3 Các dẫn xuất sulfanyl pyrimidine Dẫn xuất sulfanyl vòng pyrimidine dẫn xuất quan trọng khả tạo phức tốt với nhiều ion kim loại, có nhiều phương pháp để tổng hợp dẫn xuất Hiện tượng tautomer hóa dẫn xuất sulfanyl vấn đề nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Năm 1990, S Stoyanov nghiên cứu trình tautomer hóa 2-sulfanylpyrimidine Trong đó, tác giả nghiên cứu tính chất phổ dạng tautomer Đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng dung môi (ethanol, nước dioxane), ảnh hưởng nhiệt độ, q trình cạn xạ ánh sáng mặt trời tới cân tautomer [32] Năm 2003, Raul Martos nghiên cứu q trình tautomer hóa 2-sulfanyl-4,6-