60 Trang 5 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của hóa học hữu cơ nói chung, từ lâu các hợp chất dị vòng đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều ngành khoa học kỹ thuật, mang lại nhiều
TỔNG QUAN
Pyrimidine
Khi thay thế hai nhóm CH ở vị trí số 1 và số 3 trong phân tử benzene bằng các nguyên tử N ta được dị vòng pyrimidin:
Pyrimidine đơn giản nhất có công thức phân tử: C4H 4 N 2 và có công thức cấu tạo:
Pyrimidine là một trong ba đồng phân diazine-piridazine, pyrimidine và pirazine Pyrimidine than gia vào các hợp chất giữ vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa sinh học Nó cũng là bộ khung của phân tử uracil, thymine và cytosine
Những phân tử này nằm trong thành phần các nucleotide và acid nucleic
Tính đối xứng phân tử, độ dài và góc của các liên kết, mật độ electron trên mỗi nguyên tử trong dị vòng pyrimidine thay đổi nhiều so với vòng benzene Tuy nhiên, trong dị vòng pyrimidine vẫn có trục đối xứng qua hai nguyên tử C số 2 và số 5 (trục đối xứng 2,5) Phân tử 4,6-dimethylpyrimidine cũng vẫn chứa trục đối xứng 2,5 Phân tử pyrimidine có chứa hệ thống 6 electron π trong vòng, nhưng được phân bố không đều trên các đỉnh, các giá trị về độ dài các liên kết C-C và C-N, góc hóa trị và mật độ electron trên các nguyên tử C và N như sau [23]:
Mật độ electron Góc liên kết Độ dài các liên kết
Trên phổ tử ngoại của vòng pyrimidine có hai cực đại hấp thụ tại các bước sóng
243 và 298nm [35] Trên phổ hồng ngoại, pic đặc trưng cho vòng pyrimidine thường xuất hiện ở 1570, 1467, 1402cm -1 Trong khi đó, trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân giá trị độ chuyển dịch hóa học (δ, ppm) của các proton và carbon như sau [16]:
Về mặt cấu trúc, pyrimidine giống pyridine nên có nhiều tính chất giống pyridine nhưng do sự hiện diện của hai dị tố âm điện nên phân tử có tính phân cực hơn pyridine Chẳng hạn, pyrimidine có momen lưỡng cực là 2.42D (so với momen lưỡng cực của pyridine là 2,2D) có cấu trúc cộng hưởng như sau:
Từ các công thức cộng hưởng trên, chúng ta thấy rằng sự thế electrophile xảy ra ở vị trí số 5 do vị trí số 5 có mật độ e cao
I.1.2 Một số phương pháp tổng hợp dị vòng pyrimidine
Phương pháp được ứng dụng thông thường và phổ biến trong quá trình tổng hợp vòng pyrimidine là cho nóng chảy hỗn hợp của hai cấu phần sau: một hợp phần chứa bộ khung ba nguyên tử carbon, thường là hợp chất 1,3-dicarbonyl như 𝛽- dialdehyde, 𝛽-keto ester, 𝛽-keto nitrile hay ester của acid malonic… Hợp phần thứ hai là các hợp chất kiểu diamine (chứa nhóm –N-C-N ) như urea, thiourea, amidine hay guanidine [17] Độ chuyển dịch hóa học của các proton Độ chuyển dịch hóa học của các nguyên tử cacbon
Tổng hợp vòng pyrimidine theo phương pháp này bao gồm hai giai đoạn: cộng hợp nucleophile và tách nước (hay ancol) Trong đa số các trường hợp, sự liên tục giữa hai giai đoạn không được xác định một cách chính xác Riêng trường hợp sự tương tác của dialdehyde với urea là ngoại lệ: ở đây có thể tách ra được chất trung gian tạo thành do kết quả của một phản ứng ngưng tụ [17]
Gần đây, dựa trên phương pháp này người ta đề nghị một cách tổng hợp pyrimidine không chứa nhóm thế rất đơn giản và thuận tiện theo sơ đồ dưới đây
Phương pháp thứ hai dùng tổng hợp vòng pyrimidine là sự tương tác của hợp chất β-dicarbonyl với formamide ở nhiệt độ cao[17]:
CH=CH-CH 2 (OC2H 5 )2 + 2NH 2 -CHO HCOONH 4 /H 2 O
65% Theo phương pháp này cho phép nhận được vòng pyrimidine không chứa nhóm thế ở vị trí 2 Nhưng cơ chế của phản ứng này hoàn toàn không rõ ràng
I.1.3 Các dẫn xuất sulfanyl của pyrimidine
Dẫn xuất sulfanyl của vòng pyrimidine là một trong các dẫn xuất quan trọng do khả năng tạo phức tốt với nhiều ion kim loại, có khá nhiều phương pháp để tổng hợp dẫn xuất này Hiện tượng tautomer hóa đối với các dẫn xuất sulfanyl cũng là vấn đề được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Năm 1990, S Stoyanov đã nghiên cứu quá trình tautomer hóa của 2-sulfanylpyrimidine Trong đó, tác giả đã nghiên cứu tính chất phổ của các dạng tautomer Đồng thời cũng nghiên cứu sự ảnh hưởng của dung môi (ethanol, nước và dioxane), ảnh hưởng của nhiệt độ, quá trình cô cạn cũng như bức xạ của ánh sáng mặt trời tới cân bằng tautomer [32] Năm 2003, Raul Martos đã nghiên cứu quá trình tautomer hóa của 2-sulfanyl-4,6- dimethylpyrimidine nhờ lý thuyết lượng tử Kết quả tính toán khá phù hợp với số liệu mà các tác giả trước đó đưa ra [31] Cũng trong năm 2003, M S Masoud đã nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến quá trình ion hóa của phân tử [11]:
Trong số các phương pháp điều chế dẫn xuất sulfanyl của pyrimidine, phương pháp tổng hợp đi từ thiourea với hợp phần 1,3-dicarbonyl có thuận lợi vì các nguyên liệu ban đầu dễ kiếm, tương đối bền vững Tuy nhiên, theo tài liệu mà các tác giả đã nêu chúng tôi thấy về phương pháp có một số hạn chế đó là: thời gian phản ứng khá lâu (tài liệu [27] thực hiện phản ứng trong 16 ngày), khi chuyển từ muối chlorohydrate sang dạng tự do nếu dùng KOH (hoặc NaOH) rắn sẽ làm biến chất sản phẩm do phản ứng tỏa nhiệt mạnh Theo tài liệu [35], các tác giả Trần
Quốc Sơn và Phạm Quốc Toản đã cải tiến bằng cách sử dụng xúc tác Al2O 3 và dùng K 2 CO 3 rắn để trung hòa HCl khi chuyển hóa từ dạng muối sang dạng tự do nhằm làm giảm thời gian phản ứng và tăng hiệu suất Vì vậy, đây là phương pháp được chọn khi thực hiện tổng hợp 4,6-dimethypyrimidine-2-thiol trong quá trình thực nghiệm
Pyrimidine có tính base yếu do ảnh hưởng hút electron của của dị tố thứ hai trong vòng
Trong dung dịch acid, dị vòng pyrimidine bị proton hóa
Vòng pyrimidine tác dụng với tác nhân alkyl hóa để tạo muối base nitơ bậc bốn, phản ứng phụ thuộc khá nhiều vào hiệu ứng electron của các nhóm thế của phân tử
Dị vòng pyrimidine khá bền vững với tác dụng của các chất oxi hóa Tuy nhiên, dưới tác dụng của các chất oxi hóa mạnh nó có thể chuyển thành mono- hoặc di-N- oxide
Phản ứng của N-oxide pyrimidine rất giống với các phản ứng của N-oxide pyridine hay N-oxide quinoline
Trong phản ứng thế electrophile (SE), khả năng phản ứng của pyrimidine kém hơn pyridine và nhất là so với benzene Nguyên nhân do sự có mặt của hai nguyên tử N lai hóa sp 2 Nhưng nếu trên vòng có gắn các nhóm hoạt hóa mạnh như hydroxy hay amino thì lúc đó có thể thực hiện sự thế electrophile
Phản ứng nucleophile có thể xảy ra ở các vị trí ortho hay para đối với dị tố nitơ trong vòng Nhưng các dữ kiện thực nghiệm cho thấy sự thế nucleophile các nguyên tử halogen liên kết trực tiếp với vòng pyrimidine ở vị trí para dễ dàng hơn ở vị trí ortho
Các nguyên tử halogen, nhóm methylsulfonyl gắn vào các vị trí 2 và 4 dễ dàng được thay thế bởi các tác nhân nucleophile
Hydro của nhóm methyl có trên vòng pyrimidine ở các vị trí 2 và 4 có tính acid và nhóm này dễ ngưng tụ với các chất có nhóm carbonyl
I.1.5 Hoạt tính sinh học của vòng pyrimidine
Vòng pyrimidine có trong thành phần của nhiều hợp chất thiên nhiên, đặc biệt nó tham gia vào thành phần các hệ thống hai vòng loại purine và pteridine.[17]
Trong thiên nhiên cũng thường gặp các hợp chất chứa vòng pyrimidine không ngưng tụ như axit orotic (vitamin B13), thiamine (vitamin B1), hay một vài chất kháng sinh…
(Sản phẩm thế ở vị trí số 4) là chủ yếu)
H 3 C thiamine Đáng chú ý hơn, dẫn xuất của vòng pyrimidine tham gia vào thành phần các acid nucleic: uracil, thymine và cytosine
Vòng pyrimidine còn có mặt trong hợp chất 5-bromouracil, một tác nhân hóa học gây đột biến mạnh và được sử dụng trong lĩnh vực đột biến tế bào Ví dụ, khi thay thế một base nitơ nào đó trong acid nucleic mẫu thì gây ra sự thay đổi các tính chất di truyền Giá trị của những đột biến đó khó mà đánh giá hết được Bên cạnh đó, 5-florouracil được dùng làm chất chống ung thư mà không gây phản ứng phụ Ngoài ra, nó còn được dùng đồng thời với sự chiếu xạ các khối u trong cơ thể Các dẫn xuất 5-hidroximethyl-4-methyluracil (pentoxyl) và 4-methyluracil (metaxyl) có tác dụng chống sốt mạnh Ngoài ra, các thuốc gây ngủ có cấu tạo là dẫn xuất của dị vòng pyrimidine, chẳng hạn “Veronal”, “Liuminal”.[17]
5-bromouracil 5-florouracil Đặc biệt, pyrimidine còn được dùng để tổng hợp nên nhiều loại dược phẩm, nông dược…[23]
Idoxuridine dùng làm thuốc chữa bệnh đau mắt, AZT dùng chữa bệnh AIDS
Các sulfamethazine, dẫn xuất của pyridine, là sunfamid có đặc tính kháng khuẩn mạnh, được dùng phổ biến trong điều trị nhiễm khuẩn
Gi ới thiệu về 4-amino-1,2,4-triazole-3-thiol/thione và dẫn xuất
Hợp chất 4-amino-1,2,4-triazole-3-thiol (3) và 4-amino-1,2,4-triazole-3-thione (4) là hai dẫn xuất của dị vòng 1,2,4-triazole Chúng cũng là hai dạng hỗ biến và có thể chuyển hóa lẫn nhau [24]
Tác giả [9, 21] cũng đã chứng minh được sự hỗ biến xảy ra ở các dẫn xuất 4-amino-3- aryl-1,2,4-triazole-5-thione:
Phổ hồng ngoại của 4-amino-3-[3,5-dimethyl-1-(4-nitrophenyl)-1H-pyrazol-4-yl)] methylen-1,2,4-triazole-5-thiol có vân hấp thụ đặc trưng cho liên kết N – H ( ở vùng 3350-
3450 cm -1 ) và C=S (ở 1180 cm -1 ) Đồng thời, trên phổ 1 H-NMR cũng xuất hiện tín hiệu rộng của proton trong nhóm SH tại 10,9-11,1 ppm Điều này chứng tỏ sự tồn tại đồng thời của hai dạng hỗ biến trên
Trên phổ hồng ngoại của 4-amino-3-tolyloximethyl-1,2,4-triazole-5-thione, sự có mặt của các vân hấp thụ đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết N-H ở 3152 và 3150 cm -1 , các vân có cường độ khá mạnh ở vùng 1319-1290 cm -1 của nhóm C=S cùng với những vân hấp thụ cường độ yếu ở vùng tần số 2600-2500 cm -1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm –SH chứng tỏ có hai dạng hỗ biến cùng tồn tại
I.2.2 Một số phương pháp tổng hợp 4-amino-1,2,4-triazole-3-thiol/thione I.2.2.1 Từ thiocarbohydrazide
Một số dẫn xuất 4-amino-1,2,4-triazole-3-thiol/thione được tổng hợp bằng cách đun hồi lưu hoặc đun nóng chảy acid carboxylic với thiocarbohydrazide (5) theo sơ đồ sau [4]:
R = H, CH 3 , CH 3 CH 2 CH 2 , CH 3 (CH 2 ) 2 CH 2 , CF 3 , C 6 H 5
Tương tự, 1-(6-methoxy-2-napthyl)-1-(5’-amino-s-triazole-3-yl)ethane-4’-thione được điều chế bằng cách đun nóng chảy (5) với acid 2-(6-methoxy-2-napthyl)- propanoic [4]
Cũng dùng phương pháp tương tự, các tác giả N.Demirbas, A.Demirbas, S.A.Karaoglu và E.Celik dùng ester thay cho acid carboxylic Đun hồi lưu ester với
(5) thì thu được 5-alkyl-4-amino-2-[4-amino-4H-3-oxo-1,2,4-triazole-3-yl]-2,4- dihidro-3H-1,2,4-triazole-5-thione [15]
I.2.2.2 Từ hydrazide của acid carboxylic
Phương pháp tổng hợp Hoggarth: đi từ chất đầu là hydrazide của acid carboxylic, sau đó tác dụng với carbon disulfide trong EtOH/KOH để chuyển thành dithiocarbazate Từ dithiocarbazate có thể ngưng tụ vòng trực tiếp bằng cách cho tác dụng với hydrazine hoặc gián tiếp tác dụng với CH3I rồi đóng vòng Hydrazine được sử dụng để đóng vòng 1,2,4-triazole do tính đơn giản, nguyên liệu dễ tìm, hiệu suất cao nên phương pháp này được nhiều tác giả sử dụng Phương pháp này được thực hiện theo sơ đồ sau [10,34,36]:
Adamantane-1-carbohydrazide (6) được ngưng tụ với carbon disulfide trong ethanol và KOH cho ngay sản phẩm kali acylhydrazine dithioformate (7) Sau đó, đóng vòng (7) với hydrazine hydrate (dư) cho hợp chất sản phẩm (8) [20]
(6) (7) (8) Đặc biệt, theo tài liệu [29], sau khi đun hồi lưu kali dithiocarbazate (9) với hydrazine trong dung môi ethanol người ta thu được một hỗn hợp sản phẩm gồm 4- amino-1,2,4-triazole-5-thione (10) và 1,3,4-oxadiazoline-5-thione (11)
Tổng quát, theo tài liệu [29], khi đi từ hydrazide của acid carboxylic người ta đã tổng hợp được các dẫn xuất aminotriazole sau (12÷22):
R= R = C C 6 6 H H 11 1 1,, C C 6 6 H H 5,, 5 4 4 F FC C 6 6 H H 4 4,, 2 2 B BrrC C 6 6 H H 4,, 4 2 2 C CH H 3 3 C C 6 6 H H 4 4,, 4 4 B BrrC C 6 6 H H 4,, 4 2 2 C CH H 3 3 C C 6 6 H H 4 4,, 4 4 C CH H 3 3 C C 6 6 H H 4 4,, 2 C 2 CH H 3 3 OC O C 6 6 H H 4,, 4 3 3 C CH H 3 3 O OC C 6 6 H H 4,, 4 2 2 C CllC C 6 6 H H 4 4,, 3 3 C CllC C 6 6 H H 4,, 4 4 4 C CllC C 6 6 H H 4,, 4 4 4 C C 3 3 H H 7 7 C C 6 6 H H 4 4,, 4 4 C C 6 6 H H 5 5 C C 6 6 H H 4,, 4 4 C 4 C 6 6 H H 5 5 OC O CH H 2 2 C C 6 6 H H 4,, 4 4 4 C C 6 6 H H 5 5 S SO O 2 2 C C 6 6 H H 4 4
Trong nghiên cứu, một phương pháp có hiệu suất cao để tổng hợp dẫn xuấ 4- amino-1,2,4-triazole-3-thiol/thione (24) là đi từ 1,3,4-oxadiazole-5-thione (23), qua phản ứng với hydrazine hydrat [2]
I.2.3 Một số hoạt tính sinh học của 4-amino-1,2,4-triazole-3-thiol/thione
Hợp chất 4-amion-1,2,4-triazole-3-thiol/thione và dẫn xuất đều mang đặc tính sinh học thể hiện ở diện rộng bao gồm kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virus, kháng viêm, chống co giật, chống trầm cảm, hạ huyết áp, giảm đau và hạ đường huyết [28] Nhiều nghiên cứu hiện nay về hợp chất 4-amino-1,2,4-triazole-3- thiol/thione và dẫn xuất của nó được tiến hành nhằm hướng đến các cách tổng hợp với hiệu suất cao và phát hiện thêm nhiều đặc tính mới của dị vòng quan trọng này cùng với dẫn xuất của chúng
Theo tài liệu [33], hợp chất (25) được tổng hợp theo sơ đồ bên dưới và tìm hiểu về hoạt tính sinh học Thí nghiệm được tiến hành với năm loại vi khuẩn, chất chuẩn được chọn để so sánh là kháng sinh Ciproflaxin Kết quả trình bày ở bảng 1.1
K NH-NH=C-NH-S K ref lux
B ảng 1.1 Kết quả khảo sát khả năng kháng khuẩn của hợp chất (25)
Từ bảng số liệu ta thấy, so với chất chuẩn là kháng sinh Ciproflaxin thì hợp chất
(25) đều kháng tốt (trên 70%) với các vi khuẩn thử nghiệm
Hợp chất Vùng ức chế (mm)
Theo tài liệu [3], hợp chất (26) được tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học
Kết quả được thể hiện ở bảng sau:
B ảng 1.2 Kết quả khảo sát khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của hợp chất (26)
Hợp chất Vùng ức chế (mm)
Nồng độ Vi khuẩn Gram dương Vi khuẩn Gram âm
(Cerftriaxon, Amoxicilline-thuốc kháng sinh; Fluconazole-thuốc kháng nấm)
Từ bảng số liệu ta thấy hợp chất khảo sát (26) có khả năng kháng tốt hơn kháng sinh Amoxciline trên cả bốn loại vi khuẩn So với kháng sinh Cerftriaxon, hợp chất
(26) thể hiện khả năng kháng đạt trên 80% Với khả năng kháng tốt như thế, hợp chất (26) là một đối tượng nhiều triển vọng để điều chế thuốc.
M ột số phản ứng chuyển hoá của 4-amino-1,2,4-triazole-3-thiol/thione
Theo tài liệu [22], các giả Trần Quốc Sơn, Lê Thanh Sơn, Ngô Đại Quang, Nguyễn Tiến Công cho (27) phản ứng với C2H 5 I thì thu được (28)
Theo tài liệu [1], tác giả đã tổng hợp được các dẫn xuất thế trên lưu huỳnh bằng cách cho (29) tác dụng với ClCOOEt và ClCOOH thu được hai sản phẩm (30) và
Chế hoá các aminotriazothione với halonitrile, acrylonitrile trong dung môi ethanol với sự có mặt của trimethyl amine và K2CO 3 thu được sản phẩm N-thế sau:
Theo tác giả [1, 5], khi acyl hoá các hợp chất (32), (34) thu được các sản phẩm
Theo tài liệu [18] tác giả Nguyễn Tiến Công, Bùi Thị Thùy Linh đã thu được sản phẩm ngưng tụ (36) theo sơ đồ sau:
Ar = 4-ClC 6 H 4, 4-CH 3 O C 6 H 4, 4-NO 2 C 6 H 4, 2-HO-5-BrC 6 H 3, 2-HO-5-IC 6 H 3
I.3.3 Phản ứng đồng thời ở hai nhóm –NH 2 và -SH
I.3.3.1 Phản ứng tạo thành dị vòng 1,3,4-thiadiazine
Theo tài liệu [15], dị vòng 1,3,4-thiadiazine (38) đươc tổng hợp từ 5-alkyl-4- amino-2-[4-amino-5-mercapto-4H-1,2,4-triazol-3-yl)methyl]-2,4-dihydro-3H-1,2,4- triazol-3-ones (37) qua phản ứng với bromoacetophenone
Theo tài liệu [18], Nguyễn Tiến Công và cộng sự cũng thu được các [1,2,4]triazolo[3,4- b][1,3,4]thiadiazine (39), (40) theo sơ đồ sau:
Theo tài liệu [1], khi thực hiện phản ứng giữa (41) với chloro acetonitrile và natri acetat trong ethanol thu được sản phẩm 6-amino-3-(1,3-diphenyl-1H-pyrazol-
4-yl)-7H-[1,2,4]triazolo[3,4-b][1,3,4]thiadiazine (42) với hiệu suất 90% Trong khi đó, cho (50) tác dụng với chloroacetone và α–bromoacetophenone trong dung môi etanol thu được triazolo[3,4-b][1,3,4]thiadiazines (43)
I.3.3.2 Phản ứng tạo dị vòng 1,3,4- thiadiazepine
Theo tài liệu [20], tách HBr của RCOCHBrCHBrR 1 thu được các α- bromochalcone, tiếp tục cho tham gia phản ứng với triazole tương ứng trong dung môi ethanol/KOH cho ra sản phẩm là triazolothiadiazepine (44)
R = Ph; R 1 = 4-MeOC 6 H 4 NH; R 2 = H, Me, Et, Pr, 4-MeC 6 H 4 OCH 2 , 4- ClC 6 H 4 OCH 2 , 2-MeC 6 H 4 OCH 2 , 2-ClC 6 H 4 OCH 2 ;
R = R 1 = 4-MeOC 6 H 4 NH; R 2 = Et, 2-MeC 6 H 4 OCH 2 ;
Tác giả ở tài liệu [1] đã giới thiệu ba sản phẩm chứa dị vòng 1,3,4- thiadiazepine (46)-(48) Sản phẩm được tổng hợp khi thực hiện phản ứng giữa dẫn xuất của 4-amino-1,2,4-triazole-3-thione (45) với ethoxymethylenemalonitrile, ethyl ethoxymethylenecyanoacetate và benzoyl acetonitrile trong ethanol
Các hợp chất (46), (47), (48) được khảo sát khả năng kháng virus trên cytotoxicy (tế bào bị viêm nhiễm) Kết quả cho thấy ba hợp chất đều có khả năng ức chế tế bào viêm nhiễm gây ra do vesicular stomatitis virus, Coxsackie virus B4 virus, respiratory syncytial virus, parainfluenza-3 virus, reovirus-1, ivirus, Punta Toro virus, herpes simplex virus-1 (KOS), herpes simplex virus-2 (G) và vaccinia virus
Theo tài liệu [7], Tiwari Nirupama và cộng sự đi từ 4-amino-5-mercapto-1,2,4- triazole (49) và acetylacetone thực hiện phản ứng đóng vòng thu được sản phẩm 1,2,4-triazolo [3,4-b][1,3,4]thiadiazepine (50)
Theo tài liệu [6], hợp chất 8-methyl-3,6,9-triphenyl-5,6-dihydro-9H- pyrazolo[3,4-e][1,2,4]triazole[3,4-b][1,3,4]thiadiazepine (53) được tổng hợp bằng cách cho (4E)-4-benzylidene-5-methyl-2-phenyl-3,4-dihydropyrazol-3-(2H)-one
(51) tác dụng với 4-amino-5-phenyl-4H-1,2,4-triazole-3-thiol (52) Hai chất được hòa trộn với khoáng montmorillonit, cho vào cốc Hỗn hợp được đặt dưới sóng vi ba, thời gian chiếu xạ từ 15-20 phút Dị vòng tạo thành do sự thế nucleophile giữa nhóm –SH vào vòng triazole, song song đó là sự ngưng tụ giữa nhóm –NH2 và nhóm C=O của vòng pyrazole dưới tách dụng của sóng vi ba Sản phẩm tách ra đổ vào cốc đá, khuấy đều, lọc, làm khô Sản phẩm kết tinh trong ethyl acetate Quy trình được minh họa theo sơ đồ sau:
R=H, OH, NO 2 , OCH 3 , Cl, Br R1=H, Cl
Tương tự, tác giả ở tài liệu [12] cũng giới thiệu phương pháp tổng hợp dị vòng 1,3,4-thiadiazepine từ 1,2,4-triazole dưới tác dụng của vi sóng theo sơ đồ sau:
Các hợp chất tổng hợp theo quy trên được khảo sát hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm Kết quả cho thấy, các hợp chất đều thể hiện khả năng kháng tốt với các loại vi khuẩn và nấm được chọn làm thí nghiệm Giá trị được trình bày ở bảng 1.3 và 1.4
B ảng 1.3 Kết quả khảo sát khả năng kháng khuẩn của hợp chất 3a-e, 4a-e
Hợp chất EC BS PA KA BB
Với: EC, E.coli K12; BS, B.subtilis; PA, P.aerogenosa; KA, K.aerogenes 2281;
B ảng 1.4 Kết quả khảo sát khả năng kháng nấm của hợp chất 3a-e, 4a-e
Theo tài liệu [13], dị vòng thiadiazepine được tổng hợp từ 1-amino-2-mercapto-1,3,4-triazole và 5-chloro-4-formyl-1,2-pyrazoles Phản ứng được tiến hành dưới tác dụng của vi sóng, kèm theo sự có mặt của các chất p-TsOH, nhôm oxit trong dung môi DMF Quy trình được mô tả bằng sơ đồ sau:
R=CH 3 , R'=(4-NO 2 )C 6 H 4 , R''=C 6 H 5 R=n-C 3 H 7 , R'=(4-NO 2 )C 6 H 4 , R''=C 6 H 5 R=C 6 H 5 , R'= 4 -BrC 6 H 4 , R''=C 6 H 5 R=(4-MeO 0 C 6 H 4 , R'=(4-NO 2 )C 6 H 4 , R''=C 6 H 5 R= 4 -ClC 6 H 4 , R'=(4-NO 2 )C 6 H 4 , R''=C 6 H 5
Tiến hành kiểm tra hoạt tính sinh học của sản phẩm Thí nghiệm được tiến hành với ba loại nấm Kết quả thí nghiệm được trình bày ở bảng 1.5
B ảng 1.5 Kết quả khảo sát khả năng kháng nấm của các hợp chất tổng hợp
Hợp chất Vùng ức chế (mm, %)
Aspergilus niger Aspergillus Flavus Rhizopus
B ảng 1.6 Khả năng kháng nấm của chất chất chuẩn (fluconazole)
Các kết quả thu được thể hiện bốn hợp chất chứa dị vòng thiadiazepine đều kháng tốt với các loại nấm được chọn trong thí nghiệm
Qua một số khảo sát hoạt tính sinh học, dị vòng 1,3,4-thiadiazepine đã cho thấy khả năng kháng mạnh với nhiều loại vi trùng, nấm Ngoài ra, dị vòng này còn thể hiện nhiều đặc tính dược lí, là một thành phần quan trọng để điều chế những loại thuốc chống những căn bệnh nguy hiểm: chống HIV, chống co giật, kháng siêu vi, thuốc chống loạn nhịp tim, thuốc an thần, kháng u, chống trầm cảm… Do đó dị vòng 1,3,4-thiadiazepine là đối tượng được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu với mong muốn tìm ra nhiều phương pháp tổng hợp mang lại hiệu suất cao và khám phá thêm những đặc tính quý báu của dị vòng này
Dị vòng 1,3,4-thiadiazepine có thể được tổng hợp không xuất phát từ dị vòng 1,2,4-triazole Một số kết quả tổng hợp như vậy đã được đề cập đến trong tài liệu
Dị vòng quinoline thiadiazepine (53) được tổng hợp bởi R.Gururaja và cộng sự bằng phản ứng ngưng tụ giữa 2-chloro-6-quinoline-3-carboxalhehyde với thiocarbohydrazide với dung môi pyridine
2-amino-4-phenyl1-6H,7H-1,3,4-thiadiazepine-5-one (54) được tổng hợp từ phản ứng đòng vòng ClCH2CH 2 COOH và PhNHCSNH 2 trong AcOH chứa NaOH/t 0
Tương tự, Brukstus A đã tổng hợp được benzimidazo [2,1-b] pyrimido [5,4- f][1,34] thiadiazepine (55)
Thực hiện phản ứng giữa ClCH2CH 2 COOH và PhNHNHCSNH 2 trong AcOH chứa NaOH đun hồi lưu xảy ra sự đóng vòng tạo thành sản phẩm 2-amino-4- phenyl-6H, 7H-1,3,4-thiadiazepin-5-one (56)
THỰC NGHIỆM
Sơ đồ thực nghiệm
Hợp chất 4-amino-5-{[(4,6-dimethylpyrimidine-2-yl)sulfanyl]methyl}-1,2,4- triazole-3-thiol/thione và các dẫn xuất chứa dị vòng thiadiazepine được tổng hợp theo sơ đồ sau:
T ổng hợp 4,6-dimethylpyrimidin-2-thiol/thione (N 1 )
2 N 1 HCl + K 2 CO 3 2N 1 + 2KCl + H 2 O + CO 2 b) Hóa chất
- 1 gam Al 2 O 3 c) Cách tiến hành
Hòa tan 38 gam thioure (0,5 mol) vào 125 ml etanol, thêm 75 ml HCl đặc và 1,0 gam Al 2 O 3 , sử dụng máy khuấy để tăng quá trình hòa tan thioure Cho thêm 61 ml acetylcacetone, nâng nhiệt độ máy khuấy lên khoảng 150°C, khuấy trong thời gian
2 giờ Để nguội, lọc tinh thể tạo ra và rửa với ethanol lạnh (chất rắn ở dạng tinh thể màu vàng thu được là muối của N 1 với HCl) Hòa tan lượng muối N 1 thu được vào nước nóng (khoảng 100ml), để nguội, thêm dần từng lượng nhỏ K2CO 3 dạng bột (pH ~ 7-8) thấy xuất hiện lại kết tủa Lọc kết tủa, kết tinh trong nước d) Kết quả
Thu được 53,2g tinh thể hình kim, màu vàng sáng, hiệu suất 76%, có nhiệt độ nóng chảy 213 o C Các giá trị phù hợp với tài liệu [19] đã công bố (212-214 o C).
T ổng hợp 2-[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]acetohydrazide (N 3 )
C 2 H 5 OH + ClCH 2 COOH ClCH 2 COOC 2 H 5 + H 2 O b) Hóa chất:
- Dung dịch NaCl bão hòa lạnh
Cho 100 gam ClCH 2 COOH rắn vào bình cầu 500 ml, thêm tiếp 150 ml
C 2 H 5 OH, rồi cho từ từ khoảng 12 – 15 ml H2SO 4 đặc vào hỗn hợp phản ứng Lắp hệ cất thủy phân (dùng benzene làm chất lôi cuốn hơi nước) đun hỗn hợp phản ứng đến khi không còn nước tách ra thì ngừng (thời gian phản ứng ít nhất khoảng 8 giờ) Để nguội hỗn hợp phản ứng, đổ hỗn hợp vào dung dịch NaCl bão hòa lạnh
Trung hòa acid dư bằng NaHCO3 (khuấy đều cho đến khi không còn bọt khí tách ra) Sau đó, chiết lấy lớp trên bằng diethyl ether Tiếp tục rửa lại một vài lần bằng dung dịch NaCl bão hòa để loại bớt rượu và kiềm (dư) có trong hỗn hợp sau phản ứng
Làm khan hỗn hợp vừa chiết bằng CaCl2 khan, lọc lấy chất lỏng chưng cất thu ester tạo thành ở 142 – 144 0 C d) Kết quả
Kết quả thu được 47,96 gam ester ở dạng lỏng, không màu và dễ gây kích ứng giác mạc mắt
II.3.1.2 Tổng hợp ethyl [(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]acetate
Hòa tan 7 gam N 1 (0,05 mol) và 6,9 gam K 2 CO 3 (0,05 mol) vào 150 ml acetone, khuấy ở 100°C khoảng 30 phút Cho thêm 6,3 ml ethyl monochloroacetate, khuấy hỗn hợp ở nhiệt độ 150 o C trong 12 giờ Lọc bỏ phần chất rắn không tan Dung dịch còn lại đổ vào nước muối bão hòa lạnh Sau đó, cho hỗn hợp thu được vào phễu chiết cùng với diethyl ether, chiết lấy lớp trên (khoảng 25 ml), cô đuổi bới dung môi Sản phẩm là một chất lỏng màu vàng d) Kết quả
Thu được 9,05 gam chất N 2 là chất lỏng, sánh màu vàng, hiệu suất 80%
II.3.2 Tổng hợp 2-[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]acetohydrazide (N 3 ) a) Phương trình phản ứng
- Ethanol tuyệt đối c) Cách tiến hành
Hòa tan 14,15 gam (0,07 mol) N 2 vào 25 ml ethanol và thêm vào 21 gam (khoảng 24 ml) hydrazine 50% (lượng hidrazine gấp 3 lần lượng ester ở trên) vào bình cầu dung tích 100 ml Đun sôi hồi lưu hỗn hợp trong 6 giờ Lượng hydrazine được chia thành từng đợt cho vào hỗn hợp (3 lần) Cất bớt dung môi, để nguội Sản phẩm kết tinh dạng bột màu trắng Lọc lấy sản phẩm và rửa với ethanol lạnh Nước lọc đem cô đuổi bớt dung môi, làm lạnh thu được sản phẩm Gộp sản phẩm thu được cả 2 lần Để khô ở nhiệt độ phòng Kết tinh chất rắn thu được trong ethanol d) Kết quả
Thu được 8,36 gam hợp chất N 3 (hiệu suất 63%), dạng bột màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 168-169 o C, giá trị phù hợp với tài liệu [19] đã công bố (167-168 o C)
II.4 Tổng hợp 4-amino-5-{[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]methyl}-1,2,4-triazole-3-thiol (N 4 )
II.4.1 Tổng hợp kali thiosermicarbazate (N 4’ ) a) Phương trình phản ứng
- Diethyl ether c) Cách tiến hành
Hòa tan 4 gam N 3 (0,02 mol) vào 50 ml ethanol Cho 1,12 gam KOH khan vào hỗn hợp và khuấy liên tục đến tan Cho từ từ 1,2 ml CS2 vào hỗn hợp trên Khuấy liên tục trong 1 giờ Lọc chất rắn và rửa lại bằng diethyl ether d) Kết quả
Thu được 2,9 gam N 4’ là chất rắn màu vàng nhạt, dễ chảy rữa trong không khí
II.4.2 Tổng hợp 4-amino-5{[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]methyl}-
1,2,4-triazole-3-thiol (N 4 ) a) Phương trình phản ứng
Hòa tan 2,9 gam N 4 ’ vào nước trong bình cầu 100 ml Sau đó cho thêm 2,5 ml hydrazine 50% vào bình cầu và đun hồi lưu trong 4 giờ Hỗn hợp thu để nguội ở nhiệt độ phòng Sau đó, trung hòa bằng acid CH3COOH đến pH ~ 6-7 Làm lạnh, chất rắn tách ra khỏi dung dịch Lọc lấy phần rắn Để khô ở nhiệt độ phòng, kết tinh lại bằng ethanol d) Kết quả
Thu được 1,1 gam hợp chất N 4 chất rắn, màu trắng, nóng chảy ở 197 – 198 o C
Hiệu suất 21%, phù hợp tài liệu [19] (197-198 o C.)
T ổng hợp các dẫn xuất chứa dị vòng thiadiazepine (N 5 , N 6 , N 7 )
II.5.1 Tổng hợp N 5 (X:-H) a) Phương trình phản ứng
Hòa tan 0,191 gam 2-chloroquinoline-3-carbaldehyde vào bình cầu 100 ml chứa
50 ml ethanol Sau đó hòa tan 0,268 gam N 4 và 0,082 gam natri acetate vào bình cầu, đun đến tan Đun hồi lưu hỗn hợp trong 8 giờ Dung dịch thu được để nguội ở nhiệt độ phòng Lọc và kết tinh phần chất rắn sinh ra bằng 1,4-dioxane và ethanol (tỉ lệ 1:1) d) Kết quả
Thu được 0,105 gam chất rắn màu vàng N6 Hiệu suất 26% Nhiệt độ nóng chảy
II.5.2 Tổng hợp N 6 (X:-Cl) a) Phương trình phản ứng
Hòa tan 0,226 gam 2,6-dichloroquinoline-3-carbaldehyde vào bình cầu 100 ml chứa 50 ml ethanol Sau đó hòa tan 0,268 gam N 4 và 0,082 gam natri acetate vào bình cầu, đun đến tan Đun hồi lưu trong 8 giờ Dung dịch thu được để nguội ở nhiệt độ phòng Sản phẩm tách ra dạng rắn, lọc và kết tinh phần chất rắn sinh ra bằng 1,4-dioxane và ethanol (tỉ lệ 1:1) d) Kết quả
Thu được 0,126 gam chất rắn màu vàng nâu N 5 Hiệu suất 30% Nhiệt độ nóng chảy 240 0 C
II.5.3 Tổng hợp N 7 (X:-CH 3 ) a) Phương trình phản ứng
Hòa tan 0,205 gam 2-chloro-6-methylquinoline-3-carbaldehyde vào bình cầu
100 ml chứa 50 ml ethanol Sau đó hòa tan 0,268 gam N 4 và 0,082 gam natri acetate vào bình cầu, đun đến tan Đun hồi lưu trong 8 giờ Dung dịch thu được để nguội ở nhiệt độ phòng Lọc và kết tinh phần chất rắn sinh ra bằng 1,4-dioxane và ethanol (tỉ lệ 1:1) d) Kết quả
Thu được 0,092 gam chất rắn màu vàng N 7 Hiệu suất 22%, nhiệt độ nóng chảy 245,85°C
B ảng 2.1: Tính chất vật lý các hợp chất trong quy trình thực nghiệm
Chất Trạng thái Dung môi kết tinh Hiệu suất (%) Nhiệt độ nóng chảy (°C)
N 1 Tinh thể hình kim, màu vàng H 2 O 76% 213
N 3 Dạng bột, màu trắng Ethanol 63% 168,5
N 4 Dạng rắn,màu trắng Ethanol 21% 197,5
N 5 Dạng bột, màu vàng Dioxan:ethanol 26% 237
N 6 Dạng bột, màu vàng Dioxan:ethanol 30% 240
N 7 Dạng bột, vàng nhạt Dioxan:ethanol 22% 245
Xác định tính chất
II.6.1 Xác định nhiệt độ nóng chảy
Các hợp chất đã tổng hợp đều là chất rắn Nhiệt độ nóng chảy được đo trên máy FP62 Mettler Toledo tại phòng thí nghiệm Hoá hữu cơ – Khoa Hoá – Trường ĐH Sư phạm TP Hồ Chí Minh
II.6.2 Phổ hồng ngoại (IR)
Phổ hồng ngoại của tất cả các hợp chất đã tổng hợp được ghi trên máy FTIR- 8400S SHIMADZU dưới dạng viên nén KBr, được thực hiện tại Khoa Hóa – Trường ĐH Sư phạm TP Hồ Chí Minh
II.6.3 Phổ cộng hưởng từ proton ( 1 H-NMR)
Phổ 1 H-NMR của các chất được ghi trên máy Bruker AC 500MHz trong dung môi DMSO được thực hiện tại Phòng cộng hưởng từ hạt nhân – Viện Hóa học –
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội
II.6.4 Hoạt tính kháng khuẩn
Việc thăm dò hoạt tính kháng khuẩn của các chất N 5 , N 6 , N 7 được thực hiện tại phòng thí nghiệm Vi sinh, khoa Sinh học, trường ĐH Sư phạm TP Hồ Chí Minh Các thí nghiệm khảo sát tính kháng khuẩn N 5 , N 6 , N 7 với 2 loại khuẩn
Escherichia coli và Bacillus subtilis được tiến hành như sau:
Nấu môi trường MPA với thành phần như sau: 5 g cao thịt, 5 g Peptone, 5 g NaCl khan, 20 g Agar, 1000 ml nước cất Khuấy đều hỗn hợp đến khi hoà tan hoàn toàn, hấp hỗn hợp trong nồi hấp áp suất Đổ hỗn hợp lần lượt lên các đĩa petri trong tủ cấy vô trùng, để yên trong 24 giờ
Cấy trải vi khuẩn Bacillus subtilis và Escherichia coli lên môi trường MPA trong đĩa petri Dùng khoan nút chai khoan một lỗ giữa đĩa
Hút 0,1ml chất ở các nồng độ với nồng độ 1% cho vào lỗ khoan
Đặt mẫu trong tủ lạnh từ 4-8 giờ, ủ ở nhiệt độ phòng 12 giờ, sau đó đo đường kính vòng vô khuẩn (lưu ý: trừ đi đường kính kháng khuẩn của dung môi hòa tan chất)
CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
T ổng hợp 4,6-dimethylpyrimidin-2-thiol/thione (N 1 )
III.1.1 Cơ chế phản ứng
Theo tài liệu [19, 20] phản ứng khép vòng pyrimidine xảy ra như sau:
Phản ứng tạo vòng pyrimidine ở trên gồm hai giai đoạn: cộng hợp nucleophile và tách loại nước Trong đó, tác nhân nucleophile là phân tử thiourea với hai đôi điện tử trên hai nguyên tử nitơ tấn công vào hai carbon của nhóm carbonyl, sau đó loại hai phân tử nước Hợp chất N 1 có nhiệt độ nóng chảy 213 o C, phù hợp với số liệu mà tài liệu [19] đã công bố
III.1.2 Phân tích phổ hồng ngoại
Phổ hồng ngoại (IR) của hợp chất N 1 (xem hình 3.1) xuất hiện đầy đủ các hấp thụ giống như hợp chất 4,6-dimethylpyrimidine-2-thiol mà tài liệu [18] giới thiệu: đám hấp thụ tù, rộng ở 2548 – 3188 cm -1 , các hấp thụ ở 3034cm -1 , 2914cm -1 ; 1624 cm -1 , 1570 cm -1 Điều đó chứng tỏ hợp chất mong muốn được tạo ra Đám hấp thụ trong khoảng tần số 2548 – 3188 cm -1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết S-H và N-H tham gia vào liên kết hidro Các hấp thụ ở gần 2548cm -1 ứng với dao động của liên kết S-H trong khi các hấp thụ ở gần 3188 cm -1 ứng với dao động của liên kết N-H Sự xuất hiện của đám hấp thụ trên được giải thích bằng hiện tượng tautomer hóa giữa hai dạng thiol (S-H) và thione (N-H) như các tài liệu
T ổng hợp T ổng hợp 2-[(4,6-dimethylpyrimidin-2- y)lsulfanyl]acetohydrazide (N 3 )
III.2.1 Tổng hợp ethyl 2-(4,6-dimethylpyrimidin-2-ylsulfanyl)acetate (N 2 ) III.2.1.1 Tổng hợp ethyl chloroacetate
Hình 3 1: Phổ hồng ngoại của hợp chất N 1
Cơ chế phản ứng ester hóa bao gồm proton hóa và loại proton Đầu tiên, nhóm carbonyl bị proton hóa bởi xúc tác acid Tác nhân nucleophile C2H 5 OH tấn công vào carbon carbonyl, tách nước và loại H + để thu được ester
Do phản ứng thuận nghịch nên việc loại bỏ nước bằng ống tách nước (dùng benzene làm dung môi lôi kéo hơi nước khỏi hỗn hợp phản ứng) sẽ tăng hiệu suất Trước khi chiết, phải trung hòa lượng acid H2SO 4 và ClCH 2 COOH dư bằng NaHCO 3 , đeo dụng cụ bảo hộ vì ester sinh ra gây dị ứng cho giác mạc
III.2.1.2 Tổng hợp ethyl 2-[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]acetate (N 2 )
Phản ứng xảy ra theo cơ chế thế lưỡng phân tử (SN2) với tác nhân nucleophile là anion 4,6-dimethylpyrimidine-2-thiolate Trong quá trình thực hiện, K2CO 3 được thêm vào với mục đích chuyển các phân tử 4,6-dimethylpyrimidine-2-thiol thành dạng ion Ở đây chúng tôi chọn K2CO 3 thay cho Na 2 CO 3 vì cation Na + và K + có cùng điện tích nhưng bán kính nguyên tử của K + lớn hơn Na + nên mật độ điện tích trên K + nhỏ hơn làm liên kết giữa K + và anion (4,6-dimethylpyrimidine-2-thiolate) càng kém bền, dễ phân ly và làm tăng nồng độ của tác nhân nucleophile
Vì K 2 CO 3 tan tốt trong nước tạo môi trường kiềm tương đối mạnh sẽ thủy phân ester tạo thành và ester tham gia phản ứng làm cho hiệu suất tổng hợp giảm nên chúng tôi chọn dung môi là acetone – một dung môi aprotic, thuận lợi cho phản ứng
S N 2 Ngoài ra dung môi acetone dễ bay hơi có thể loại khỏi sản phẩm dễ dàng
III.2.2 Tổng hợp 2-[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]acetohydrazide (N 3 ) III.2.2.1 Cơ chế phản ứng
Phản ứng xảy ra theo cơ chế cộng nucleophile (AN), tương tự như phản ứng tạo amide từ ester với tác nhân nucleophile là phân tử hydrazine qua hai giai đoạn: Giai đoạn 1: Nitơ trong phân tử hidrazine có đôi điện tử tự do đóng vai trò tác nhân nucleophile tấn công vào nguyên tử carbon của nhóm carbonyl mang một phần điện tích dương
Giai đoạn 2: Tách anion -OC2H 5 tạo sản phẩm hydrazide
Hydrazine dễ tan trong dung môi nên trong quá trình đun chúng tôi cho lượng hydrazine gấp 3-4 lần so với ester nhằm chuyển hóa hoàn toàn thành hydrazide Hydrazine được cho vào từ từ tránh làm môi trường quá kiềm sẽ thủy phân ester
III.2.2.2 Phân tích phổ hồng ngoại
Trên phổ IR của hợp chất N 3 (xem hình 3.2) xuất hiện hai pic hấp thụ ở 3277 cm -1 và 3161 cm -1 với cường độ mạnh, đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết N-H Pic hấp thụ với cường độ mạnh ở tần số 1690 cm -1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C=O trong nhóm hydrazide.
Ngoài ra, trên phổ IR của N 3 còn các pic hấp thụ tiêu biểu:
Pic hấp thụ ở 2999cm -1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H thơm
Pic hấp thụ ở 2911cm -1 , 2870 cm -1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H no
Các pic hấp thụ ở 1586, 1537cm -1 đặc trưng cho dao động của liên kết C=C và liên kết C=N
Hình 3.2 : Phổ hồng ngoại của hợp chất N 3
Kết quả phổ IR của hợp chất N 3 phù hợp với các giá trị trong tài liệu tham khảo
[19, 20] Do đó chúng tôi có thể kết luận hợp chất N 3 được tổng hợp thành công
III.3 Tổng hợp 4-amino-5-{[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]methyl}- 1,2,4-triazole-3-thiol/thione (N 4 )
III.3.1 Tổng hợp kali thiosemicarbazate (N 4’ )
III.3.1.1 Cơ chế phản ứng:
Do phản ứng xảy ra rất nhanh và tạo thành hỗn hợp đặc quánh nên cần được khuấy mạnh, trong trường hợp cần thiết có thể thêm một lượng dung môi ethanol Lượng ethanol không nên dùng quá dư vì sản phẩm có thể bị hoà tan một phần Do sản phẩm dễ tan trong nước nên dùng KOH và ethanol thật khan để không bị mất sản phẩm Khi lọc sản phẩm cần dùng diethyl ether rửa sản phẩm loại hết CS2 dư để phản ứng chuyển hoá kế tiếp được thuận lợi
Sản phẩm thu được ít tan trong ethanol, tan tốt trong nước Sự thay đổi độ tan chứng tỏ muối N 4’ đã được tạo thành Muối này được dùng ngay để tổng hợp dị vòng triazole mà không qua tinh chế
III.3.2 Tổng hợp 4-amino-5-{[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)sulfanyl]methyl}-
III.3.2.1 Cơ chế phản ứng
Theo tài liệu [19, 20] cơ chế đóng vòng 1,2,4-triazole-3-thiol được trình bày như sau:
Do hydrazine dễ bay hơi và xảy ra hiện tượng lưu huỳnh hoá nên tránh thực hiện phản ứng ở nhiệt độ quá cao (đun sát bếp điện) Sau khi acid hoá dung dịch sau phản ứng, cần có thời gian làm lạnh để sản phẩm tách ra hoàn toàn Do sản phẩm có nhóm -NH 2 và -SH nên dễ tan trong môi trường quá acid hay kiềm vì vậy sau khi lọc cần kiểm tra pH của môi trường để thu hết lượng sản phẩm sinh ra Sản phẩm thu được có nhiệt độ nóng chảy tăng cao (197°C), điều này giúp kết luận sơ bộ N 4 được tạo thành
III.3.2.2 Phân tích phổ hồng ngoại
Trên phổ IR của hợp chất N 4 (xem hình 3.3) xuất hiên hai pic hấp thụ có tần số
3238 cm -1 và 3120 cm -1 cường độ mạnh đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết N-H
So với phổ IR của hợp chất N 3 , dao động hóa trị của liên kết C=O đã mất, đồng thời xuất hiện pic có tần số 2773 cm -1 cường độ trung bình, đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết S-H
Ngoài ra, trên phổ IR của N 4 còn các hấp thụ đặc trưng:
Pic hấp thụ ở 2951cm -1 đặc trưng cho dao động hoá trị của liên kết C-H no
Pic hấp thụ ở 3053 cm -1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H thơm
Hai pic hấp thụ ở khoảng 1653cm -1 – 1575cm -1 đặc trưng cho liên kết C=C và C=N
Kết quả phổ IR của N 4 phù hợp với tài liệu [19] Chúng tôi tiếp tục khảo sát phổ 1 H- NMR của hợp chất N 4
III.3.2.3 Phân tích phổ cộng hưởng tử proton ( 1 H-NMR)
Hình 3 3: Phổ hồng ngoại của hợp chất N 4
Quan sát trên phổ 1 H-NMR của hợp chất N 4 (xem hình 3.4 và phụ lục 4) xuất hiện 5 tín hiệu ứng với 5 loại proton theo công thức dự kiến với cường độ tương đối là 6:2:2:1:1
Tín hiệu singlet có cường độ tương đối là 6, độ dịch chuyển hóa học δ =2,35 ppm được quy kết cho H 2 (H 2’ ) Do 6 proton này giống nhau về cấu tạo hóa học và vị trí không gian nên thuộc loại proton tương đương về độ dịch chuyển hóa học do đó có cùng độ dịch chuyển
Tín hiệu singlet có cường độ tương đối là 2 ở vùng 4,45 ppm được quy kết cho proton H 3 Tín hiệu singlet có cường độ tương đối là 2 ở vùng 5,60 ppm được quy kết cho proton H 4 (trong nhóm –NH 2 ) Tín hiệu singlet có cường độ tương đối là 1 ở vùng 6,98 ppm, là của proton H 1 , phù hợp với giá trị độ dịch chuyển của proton
Hình 3.4: Phổ 1 H- NMR của hợp chất N 4 trong dị vòng pyrimidine mà tài liệu [16] đã mô tả Tín hiệu singlet cuối cùng có cường độ tương đối là 1 ở vùng trường yếu 13,57 ppm ta quy kết cho proton H 5 gắn trên dị tố lưu huỳnh/ nitơ
T ổng hợp các hợp chất chứa dị vòng thiadiazepine N 5 , N 6 N 7
III.4.1 Cơ chế phản ứng
Phỏng theo tài liệu [6, 25, 26] có thể phản ứng gồm hai quá trình diễn ra đồng thời: thế nucleophile (SNAr) vào vòng thơm và ngưng tụ giữa nhóm –NH2 và – CHO
Quá trình 1: Thế nucleophile SNAr
Do dị vòng thơm được hoạt hóa bởi nhóm rút electron nên có thể xảy ra phản ứng thế nucleophile SNAr Tác nhân nucleophile tấn công vào hệ dị vòng được hoạt hóa tạo hợp chất trung gian sau đó tách nhóm –Cl hình thành liên kết với với lưu huỳnh
Quá trình 2: phản ứng ngưng tụ giữa –NH2 và –CHO
Nitơ trong nhóm -NH2 đóng vai trò là tác nhân nucleophile tấn công vào carbon carbonyl rồi chuyển hóa proton nhanh tạo sản phẩm bền hơn Trong môi trường base, hợp chất này tiếp tục tách nước để tạo sản phẩm cuối cho quá trình ngưng tụ
III.4.2 Phân tích phổ hồng ngoại
Hình 3.5 P hổ IR của hợp chất N 5 , N 6 , N 7
Quan sát kết quả phổ IR của hợp chất N 5 , N 6, N 7 ( xem hình 3.5) cho thấy: so với phổ của hợp chất N 4 ta thấy có nhiều sự thay đổi, minh chứng cho phản ứng đóng vòng đã thực hiện thành công:
Không còn pic đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết S-H ở 2773 cm -1 và liên kết N-H ở 3238 cm -1 và 3120 cm -1
Trên phổ xuất hiện các pic hấp thụ ở 2916 cm -1 đặc trưng cho liên kết C-H no Hai pic hấp thụ ở 1620 cm -1 , 1589 cm -1 đặc trưng cho hấp thụ của liên kết C=Cthơm, C=N
Kết quả phổ IR phù hợp với công thức dự kiến cho ba hợp chất N 5 , N 6, N 7 (kết quả tóm tắt thể hiện oĐể chính xác hơn chúng tôi khảo sát phổ H 1 -NMR của ba hợp chất N 5 , N 6, N 7
III.4.3 Phân tích phổ cộng hưởng từ H 1 -NMR
Hình 3.6 P hổ 1 H- NMR của hợp chất N 5
Trên phổ 1 H-NMR ta thấy có 9 tín hiệu ứng với 9 loại proton có cường độ tương đối là 6: 2: 1: 1: 1: 1: 1: 1:1 phù hợp với cấu trúc dự kiến của hợp chất N5
Tín hiệu singlet có cường độ tương đối là 6, độ dịch chuyển hóa học δ=2,29 ppm được quy kết cho H 2 và H 2’ Do 6 proton này giống nhau về cấu tạo hóa học và vị trí không gian nên thuộc loại proton tương đương về độ dịch chuyển hóa học vì thế chúng có cùng độ dịch chuyển hóa học
Quan sát trên phổ giãn rộng (phụ lục 8) ta thấy tín hiệu singlet, cường độ tương đối là 2, độ dịch chuyển δ=4,63 ppm được quy kết cho proton H 3
Tín hiệu singlet, cường độ là 1, độ dịch chuyển hóa học δ =6,96 ppm được quy kết cho proton H 1 , đây là độ dịch chuyển đặc trưng cho proton trong dị vòng pyrimidine
Trong vùng 8,8 ppm đến 9,0 ppm xuất hiện hai tín hiệu có cường độ tương đối bằng 1 đều ở dạng singlet Hai tín hiệu này ứng với các proton không tương tác với các proton ở cạnh chúng Như vậy đây phải là các tín hiệu thuộc về H 4 và H 5 H 4 nằm gần dị tố nitơ, chịu ảnh hưởng của hiệu ứng –I của nitơ nên mật độ electron giảm do đó tín hiệu của H 4 dịch chuyển về trường yếu hơn so với tín hiệu của H 5
Từ đó, ta có thể quy kết pic singlet cường độ là 1 tại độ dịch chuyển hóa học δ=8,89 ppm cho proton H 4 ; pic singlet có cường độ tương đối là 1, độ dịch chuyển hóa học 8,86 ppm cho proton H 5
Trong vùng 7,8 ppm đến 8,2 ppm, xuất hiện hiện hai pic dạng doublet cường độ là 1 có hằng số tương tác spin-spin lần lượt là 3 J=8,0 Hz và 3 J=8,5 Hz ứng proton có sự ghép spin-spin với proton khác ở vị trí ortho Vì vậy, hai tín hiệu đó thuộc về hai proton H 6 , H 9 Do H 9 gần dị tố nitơ, chịu ảnh hưởng của hiệu ứng –I nhiều nên tín hiệu sẽ dịch chuyển về vùng trường yếu Ta có thể quy kết pic doublet tại δ 8,16 ppm có 3 J=8,0 cho H 9 và pic doulet tại δ=8,08 ppm có hằng số tách 3 J=8,5 cho H 6
Tín hiệu của proton H 8 trên vòng quinoline thường xuất hiện ở trường yếu hơn hơn so với tín hiệu của proton H 7 [16] Do đó, tín hiệu ở vùng δ=7,78 có sự tương tác spin-spin với hằng số ghép spin-spin 3 J 1 =8,0 Hz, 3 J 2 =7,5 Hz tạo thành dạng doublet-doublet quy kết cho proton H 7 (tương tác đồng thời với H 6 và H 8 ) Tín hệu ở vùng δ=7,98 ppm có sự tương tác spin-spin với hằng số ghép spin-spin
3 J 1 =8,5Hz, 3 J 2 =8,5Hz tạo dạng doublet-doublet được quy kết cho proton H 8 (tương tác đồng thời H 7 và H 9 )
Hình 3.7 Phổ 1 H- NMR của hợp chất N 6
Trên phổ 1 H-NMR của N6 (hình 3.6 và phụ lục 9)thu được 8 tín hiệu ứng với 8 loại proton trên công thức dự kiến với cường độ tương đối là 6:2:1:1:1:1:1:1
Tương tự như phổ của N 5 , pic singlet có cường độ tương đối bằng 6, độ dịch chuyển hóa học δ=2,29 ppm được quy kết cho các proton H 2,2’ , pic singlet có cường độ bằng 2 với độ dịch chuyển hóa học δ=4,63 ppm được quy kết cho proton H 3 , pic singlet có cường độ tương đối là 1 với độ dịch chuyển hóa học δ=6,97 ppm được quy kết cho proton H 1 Hai pic singlet có cường độ tương đối là 1 trong vùng 8,8 ppm đến 8,9 ppm được quy kết cho proton H 4 và H 5 Trong đó, H 4 gần dị tố nitơ bị ảnh hưởng hiệu ứng –I nhiều hơn H 5 nên dịch chuyển về trường yếu hơn vì thế ta quy kết pic singlet có cường độ là 1 với độ dịch chuyển δ=8,92 ppm cho H 4 và pic singlet có cường độ tương đối là 1 với độ dịch chuyển δ=8,8 ppm được quy kết cho proton H 5
Trong vùng 8,0 ppm đến 8,3 ppm ta thấy có 3 tín hiệu với cường độ tương đối 1:1:1 thuộc về 3 proton trên vòng quinoline Xét tại độ dịch chuyển δ=8,3 ppm, xuất hiện pic doublet với 3 J=2,5 Hz (hai proton tương tác spin-spin ở vị trí meta) được quy kết cho proton H 6 Xét tại độ dịch chuyển δ=8,1 ppm xuất hiện tín hiệu doublet với hằng số tách 3 J=9,0 Hz (hai proton tương tác spin-spin ở vị trí ortho) được quy kết cho proton H 9 Xét tại độ dịch chuyển δ=7,9 ppm xuất hiện tín hiệu doublet- doublet với hằng số tách 3 J 1 =8,5 Hz, 4 J 2 =2,5 Hz (ứng với proton có sự tương tác spin-spin đồng thời với một proton ở vị trí ortho và một proton ở vị trí meta) được quy kết cho proton H 8
Hình 3.8 Phổ 1 H- NMR của hợp chất N 7
Trên phổ 1 H-NMR của hợp chất N7 (phụ lục 11) ta quan sát thấy có 9 tín hiệu proton theo công thức dự kiến (9 loại proton) với cường độ tương đối là 6:3:2:1: 1: 1: 1: 1: 1
Trên phổ ta vẫn quan sát thấy những tín hiệu tương tự với phổ của hợp chất N 5 ,
N 6 Về phía trường mạnh vẫn thấy xuất hiện pic singlet có cường độ tương đối là 6 với độ dịch chuyển δ=2,28 ppm được quy kết cho các proton H 2,2’ , pic singlet có cường độ tương đối là 2 với độ dịch chuyển δ=4,62 ppm được quy kết cho proton