Tổng hợp, cấu trúc một số dị vòng chứa nitơ mang vòng coumarin

Trang 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Trang 2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN MỸ VÂN TỔNG HỢP, CẤU TRÚC MỘT SỐ DỊ VÒNG CHỨA NITƠ MANG VÒNG COUMARIN Ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 8.4

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Dương Ngọc Toàn

THÁI NGUYÊN - 2023

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc của mình tới PGS TS Dương Ngọc Toàn - người đã tin tưởng giao đề tài, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận văn Đồng thời tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong tổ Hóa Hữu cơ thuộc bộ môn Hóa học Ứng dụng, các thầy cô giáo trong trong Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên cùng các bạn học viên cao học K29B, phòng thí nghiệm Hóa Hữu cơ đã điều kiện thuận

lợi và giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn

Cuối cùng, tôi xin kính chúc các thầy cô luôn mạnh khỏe, hạnh phúc

và thành công trong công việc cũng như trong cuộc sống!

Tôi xin chân thành cám ơn!

Thái Nguyên, tháng 12 năm 2023

Học viên

Nguyễn Mỹ Vân

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đã thực hiện việc kiểm tra mức độ tương đồng nội dung luận văn qua phần mềm Turnitin một cách trung thực và đạt kết quả mức độ tương đồng 28% Bản luận văn kiểm tra qua phần mềm là bản cứng đã nộp để bảo vệ trước hội đồng Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

Thái Nguyên, tháng 12 năm 2023

Học viên

Nguyễn Mỹ Vân

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ iv

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Các hợp chất có chứa vòng coumarin 3

1.1.1 Sơ lược coumarin 3

1.1.2 Các phương pháp tổng hợp vòng coumarin 4

1.2 Hoạt tính sinh học 10

1.2.1 Hoạt tính chống đông máu 10

1.2.2 Hoạt tính chống đái tháo đường 11

1.2.3 Hoạt tính chống ung thư 11

1.2.4 Hoạt tính chống lao 12

1.2.5 Hoạt tính kháng khuẩn 12

1.2.6 Hoạt tính chống oxi hóa 12

1.2.7 Hoạt tính chống nấm 13

1.3 Pyrimidine 13

1.3.1 Sơ lược về pyrimidine 13

1.3.2 Các phương pháp tổng hợp các hợp chất lai coumarin-pyrimidine 17

Chương 2: THỰC NGHIỆM 22

2.1 Sơ đồ phản ứng 22

2.2 Tổng hợp 2,4-đihiđroxiaxetophenon(giai đoạn 1) 23

2.3 Tổng hợp 6-axetyl-5-hiđroxi-4-metylcumarin( giai đoạn 2) 23 2.4 Tổng hợp keton ,- không no từ 6-axetyl-5-hiđroxi-4-metylcumarin(

2.5 Tổng hợp 2-aryl-4-(5’-hidroxi-4’-metylcumarin-6’-yl)-1,5-benzothiazepin

(giai đoạn 4) 25

2.6 Tổng hợp 6-(2-amino-6-(aryl)pirimidin-4-yl)-5-hydroxy-4-metyl-2H-chromen-2-one 26

2.7 Xác định tính chất vật lý của các hợp chất tổng hợp được 27

2.7.1 Sắc ký bản mỏng 27

2.7.2 Nhiệt độ nóng chảy 27

2.7.3 Phổ hồng ngoại (IR) 27

2.7.4 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) 27

2.7.5 Phổ khối lượng (MS) 28

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Tổng hợp 6-axetyl-5-hiđroxi-4-metylcumarin (II) 29

3.2 Tổng hợp xeton ,- không no 29

3.3 Tổng hợp, cấu trúc của các hợp chất 2-aminopyrimidine mang vòng coumarin 30

3.4 Tổng hợp, cấu trúc của hợp chất benzothiazepine mang vòng coumarin 35

KẾT LUẬN 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

PHỤ LỤC 50

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ

Hình 1 Một số dẫn xuất coumarin được sử dụng làm thuốc 2

Hình 1.1: Một số hợp chất có hoạt tính chống đông máu 11

Hình 1.2: Một số hợp chất có hoạt tính chống đái tháo đường 11

Hình 1.3: Một số hợp chất có hoạt tính chống ung thư 11

Hình 1.4: Một số hợp chất có hoạt tính chống lao 12

Hình 1.5: Một số hợp chất có hoạt tính kháng khuẩn 12

Hình 1.6: Một số hợp chất có hoạt tính chống oxi hóa 13

Hình 1.7: Một số hợp chất có hoạt tính chống nấm 13

Hình 1.8 Sơ đồ tổng hợp các hợp chất lai coumarin-pyrimidine xuất phát từ 7-hydroxycoumarin 17

Hình 1.9 Sơ đồ tổng hợp các hợp chất lai benzo[f]coumarin-pyrimidine đi từ 4-hydroxybenzaldehyde 18

Hình 1.10 Sơ đồ tổng hợp các hợp chất lai coumarin-pyrimidine đi từ 3-acetylcoumarin 18

Hình 1.11 Tổng hợp một số hợp chất lai coumarin-pyrimidine 20

Hình 1.12 Tổng hợp một số hợp chất lai coumarin-pyrimidine 21

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ tổng hợp các hợp chất xuất phát từ resorcinol 22

Hình 3.1 Phổ IR của hợp chất (V1) 31

Hình 3.2: Liên kết hydro nội phân tử xuất hiện trong hợp chất lai coumarin-pyrimidine 31

Hình 3.3 Phổ 1H NMR của hợp chất (V2) 32

Hình 3.4 Phổ HSQC của hợp chất (V2) 33

Hình 3.5 Phổ HMBC của hợp chất V2 34

Hình 3.6 Phổ LC MS của hợp chất V2 35

Hình 3.7 Phổ IR của hợp chất VI 36

Hình 3.9 Một phần phổ HSQC của hợp chất VI 37

Hình 3.10 Một phần phổ HMBC của hợp chất VI 37

Hình 3.11 Một phần phổ HMBC của hợp chất VI 38

Hình 3.12 Phổ LC MS của hợp chất VI 39

MỞ ĐẦU

Bệnh truyền nhiễm luôn là một vấn đề sức khỏe nghiêm trọng trên toàn thế giới do vi khuẩn lây truyền nhanh chóng trong môi trường Ở những khu vực đông dân cư, việc kiểm soát lây nhiễm chéo từ người sang người càng trở nên khó khăn Hiện nay, có nhiều loại thuốc điều trị các bệnh truyền nhiễm Tuy nhiên, thực tế đáng lo ngại là các loại vi khuẩn đang dần trở nên đề kháng với hầu hết các loại thuốc Vì vậy nhu cầu tìm kiếm các phân tử trị liệu mới đặt ra thách thức lớn cho cộng đồng khoa học trong công cuộc chống lại các căn bệnh truyền nhiễm này

Cùng với sự phát triển của hóa học hữu cơ nói chung, hóa học các hợp chất

dị vòng cũng đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học, y học cũng như đời sống

Coumarin (2H-chromen-2-one) là một hữu cơ thơm thuộc dị vòng

benzopyrone Nó là một chất tự nhiên được tìm thấy trong nhiều loại thực vật và

là chất kết tinh không màu ở trạng thái tiêu chuẩn Dị vòng coumarin có một vai trò quan trọng, được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau như y học, nông nghiệp, công nghiệp

Các hợp chất hữu cơ có chứa vòng coumarin thường thể hiện hoạt tính sinh học đa dạng Cấu trúc độc đáo của Coumarin có khả năng đặc biệt cho phép các dẫn xuất của nó dễ dàng tương tác với nhau Do đó, coumarin được coi là thuốc chữa bệnh thu hút sự quan tâm đặc biệt do những đóng góp tiềm năng của nó trong phòng ngừa và điều trị nhiều bệnh tật

Nhiều hợp chất có chứa các dị vòng này đã được sử dụng như là hoạt tính chính trong một số loại thuốc được lưu hành trên thị trường Hình 1 chỉ ra một

số loại thuốc trên thị trường có chứa vòng coumarin, như warfarin [1], dicumarol [2] (thuốc chống đông máu), novobiocin [3], clorobiocin [4] (thuốc kháng sinh)

O

O H

OH

O O

NH O O

O

O N

H2O

OH

OH

Novobiocin

Hình 1 Một số dẫn xuất coumarin được sử dụng làm thuốc

Các dẫn xuất của coumarin (2H-chromen-2-one) có nhiều ứng dụng và được

sử dụng trong nước hoa, dược phẩm và hóa chất nông nghiệp Nhiều dẫn xuất của coumarin phân bố rộng rãi trong nhiều thực vật [1] Các dẫn xuất của coumarin biểu lộ nhiều hoạt tính sinh học đáng chú ý [16], như hoạt tính chống ung thư [14], kháng viêm [19], chống oxy hoá và gây độc tế bào [20]…

Dị vòng pyrimidine đã được biết tới như một hợp chất đóng vai trò chuyển hóa sinh học, là bộ khung của các phân tử thymine, cytosine, uracil – Những hợp chất cấu trúc nên acid nucleic, AND, ARN,… Bên cạnh đó, các dẫn xuất chứa dị vòng pyrimidine đang là đối tượng hấp dẫn để nghiên cứu về tính chất và ứng dụng của nó trong thực tiễn Các dẫn xuất chứa dị vòng pyrimidine có những đặc

tính sinh học quý báu như dùng làm thuốc chữa các bệnh Batzelladine trong thuốc điều trị HIV, Monastrol và Fluorastrol trong thuốc điều trị ung thư hay

Tenolol, Amlodipine, Nifedipine trong thuốc điều trị cao huyết áp, vv…

Với ý nghĩa thực tiễn và tầm quan trọng của dị vòng chứa nitơ mang vòng

coumarin cũng như chất lai coumarin- pyrimidine Chúng tôi đề xuất đề tài: “Tổng hợp, cấu trúc một số dị vòng chứa nitơ mang vòng coumarin”

Mục tiêu của đề tài là:

- Tổng hợp dãy ketone ,- không no đi từ chất đầu là resoxinol

- Xuất phát từ các ketone ,- không no tổng hợp được chúng tôi tiến hành tổng hợp ra các hợp chất hữu cơ chứa các nhân dị vòng như: các pyrimidine, benzodiazepine,…

- Khảo sát cấu trúc của các hợp chất đã tổng hợp được

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Các hợp chất có chứa vòng coumarin

1.1.1 Sơ lược coumarin

Theo tài liệu [78]:

Tên gọi:

- IUPAC: 2H-Cromen-2-on;

- Tên gọi khác: 2-Benzopiron,

2H-1-Benzopiran-2-on, α-Benzopiron

Tính chất vật lý:

- Coumarin là tinh thể không màu hoặc

màu trắng; mùi thơm dễ chịu, có mùi

6 7 8

Các nhà khoa học đã tìm thấy sự có mặt của coumarin trong nhiều loài

thực vật, đặc biệt đậu Tonka (Đipteryx odorata) có chứa hàm lượng cao coumarin, ngoài ra còn có cỏ Vanilla (Anthoxanthum odoratum), cỏ ba lá (Meliotus L.), cỏ Xa điệp (Galium odoratum), cây cải hương, cỏ Ngọt (Hierochloe odorata), cây Thuốc lá (Nicotiana tabacum), trong củ Nghệ vàng

(Curcuma longa L.) Sự có mặt của coumarin có tác dụng chống sâu bệnh cho

cây Coumarin đã được sử dụng trong nước hoa từ năm 1882 do mùi hương ngọt ngào của nó mang lại

Mặc dù coumarin không có hoạt tính chống các tế bào máu kết tụ lại, nhưng coumarin vẫn được sử dụng trong ngành công nghiệp dược phẩm với vai trò là chất đầu để tổng hợp nên một số dược phẩm như thuốc kháng đông máu dicoumarol (thuốc kháng đông máu tự nhiên được tìm thấy trong một vài loài

coumarin có tác dụng làm dãn động mạch vành và mạch ngoại vi, có tác dụng chống co thắt Một số chất có tác dụng ức chế sinh trưởng thực vật

Coumarin có giá trị y tế lâm sàng, như một công cụ điều chỉnh phù nề Coumarin và các loại benzopyone, 1,2-benzopyrone, diosmin và các loại khác, được biết là kích thích các đại thực bào để giảm albumin ngoại bào, cho phép tái hấp thu nhanh hơn các chất lỏng nề[78]

Coumarin cũng được sử dụng làm môi trường khuếch đại trong một số laser nhuộm, và rất nhạy cảm trong các công nghệ quang điện cũ[78]

Coumarin lần đầu tiên được phân lập như một sản phẩm tự nhiên vào năm

1820 bởi A Vogel, sau đó được tổng hợp lần đầu vào năm 1868 bởi nhà hóa học người Anh William Henry Perkin[62]

1.1.2 Các phương pháp tổng hợp vòng coumarin

1.1.2.1 Tổng hợp coumarin theo phương pháp Perkin

Đây là phương pháp đơn giản và thuận tiện nhất để tổng hợp cumarin, trên

cơ sở phản ứng của anhiđrit axetic hoặc axyl halogenua và dẫn xuất anđehit salixylic, xúc tác được sử dụng là natri axetat hoặc Et3N [9, 61]:

O O

-H 2 O

CH3COO -CH 3 COOH

1.1.2.2 Tổng hợp coumarin theo phương pháp Pechmann

Theo tài liệu [7, 9]: phương pháp Pechmann tổng hợp dẫn xuất cumarin đi

từ các acid cacboxylic hoặc este chứa nhóm β-cacbonyl với phenol, xúc tác được

sử dụng là acid H2SO4 đặc hoặc Lewis acid AlCl3, BiCl3 ta sẽ thu được các dẫn xuất coumarin thế ở vị trí số 4 Ta có thể mô tả các quá trình của phản ứng bằng

O

O EtO

O AlCl3

H O

AlCl3

80-85%

-H

-AlCl3-OH

Tùy thuộc vào cấu tạo của phenol và loại xúc tác sử dụng mà phản ứng sẽ xảy ra trong các điều kiện rất khác nhau Với phenol không thế, phản ứng cho hiệu suất tốt tuy nhiên điều kiện của phản ứng khắc nghiệt [48, 63]

Phản ứng được thực hiện với phenol cho kết quả tốt hơn cả, có khả năng phản ứng lớn nhất là resoxinol, phản ứng đạt được hiệu suất cao dù được tiến hành ở điều kiện khá êm dịu:

O O

Một cách đáng tin tưởng, phản ứng xảy ra theo cơ chế:

- Giai đoạn 1: Là sự tấn công electronphin của nhóm cacbonyl ketone được proton hóa và vòng thơm Chính khả năng phản ứng cao hơn của nhóm cacbonyl ketone so với nhóm cacbonyl este là điều kiện cho sự hình thành cuối cùng của vòng coumarin

- Giai đoạn 2: Phản ứng giữa nhóm –OH của resoxinol và nhóm este của etylaxetoaxxetat tách đi nột phân tử ethanol để hình thành vòng coumarin

Với các dẫn xuất coumarin khác, phương pháp này yêu cầu việc sử dụng các formylaxetic acid hoặc este Những hợp chất này có đặc điểm không bền và không có sẵn trên thị trường, nhưng ngay trong phản ứng có thể sinh ra axit này nếu sử dụng malic acid và sunfuric acid ở nhiệt độ trên 100°C Ngay sau khi

được sinh ra, quá trình ngưng tụ Pechmann sẽ xảy ra với các formylaxetic acid

Một ví dụ điển hình là umbeliferon được tổng hợp bằng cách như thế, tuy nhiên hiệu suất của quá trình phản ứng thấp:

O

OH O

OH HO

OH O

H

OH O

O

O O

1 -4h

R

OH O

1.1.2.3 Tổng hợp coumarin theo phương pháp Knoevenagel

Để tổng hợp vòng cumarin có nhóm thế ở vị trí số 3 [48, 57, 73] thì phương

pháp ngưng tụ Knoevenagel đóng vai trò quan trọng, sự tương tác giữa các hợp chất kiểu o-hiđroxiaryl anđehit và hợp chất có nhóm metylen hoạt động trong -đicacbonyl [9] là cơ sở của phản ứng này:

CHO

OH

+ O

Phản ứng ngưng tụ Knoevenagel được thực hiện dưới tác dụng của sóng

điện từ, ethyl carboxylat và các dẫn xuất anđehit salixylic, xúc tác được sử dụng

là piperiđin trong thời gian phản ứng ngắn: 1-10 phút nhưng hiệu suất đạt được khá cao: 55-96% [7, 54, 73]

CHO +

Bên cạnh việc sử dụng xác tác là các base yếu như piperidin…trong phản

ứng Knoevenagel, việc sử dụng các chất lỏng ion (Ionic liquid) vừa là chất xúc

tác vừa là dung môi đang được áp dụng nhiều hơn ở thời điểm hiện tại Các chất lỏng ion khi sử dụng có ưu điểm lớn là không gây độc hại đến môi trường và có thể tái sử dụng nhiều lần

Một ví dụ về việc sử dụng xúc tác và dung môi là các chất lỏng ion đó là dùng [bmIm]OH (1-butyl-3-metylimidazol hiđroxit) trong phản ứng

Knoevenagel [71] theo sơ đồ sau:

EWG

Thời gian thực hiện phản ứng ngắn, từ 15-20 phút, với hiệu suất phản ứng tương đối cao, từ 82-92%

1.1.2.4 Tổng hợp coumarin theo phương pháp Reformatsky

Theo tài liệu [7]: Phương pháp Reformatsky được thực hiện dựa trên sự tương tác của kim loại kẽm với một α-halogen este, sản phẩm phản ứng sinh ra

hợp chất cơ kẽm Hợp chất cơ kẽm tiếp tục phản ứng với dẫn xuất của anđehit

salixylic tạo sản phẩm là β-hiđroxi este, sau đó β-hiđroxi este này tách nước và

vòng hóa nội phân tử sẽ cho sản phẩm là dẫn xuất coumarin Dung môi thường

được sử dụng cho phản ứng là đietyl ete, THF hoặc toluen khan [54] Ta có thể

mô tả các quá trình của phản ứng theo sơ đồ sau:

CH3

O

O O

R' R

0.1 eq piperidin THF, 80°C 12-15H

R

Ar O

0.2 eq H2N-CH2-CH2-NH2 2AcOH [bmin]BF4 r.t, x-y h

R: H, Me,Br

R'

Pd(OAc)2Phenanthrolin CO/air (1:1, 3 atm) MeCN, 1100C, 20h

CHO OH

R': Me, Et

PPh3DMF

O CHO

R

O

CO2R'

1.2 Hoạt tính sinh học

1.2.1 Hoạt tính chống đông máu

Đề tài trọng điểm cấp bộ B2005-04-46TĐ về dịch chiết cây riềng đỏ chữa

cơ tim thiếu máu cục bộ, tác giả đề tài là bác sĩ Hoàng Sầm, đại học y cũng chỉ

ra rằng Coumarin có tác dụng trong việc giãn nở mạch vành và chống đông máu cho bệnh nhân loại này [5]

O

O O

OH OH

O O O O

Hình 1.1: Một số hợp chất có hoạt tính chống đông máu

1.2.2 Hoạt tính chống đái tháo đường

Kết quả thử nghiệm hoạt tính ức chế in vitro, in silico và các mô hình động

vật đơn giản cho thấy một vài hợp chất lai coumarin có thể làm giảm tốc độ hấp thu glucose ở ruột, tăng mức insulin, tăng hấp thu glucose của tế bào, giảm quá trình tái tạo glucose [19]

O O

Umbelliferone

Hình 1.2: Một số hợp chất có hoạt tính chống đái tháo đường

1.2.3 Hoạt tính chống ung thư

Các hợp chất của methylquinolin-2(1H)-one đã được sàng lọc về hoạt tính chống ung thư in vitro bao gồm các dòng tế bào ung thư biểu mô(KB) và tế bào ung thư gan (HepG2) Ellipticine được sử dụng làm chất đối sánh [19]

3-(2-amino-6-arylpyrimidin-4-yl)-4-hydroxy-1-O

O O

Auraptene

O

N

SO2N

O Br

Hình 1.3: Một số hợp chất có hoạt tính chống ung thư

1.2.4 Hoạt tính chống lao

Chiang và cộng sự đã phân lập 10 hợp chất lai coumarin Từ các kết quả chống lao, người ta nhận thấy rằng trong số các chất lai coumarin được thử nghiệm, scopoletin được phát hiện là chất có hoạt tính in vitro mạnh nhất chống lại chủng Mtb H37Rv với MIC 42 μg/ml Hoạt tính của hợp chất được so sánh với thuốc chống lao tiêu chuẩn ethambutol (MIC 6.25 μg/ml)

Appendino và cộng sự cũng đã phân lập các chất lai ferulenol coumarin

và thử nghiệm hoạt tính chống lao của chúng trong và cho kết quả tốt [79]

O

O

OH O

OH O

OH O

OH MeO

O

Hình 1.5: Một số hợp chất có hoạt tính kháng khuẩn

1.2.6 Hoạt tính chống oxi hóa

Tạp chí quốc tế về giáo dục và nghiên cứu dược phẩm ngày 3 tháng 1 năm

2014 có bài viết đã trình bày về hoạt tính chống oxi hóa của một số dẫn xuất thiazolyl coumarin bằng phương pháp quét DPPH Các dẫn xuất coumarin có hoạt tính chống oxi hóa đáng kể so với axit ascorbic của thuốc tiêu chuẩn [46]

O O

Antioxidant

Hình 1.6: Một số hợp chất có hoạt tính chống oxi hóa

1.2.7 Hoạt tính chống nấm

Các dẫn xuất coumarin[7,8-e][1,3]oxazine được nghiên cứu và đánh giá

in vitro về hoạt tính kháng nấm chống lại Botrytis cineria, Colletotrichumcapsici, Alternaria solani, Gibberella zeae, Rhizoctonia solani và Alternaria mali Các thử nghiệm sinh học sơ bộ cho thấy 5e, 5m và 5s thể hiện hoạt tính kháng nấm tốt [16]

S

O

O O

N N NH Ph

Hình 1.7: Một số hợp chất có hoạt tính chống nấm 1.3 Pyrimidine

1.3.1 Sơ lược về pyrimidine

Pyrimidine là một hợp chất hữu cơ dị vòng thơm, trong phân tử có chứa 2 nguyên tử nitrogen ở vị trí 1 và 3 Pyrimidine có công thức phân tử là C4H4N2,

có khối lượng phân tử là 80,088 g/mol và có công thức cấu tạo như sau:

- Pyrimidine là chất lỏng không màu, dễ tan trong nước và ethanol

- Có khối lượng riêng là 1,016 g/cm3

- Pyrimidine có nhiệt độ nóng chảy là 20 - 22°C, nhiệt độ sôi vào khoảng

tử carbon số 2 và số 5 (đối xứng trục 2,5) Độ cài liên kết carbon - carbon trong phân tử pyrimidine khoảng 1,35 - 1,40 Å, trong khi đó độ dài liên kết giữa nitrogen - carbon vào khoảng 1,30 - 1,35 Å Theo tài liệu: [53], Pyrimidine có độ dài và góc liên kết trong phân tử được biểu diễn như sau:

Trên phổ tử ngoại, dị vòng pyrimidine có hai cực hấp phụ tại bước sóng 243

nm đặc trưng cho sự chuyển mức π → π∗ và 298 nm cho sự chuyển mức năng lượng n → π∗ của nitrogen Trên phổ hồng ngoại, vân phổ đặc trưng của dị vòng pyrimidine là các dao động tại bước sóng 1570, 1467, 1402 cm-1 Trong đó, giá trị của phổ cộng hưởng từ hạt nhân có độ chuyển dịch hóa học (𝛿, ppm) là:

Pyrimidine có mặt trong nhiều hợp chất thiên nhiên quan trọng, đặc biệt là vòng pyrimidine tham gia vào các hợp chất giữ vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa sinh học Nó cũng là bộ khung của các phân tử uracil, thymine và xytosine, đây là những thành phần các nucleotid và acid nucleic Pyrimidine và các dẫn xuất của nó có khá nhiều ứng dụng trong y dược học, chúng là những hợp chất có hoạt tính sinh học cao, người ta chứng minh được rằng ngoài khả năng kháng nấm kháng khuẩn, kháng virus còn có tác dụng ức chế ung thư - căn bệnh nan y trên toàn thế giới Ngoài ra trong nông nghiệp, những hợp chất này cũng được ứng dụng trong việc sản xuất thuốc diệt cỏ [2] [3][28]

Về mặt cấu tạo, pyrimidine chứa hệ thống 6 electron π trong vòng, nhưng phân bố không đồng đều trên vòng Pyrimidine bền dưới tác dụng của các chất oxi hóa, do vậy có thể xếp pyrimidine vào loại dị vòng thơm điển hình Phương pháp ứng dụng thông thường và phổ biến nhất trong việc tổng hợp pyrimidine là cho nóng chảy hỗn hợp chứa hai cấu phần: 1,3-dicarbonyl như 𝛽-dialdehyde, 𝛽-ketone aldehyde, 𝛽-xetoeste, 𝛽-ketone nitril hay ester của acid manolic Còn cấu phần thứ hai là các hợp chất chứa nhóm –N-C-N như urea, thiourea, amidine hay guanidine:

Về mặt cấu trúc, pyrimidine giống pyridine nên có tính chất tương tự nhau,

do có sự xuất hiện của hai dị tố âm điện nên phân tử pyrimidine có tính phân cực hơn pyridine Cụ thể, pyrimidine có momen lưỡng cực 𝜇 = 2,42 D (trong khi momen lưỡng cực của pyridine 𝜇 = 2,2 D) và được thể hiện qua cấu trúc cộng hưởng như sau:

Từ các cộng hưởng trên, chúng ta thấy rằng pydrimidine có thể tham gia phản ứng thế electrophine và nucleophine Mặc dù sự thế electrophine ưu tiên xảy ra ở vị trí số 5 do vị trí số 5 ít hoạt hóa nhất Đồng thời do ảnh hưởng qua lại của hai nguyên tử nitrogen trên vòng, phân tử pyrimidine có tính base yếu với hằng số phân ly pKb1 = 7,1 và pKb2 = 12,7

Pyrimidine là một trong hai loại base nitro dị vòng được tìm thấy trong acid nucleic DNA và RNA

1.3.2 Các phương pháp tổng hợp các hợp chất lai coumarin-pyrimidine

1.3.2.1 Đi từ các dẫn xuất chancol trung gian chứa vòng coumarin

Kamilia M A [76] và các cộng sự đã xuất phát từ hợp chất ban đầu

7-hydroxycoumarin, thực hiện chỗi phản ứng qua 4 giai đoạn, trong đó có tiến

hành phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt tổng hợp ra dãy chancol Bằng

phản ứng đóng vòng dãy chancol với guanidine hydrochloride nhóm nghiên cứu đã thu được dãy hợp chất lai coumarin-pyrimidine tương ứng khi sử dụng dung môi ethanol, xúc tác HCl và đung hồi lưu trong vòng 8h, hiệu suất phản

ứng đạt 40-68% (giai đoạn v):

O O

O C

H3+

iii

iv v

(i) acetic anhydride/ đun hồi lưu 5h; (ii) AlCl3/đun nóng 145 0

C 1h; (iii) CH3I/acetone khan/đun hồi lưu 24h;

(iv) Ar-CHO, 10% NaOH/ethanol/đun hồi lưu 24h; (v) guanidine hdrochloride, vài giọt HCl/ethanol/đun hồi lưu 8h.

Hình 1.8 Sơ đồ tổng hợp các hợp chất lai coumarin-pyrimidine xuất phát

4-HOC6H4CHO Piperidine Đun hồi lưu O

OH

O O

N NH O

OH

Guanidine/Đun hồi lưu Thiure/Đun hồi lưu

Ure/Đun hồi lưu

Hình 1.9 Sơ đồ tổng hợp các hợp chất lai benzo[f]coumarin-pyrimidine đi

Hình 1.10 Sơ đồ tổng hợp các hợp chất lai coumarin-pyrimidine đi từ

3-acetylcoumarin

1.3.2.2 Đi từ hợp chất trung gian 1-(2-Oxo-2H-chromen-6-yl) guanidine (Guanidocoumarin)

Xuất phát từ hợp chất coumarin ban đầu qua 3 giai đoạn thực hiện phản

ứng theo sơ đồ ở Hình 5, nhóm tác giả [76] tổng hợp được chất trung gian

Guanidocoumarin (4)

Dẫn xuất guanidin 4 bằng phản ứng ngưng tụ đóng vòng với β-diketone

như etyl acetoacetate trong DMF khan thu được dẫn xuất lai

coumarin-pyrimidine 5 Chloro hóa 5 bằng cách sử dụng lượng dư phốt pho oxychloride tạo ra dẫn xuất chloride 6 Dẫn xuất 4-diethylaminopyrimidine 7 thu được từ hợp chất chloro tương ứng 6 đến bằng phản ứng thế nucleophilic bằng tác nhân diethylamine Tương tự, phản ứng của 4 với acetylacetone tạo ra dẫn xuất dimethyl pyrimidine 8

Phản ứng của hợp chất 4 với benzoyl acetone hoặc diethyl malonate trong DMF khan tạo ra các hợp chất lai coumarin-pyrimidine 9 và 10 tương ứng Phản ứng của hợp chất 10 với phốt pho oxyclorua, đã cho tạo ra dẫn xuất dichloropyrimidine 11 tương ứng Mặt khác, hợp chất pyrimidine 12 thu được bằng phản ứng từ 4 và 2-acetylbutyrolactone với sự có mặt của lượng dư phốt

pho oxychloride

Tác nhân/điều kiện phản ứng: (a) HNO3/H 2 SO 4 ; (b) SnCl 2 /HCl; (c) cyanamide/ethanolic HCl/đun hồi lưu 24h; (d) ethyl acetoacetate/DMF khan/hồi lưu 24h; (e) POCl 3 /hồi lưu 5h; (f) diethyl amine/DMF khan/đun nóng 100 0 C 6h; (g) acetyl acetone/DMF khan/hồi lưu 24h; (h) benzoyl acetone/đun sôi trong dầu 200 0 C; (i) diethyl manolate/đun sôi trong dầu 200 0 C 2h; (j) 2-acetylbutyrolactone, POCl 3 /hồi lưu 5h

Hình 1.11 Tổng hợp một số hợp chất lai coumarin-pyrimidine

Các dẫn xuất 5-cyano-6-phenylpyrimidine thế 13, 15 và 17 được điều chế từ hợp chất 4 và dẫn xuất arylidene thích hợp trong dung môi DMF khan Các dẫn xuất carboxamidine 14 và 16 đã được điều chế thông qua phản ứng nucleophil của hydroxylamine thành carbonitril 13 và 15 tương ứng của

chúng; theo đó phản ứng được tiến hành trong DMF khan với xúc tác

bicacbonat (Hình 6)

Tác nhân/điều kiện phản ứng: (a) benzylidene malononitrile/DMF khan/hồi lưu 24h; (b) hydroxylamine hydrochloride, NaHCO3/DMF khan/ đun nóng 100 0 C; (c) ethyl benzylidene cyanoacetate/DMF khan/đun hồi lưu 24h; (d) hydroxylamine hydrochoride, NaHCO 3 /DMF khan/100 0 C 24h; (e) ethyl 4-(N,N-diethylamino)benzylidene cyanoacetate/DMF khan/hồi lưu 24h

Hình 1.12 Tổng hợp một số hợp chất lai coumarin-pyrimidine

Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Sơ đồ phản ứng

OH

OH

ZnCl2(1) COCH

CH3

S N

Ar

O OH

CH3

NH2N N OH

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ tổng hợp các hợp chất xuất phát từ resorcinol

Hóa chất: ZnCl2 khan, acid acetic băng, resoxinol, ethanol

Cho vào bình cầu ba cổ (250ml) có lắp sinh hàn hồi lưu và nhiệt kế 0,1 mol ZnCl2 (13,6g) và 0,27 mol CH3COOH băng (15,4 ml) Đun sôi dung dịch đồng thời lắc đều để tan hết ZnCl2 Khi nhiệt độ của hỗn hợp đạt 1400C thì ZnCl2

tan hết

Để hỗn hợp nguội đến khoảng 1100C rồi thêm 0,1 mol resoxinol (11,0 g), tiếp tục đun hồi lưu phản ứng và duy trì nhiệt độ phản ứng ở khoảng 152-159°C trong vòng 40 phút

Để hỗn hợp phản ứng nguội đến nhiệt độ phòng, sau đó đổ vào cốc chứa 200g nước đá và khuấy mạnh, sản phẩm tác ra được lọc hút và kết tinh lại trong dung môi ethanol – nước theo tỷ lệ 1:2 về thể tích ta thu được 10,6g các tinh thể nhỏ có màu đỏ ánh kim, nóng chảy ở 145-146°C Theo tài liệu [11], tnc: 145-

146°C Hiệu suất phản ứng đạt 70%

2.3 Tổng hợp 6-axetyl-5-hiđroxi-4-metylcumarin( giai đoạn 2)

COCH3OH

OH

CH3COCH2COOC2H5AlCl3

CH3

COCH3OH

O O

Dụng cụ: Bình cầu 2 cổ đáy tròn 250 ml, nhiệt kế 200°C, sinh hàn thẳng (xoắn), bếp điện, phễu lọc chân không

HCl, ethanol

Cho vào bình cầu hai cổ (250 ml) có lắp sinh hàn hồi lưu và nhiệt kế 40ml

C6H5NO2 và 6,75g AlCl3 Đun sôi đến khi chất rắn tan hết Để nguội hỗn hợp đến 1000C, thêm 0,025 mol 2,4-đihiđroxiaxetophenon (3,8g) và 0,025 mol etyl axetoaxetat 3,25g Đun hỗn hợp trong khoảng nhiệt độ 155-163°C trong suốt

2 giờ

Làm lạnh hỗn hợp, để phá hủy phức thêm 5,0-7,5ml dung dịch HCl Để yên hỗn hợp trong 30 phút, để loại hết nitrobenzen thực hiện trưng cất lôi cuốn hơi nước Hỗn hợp còn lại được làm lạnh, lọc chất rắn và kết tinh lại bằng ethanol ta thu được 2,18g sản phẩm là tinh thể hình kim, màu nâu xám, nóng chảy ở 164-

165°C Theo tài liệu [11], tnc: 164-165°C Hiệu suất phản ứng đạt 40%

2.4 Tổng hợp keton ,- không no từ 6-axetyl-5-hiđroxi-4-metylcumarin( giai đoạn 3)

6-axetyl-5-hidroxi-4-2.5 Tổng hợp 2-aryl-4-(5’-hidroxi-4’-metylcumarin-6’-yl)-1,5-benzothiazepin (giai đoạn 4)

CH3

COCH=CHAr OH

O H

CH3

O

Ar: m-CH3C6H4(VI) Dụng cụ: Bình cầu đáy tròn 250 ml, sinh hàn thẳng (xoắn), bếp điện, phễu lọc chân không

Hóa chất: keton α,β- không no, o-aminothiophenol, axit axetic băng, ethanol

Đun hồi lưu 30-40 giờ hỗn hợp gồm 10-3 mol xeton α, β- không no với 10

-3 mol o-aminothiophenol trong dung môi ethanol tuyệt đối và xúc tác là 5-7

giọt axit axetic băng Sản phẩm tách ra được lọc hút và kết tinh lại trong dung môi thích hợp đến khi trên bản mỏng silicagel chỉ cho một vết gọn và tròn

Hz, H-3ʹ), 3,02 (t, 1H, J=11,0 Hz, H-2ʹ), 2.69 (3H, s, CH3), 2,27 (3H, s, CH3)

13C NMR (125 MHz, DMSO-d6), δ (ppm): 173,7 4ʹ), 166,4 5), 159,1 2), 158,2 (C-8a), 155,2 (C-4), 145,4 (C-5aʹ), 143,2 (C-1ʹʹ), 137,6 (C-3ʹʹ), 135,1 (C-9ʹ), 133,4 (C-7), 130,5 (C-7ʹ), 128,4 (C-5ʹʹ), 128,3 (C-4ʹʹ), 127,4 (C-8ʹ), 126,8 (C-2ʹʹ), 125,3 (C-6ʹ), 124,6 (C-9aʹ), 123,0 (C-6ʹʹ), 112,7 (C-6, C-3), 110,0 (C-4a),

(C-2.6 Tổng hợp chromen-2-one

6-(2-amino-6-(aryl)pirimidin-4-yl)-5-hydroxy-4-metyl-2H-OH Me

NH2OH

8 8a

1' 2' 3'

4' 5' 1'' 2'' 3''

4''

5'' 6''

R R: 2''-CH3(V1), 4''-OH(V2) Dụng cụ: Bình cầu đáy tròn 250 ml, sinh hàn thẳng (xoắn), bếp điện, phễu lọc chân không

Hóa chất: xeton α, β- không no, duanidin hydroclorua, NaHCO3, ethanol, DMF

Đun hồi lưu 50-72 giờ hỗn hợp gồm 10-3 mol xeton α, β- không no với

10-3 mol duanidin hydroclorua, 1,5.10-3 mol NaHCO3 trong 30 ml dung môi DMF Làm ngội hỗn hợp phản ứng về nhiệt độ phòng sau đó đổ hỗn hợp vào cốc nước đá và khuấy Chất rắn tách ra được lọc, hút và kết tinh trong dung môi etanol 96% và DMF

Hợp chất V1 (R = 2”-CH3): t0nc = 268-269°C (dung môi kết tinh: 96%

ethanol/DMF = 5:2), Rf = 0.79 (n-hexane/acetone = 5:3) IR (KBr), ν (cm–1): 3695 (νOH), 3070, 2979, 2929 (νNH2), 1735 (νC=O lacton), 1669, 1590 (νC=C arene); 1H

NMR (500 MHz, DMSO-d6), δ (ppm): 8,50 (d, 1H, J=7,5 Hz, H-7), 7,85 (d, 1H,

J=6,5 Hz, H-6ʹʹ), 7,81 (s, 1H, H-5ʹ), 7,78 (t, 1H, J=2,0 Hz, H-4ʹʹ), 7,45 (t, 1H, J=6,5 Hz, H-5ʹʹ), 7,37 (s, 2H, NH2), 7,12 (dd, 1H, J=7,0 Hz & J=2,0 Hz, H-3ʹʹ), 6,89 (d, 1H, J=7,5 Hz, H-8), 6,20 (d, 1H, J=1,0 Hz, H-3), 3,86 (s, 3H, 2ʹʹ-CH3), 2,69 (s, 3H, 4-CH3) 13C NMR (125 MHz, DMSO-d6), δ (ppm): 165,3 (C-4′), 164,0 (C-6′), 161,6 (C-5), 160,1 (C-2), 159,5 (C-2ʹ), 159,1 (C-3ʹʹ), 156,7 (C-8a), 154,8 (C-4), 138,2 (C-1ʹʹ), 131,3 (C-7), 129,6 (C-2ʹʹ), 119,6 (C-6ʹʹ), 116,6 (C-5ʹʹ), 113,1 (C-3), 112,5 (C-6), 112,4 (C-4ʹʹ), 109,7 (C-4a), 106,7 (C-8), 99,6 (C-5ʹ),

55,2 (2ʹʹ-CH3), 23,9 (4-CH3); LC MS: M =359 Da, -MS: m/z 358

Hợp chất V2 (R = 4”-OH): t0

nc = 271-272°C (dung môi kết tinh: 96%

ethanol/DMF = 5:1), Rf = 0.81 (n-hexane/acetone = 5:3) 1H NMR (500 MHz,

DMSO-d6), δ (ppm): 10,01 (s, 1H, OH), 8,45 (d, 1H, J=7,5 Hz, H-7), 8,15 (d, 2H, J=7,5 Hz, H-3ʹʹ, H-5ʹʹ), 7,72 (s, 1H, H-5ʹ), 7,25 (s, 2H, NH2), 6,90 (d, 2H,

J=7,5 Hz, 2ʹʹ, 6ʹʹ), 6,87 (d, 1H, J=7,5 Hz, 8), 6,18 (d, 1H, J=1,0 Hz,

H-3), 2,68 (s, 3H, 4-CH3) 13C NMR (125 MHz, DMSO-d6), δ (ppm): 165,3 (C-4′), 163,3 (C-6′), 161,7 (C-5), 160,2 (C-2), 159,9 (C-4ʹʹ), 159,2 (C-2′), 156,6 (C-8a), 154,9 (C-4), 131,1 (C-7), 129,0 (C-2ʹʹ, C-6ʹʹ), 127,4 (C-1ʹʹ), 115,3 (C-3ʹʹ, C-5ʹʹ),

113,0 (C-3), 112,6 (C-6), 109,7 (C-4a), 106,7 (C-8), 98,2 (C-5ʹ), 23,9 (4-CH3);

LC MS: M =361 Da, +MS: m/z 362

2.7 Xác định tính chất vật lý của các hợp chất tổng hợp được

2.7.1 Sắc ký bản mỏng

Sắc ký bản mỏng được thực hiện với các bản mỏng làm từ silicagel 60 F254

tráng trên lá nhôm của hãng Merck (Đức)

2.7.2 Nhiệt độ nóng chảy

Nhiệt độ nóng chảy của các chất được đo theo phương pháp mao quản với máy xác định nhiệt độ nóng chảy STUART SMP3

2.7.3 Phổ hồng ngoại (IR)

Trên máy Impact 410-Nicolet-Mỹ thực hiện đo phổ hồng ngoại của các chất

đo ở dạng ép viên với KBr, hoặc phổ hồng ngoại của các chất cũng được đo trên máy GX-Perkin Elmer-Mỹ tại các đơn vị: Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Quốc gia Việt Nam

2.7.5 Phổ khối lượng (MS)

Phổ MS của các hợp chất được đo trên máy phân giải cao AutoSpec Premier Instrument (WATERS, Mỹ) và máy sác ký lỏng khối phổ (LC-MS) 1100 LC-MSD Trap - SL (Agilent Technologies, Mỹ) trong dung môi methanol tại Khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, máy Agilent 6310 ion trap tại Viện hóa học hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Quốc gia Việt Nam