Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất của 1,4,5 trisubstituted pyrrolidine 2,3 dione

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình tổng quát tổng hợp dẫn xuất So sánh giữa dung môi phân tách rõ bên trái và dung môi rửa giải nhanh bên phải trong trường hợp sản phẩm là vết chấm thứ 2 23 Hình 2

NGUYỄN LÊ TRƯỜNG LINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƯ PHẠM

NGUYỄN LÊ TRƯỜNG LINH – 18SHH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƯ PHẠM Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN TRẦN NGUYÊN

Đà Nẵng – 05/2022

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ DẪN XUẤT CỦA 1,4,5-TRISUBSTITUTED

PYRROLIDINE-2,3-DIONE

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên: Nguyễn Lê Trường Linh 4-acetyl-3-hydroxy-1-phenyl-5-(4-bromophenyl)-3-pyrroline-2-one, methylamine, 4-methoxybenzylamine, ethanol, toluene, dichloromethane, hexane, ethyl acetate, silicagel

- Dụng cụ: Bình cầu, bình tam giác, phễu chiết, phễu lọc, giấy lọc, nhiệt kế, pipet, giá sắt, ống nghiệm, ống bóp cao su, ống nhỏ giọt, bản mỏng silicagel

- Thiết bị: Tủ hút, máy khuấy từ gia nhiệt, máy cô quay chân không, máy ghi phổ hồng ngoại (FTIR), máy ghi phổ khối (MS), máy ghi phổ cộng hưởng từ hạt nhân, cân phân tích, đèn tử ngoại bước sóng λ = 254 nm – 366 nm

3 Nội dung nghiên cứu: gồm có 3 chương:

- Chương 1: Tổng quan về đề tài

- Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu - Chương 3: Kết quả và bàn luận

4 Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Trần Nguyên 5 Ngày giao đề tài: ngày 25 tháng 10 năm 2021 6 Ngày hoàn thành: ngày 20 tháng 4 năm 2022

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày … tháng … năm …

Kết quả điểm đánh giá: Ngày … tháng … năm …

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(Ký và ghi rõ họ, tên)

điều kiện cho em hoàn thành luận văn một cách tốt nhất có thể

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể các thầy, cô giáo của trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng nói chung và các thầy, cô khoa Hóa học nói riêng đã cung cấp những kiến thức nền tảng, tạo tiền đề, cơ sở tốt nhất để em hoàn thành khóa luận này

Và cuối cùng, em cũng xin cảm ơn đến các anh chị là sinh viên theo học theo chương trình đào tạo thạc sĩ, các bạn làm việc trong nhóm nghiên cứu đã cùng đồng hành và giúp đỡ em rất nhiều để hoàn thành đề tài lần này

Mặc dù bản thân đã rất cố gắng nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm có hạn, bài làm của em không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến chân thành từ các quý thầy, cô để em có thể hoàn thiện khóa luận được chỉnh chu hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 04 năm 2022 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lê Trường Linh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi và được sự hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Trần Nguyên Các nội dung nghiên cứu, kết quả

trong đề tài “Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất của 1,4,5-trisubstistued pyrrolidine-2,3-dione” của tôi là hoàn toàn trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ

hình thức nào trước đây Những nội dung của khóa luận có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web được liệt kê trong danh mục tài liệu tham khảo của khóa luận Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung bài luận văn của mình

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 04 năm 2022 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lê Trường Linh

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 2

5 Bố cục luận văn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 PHẢN ỨNG NHIỀU THÀNH PHẦN 3

1.1.1 Sơ lược về phản ứng nhiều thành phần 3

1.1.2 Một số công trình nghiên cứu tổng hợp hợp chất hữu cơ bằng phản ứng nhiều thành phần 5

1.2 GIỚI THIỆU VỀ PYRROLIDINE-2,3-DIONE VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ 8 1.2.1 Sơ lược về pyrrolidine-2,3-dione 8

1.2.2 Một số dẫn xuất của pyrrolidine-2,3-dione và điều chế 9

1.2.3 Ứng dụng của một số dẫn xuất pyrrolidine-2,3-dione 11

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

2.2.1 Giới thiệu quy trình phản ứng tổng hợp dẫn xuất 4-acetyl-3-hydroxy-3-pyrrolin-2-one từ benzaldehyde, amine và ethyl-2,3-dioxovalerate 14

2.2.2 Quy trình tổng quát phản ứng tổng hợp dẫn xuất 1,4,5-trisubstituted

pyrolidine-2,3-dione từ 4-acetyl-3-hydroxy-3-pyrrolin-2-one và amine 15

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP 16

2.3.1 Phương pháp sắc ký bản mỏng 16

2.3.2 Phương pháp sắc ký cột 21

2.3.3 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) 29

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC 1

1H NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton 13C NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.3.1 Hệ thống dung môi và hệ dung môi thường dùng trong sắc ký cột 24 Bảng 2.3.2 Hướng dẫn chọn đường kính cột sơ bộ 25 Bảng 2.3.3 Tỷ lệ silicagel/mẫu phụ thuộc vào khả năng tách trên bản mỏng 26 Bảng 2.3.4 Độ chuyển dịch hóa học trong phổ 1H-NMR 34 Bảng 2.3.5 Độ chuyển dịch hóa học trong phổ 13C-NMR 35

Bảng 3.1 Độ chuyển dịch hóa học của peak ứng với các nguyên tử H của

pyrrolidine-2,3-dione (A) trong phổ 1H-NMR 38 Bảng 3.2 Độ chuyển dịch hóa học của peak ứng với các nguyên tử C của

pyrrolidine-2,3-dione (A) trong phổ 13C-NMR 40 Bảng 3.3 Độ chuyển dịch hóa học của peak ứng với các nguyên tử H của

pyrrolidine-2,3-dione (B) trong phổ 1H-NMR 43 Bảng 3.4 Độ chuyển dịch hóa học của peak ứng với các nguyên tử C của

pyrrolidine-2,3-dione (B) trong phổ 13C-NMR 45

methyl-6-amino-3-benzisoxazole-carboxylate với benzaldehyde và phenylpyruvic acid 10

Hình 1.14 Phản ứng tổng hợp của diethyl oxaloacetate với ammonia và Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất

4-acetyl-3-hydroxy-3-pyrrolin-2-one từ benzaldehyde, amine và ethyl-2,4-dioxovalerate 14

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình tổng quát tổng hợp dẫn xuất

So sánh giữa dung môi phân tách rõ (bên trái) và dung môi rửa giải nhanh (bên phải) trong trường hợp sản phẩm là vết chấm thứ 2

23

Hình 2.13 Các khả năng có thể xảy ra trên bản mỏng TLC 24

Hình 2.21 Nguyên tắc của phương pháp phổ NMR 30

Hình 2.23 Hấp thụ năng lượng xảy ra đối với proton và hạt nhân có số

Hình 3.4 Phổ 13C-NMR của hợp chất pyrrolidine-2,3-dione (A) 39 Hình 3.5 Trạng thái tự nhiên của hợp chất pyrrolidine-2,3-dione (A) 41 Hình 3.6 Công thức cấu tạo của dẫn xuất của pyrrolidine-2,3-dione

MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, lĩnh vực tổng hợp hữu cơ, hóa dược là một trong những ngành được chú trọng và phát triển bởi những nhà khoa học hàng đầu trong nước và trên thế giới nhằm tìm ra những hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học cao và những loại thuốc có khả năng chữa bệnh Trong số những hợp chất hữu cơ đã được điều chế bằng con đường hóa tổng hợp cho đến nay, các hợp chất chứa bộ khung 2-pyrrolidinone nổi lên với nhiều hoạt tính sinh học như: tác nhân chống ung thư [14, 19], kháng khối u [11], ức chế virus HIV [16, 21], kháng vi trùng [8], kháng khuẩn [9], kháng nấm và kháng viêm [10]

Trong suốt quá trình phát triển của hóa học hữu cơ, nhiều công trình nghiên cứu phương pháp tổng hợp các hợp chất chứa bộ khung là dị vòng 2-pyrrolidinone đã được công bố Trong đó, phản ứng nhiều thành phần là một con đường tổng hợp nổi trội hơn cả Với nhiều ưu điểm như: sử dụng nguồn nguyên liệu có sẵn, giá thành thấp, thân thiện với môi trường, tính hiệu quả về mặt nguyên tử, tạo ra sự đa dạng về mặt phân tử [12] và cho ra nhiều hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học mạnh, phản ứng nhiều thành phần đã được ứng dụng rộng rãi, không chỉ đối với tổng hợp các dẫn xuất của 2-pyrrolidinone mà còn với nhiều hợp chất khác như indinavir [25], protein kinase G [13, 22], … đóng một vai trò vô cùng to lớn trong tổng hợp các hợp chất có hoạt tính sinh học và tổng hợp thuốc

Xuất phát từ dẫn xuất của 2-pyrrolidinone, các dẫn xuất của 2,3-dinone đã được tổng hợp theo con đường hóa học Một số dẫn xuất của pyrrolidine-2,3-dione tổng hợp được có hoạt tính sinh học thú vị như: ức chế tập kết tiểu cầu [17], ức chế HIV-1 [21], kháng viêm và giảm đau [7] Bên cạnh đó, dẫn xuất của pyrrolidine-2,3-dione còn được tìm thấy trong tự nhiên là leopolic acid A với hoạt tính kháng khuẩn [4]

Tuy nhiên, phương pháp tổng hợp các dẫn xuất của pyrrolidine-2,3-dione xuất phát từ dẫn xuất của 2-pyrrolidinone còn hạn chế, đặc biệt là con đường tổng hợp sử

dụng dung môi xanh và không dùng xúc tác Do đó em xin chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất 1,4,5-trisubstituted pyrrolidine-2,3-dione”

4-acetyl-3-hydroxy-3-pyrrolin-2-one và amine - Xác định cấu trúc sản phẩm tổng hợp

3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập, phân tích tài liệu về phản ứng nhiều thành phần và các công trình nghiên cứu đã công bố về các phương pháp tổng hợp các dẫn xuất của pyrrolidine-2,3-dione

Phương pháp thực nghiệm

- Tiến hành phản ứng tổng hợp dẫn xuất của 1,4,5-trisubstituted pyrrolidine-2,3-dione

từ dẫn xuất của 4-acetyl-3-hydroxy-3-pyrrolin-2-one và amine béo

- Chứng minh cấu trúc sản phẩm dựa vào các phương pháp phổ hiện đại như NMR

4 Nội dung nghiên cứu

4.1 Tổng quan về lý thuyết

- Tổng quan lý thuyết về phản ứng nhiều thành phần

- Tổng quan về phương pháp tổng hợp dẫn xuất pyrrolidine-2,3-dione dựa vào phản

ứng nhiều thành phần

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

- Nghiên cứu tổng hợp hai dẫn xuất của 1,4,5-trisubstituted pyrrolidine-2,3-dione bằng phản ứng của dẫn xuất 4-acetyl-3-hydroxy-3-pyrrolin-2-one và amine béo

- Xác định cấu trúc sản phẩm dựa vào các phương pháp phổ hiện đại như NMR 5 Bố cục luận văn

MỞ ĐẦU

Chương 1 TỔNG QUAN

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 PHẢN ỨNG NHIỀU THÀNH PHẦN

1.1.1 Sơ lược về phản ứng nhiều thành phần

Trong thập kỷ qua, phát triển bền vững đã trở thành một tiêu chí hàng đầu trong lĩnh vực hóa học Việc áp dụng các chiến lược khéo léo để tổng hợp các hợp chất có cấu trúc phức tạp và các phân tử có tính thay thế cao, kết hợp sự đa dạng phân tử với khả năng tương thích sinh học, đã là trọng tâm chính của nhiều nhóm nghiên cứu Trên thực tế, việc thiết kế hợp lý các phản ứng biến đổi các chất đơn giản và sẵn có thành các cấu trúc phức tạp chỉ bằng một phản ứng là một trong những thách thức lớn hiện nay trong tổng hợp hữu cơ Trong bối cảnh này, phản ứng đa thành phần (MCRs) đã trở thành một trong những cách tiếp cận tốt nhất để đạt được những mục tiêu trên [12]

Phản ứng nhiều thành phần (MCRs) là phản ứng hóa học trong đó có nhiều hơn hai chất đầu phản ứng với nhau để tạo thành sản chứa hầu hết các nguyên tử của chất phản ứng Xét về năng suất hóa học và tạo ra sự đa dạng phân tử, một phản ứng nhiều thành phần được coi là "lý tưởng" không chỉ bao gồm nhiều hơn hai chất ban đầu khác nhau mà tất cả hoặc hầu hết các nguyên tử của những chất ban đầu đó phải được kết hợp với nhau và tạo thành sản phẩm cuối cùng [27] Phản ứng nhiều thành phần phụ thuộc vào các điều kiện phản ứng như: dung môi, nhiệt độ, chất xúc tác, nồng độ các chất ban đầu [2]

Hình 1.1 Sơ đồ minh họa phản ứng nhiều thành phần

Một số nhà hóa học cho rằng phản ứng giữa dầu hạnh nhân đắng và ammonia, do Laurent thực hiện năm 1838, là phản ứng nhiều thành phần đầu tiên được công bố Trong phản ứng này, sự ngưng tụ của ammonia, hydrogen cyanide và benzaldehyde dẫn đến sự hình thành chất trung gian α‐aminonitrile, sau đó, một phân tử benzaldehyde kết hợp với chất trung gian vừa mới hình thành tạo ra base Schiff tương ứng [12]

Một trong những ví dụ về phản ứng nhiều thành phần đầu tiên là phản ứng Strecker để tổng hợp -amino cyanid Tuy nhiên, tại thời điểm đó rất ít nhà hóa học quan tâm đến phản ứng này Năm 1959, khi nhà hóa học Ivar Karl Ugi và các đồng nghiệp đã thực hiện phản ứng nhiều thành phần từ 4 chất ban đầu gồm ketone hoặc aldehyde với amine, isocyanide, acid carboxylic để hình thành một bis-amide Từ phát hiện của Ugi, phản ứng nhiều thành phần đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học nhằm tổng hợp các hợp chất có hoạt tính sinh học và những phân tử có nhóm chức [20]

Phản ứng nhiều thành phần được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực hóa học vì nó rất phổ biển và tạo ra một lượng lớn sản phẩm Trong quá trình này, những phân tử mục tiêu có độ chọn lọc cao sẽ được tạo ra và tinh chế tạo hợp chất trung gian cho các phản ứng tổng hợp tiếp theo Một thuận lợi khác của phản ứng này là sử dụng những nguyên liệu đơn giản và sẵn có, phản ứng đơn giản, những nguyên

liệu có giá thành thấp và thân thiện với môi trường cũng như dung môi không độc hại Ngoài ra, phản ứng nhiều thành phần cho phép sự thay đổi có hệ thống và có khả năng tự động hóa Với tất cả các lý do này, phản ứng nhiều thành phần nhanh chóng trở thành con đường tổng hợp thuốc lý tưởng

1.1.2 Một số công trình nghiên cứu tổng hợp hợp chất hữu cơ bằng phản ứng nhiều thành phần

Phản ứng nhiều thành phần có nhiều loại khác nhau

a Phản ứng Ugi[1]

Phản ứng bốn thành phần Ugi (4-CR) là phản ứng điều chế bis-amide từ hợp chất chứa nhóm cacbonyl như aldehyde (hoặc ketone), amine với isocyanide và acid carboxylic Phản ứng được đặt theo tên của Ivar Karl Ugi, người đầu tiên công bố phản ứng này vào năm 1959

Phản ứng tổng quát

Hình 1.2 Phản ứng Ugi

Cơ chế

Hình 1.3 Cơ chế phản ứng Ugi

Bước đầu tiên là sự hình thành imine từ phản ứng giữa amine với aldehyde, acid carboxylic sẽ tác dụng với imine để hình thành ion iminium Ion này phản ứng với isocyanide và anion của acid carboxylic tạo sản phẩm trung gian, cuối cùng sản phẩm trung gian này sẽ tham gia phản ứng acyl hóa để tạo thành bis-amide

b Phản ứng Hantzsch[1]

Phản ứng Hantzsch là một phản ứng ba thành phần (3-CR) bao gồm: aldehyde (formaldehyde), 2 phân tử của một β-keto ester (ethyl acetoacetate) và chất cho nitrogen (ammonium acetate or ammonia) Phản ứng Hantzsch được công bố bởi Arthur Hantzsch vào năm 1882 và được ứng dụng rộng rãi để điều chế các dẫn xuất 1,4-dihydropyridine (DHP)

Phản ứng tổng quát

Hình 1.4 Phản ứng Hantzch

Cơ chế

Hình 1.5 Cơ chế phản ứng Hantzch

c Phản ứng Strecker[1]

Phản ứng Strecker còn gọi là phản ứng tổng hợp amino acid được công bố năm 1850 bởi nhà hóa học người Đức Adolph Strecker Đây là phản ứng nhiều thành phần gồm 3 chất đầu là aldehyde, hydrogen cyanide và ammonia

Phản ứng tổng quát

Hình 1.6 Phản ứng Strecker

Cơ chế

Hình 1.7 Cơ chế phản ứng Strecker

1.2 GIỚI THIỆU VỀ PYRROLIDINE-2,3-DIONE VÀ DẪN XUẤT CỦA NÓ 1.2.1 Sơ lược về pyrrolidine-2,3-dione

a Tổng quát

Trước năm 1985, báo cáo duy nhất về pyrrolidine-2,3-dione là của Dobeneck và cộng sự, người đã điều chế nó bằng cách thủy phân decarboxyl hóa 4-carboethoxypyrrolidine-2,3-dione [5, 24]

Pyrrolidine-2,3-dione là nguyên liệu ban đầu để tổng hợp nhiều loại cấu trúc có chứa vòng pyrrolidine như alkaloid vasicine Pyrrolidine-2,3-dione ngày càng được quan tâm bởi các nhà hóa học với vai trò là tiền chất của azetidine-2-one và việc sử dụng chúng làm chất kháng sinh. [24]

b Cấu tạo phân tử

Pyrrolidine-2,3-dione là một hợp chất hữu cơ thuộc họ lactam, có vòng 5 cạnh bao gồm 4 nguyên tử C và một dị tố N

- CTPT : C4H5NO2 - Khối lượng phân tử : 99.09 g/mol

- Tên gọi IUPAC : pyrrolidine-2,3-dione

- Tên gọi khác : 2,3-pyrrolinedione, pyrrolinedione

Hình 1.8 Công thức cấu tạo Pyrrolidine-2,3-dione

Hình 1.9 Cấu trúc dạng đặc Hình 1.10 Cấu trúc dạng rỗng

1.2.2 Một số dẫn xuất của pyrrolidine-2,3-dione và điều chế [24]

a Tổng hợp substituted-4-carboethoxypyrrolidine-2,3-dione (1) và 1-substituted pyrrolidine-2,3-dione (2)

- Phương pháp tối ưu nhất để tổng hợp 1-4-cacboethoxypyrolidine-2,3-dione là dựa trên phản ứng ngưng tụ của dimethyl hoặc diethyl oxalate với alkyl hoặc N-aryl-β-aminopropionic acid esters, với sodium alkoxides

Hình 1.11 Tổng hợp substituted-4-carboethoxypyrrolidine-2,3-dione (1) và 1-substituted pyrrolidine-2,3-dione (2)

b Tổng hợp 1-allyl- pyrrolidine-2,3-dione và 1-ethoxy-pyrrolidine-2,3-dione

- 1-Allyl- và 1-ethoxy-pyrrolidine-2,3-dione đã được điều chế dưới dạng pyrrolidine-2,3-dione trong quá trình tổng hợp, [24] vì các nhóm thế liên kết với N này có khả năng linh động Quá trình tổng hợp bao gồm việc bổ sung allyl amine hoặc

Hình 1.12 Tổng hợp 1-allyl- pyrrolidine-2,3-dione và 1-ethoxy-pyrrolidine-2,3-dione

c Phản ứng tổng hợp của methyl-6-amino-3-benzisoxazole-carboxylate với benzaldehyde và phenylpyruvic acid

- Phản ứng của methyl-6-amino-3-benzisoxazole-carboxylate với benzaldehyde và phenylpyruvic acid trong ethyl acetate tạo thành 1-(3-carbomethoxy-6-benzisoxazolyl)-4,5-diphenylpyrrolidine-2,3-dione.[24]

Hình 1.13 Phản ứng tổng hợp của methyl-6-amino-3-benzisoxazole-carboxylate với benzaldehyde và phenylpyruvic acid

d Phản ứng tổng hợp của diethyl oxaloacetate với ammonia và ketones

- Phản ứng tổng hợp được phát hiện bởi Ustik and Duranti.[24]

Hình 1.14 Phản ứng tổng hợp của diethyl oxaloacetate với ammonia và ketone

e Tổng hợp 1,4,5-trisubstituted pyrrolidine-2,3-dione

- Sự ngưng tụ của alkyl hoặc aryl ethoxalyl propionate với amine và aldehyde đã được báo cáo [18, 26] như một phương pháp tổng hợp 4-carboethoxy-1,4,5-trisubstituted pyrrolidine-2,3 dione

Hình 1.15 Tổng hợp 1,4,5-trisubstituted-pyrrolidine-2,3-dione

1.2.3 Ứng dụng của một số dẫn xuất pyrrolidine-2,3-dione

- Ethosuximide, được bán dưới tên thương hiệu Zarontin cùng với một số tên khác, là một loại thuốc dùng để điều trị cho bệnh co giật ở người Chúng có thể được sử dụng đơn lẻ hoặc phối hợp với các loại thuốc chống động kinh khác như valproic acid

- CTPT: C7H11NO2

- Danh pháp: (RS)-3-Ethyl-3-methyl-pyrrolidine-2,5-dione

Hình 1.16 Ethosuximide

- Các 1-substituted-4-arylidene-2,3-pyrrolidinedione (A) và 2-arylidene-2,3-pyrrolizin-1-one (B) [17] ức chế sự kết tập tiểu cầu trong máu khi thử nghiệm chống lại sự kết tụ collagen gây ra trong máu người đã được đóng gói

- 4,5-Disubstituted-1-(2-aminoethyl)-3-hydroxy-3-pyrolin-2-one đã được tổng hợp thông qua phản ứng của acylpyruvic acid methyl ester với hỗn hợp của aldehyde thơm và ethylenediamine Một số hợp chất tổng hợp có hoạt tính chống viêm và giảm đau rõ rệt với độc tính tương đối thấp [10]

Hình 1.18 4,5-Disubstituted-1-(2-aminoetyl)-3-hydroxy-3-pyrolin-2-one

- 5-Thioxopyrrolidine-2,3-dione đối xứng [28] có tác dụng an thần và giảm đau ở chuột nhắt và chuột cống

Hình 1.19 5-Thioxopyrrolidine-2,3-dione đối xứng

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT

2.1.1 Dụng cụ

- Bình cầu 10 mL, 20 mL, 100 mL, 250 mL

- Bình tam giác 250 mL, cốc thủy tinh 100 mL, 250 mL - Phễu chiết: 125 mL, phễu lọc, giấy lọc

- Máy khuấy từ gia nhiệt, máy cô quay chân không, máy sóng siêu âm - Tủ hút, cân phân tích, đèn UV

- Máy đo phổ NMR, phổ khối

Các hóa chất được sử dụng hầu hết được mua từ hãng Merck xuất sứ từ Đức, một số dung môi công nghiệp đã được cất lại để tăng độ tinh khiết

Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất 4-acetyl-3-hydroxy-3-pyrrolin-2-one từ benzaldehyde, amine và ethyl-2,4-dioxovalerate

Hỗn hợp gồm benzaldehyde (1.5 equiv), amine thơm (1.0 equiv) hòa tan trong dung môi acetic acid được cho vào bình cầu đáy tròn Hỗn hợp được khuấy từ dưới khí quyển argon ở nhiệt độ phòng trong 1 giờ để hình thành imine Sau đó, ethyl-2,4-dioxovalerate (1.0 equiv) được thêm vào và hỗn hợp được tiếp tục khuấy dưới khí quyển argon ở nhiệt độ phòng thêm 3-4 giờ nữa để hình thành sản phẩm cuối cùng

Quá trình hình thành imine và tạo sản phẩm cuối cùng được kiểm tra thông qua sắc ký bản mỏng (lần lượt với hệ dung môi Hexane/EtOAc = 5 : 1 và CH2Cl2/CH3OH = 5 : 0.2) Sau khi phản ứng kết thúc, nước cất được thêm vào bình cầu và hỗn hợp được khuấy từ trong 15 phút để sản phẩm kết tủa hoàn toàn khỏi acetic acid Sản phẩm thô thu được trên giấy lọc sau khi lọc được kết tinh lại trong hệ dung môi dichloromethane và toluene hoặc dichloromethane và ethylacetate trên máy cất quay chân không thu được sản phẩm tinh khiết

2.2.2 Quy trình tổng quát phản ứng tổng hợp dẫn xuất 1,4,5-trisubstituted pyrolidine-2,3-dione từ 4-acetyl-3-hydroxy-3-pyrrolin-2-one và amine

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình tổng quát tổng hợp dẫn xuất 1,4,5-trisubstituted pyrolidine-2,3-dione

Hỗn hợp gồm 4-acetyl-3-hydroxy-3-pyrrolin-2-one (1.0 equiv), amine béo (4.0 equiv) và dung môi ethanol được cho vào ống phản ứng có nút nhám Hỗn hợp được khuấy từ trong 5-8h ở nhiệt độ 80oC Tiến trình phản ứng được theo dõi thông qua sắc

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP

2.3.1 Phương pháp sắc ký bản mỏng a Khái niệm

Sắc ký lớp mỏng (Thin Layer Chromatography - TLC) là một kỹ thuật sắc ký dùng để tách hỗn hợp [3] Phương pháp sắc ký được M Tswett phát hiện năm 1906 Phương pháp sắc ký bản mỏng được thực hiện trên một tấm thủy tinh, nhựa hoặc lá nhôm, được phủ một lớp mỏng vật liệu hấp phụ, thường là silica gel, aluminum oxide, hoặc cellulose Lớp chất hấp phụ này được gọi là pha tĩnh Sau khi mẫu đã được áp dụng lên đĩa, một dung môi hoặc hỗn hợp dung môi (được gọi là pha động) được hút lên đĩa thông qua hoạt động của mao quản Bởi vì các chất phân tích khác nhau đi lên tấm TLC với tốc độ khác nhau, nên sự phân tách sẽ đạt được [3, 6]

Sự phân tách các hợp chất dựa trên sự cạnh tranh của chất tan và pha động để tìm vị trí liên kết trên pha tĩnh Với hai hợp chất khác nhau về độ phân cực, hợp chất nào phân cực hơn có tương tác mạnh hơn với silica và do đó, có nhiều khả năng hơn để loại bỏ pha động khỏi các vị trí liên kết [3]

Sắc ký lớp mỏng có thể được sử dụng để theo dõi tiến trình của phản ứng, xác định các hợp chất có trong một chất nhất định và xác định độ tinh khiết của một chất [3]

Ưu điểm của phương pháp:

- Kỹ thuật và thiết bị đơn giản, dễ thực hiện

- Thời gian tiến hành nhanh và độ nhạy cao hơn sắc ký giấy

- Có thể dùng để tìm các điều kiện tối ưu cho sự tách bằng sắc ký lỏng trên cột - Dùng để thử độ tinh khiết của sản phẩm dùng nhiều trong phòng thí nghiệm, trong nghiên cứu sinh học, hóa sinh…

- Tách tốt nhiều hỗn hợp phức tạp

Nhược điểm của phương pháp:

- Trị số Rƒ có độ lặp lại thấp do thành phần pha động thay đổi trong quá trình khai triển sắc ký

- Tăng giãn rộng vết do khuếch tán vì tốc độ dòng pha động thấp

Hình 2.3 Sắc ký bản mỏng

b Kỹ thuật

Nguyên tắc tách của quy trình TLC dựa trên ái lực tương đối của hợp chất đã cho đối với pha động và pha tĩnh Quá trình bắt đầu bằng cách di chuyển pha động qua bề mặt pha tĩnh Trong quá trình này, các hợp chất ái lực cao hơn đạt được tốc độ ít hơn so với các hợp chất ái lực thấp hơn Điều này dẫn đến sự tách biệt của chúng

Về bản chất, đây là hệ sắc ký lỏng – rắn Giọt dung dịch mẫu nghiên cứu được nhỏ trên đường xuất phát cách rìa bản mỏng khoảng 1 cm từ dưới lên, còn rìa bản được nhúng vào một dung dịch thích hợp và được đặt trong một lọ có nắp Dung môi này đóng vai trò như pha động trong sắc ký hấp phụ lỏng – rắn Dưới tác dụng của lực mao quản, dung môi sẽ chuyển động dọc theo lớp hấp phụ và vận chuyển các cấu tử của hỗn hợp với các vận tốc khác nhau đưa đến việc tách các cấu tử

Dụng cụ, hóa chất liên quan đến quá trình sắc ký bản mỏng:

Hình 2.4 Dụng cụ, hóa chất liên quan đến quá trình sắc ký bản mỏng

môi đã lấy cần phải trơ về mặt hóa học, có độ tinh khiết cao nhất có thể và không chứa hạt

Dung môi thích hợp dùng trong sắc ký bản mỏng là một dung môi có tính phân cực khác với pha tĩnh Để hạn chế sự lan tròn của các vệt mẫu, dung môi được sử dụng để hòa tan mẫu thử phải không phân cực hoặc phân cực một phần nếu pha tĩnh phân cực và ngược lại

- Buồng TLC: Đây là nơi diễn ra quy trình sắc ký lớp mỏng Nó giữ cho các hạt bụi tránh xa quá trình xử lý và không để dung môi bay hơi Để giải ly các đốm một cách thích hợp, một môi trường đồng nhất được duy trì bên trong buồng này

Hệ số Rƒ là đại lượng đặc trưng quan trọng về mức độ tách Giá trị Rƒ là khoảng cách tương đối mà một hợp chất cụ thể đi được đối với pha động

Hình 2.5 Tính toán giá trị Rf

Rƒ = Khoảng cách di chuyển của hợp chất (a)

Khoảng cách di chuyển của mặt trước dung môi (b)

Giá trị Rƒ chỉ là một hằng số đối với mỗi thành phần trong các điều kiện thực nghiệm giống hệt nhau Nó phụ thuộc vào một số yếu tố như: [3]

- Bản chất của chất hấp phụ: Các chất hấp phụ khác nhau sẽ cho giá trị Rƒ khác nhau đối với cùng một dung môi Chỉ có thể tái lập đối với một chất hấp phụ nhất định có kích thước hạt và chất kết dính không đổi Tấm nên được bảo quản trên silica gel

trong bình hút ẩm trước khi sử dụng và mẫu phải được xử lý nhanh chóng để hơi nước trong khí quyển không bị tấm hấp phụ

- Pha động: Cần kiểm soát chặt chẽ độ tinh khiết của dung môi và lượng dung môi đã pha Nó phải được làm mới cho mỗi lần chạy nếu một trong các dung môi rất dễ bay hơi hoặc hút ẩm Ví dụ như acetone

- Nhiệt độ: Mặc dù không cần thiết phải kiểm soát chính xác nhiệt độ nhưng bể chứa nên được đặt tránh xa các nguồn nhiệt, ánh nắng trực tiếp, v.v Khi nhiệt độ tăng lên, các dung môi dễ bay hơi nhanh hơn, dung môi chảy nhanh hơn và giá trị Rƒ thường giảm nhẹ

- Độ dày của lớp: Các tấm tiêu chuẩn xấp xỉ 250 micromet là độ dày thích hợp của lớp Dưới 200, các giá trị Rƒ thay đổi đáng kể Các lớp có thể có độ dày cao hơn hoặc thấp hơn trong các hợp chất riêng lẻ

- Bể TLC: Điều quan trọng là phải đạt được các điều kiện bão hòa để chạy các tấm TLC Điều này được thực hiện tốt nhất bằng cách sử dụng các bể nhỏ có lót giấy lọc và đủ dung môi, và bằng cách để bể cân bằng trong ít nhất 30 phút trước khi chạy đĩa Một nắp đậy vừa vặn là điều cần thiết

- Khối lượng của mẫu: Việc tăng khối lượng của mẫu trên đĩa thường sẽ làm tăng Rƒ của chất, đặc biệt nếu nó thường kéo dài trong hệ thống Tuy nhiên, nếu một tấm bị quá tải, điều này cũng sẽ tạo ra một điểm ở phía sau và sẽ có tác động làm giảm giá trị Rƒ một cách rõ ràng Hai tình huống thường dễ dàng phân biệt bằng cường độ của điểm

- Kỹ thuật sắc ký: Tùy thuộc vào kỹ thuật giải ly được sử dụng, tức là tăng dần, giảm dần, ngang, v.v., giá trị Rƒ thay đổi cho cùng một hệ dung môi

c Quá trình sắc ký

- Chuẩn bị ống mao quản: ống thủy tinh có đường kính trong nhỏ, khoảng 1–2 mm, một đầu được vót nhọn

- Chuẩn bị tấm bản mỏng: tấm bản mỏng 20x20 cm, dùng kéo cắt bản mỏng với kích thước cần thiết, tấm bản phải vừa bình giải ly Dùng bút chì vạch nhẹ nét xuất phát và mức tiền tuyết dung môi

Hình 2.6 Chấm bản mỏng - Sấy nhẹ để dung môi bay đi khỏi vết chấm

- Giải ly để dung môi di chuyển lên trên: sau khi bình đã bão hòa dung môi, ta đặt tấm bản mỏng vào bình khai triển Cạnh đáy của tấm bản mỏng ngập trong dung môi giải ly khoảng 0.5 – 1 cm Các vết mẫu không được ngập trong dung môi động

Hình 2.7 Quá trình chạy sắc ký bản mỏng

- Để các dung môi trên bản mỏng bay hơi, sau đó sử dụng các phương pháp vật lý hoặc hóa học để giải ly các vết trên bản mỏng

+ Với phương pháp hóa học, người ta phun lên toàn bản mỏng (dưới dạng phun sương) một dung dịch thuốc thử có thể tác dụng với các cấu tử của hỗn hợp thành hợp chất màu nhìn rõ bằng mắt thường (như hơi iot, dung dịch axit sunfuric, dung dịch vanilin )

+ Với phương pháp vật lí, người ta soi bản mỏng dưới đèn tử ngoại UV

- Dùng bút chì đánh dấu các vị trí đốm có màu mạnh, để tránh việc chúng bị mất mầu dần theo thời gian từ đó khó có thể đo được giá trị Rf của nó dưới đèn UV

Bây giờ có thể xác định xem liệu các thành phần của mẫu đã tách trong dung môi lựa chọn chưa Nếu kết quả phân tách kém, sử dụng hệ dung môi khác và thử lại mẫu trên một lớp mỏng silica hoặc alumin, mẫu được lắng trên một ống đong chất hấp phụ và dung môi được tiếp tục áp dụng với áp suất cho đến khi các thành phần hoàn toàn thoát ra khỏi ống đong Với sự thay đổi này, các thành phần không chỉ có thể được tách ra mà còn được gom vào các thùng chứa khác nhau, cho phép tinh chế hỗn hợp Sắc ký cột (còn được gọi là "sắc ký nhanh"), thường được sử dụng trong các cơ sở nghiên cứu

Sắc ký có khả năng tách các chất dựa trên sự hấp phụ khác biệt của các hợp chất với chất hấp phụ; các hợp chất di chuyển qua cột với tốc độ khác nhau, cho phép chúng được tách thành các phần nhỏ Kỹ thuật này được áp dụng rộng rãi, vì có thể sử dụng nhiều chất hấp phụ khác nhau (pha bình thường, pha đảo ngược, hoặc cách khác) với nhiều loại dung môi Kỹ thuật này có thể được sử dụng trên các quy mô từ microgam đến kilôgam [15]