Nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất 2 arylimino 3 aryl 5 aryliden 1,3 thiazolidin 4 one sử dụng chất lỏng ion trietylammonium hydrogen sulfate
THỰC NGHIỆM
Hóa chất, thiết bị
Tetrametylthiuram disulfid (TMTD): dùng hóa chất kĩ thuật có bán trên thị trường, kết tinh lại trong cloroform T°nc= 155-157℃ (156℃ [16])
Các dung môi: etanol, dioxan, toluen, DMF, axeton, cloroform, THF, hexan, etyl acetat, hóa chất bán trên thị trường, khi cần thiết được cất lại trước khi sử dụng
Axit acetic băng là hóa chất của Merck, được dùng không cần tinh chế
Các tác nhân: H2SO4 98%, trietylamin, α-cloacetyl clorid, các dẫn xuất anilin thế, các dẫn xuất benzaldehyd thế là hóa chất của Merck, được dùng không cần tinh chế
Các hóa chất khác nguồn gốc Trung Quốc được tinh chế lại trước khi sử dụng
Điểm nóng chảy đo trên máy AS ONE (Nhật Bản) tại phòng Hóa học Hữu cơ
3, khoa Hóa học, ĐHKHTN, ĐHQGHN
Phổ hồng ngoại đo trên máy FTIR AFFINITY 1S, hãng Shimadzu trong khoảng 400-4000 cm -1 , bằng viên ép KBr ở khoa Hóa học, ĐHKHTN, ĐHQGHN
Phổ cộng hưởng từ 1 H-NMR, 13 C-NMR ghi trên máy Bruker 500Mv, 500MHz, khoa Hóa học, ĐHKHTN, ĐHQGHN
Sắc ký bản mỏng được thực hiện với bản nhôm tráng silicagel 60 F254 của hãng Merck, hiển thị bằng ánh sáng UV-VIS tại phòng Hóa học hữu cơ 3, khoa Hóa học, ĐHKHTN, ĐHQGHN
Phổ khối lượng ghi trên máy SCIEX X500 QTOF, viện Hóa học, viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Phổ khối lượng ghi trên máy AGILENT 70010B GC/TQ, phòng Thí nghiệm trọng điểm phát triển năng lượng sinh học, khoa Hóa học, ĐHKHTN, ĐHQGHN
Phổ khối lượng ghi trên máy sắc ký lỏng khối phổ phân giải cao LC-HRMS Orbitrap, viện Kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm Quốc gia
2.1.3 Thử hoạt tính sinh học
Hoạt tính sinh học được thử nghiệm trên dòng tế bào ung thư phổi H358 theo phương pháp MTT tại bộ môn Vi sinh, khoa Sinh học, trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQGHN
Các mẫu thử được hòa tan trong dung dịch DMSO 5% với 4 thang đo nồng độ (1, 10, 50, 100 ug/mL) được pha loãng từ dung dịch gốc 100,000 ug/mL và nhỏ sang phiến vi lượng Tiến hành đánh giá độc tính bằng phương pháp MTT assay (kit Promega) Sau đó, đo mật độ quang học bằng máy đọc Elisa ở bước sóng 570 nm và tính giá trị ức chế IC50 Bảng giá trị IC50 được thể hiện ở bảng 3.4 phần thảo luận.
Phần tổng hợp
2.2.1 Tổng hợp xúc tác chất lỏng ion trietylamoni hydrosunphat (TEAHS) [Et 3 N + H - OSO 3 H]
Nhỏ từng giọt axit sulfuric 98% (1,96 g; 0,02 mol, 1 equiv.) vào trietylamin (2,02 g; 0,02 mol, 1 equiv.) ở 60℃ trong 1 giờ Sau khi nhỏ giọt xong, khuấy hỗn hợp thêm trong vòng 1 giờ ở 70℃ để phản ứng xảy ra hoàn toàn; cô quay sản phẩm dưới áp suất thấp ở 80-90℃ cho đến khi khối lượng chất rắn không thay đổi Sản phẩm thu được ở dạng rắn màu trắng Hiệu suất sản phẩm đạt 3,90 g (98%) T°nc = 47-48℃ (49℃ [41])
2.2.2 Quy trình chung tổng hợp dẫn xuất 1-aryl-3,3-dimetylthioure (I.1-4) a) Tổng hợp từ TMTD và arylamin chứa nhóm thế đẩy electron và halid
Hỗn hợp TMTD (4,80 g ; 20 mmol, 1 equiv.); dẫn xuất anilin tương ứng (40 mmol, 2 equiv.) và 12 mL toluen cho vào bình cầu 1 cổ 100 mL có lắp sinh hàn hồi lưu Đun hồi lưu hỗn hợp trong thời gian 1 giờ Tiến trình phản ứng được xác định theo lượng khí H2S bay ra làm đen miếng giấy lọc tẩm chì acetat đặt trên miệng sinh hàn Sau khi phản ứng kết thúc, để nguội hỗn hợp đến nhiệt độ phòng, lọc lấy kết tủa trên phễu Buchner Sấy khô kết tủa ngoài không khí Hòa tan sản phẩm thioure thô trong HCl đặc Lọc bỏ lưu huỳnh không tan Dịch lọc được pha loãng bằng nước Lọc
28 lấy sản phẩm trên phễu Buchner Rửa nhiều lần bằng nước cho đến pH ~7 Để khô ngoài không khí (hoặc sấy dưới áp suất thấp ở 50℃) Kết tinh lại trong etanol Áp dụng quy trình chung đã tổng hợp được 3 dẫn xuất 1-aryl-3,3- dimetylthioure sau:
1,1-dimetyl-3-phenylthioure (I.1) dạng rắn màu trắng, H: 3,21 g (92%) T°nc 132-134℃ (133-134℃ [31])
1,1-dimetyl-3-(4-metoxyphenyl)thioure (I.2) dạng rắn màu tím, H: 3,78 g (90%), T°nc = 122-124℃ (126-126,5℃ [31])
1-(4-clophenyl)-3,3-dimetylthioure (I.4) dạng rắn màu trắng, H: 4,03 g (94%), T°nc = 170-171℃ (169-172℃ [31]) b) Tổng hợp từ TMTD và arylamin chứa nhóm thế hút electron
Hỗn hợp TMTD (4,80 g; 20 mmol, 1 equiv.); 4-nitroanilin (2,76 g ; 20 mmol,
1 equiv.) và 15 mL DMF cho vào bình cầu 1 cổ 100 mL có lắp sinh hàn hồi lưu Đun cách thuỷ hỗn hợp trong thời gian 3 giờ Sau khi phản ứng kết thúc, để nguội hỗn hợp đến nhiệt độ phòng, đổ hỗn hợp vào nước, lọc lấy kết tủa trên phễu Buchner Sấy khô kết tủa ngoài không khí Hòa tan sản phẩm thioure thô trong HCl đặc Lọc bỏ lưu huỳnh không tan Dịch lọc được pha loãng bằng nước Lọc lấy sản phẩm trên phễu Buchner Rửa nhiều lần bằng nước cho đến pH ~7 Để khô ngoài không khí (hoặc sấy dưới áp suất thấp ở 50℃) Kết tinh lại trong etanol Sản phẩm 1,1-dimetyl- 3-(4-nitrophenyl)thioure (I.3) thu được ở dạng rắn màu vàng Hiệu suất đạt được là 3,60 g (80%), T°nc = 124-126℃ (124-126℃ [31])
2.2.3 Quy trình chung tổng hợp dẫn xuất N -aryl- α -cloacetamid (II.1-8)
Nhỏ từ từ α-cloacetyl clorid (1,9 mL; 24 mmol; 1,2 equiv.) vào dẫn xuất anilin tương ứng (20 mmol; 1 equiv.) trong 10 mL dioxan, khuấy ở nhiệt độ phòng Sau đó khuấy thêm 30 phút nữa ở 50℃ Kết thúc phản ứng, đổ sản phẩm vào nước đá; lọc thu sản phẩm thô trên phễu Buchner, rửa nhiều lần bằng nước cất tới trung tính (pH~7) Sấy khô sản phẩm, kết tinh lại trong etanol
29 Áp dụng phương pháp trên đã điều chế được 8 dẫn xuất N-aryl-α-cloacetamid (II.1-8) sau:
N-phenyl--cloacetamid (II.1) dạng rắn màu trắng, H: 2,72 g (80%), T°nc = 136- 137℃ (135-137℃ [5])
N-(4-metylphenyl)--cloacetamid (II.2) dạng rắn màu trắng, H: 2,86 g (78%), T°nc = 169-170℃ (168-170℃ [5])
N-(4-metoxyphenyl)--cloacetamid (II.3) dạng rắn màu tím, H: 3,27 g (82%), T°nc = 122-124℃ (124℃ [5])
N-(4-bromphenyl)--cloacetamid (II.4) dạng rắn màu trắng, H: 3,73 g (75%), T°nc = 182-184℃ (180℃ [5])
N-(4-clophenyl)--cloacetamid (II.5) dạng rắn màu trắng, H: 3,30 g (81%), T°nc
N-(4-flophenyl)--cloacetamid (II.6) dạng rắn màu trắng ngà, H: 2,93 g (78%), T°nc = 130-132 0 C (130-131℃ [5])
N-(4-nitrophenyl)--cloacetamid (II.7) dạng rắn màu vàng, H: 3,35 g (78%), T°nc = 161-162℃ (161-162℃ [24])
N-(3-nitrophenyl)--cloacetamid (II.8) dạng rắn màu vàng, H: 3,73 g (87%), T°nc
2.2.4 Tổng hợp các dẫn xuất 2-arylimino-3-aryl-1,3-thiazolidin-4-on (III 1-16)
2.2.4.1 Tổng hợp dẫn xuất III bằng phương pháp truyền thống
Hỗn hợp của 1,1-dimetyl-3-phenylthioure (I.1) (0,9 g; 5 mmol, 1 equiv.); N- phenyl--cloacetamid (II.1) (1,02 g; 6 mmol, 1.2 equiv.) và 10 mL dioxan được đun hồi lưu trong 2 giờ Kết thúc phản ứng, để nguội hỗn hợp về nhiệt độ phòng Sau đó đổ sản phẩm vào đá nghiền nhỏ Lọc chất rắn trên phễu Buchner, rửa sản phẩm vài lần bằng nước đến pH~7, cuối cùng bằng hỗn hợp etanol: nước =1:1; sấy khô sản phẩm thô; kết tinh lại trong etanol Sản phẩm 2-phenylimino-3-phenyl-1,3-
30 thiazolidin-4-on (III.1) thu được ở dạng rắn màu nâu Hiệu suất đạt được 1,27 g (95%), T°nc = 177-178℃ (178℃ [54]) a) Khảo sát ảnh hưởng của dung môi
Phản ứng được tiến hành như quy trình tổng hợp với dung môi sử dụng thay đổi lần lượt là toluen, dioxan, THF và cloroform Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 2.1
Bảng 2.1: Ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất sản phẩm
(mol/mol) Dung môi Nhiệt độ (℃) Thời gian
4 1,0/1,2 Cloroform 61 120 62 b) Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol của tác nhân
Phản ứng được tiến hành như quy trình tổng hợp với tỷ lệ mol các tác nhân
I.1/II.1 thay đổi lần lượt từ 1,0/1,0 đến 1,0/1,3 Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 2.2
Bảng 2.2: Ảnh hưởng tỷ lệ mol tác nhân đến hiệu suất sản phẩm
(mol/mol) Dung môi Nhiệt độ (℃) Thời gian
31 c) Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
Phản ứng được tiến hành như quy trình tổng hợp Nhiệt độ của phản ứng thay đổi từ 50℃ đến 100℃ Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 2.3
Bảng 2.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất sản phẩm
(mol/mol) Dung môi Nhiệt độ (℃) Thời gian
4 1,0/1,2 Dioxan 100 120 95 d) Khảo sát ảnh hưởng của thời gian
Phản ứng được tiến hành như quy trình tổng hợp Thời gian phản ứng lần lượt thay đổi từ 60 phút đến 240 phút Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 2.4
Bảng 2.4: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất sản phẩm
(mol/mol) Dung môi Nhiệt độ (℃) Thời gian
4 1,0/1,2 Dioxan 100 240 93 e) Khảo sát ảnh hưởng của xúc tác
Phản ứng được tiến hành như quy trình tổng hợp Xúc tác sử dụng lần lượt là HCl, NaOH và Et3N (5 mmol) Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 2.5
Bảng 2.5: Ảnh hưởng của xúc tác đến hiệu suất sản phẩm
4 1,0/1,2 Dioxan 100 120 Et3N 55 Áp dụng các điều kiện tối ưu tìm được, đã tổng hợp 8 dẫn xuất 2-arylimino-3- aryl-1,3-thiazolidin-4-on sau:
2-phenylimino-3-phenyl-1,3-thiazolidin-4-on (III.1), H: 1,27 g (95%), T°nc 177-178℃ (178℃ [54])
3-(4-metylphenyl)-2-phenylimino-1,3-thiazolidin-4-on (III.2), H: 1,21 g (86%), T°nc = 142-143℃
3-(4-bromphenyl)-2-phenylimino-1,3-thiazolidin-4-on (III.4), H: 1,39 g (80%), T°nc = 125-126℃
3-(4-nitrophenyl)-2-phenylimino-1,3-thiazolidin-4-on (III.7), H: 1,16 g (74%), T°nc = 170-171 o C
2-(4-metoxyphenyl)imino-3-(4-metylphenyl)-1,3-thiazolidin-4-on (III.9), H:
2-(4-metoxyphenyl)imino-3-(4-metoxyphenyl)-1,3-thiazolidin-4-on (III.10), H: 1,44 g (81%), T˚nc = 117-118℃
3-(4-bromphenyl)-2-(4-metoxyphenyl)imino-1,3-thiazolidin-4-on (III.11), H:
2-(4-metoxyphenyl)imino-3-(3-nitrophenyl)-1,3-thiazolidin-4-on (III.12), H: 1,25 g (73%), T˚nc = 127-129℃ (128-129℃ [23])
Kết quả tổng hợp, một số hằng số hoá lý và các dữ kiện phổ thể hiện ở bảng 3.1-3.2 (phần thảo luận)
2.2.4.2 Tổng hợp bằng phương pháp sử dụng xúc tác chất lỏng ion TEAHS
Khuấy và đun hỗn hợp của 1,1-dimetyl-3-phenylthioure (I.1) (0,90 g; 5 mmol;
1 equiv.); N-phenyl--cloacetamid (II.1) (1,02 g; 6 mmol; 1,2 equiv.); 0,5 mL dung môi dioxan và Et3N + H - OSO3H (0,40 g; 40 mol%) cho vào bình cầu 2 cổ dung tích
25 mL ở nhiệt độ sôi 100℃ trong 40 phút Theo dõi tiến trình phản ứng bằng sắc ký lớp mỏng sử dụng hệ dung môi hexan: etyl acetat = 4:1 Phản ứng kết thúc, để nguội hỗn hợp về nhiệt độ phòng Sau đó đổ hỗn hợp vào đá nghiền nhỏ; khuấy đều hỗn hợp khoảng 10 phút; lọc kết tủa trên phễu lọc Buchner; rửa sản phẩm thô vài lần bằng nước lạnh để loại bỏ dư lượng chất lỏng ion; sấy khô sản phẩm thô; kết tinh lại trong etanol
Hiệu suất của sản phẩm 2-phenylimino-3-phenyl-1,3-thiazolidin-4-on (III.1) đạt 1,23 g (92%), T°nc = 177-178℃ (178℃ [54]) Điểm nóng chảy của hỗn hợp 2 phần bằng nhau của III.1 tổng hợp bằng phương pháp không sử dụng xúc tác và có xúc tác TEAHS hoàn toàn bằng nhau; các dữ kiện phổ IR, 1 H-NMR và MS đều giống nhau, chứng tỏ 2 sản phẩm là 1 a) Khảo sát ảnh hưởng của dung môi
Phản ứng được tiến hành như quy trình mục 2.2.4.2 Dung môi thấm ướt sử dụng lần lượt là axeton, etanol, dioxan và toluen Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 2.6
Bảng 2.6: Ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất III.1
34 b) Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác
Phản ứng được tiến hành như quy trình mục 2.2.4.2 Tỷ lệ mol của xúc tác thay đổi lần lượt 20, 30, 40, 50 (mol%) Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 2.7
Bảng 2.7: Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến hiệu suất III.1
4 1,0/1,2/50 Dioxan 100 40 93 c) Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
Phản ứng được tiến hành như quy trình mục 2.2.4.2 Nhiệt độ của phản ứng thay đổi từ 80℃ đến 110℃ Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 2.5
Bảng 2.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất III.1
4 1,0/1,2/40 Dioxan 110 40 92 d) Khảo sát ảnh hưởng của thời gian
Phản ứng được tiến hành như quy trình mục 2.2.4.2 Thời gian phản ứng lần lượt thay đổi từ 20 phút đến 60 phút Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 2.9
Bảng 2.9: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất III.1
4 1,0/1,2/40 Dioxan 100 60 93 Áp dụng điều kiện tối ưu trên đã tổng hợp được 16 hợp chất III.1-16:
2-phenylimino-3-phenyl-1,3-thiazolidin-4-on (III.1), H: 1,23 g (92%), T°nc 177-178℃ (178℃ [54])
3-(4-metylphenyl)-2-phenylimino-1,3-thiazolidin-4-on (III.2), H: 1,23 g (87%), T°nc = 142-144℃
3-(4-bromphenyl)-2-phenylimino-1,3-thiazolidin-4-on (III.4), H: 1,04 g (78%), T°nc = 126℃
3-(4-nitrophenyl)-2-phenylimino-1,3-thiazolidin-4-on (III.7), H: 1,19 g (76%), T°nc = 170-172℃
2-(4-metoxyphenyl)imino-3-(4-metylphenyl)-1,3-thiazolidin-4-on (III.9), H:
2-(4-metoxyphenyl)imino-3-(4-metoxyphenyl)-1,3-thiazolidin-4-on (III.10),
3-(4-bromphenyl)-2-(4-metoxyphenyl)imino-1,3-thiazolidin-4-on (III.11), H:
2-(4-metoxyphenyl)imino-3-(3-nitrophenyl)-1,3-thiazolidin-4-on (III.12), H:
3-(4-metoxyphenyl)-2-phenylimino-1,3-thiazolidin-4-on (III.3), H: 1,19 g (80%), T°nc = 117-118℃
3-(4-clophenyl)-2-phenylimino-1,3-thiazolidin-4-on (III.5), H: 1,31 g (87%), T°nc = 97-99℃
3-(4-flophenyl)-2-phenylimino-1,3-thiazolidin-4-on (III.6), H: 1,14 g (80%), T°ph ~170℃ (chất rắn chuyển từ màu trắng ngà sang màu nâu)
3-(3-nitrophenyl)-2-phenylimino-1,3-thiazolidin-4-on (III.8), H: 1,28 g (82%), T°nc = 97-98℃
2-(4-nitrophenyl)imino-3-phenyl-1,3-thiazolidin-4-on (III.13), H: 1,09 g
3-(4-clophenyl)-2-(4-nitrophenyl)imino-1,3-thiazolidin-4-on (III.14), H: 1,25 g (72%), T˚nc = 205-206℃
2-(4-clophenyl)imino-3-(4-metylphenyl)-1,3-thiazolidin-4-on (III.15), H:
2-(4-clophenyl)imino-3-(4-clophenyl)-1,3-thiazolidin-4-on (III.16), H: 1,26 g (75%), T˚nc = 164-165℃ (165℃ [17])
Kết quả tổng hợp, một số hằng số hoá lý và các dữ kiện phổ được trình bày trong bảng 3.1-3.2 (phần thảo luận)
2.2.5 Tổng hợp 2-arylimino-3-aryl-5-aryliden-1,3-thiazolidin-4-on (V)
2.2.5.1 Tổng hợp dẫn xuất V.1 theo phương pháp truyền thống
Khuấy và đun hỗn hợp của 2-phenylimino-3-phenyl-1,3-thiazolidin-4-on (III.1) (1,34 g; 5 mmol, 1 equiv.), benzaldehyd (IV.1) (0,6 mL; 6 mmol, 1 equiv.),
CH3COONa khan (1,64 g; 20 mmol, 4 equiv.) và 20 mL axit acetic băng cho vào bình cầu 100 mL có lắp sinh hàn hồi lưu ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp (110℃) trong 20 giờ Phản ứng kết thúc, để nguội hỗn hợp về nhiệt độ phòng; sau đó đổ hỗn hợp vào đá nghiền nhỏ; lọc kết tủa trên phễu lọc Buchner; rửa nhiều lần bằng nước đến pH~7; sấy khô, kết tinh lại trong etanol
Hiệu suất của 5-benzyliden-2-phenylimino-3-phenyl-1,3-thiazolidin-4-on (V.1) với hiệu suất 1,03 g (58%), T˚nc= 201-203℃ (204℃ [34])
2.2.5.2 Tổng hợp các dẫn xuất V bằng phương pháp sử dụng xúc tác chất lỏng ion
Hỗn hợp gồm 2-phenylimino-3-phenyl-1,3-thiazolidin-4-on (III.1) (1,34 g; 5 mmol, 1 equiv); benzaldehyd (IV.1) (0,6 mL; 6 mmol; 1,2 equiv.) và Et3NH + - OSO3H (0,40 g; 40 mol%) cho vào bình cầu 2 cổ dung tích 25 mL Thêm 0,5 mL dung môi dioxan để thấm ướt mẫu rắn, đun nóng hỗn hợp phản ứng ở 100℃ trong 60 phút Phản ứng kết thúc, để nguội hỗn hợp về nhiệt độ phòng Sau đó đổ hỗn hợp vào đá nghiền nhỏ, khuấy đều hỗn hợp trong 10 phút Lọc kết tủa trên phễu lọc Buchner (thu dịch lọc để thu hồi chất lỏng ion), rửa sản phẩm nhiều lần bằng nước lạnh để loại bỏ chất lỏng ion Sấy khô sản phẩm thô, kết tinh lại trong etanol