nghiên cứu và ứng dụng các hợp chất azometin oxim và hydrazon

Lời cảm ơn. Trong thời gian 3 tháng làm thực nghiệm, được sự hướng dẫn trực tiếp hết sức nhiệt tình của : Thầy giáo - GS. TS Trần Mạnh Bình Cô giáo - TS Phạm Thị Minh Thuỷ Cùng sự chỉ bảo và giúp đỡ về mọi mặt của các thầy cô giáo còngnh các thầy cô kĩ thuật viên trong bộ môn Hoá Hữu Cơ, tôi đã hoàn thành khoá luận tốt nghiệp của mình theo đúng thời gian quy định. Có được kết quả ngày hôm nay, tôi xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo - GS. TS Trần Mạnh Bình, cô giáo - TS Phạm Thị Minh Thuỷ cùng toàn thể các thầy cô kĩ thuật viên. Tôi còng xin chân thành cảm ơn sự tận tình giúp đỡ của thầy giáo - TS Đỗ Ngọc Thanh ( Phòng nghiên cứu trung tâm ) và cô giáo - TS Chu Thị Lộc ( Tổ môn Vi nấm - Kháng sinh ) cùng các bộ môn, phòng ban, bạn bè trong trường đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khoá luận. Hà Nội ngày 27/5/2002. Sinh viên Nguyễn Quyết Chiến. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, nhu cầu thuốc phòng và điều trị bệnh là rất lớn, đặc biệt là các bệnh nhiễm khuẩn nên việc tìm ra các thuốc mới càng cấp thiết hơn. Giữa cấu trúc hoá học và tác dụng dược lý thường có mối quan hệ mật thiết, do đó người ta đã tìm tòi và lựa chọn ra những khung và nhóm chức có tác dụng sinh học để tổng hợp, bán tổng hợp ra thuốc mới. Các base azometin, các oxim và các hydrazon đã được các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu từ lâu, không chỉ được sử dụng như một chất trung gian để tổng hợp mét sè hợp chất dị vòng chứa N hay tổng hợp β- aminoceton mà chính bản thân nó cùng có mét sè tác dụng sinh học như kháng khuẩn, kháng nấm, điều trị lao, hủi, lợi tiểu . . . Nhiều chất trong số đó đã được dùng làm thuốc. Tetracyclin là một kháng sinh trong họ kháng sinh Tetracyclin, là những dẫn chất của octahydronaphtacen 4 vòng có tác dụng trên nhiều loại cầu khuẩn và trực khuẩn Gram(+), Gram(-). Hiện nay tetracyclin Ýt được sử dụng cho trẻ em vì dễ tạo phức chelat với canxi do đó làm vàng răng trẻ em, hơn nữa nó có vị rất đắng. Với định hướng kết hợp cấu tróc azometin (- CH = N - ), oxim ( = N - OH ), hydrazon ( - HC = N - NH - ) với tetracyclin nhằm hy vọng tổng hợp ra mét sè hợp chất mới có tác dụng sinh học và ứng dụng được vào thực tế điều trị lâm sàng. Trong khoá luận này chúng tôi tiến hành tổng hợp mét sè dẫn xuất ngưng tụ chứa N của tetracyclin gồm : Mét hợp chất oxim, mét hợp chất azometin và 3 hợp chất hydrazon sau đó sơ bộ thăm dò tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm của những chất tổng hợp được. PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1. Sơ lược về lịch sử nghiên cứu và ứng dụng các hợp chất Azometin, Oxim và Hydrazon [15]. 1.1.1. Azometin. Các azometin ( base Schiff ) là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có chứa nhóm imin ( - CH = N - ), chóng đã được nghiên cứu từ lâu và là sản phẩm trung gian để tổng hợp mét sè hợp chất có tác dụng sinh học (β-aminoceton, các hợp chất dị vòng chứa N như quinolin, pyrazol, thiazol ), bản thân chóng còng có tác dụng sinh học. Vào khoảng năm 1850 khi trộn một hỗn hợp đồng phân tử benzadehyd và anilin thì Laurent và Gerhard thu được một hợp chất có công thức C 13 H 11 N gọi là benzoylanilid (Sau này người ta tìm ra công thức cấu tạo là C 6 H 5 - CH = N - C 6 H 5 và gọi tên là benzylidenanilin hay benzalanilin ). Đây là chất đầu tiên thuộc dãy anilin thế. Tõ năm 1864 đến nay, nhiều tác giả trên thế giới đã tiếp tục nghiên cứu một cách có hệ thống phản ứng của các aldehyd với amin bậc 1, bậc 2 thuộc dãy béo, dãy thơm và dị vòng. Ví dụ: Amin bậc 1 ( 1 mol ) Tại Việt Nam còng đã có mét sè công trình nghiên cứu về vấn đề này (GS - Đặng Như Tại và cộng sự) Tại Trường Đại học Dược Hà Nội cũng đã có mét số luận án PTS nghiên cứu tổng hợp các azometin tõ các aldehyd thơm và amin thơm làm chất trung gian tổng hợp các dẫn chất thuộc dãy β-aminoceton. 1.1.2. Mét sè azometin - oxim và hydrazon dùng làm thuốc: Bảng 1. Mét sè Azometin - Oxim - Hydrazon dùng làm thuốc STT TÊN THUỐC CÔNG THỨC CẤU TẠO TÁC DỤNG 1 Phtivazid ( 3 - methoxy - 4 - hydroxy benzaldehyđ Isonicotinoylhydrazon Chống lao 2 Tibion ( p - acetamidobenzal - dehyd thiosemicarbazon) Chống lao 3 Nitrofuran, furacin (5 - nitro 2 - furfuraldehyd Semicarbazon Kháng khuẩn 4 Nifuroxim (Anti - 5 - nitro furaldoxim Kháng nấm 5 Sulfacinamin Kháng khuẩn 6 Ampecloral Điều trị chứng biếng ăn 7 Ambuside Thuốc lợi tiểu 8 Terizidone Thuốc chống lao 1.2. Sơ lược về Tetracyclin [2] Tetracyclin là mét trong những dẫn xuất của octahydronaphtacen 4 vòng. Đây là một kháng sinh trong nhóm kháng sinh có tên là tetracyclin. Các tetracyclin được chia thành 2 nhóm: + Các tetracyclin thiên nhiên có nguồn gốc từ Streptomyces + Các tetracyclin bán tổng hợp. Các kháng sinh trong nhóm này có khung cấu tróc chung nh sau: Các tetracyclin đều ở dưới dạng bột kết tinh màu vàng, vị đắng. Dạng base rất Ýt tan trong nước, tan trong ethanol và các dung môi hữu cơ Ýt phân cực. Dạng muối hydroclorid tan được trong nước. Là những hợp chất lưỡng tính có thể tạo muối với acid và kiềm. Đặc biệt các tetracyclin tạo ra những chelat bền vững với mét sè kim loại nh Ca, Mg, Fe do đó răng trẻ em bị nhuộm vàng khi dùng tetracylin lâu ngày ( 2 ÷ 3 tuần ). Theo mét sè tác giả các tetracyclin đọng lại ở trong răng trong những giai đoạn đầu của sù calci hoá, có ái lực với Ca của xương, do đó trẻ em dưới 8 tuổi có thể bị hỏng men răng, phụ nữ có mang dùng tetracyclin thì có thể giảm sự phát triển của xương dài và các nụ răng của thai người. Nói chung các tetracylin có hoạt phổ tác dụng rộng, bao gồm nhiều loại cầu khuẩn và trực khuẩn Gram(+) và Gram(-), xoắnkhuẩn,Rickettsia, Trichomonas,Amip, giun kim, Chlamydia, Mycoplasma, không có tác dụng trên trực khuẩn mủ xanh, trực khuẩn lao, Proteus, Candida albicans. Tuy vậy các tetracyclin có tác dụng mạnh yếu khác nhau trên mét sè vi khuẩn . Ví dụ nh với tụ cầu, lậu cầu, màng não cầu thì clotetracyclin có tác dụng tốt hơn tetracylin, oxytetracyclin nhưng đối với trực khuẩn lỵ thì nguợc lại. Các tetracyclin khác nhau còng có thời hạn bán huỷ khác nhau, có mức độ liên kết với protein của huyết thanh khác nhau do đó có liều dùng và mục đích điều trị cũng khác nhau. Ví dụ như doxycyclin hấp thụ nhanh và gần như trọn vẹn, bài xuất lại rất chậm nên duy trì nồng độ trong máu khoảng 24 (h), trong khi đó tetracyclin lại bài xuất rất nhanh trong nước tiểu, do đó khi dùng doxycyclin chỉ nên dùng ngày 1 lần với liều lượng thấp và không nên dùng trong trường hợp nhiễm khuẩn đường niệu và bệnh nhân bị thiểu năng thận. Hai trường hợp này thì nên dùng tetracyclin có tác dụng ngắn hạn do bài xuất nhanh. 1.3. Tính chất chung của các Oxim - Hydrazon - Azometin. 1.3.1. Tính chất vật lí [15]. * Oxim. Được hình thành do sù kết hợp của hydroxylamin với aldehyd hoặc ceton. Oxim thường là các chất rắn kết tinh, có điểm chảy xác định, Ýt tan trong nước( Trừ acetoxim ), tan trong alcolethylic, ether, DMF. Oxim của các aldehyd thơm và các ceton không đối xứng RCOR’ tồn tại dưới 2 dạng đồng phân syn và anti. Dạng syn ( cấu hình cis ) là dạng có nhóm OH ở cùng phía với gốc R hoặc Ar liên kết với Cacbon trong nhóm còn dạng anti có cấu hình đối lập. Điểm nóng chảy của oxim dạng anti cao hơn dạng syn. * Azometin Là những chất có cấu tróc imin ( - CH = N - ) thường không bền do khuynh hướng polyme hoá, ngưng tụ hoặc thuỷ phân. Dạng mạch hở thường không bền, không thể tách ra thành dạng tự do. Các azometin có cấu trúc thế thì bền vững hơn azometin có cấu trúc không thế. Với các azometin thế ở N ( dãy N - alkyl hoá hoặc N - aryl hoá ) cấu tróc R - CH = N - R’ thì gốc R là mạch hở thường là chất lỏng và kém bền, trong đó cấu tróc CH 2 = N - R’ tồn tại ở trạng thái trimer hoá song cấu trúc của nó là một dị vòng, các chất khác nhanh chóng bị trùng hợp hoá. Với gốc R thơm thì azometin là những chất rắn kết tinh, tồn tại dưới dạng đơn phân tử, có tính kiềm, Ýt tan trong nước, tan trong alcol, cloroform, benzen, DMF , không tan trong ether. * Hydrazon Phần lớn hydrazon thơm là chất kết tinh. Các hydrazon vừa mới điều chế thường có mầu vàng nhạt hoặc không mầu. Xác định điểm nóng chảy là mét trong những cách để định tính các hợp chất carbonyl, tuy nhiên việc xác định điểm nóng chảy của các hydrazon có khó khăn do nã dễ bị phân huỷ bởi nhiệt. 1.3.2. Tính chất hoá học * Oxim + Phản ứng thuỷ phân Khi đun nóng oxim với dung dịch acid vô cơ trong nước nó bị thuỷ phân trở thành hợp chất carbonyl ban đầu và hydroxylamin. + Phản ứng khử hoá oxim bị khử hoá tạo sản phẩm là amin bậc 1 bởi các tác nhân khử thường dùng như LiAlH 4 , ZnCl 2 , Natri trong alcol, , không nên dùng chất khử acid để tránh thuỷ phân. Oxim của cyclohexanon khi hydro hoá với xúc tác đen platin trong dung dịch alcol - nước và hydrocloric tạo ra cyclohexyl hydroxylamin - Tính base - Phản ứng cộng hợp - Sù dễ dàng cắt mạch mà điển hình là phản ứng thuỷ phân a. Tính base Do trên nguyên tử N có cặp điện tử không chia sẻ nên N là mét trung tâm base Lewis. Liên hợp (n,∏) có ảnh hưởng nhất định đến tính chất base của hợp chất azometin. Ngoài ra, các nhóm thế trên nhân thơm của phần amin còng ảnh hưởng rõ rệt đến tính base này. Kết hợp với acid tạo muối R - CH = N - R’ + HCl b. Phản ứng cộng - Cộng hợp hydro R - CH=N - R’ + H 2 R - CH 2 - NH - R’ - Cộng hợp halogen Sản phẩm cộng hợp halogen vào azometin làm bão hoà dây nối đôi R - CH=N - R’ + Br 2 R - CHBr - NBr - R’ - Cộng hợp các acid sulfurơ và các sulfit kiềm C 6 H 5 - CH = N - C 6 H 5 + H 2 SO 3 C 6 H 5 - CH - N - C 6 H 5 - Cộng hợp với acid cyanhydric : cho sản phẩm là nitril R - CH = N - R’ + HCN R - CH - NH - R’ - Cộng hợp với các hợp chất cơ magie Theo Busch và cộng sự, các hợp chất cơ magie có thể tham gia phản ứng cộng với các azometin là dẫn chất của aldehyd thơm với các amin thơm Có 2 yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng + Mật độ điện tử trên B càng lớn ( càng có tính base mạnh ) thì tốc độ phản ứng càng lớn và ngược lại. + Điện tích dương ở carbon của nhóm carbonyl càng lớn thì tốc độ phản ứng càng lớn và ngược lại. * Các yếu tố ảnh hưởng đến mật độ điện tử trên phân tử amin + Gốc B Nếu gốc B có khả năng đẩy điện tử ( Hiệu ứng +I, + M ) sẽ làm tăng khả năng tham gia phản ứng. Do vậy khả năng tham gia phản ứng cộng ái nhân của phân tử amin tăng dần khi mật độ điện tử trên B càng lớn. Nếu gốc B có khả năng hút điện tử sẽ làm giảm mật độ điện tử trên N nên khả năng phản ứng của hợp chất giảm. + Sù có mặt và vị trí của các nhóm thế trên nhân thơm cũng ảnh hưởng đến khả năng phản ứng. Nhóm thế loại I ( ankyl, -OH, - OCH 3 ) gây hiệu ứng +I, + M làm tăng mật độ điện tử trên N nên tham gia phản ứng cộng ái nhân A N dễ hơn anilin. Nhóm thế loại II ( -CHO, - NO 2 , - COOH ) cản trở phản ứng xảy ra. Ví dụ: Các amin thơm sau được sắp xếp theo khả năng phản ứng tăng dần. [...]... của các chất tổng hợp được, góp phần tăng hiệu suất phản ứng Hiệu suất phản ứng còn phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, thời gian phản ứng và cả hệ dung môi kết tinh Các chất tổng hợp được đều là những chất rắn kết tinh có màu vàng hoặc màu nâu đỏ, tan tốt trong DMF, alcol ethylic Lợi dụng những tính chất này chúng tôi tinh chế sản phẩm thu được 2.6.2 Tác dụng sinh học a Tác dụng kháng khuẩn Tất cả các chất. .. trúc các chất tổng hợp bảng phương pháp đo phổ khối (MS), phổ H-NMR, C - NMR và phân tích định lượng nguyên tố N chúng tôi đề nghị nếu có điều kiện được nghiên cứu sâu hơn để có thể khẳng định một cách chắc chắn cấu trúc hoá học các chất tổng hợp được 3.3 chúng tôi tiến hành thử tác dụng sinh học của các chất tổng hợp được trên 9 chủng vi khuẩn và 1 chủng vi nấm kiểm định Kết quả cho thấy: Ngoại trừ các. .. tính chất định lượng Song vì điều kiện thời gian không cho phép nên chúng tôi mới thực hiện ở mức độ định tính Chúng tôi rất mong có điều kiện được tíêp tục nghiên cứu tổng hợp và xác định tác dụng sinh học các chất tổng hợp được ở mức độ chuyên sâu hơn Phần 3 Kết luận Qua kết quả thực nghiệm chúng tôi rút ra mét sè kết luận sau: 3.1 chúng tôi đã tổng hợp được một dẫn chất oxim, mét dẫn chất azometin và. .. chất oxim, mét azometin và 3 hợp chất hydrazon chưa thấy trong các tài liệu tham khảo được Qua tiến hành kiểm tra cấu trúc các chất qua phổ UV, IR, chúng tôi nhận thấy các chất có cấu trúc phù hợp với cấu tróc dự kiến Dung môi tiến hành phản ứng là ethanol tuyệt đối, đây là mét dung môi phân cực không những hoà tan tốt tetracyclin base và các amin mà còn làm thuận lợi cho phản ứng ngưng tụ vì nó làm... chất tổng hợp được không có tác dụng trên các chủng vi khuẩnPseudomonas aeruginosa, Bacillus cereus, Salmonella typhi Với các chủng vi khuẩn còn lại, các chất tổng hợp được đều cho kết quả rất tốt, đường kính vòng vô khuẩn tương đương với vòng vô khuẩn tạo bởi các tetracyclin base Trên chủng Sarcina lutea, tác dụng kháng khuẩn của các chất tổng hợp được là tương đối yếu b Tác dụng kháng nấm Theo các tài... thăm dò tác dụng sinh học của các chất tổng hợp Đựoc sự giúp đỡ của tổ môn Vi nấm - Kháng sinh trường ĐH Dược Hà Nội, chúng tôi đã tiến hành thử mét sè tác dụng sinh học, cụ thể là khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, qua đó mong muốn tìm được mối liên quan giữa cấu trúc hoá học và tác dụng sinh học của các chất tổng hợp được 2.5.1 Nguyên tắc Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của các chất tổng hợp được được... xét và đánh giá 2.6.1 Tổng hợp hoá học Nguyên liệu ban đầu trong giai đoạn tổng hợp là tetracyclin hydroclorid rất Ýt tan trong ethanol là mét dung môi rất thuận lợi cho các phản ứng ngưng tụ loại nước, do đó chúng tôi đã chuyển thành tetracyclin base, thuận lợi hơn cho quá trình tổng hợp Tõ tetracyclin base thực hiện phản ứng ngưng tụ loại nước chúng tôi đã tổng hợp được một hợp chất oxim, mét azometin. .. typhi, tất cả các chất tổng hợp được đều có tác dụng trên các chủng còn lại 3.4 Qua quá trình thực hiện khoá luận tốt nghiệp, chúng tôi đã thu nhận được mét sè kiến thức về phương pháp tổng hợp hữu cơ, phương pháp xác định cấu trúc các chất hữu cơ tổng hợp được Bước đầu làm quen với nghiên cứu khoa học, chúng tôi còng rút ra được bài học, đó là phải rất cẩn thận, kiên trì, trung thực và sáng tạo trong... ra được bài học, đó là phải rất cẩn thận, kiên trì, trung thực và sáng tạo trong quá trình làm thực nghiệm Ảnh 1 Tác dụng kháng E coli của các chất tổng hợp được 1 13 Ảnh 2 Tác dụng kháng Staphylococus aureus của các chất tổng hợp được Ảnh 3 Tác dụng kháng P mirabilis của các chất tổng hợp được Tài liệu tham khảo 1 bộ môn Hoá hữu cơ, Hoá hữu cơ tập 1 - Trường ĐH Dược Hà Nội-1990, trang 43 - 45 2 bộ... tác dụng trên nấm Candida albicans Trong các chất chúng tôi tổng hợp được, chất I, II, III có tác dụng trên chủng nấm này Hai chất IV, V không có tác dụng trên nấm Nh vậy việc chuyển hoá tõ tetracyclin base thành các dẫn xuất ngưng tụ chứa N đã làm tăng tác dụng kháng nấm Tuy nhiên nhận xét trên đây mới chỉ là thăm dò sơ bộ Để đưa ra những kết luận chính xác phải lập lại những thí nghiệm nhiều lần và . tổng hợp được. PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1. Sơ lược về lịch sử nghiên cứu và ứng dụng các hợp chất Azometin, Oxim và Hydrazon [15]. 1.1.1. Azometin. Các azometin ( base Schiff ) là những hợp chất. những khung và nhóm chức có tác dụng sinh học để tổng hợp, bán tổng hợp ra thuốc mới. Các base azometin, các oxim và các hydrazon đã được các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu từ lâu, không. tổng hợp mét sè dẫn xuất ngưng tụ chứa N của tetracyclin gồm : Mét hợp chất oxim, mét hợp chất azometin và 3 hợp chất hydrazon sau đó sơ bộ thăm dò tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm của những chất