tìm hiểu một số dẫn xuất ngưng tụ chứa n của tetracyclin

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 dợc lý thờng có mối quan hệ mật thiết, do đó ngời 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 đợc các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu từ lâu, không chỉ đợc sử dụng nh một chất trung gian để tổng hợp một số hợp chất dị vòng chứa N hay tổng hợp - aminoceton mà chính bản thân nó cùng có một số tác dụng sinh học nh kháng khuẩn, kháng nấm, điều trị lao, hủi, lợi tiểu . . . Nhiều chất trong số đó đã đợc 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 ít đợc 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. Vỡ nhng lý do trờn, ngy cng cú nhiu nghiờn cu với định hớng kết hợp cấu trúc azometin (- CH = N - ), oxim ( = N - OH ), hydrazon ( - HC = N - NH - ) với tetracyclin nhằm hy vọng tổng hợp ra một số hợp chất mới có tác dụng sinh học và ứng dụng đợc vào thực tế điều trị lâm sàng. 1. Sơ lợc về lịch sử nghiên cứu và ứng dụng các hợp chất Azometin, Oxim và Hydrazon 1.1. Azometin Các azometin ( base Schiff ) là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có chứa nhóm imin ( - CH = N - ), chúng đã đợc nghiên cứu từ lâu và là sản phẩm trung gian để tổng hợp một số hợp chất có tác dụng sinh học (- aminoceton, các hợp chất dị vòng chứa N nh quinolin, pyrazol, thiazol ), bản thân chúng cũng 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 đợc một hợp chất có công thức C 13 H 11 N gọi là benzoylanilid (Sau này ngời 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. Từ 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 cũng đã có một số công trình nghiên cứu về vấn đề này (GS-Đặng Nh Tại và cộng sự) Tại Trờng Đại học Dợc Hà Nội cũng đã có một số luận án PTS nghiên cứu tổng hợp các azometin từ các aldehyd thơm và amin thơm làm chất trung gian tổng hợp các dẫn chất thuộc dãy -aminoceton. 1.2. Một số azometin - oxim và hydrazon dùng làm thuốc 2 R-CHO + H 2 N R R CH = N R + H 2 O Bảng 1. Một số Azometin-Oxim-Hydrazon dùng làm thuốc ST T Tên thuốc Công thức cấu tạo Tác dụng 1 Phtivazid ( 3 - methoxy - 4 - hydroxy benzaldehyđ Isonicotinoylhydrazon N CONH N CH OH OCH 3 Chống lao 2 Tibion ( p - acetamidobenzal - dehyd thiosemicarbazon) C CH 3 NH O CH N NH C NH 2 S Chống lao 3 Nitrofuran, furacin (5 - nitro 2 - furfuraldehyd Semicarbazon o O 2 N CH N NH C O NH 2 Kháng khuẩn 4 Nifuroxim (Anti - 5 - nitro furaldoxim o CH=NO 2 N OH Kháng nấm 5 Sulfacinamin CH=CH CH=N S O O NH 2 Kháng khuẩn 6 Ampecloral CH 2 CH N CH CCl 3 CH 3 Điều trị chứng biếng ăn 7 Ambuside Cl N CH C OH CH 3 S NH CH 2 CH CH 2 O O SH 2 N O O Thuốc lợi tiểu 8 Terizidone HCCH NN O N O H O N O H Thuốc chống lao 3 2. Sơ lợc về Tetracyclin Tetracyclin là một trong những dẫn xuất của octahydronaphtacen 4 vòng. Đây là một kháng sinh trong nhóm kháng sinh có tên là tetracyclin. Các tetracyclin đợc 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 trúc chung nh sau: R 6 R 1 OH R 3 O OH O COR 5 OH CH 3 CH 3 R 4 R 2 H OH 7 8 10 9 11 12 5 a 5 4 4 a 3 2 6 Các tetracyclin đều ở dới dạng bột kết tinh màu vàng, vị đắng. Dạng base rất ít tan trong nớc, tan trong ethanol và các dung môi hữu cơ ít phân cực. Dạng muối hydroclorid tan đợc trong nớc. Là những hợp chất lỡng tính có thể tạo muối với acid và kiềm. Đặc biệt các tetracyclin tạo ra những chelat bền vững với một số kim loại nh Ca, Mg, Fe do đó răng trẻ em bị nhuộm vàng khi dùng tetracylin lâu ngày ( 2 ữ 3 tuần ). Theo một số tác giả các tetracyclin đọng lại ở trong răng trong những giai đoạn đầu của sự calci hoá, có ái lực với Ca của xơng, do đó trẻ em dới 8 tuổi có thể bị hỏng men răng, phụ nữ có mang dùng tetracyclin thì có thể giảm sự phát triển của xơng dài và các nụ răng của thai ngời. Nói chung các tetracylin có hoạt phổ tác dụng rộng, bao gồm nhiều loại cầu khuẩn và trực khuẩn Gram(+) và Gram(-), xoắn khuẩn, 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 một số vi khuẩn .Ví dụ nh với tụ cầu, lậu cầu, màng não cầu thì clotetracyclin có tác 4 dụng tốt hơn tetracylin, oxytetracyclin nhng đối với trực khuẩn lỵ thì nguợc lại. Các tetracyclin khác nhau cũng 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 nh doxycyclin hấp thụ nhanh và gần nh 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 nớc tiểu, do đó khi dùng doxycyclin chỉ nên dùng ngày 1 lần với liều lợng thấp và không nên dùng trong trờng hợp nhiễm khuẩn đờng niệu và bệnh nhân bị thiểu năng thận. Hai trờng hợp này thì nên dùng tetracyclin có tác dụng ngắn hạn do bài xuất nhanh. 3. Tính chất chung của các Oxim - Hydrazon - Azometin. 3.1. Tính chất vật lí * Oxim Đợc hình thành do sự kết hợp của hydroxylamin với aldehyd hoặc ceton. Oxim thờng là các chất rắn kết tinh, có điểm chảy xác định, ít tan trong nớc( Trừ acetoxim ), tan trong alcolethylic, ether, DMF. Oxim của các aldehyd thơm và các ceton không đối xứng RCOR tồn tại dới 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 C=N 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 trúc imin ( - CH = N - ) thờng không bền do khuynh hớng polyme hoá, ngng tụ hoặc thuỷ phân. Dạng mạch hở thờng không bền, không thể tách ra thành dạng tự do. 5 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 trúc R - CH = N - R thì gốc R là mạch hở thờng là chất lỏng và kém bền, trong đó cấu trúc 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 dới dạng đơn phân tử, có tính kiềm, ít tan trong nớc, 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 thờng có mầu vàng nhạt hoặc không mầu. Xác định điểm nóng chảy là một 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 nó dễ bị phân huỷ bởi nhiệt. 3.2. Tính chất hoá học * Oxim + Phản ứng thuỷ phân Khi đun nóng oxim với dung dịch acid vô cơ trong nớc nó bị thuỷ phân trở thành hợp chất carbonyl ban đầu và hydroxylamin. R C R O C R R N OH + Phản ứng khử hoá oxim bị khử hoá tạo sản phẩm là amin bậc 1 bởi các tác nhân khử thờng dùng nh LiAlH 4 , ZnCl 2 , Natri trong alcol, , không nên dùng chất khử acid để tránh thuỷ phân. 6 + H 2 O + H + H 2 N OH R CH R NH 2 C R R N OH Oxim của cyclohexanon khi hydro hoá với xúc tác đen platin trong dung dịch alcol - nớc và hydrocloric tạo ra cyclohexyl hydroxylamin N OH NH OH Các aldoxim khi bị khử hoá cũng có thể tạo thành hydroxylamin và amoniac 2RCH = N-OH + NOH RCH 2 RCH 2 + Các phản ứng alkyl hoá và acyl hoá Oxim tác dụng với methyl iodua trong môi trờng trung tính sẽ tạo ra dẫn xuất N-methyl C R R' N CH 3 CH 3 C C C C + I - -HI C R R' N CH 3 O CH 3 I C R R' N OH Trong môi trờng kiềm phản ứng methyl hoá xảy ra ở nguyên tử Oxy C N R R' OH OH - C N R R' O - C N R R' OCH 3 + Ngoài những phản ứng trên oxim còn tham gia một phản ứng rất quan trọng nữa, đó là chuyển vị Beckmann Khi cho anhydrid acetic hoặc acetylclorid tác dụng với cetoxim đáng lẽ thu đợc dẫn xuất acetyl của oxim thì Beckmann(1886) lại thu đợc amid thế . Những amid đó là đồng phân của oxim ban đầu và đợc tạo thành bằng cách chuyển vị nội phân tử gọi là chuyển vị Beckmann 7 + [H] + H 2 O + H 2 3 H 2 + H 2 O + NH 3 + - C N C 6 H 5 C 6 H 5 OH C N HO C 6 H 5 C 6 H 5 C N O C 6 H 5 HC 6 H 5 C C C C C C C C * Các azometin Tính chất cơ bản của azometin là do liên kết đôi (-HC=N-) không tơng tự nh các liên kết đôi ethylenic(C=C) . Các hợp chất này đợc phân biệt bởi 3 tính chất cơ bản sau - Tính base - Phản ứng cộng hợp - Sự 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 một trung tâm base Lewis. Liên hợp (n,) có ảnh hởng nhất định đến tính chất base của hợp chất azometin.Ngoài ra,các nhóm thế trên nhân thơm của phần amin cũng ảnh hởng 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 8 C C C C N H CHR Cl (-) (+) 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 Ar - CH = N - Ar + RMgX Ar - CH - N - Ar + OH 2 Ar - CH - NHAr + MgX(OH) - Cộng hợp với các ceton Các ceton có hydro linh động ở vị trí sẽ cộng hợp đợc với các azometin tạo thành hợp chất -aminoceton, phản ứng thờng cần xúc tác acid. R - CH = N - R + H 3 C - CO - C 6 H 5 R - CH - NH - R c.Phản ứng cắt mạch - Phản ứng thuỷ phân các azometin thế Các azometin N-alkyl bị thuỷ phân bởi dung dịch NaOH 30%, trong khi đó các base azometin N-aryl thì bền vững trong kiềm và bị thuỷ phân dễ dàng ở nhiệt độ lạnh với sự có mặt của acid vô cơ tạo aldehyd và amin tơng ứng R - CH = N - R + H 2 O RCHO + H 2 N - R d. Độ bền vững của các azometin Các azometin đợc tạo thành từ aldehyd thơm và amin thơm mới bền vững, còn tạo thành từ aldehyd mạch hở và amin mạch hở thì thờng không bền, dễ bị trùng hợp ( đặc biệt nhiều chất dễ bị trimer hoá ) tạo hợp chất dị vòng. 9 H SO 3 H CN R MgX R CH 2 CO C 6 H 5 N N N CH 3 CH 3 CH 3 H 2 C N CH 3 3 * Hydrazon + Phản ứng thuỷ phân Đun nóng với acid vô cơ loãng bị thuỷ phân thành hydrazin và hợp chất carbonyl. C 6 H 5 -CH 2 -NH = N = CH - R + H 2 O RCHO + C 6 H 5 - CH 2 - N = NH + Với sự có mặt của ZnCl 2, arylhydrazon của một số lớn các hợp chất carbonyl bị chuyển thành indol và amoniac. Phản ứng đợc tiến hành bằng cách nung chảy ở 180 o C trên bình cách dầu. C 6 H 5 NH N CH CH 2 CH 3 NH 3 + NH CH 3 ( propanal hydrazon ) 3 - metyl Indol ( Scatol ) + Phản ứng oxy hoá Một số hydrazon thơm tạo hợp chất azoic có màu không bền C R CH 2 N NH C 6 H 5 R' C NH R R'CH NH C 6 H 5 O C N R R'CH N C 6 H 5 ( azoic có màu ) + Phản ứng khử hoá Các hydrazon bị khử hoá tạo amin bậc nhất. C N R 1 R 2 NH R + 2 H 2 R NH 2 + CH R 1 R 2 NH 2 4. Tổng hợp các dẫn chất Oxim - Azometin - Hydrazon 4.1. Phơng pháp tổng hợp chung 10 C O [...]... sẽ làm đi n tích dơng tr n C của nhóm carbonyl tăng n n, làm tăng khả n ng ph n ứng cộng hợp ái nh n của hợp chất N u gốc R có khả n ng đẩy đi n tử và khả n ng n y tăng l n theo số lợng nguy n tử C sẽ làm đi n tích dơng ph n tr n C của carbonyl giảm d n tới khả n ng tham gia ph n ứng cộng ái nh n càng giảm Hiệu ứng li n hợp ( +M ) làm ph n tử aldehyd thơm khó tham gia ph n ứng cộng ái nh n h n formaldehyd... nh n dễ dàng xảy ra h n b Yếu tố không gian Hiệu ứng không gian gây ra bởi các nhóm thế cũng ảnh hởng nhiều đ n khả n ng ph n ứng Trong ph n ứng cộng ái nh n của nhóm carbonyl, gốc R càng cồng kềnh thì càng gây hi n tợng n ngữ không gian, giảm khả n ng ph n ứng Mặt khác yếu tố không gian của ph n tử amin cũng ảnh hởng nhiều vì bớc cộng hợp từ hợp chất carbonyl có cấu trúc tam giác phẳng ( I ) khi cộng... đẩy đi n tử ( Hiệu ứng +I, +M ) sẽ làm tăng khả n ng tham gia ph n ứng Do vậy khả n ng tham gia ph n ứng cộng ái nh n của ph n tử amin tăng d n khi mật độ đi n tử tr n B càng l n Nếu gốc B có khả n ng hút đi n tử sẽ làm giảm mật độ đi n tử tr n N n n khả n ng ph n ứng của hợp chất giảm + Sự có mặt và vị trí của các nhóm thế tr n nh n thơm cũng ảnh hởng đ n khả n ng ph n ứng Nhóm thế loại I ( ankyl,... trí của các nhóm thế tr n nh n thơm cũng ảnh hởng đ n khả n ng ph n ứng của hợp chất Các nhóm thế loại I gây hiệu ứng +I, +M làm tăng mật độ đi n tử trong nh n thơm và làm giảm đi n tích tr n C của nhóm carbonyl, làm khả n ng ph n ứng kém h n benzaldehyd Các nhóm thế loại II gây hiệu ứng -I, -M làm giảm mật độ đi n tử tr n nh n thơm và làm tăng tính ph n cực của li n kết carbonyl, ph n ứng cộng ái nh n. .. ảnh hởng 11 a Yếu tố đi n tử Xét ph n ứng cộng hợp ái nh n: - + B + B C O C O Có 2 yếu tố ảnh hởng đ n tốc độ ph n ứng + Mật độ đi n tử tr n B càng l n ( càng có tính base mạnh ) thì tốc độ ph n ứng càng l n và ngợc lại + Đi n tích dơng ở carbon của nhóm carbonyl càng l n thì tốc độ ph n ứng càng l n và ngợc lại * Các yếu tố ảnh hởng đ n mật độ đi n tử tr n ph n tử amin + Gốc B N u gốc B có khả n ng... ) gây hiệu ứng +I, +M làm tăng mật độ đi n tử tr n N n n tham gia ph n ứng cộng ái nh n A N dễ h n anilin Nhóm thế loại II ( -CHO, -NO2, -COOH ) c n trở ph n ứng xảy ra Ví dụ: Các amin thơm sau đợc sắp xếp theo khả n ng ph n ứng tăng d n O O- N NH 2 < O HO NH2 < C NH2 < CH3 * Xét yếu tố ảnh hởng l n đi n tích dơng của carbon tr n nhóm carbonyl 12 NH2 R C O H N u gốc R có khả n ng hút đi n tử ( -I, -M... ph n ứng cộng hợp ái nh n vào nhóm carbonyl tạo ra s n phẩm cộng trung gian rất không b n và bị tách n c ngay thành s n phẩm ngng tụ Cơ chế ph n ứng đợc mô tả nh sau: R R' R H 2N B C O + Nhanh R C NH B R' OH + C NH B R' - 2 O - -H O 2 R R' C N B Đây là ph n ứng thu n nghịch, c n bằng và tốc độ ph n ứng phụ thuộc vào pH của môi trờng Bớc cộng hợp trong môi trờng trung tính hoặc base đều xảy ra nhanh... ph n ứng xảy ra g n nh ho n to n mà không làm ph n huỷ s n phẩm * Nhiệt độ ph n ứng: Nhiệt độ tăng làm tốc độ ph n ứng tăng, tuy nhi n chỉ n n duy trì ở nhiệt độ phù hợp vì nhiệt độ cao gây ph n huỷ s n phẩm 15 * Dung môi là rất quan trọng đối với ph n ứng N u các chất ph n ứng là chất r n phải hoà tan trong dung môi ( Hoặc h n hợp dung môi ) phù hợp để chúng có thể tr n đều Ngoài ra dung môi c n ảnh...Tính hoạt động của nhóm carbonyl là do sự ph n cực của li n kết lu n ph n cực về phía oxy vì oxy có độ âm đi n l n h n của carbon carbon của nhóm carbonyl là trung tâm tiếp nh n tác nh n ái nh n Do đó dựa tr n tính chất của nhóm carbonyl có thể ngng tụ với các hợp chất kiểu B - NH2 tạo s n phẩm kết tinh có điểm n ng chảy xác định R R' H 2N B C O+ H+ R R' C N B + H2O 4.2 Cơ chế ph n ứng Thực chất... định tốc độ ph n ứng Bớc dehydrat hoá lu n đợc xúc tác bởi acid n n thêm acid sẽ làm tăng tốc độ ph n ứng N u chỉ tính đ n hợp chất carbonyl, ph n ứng cộng hợp thu n lợi khi [H+] cao, nhng tác nh n B - NH2 trong môi trờng [H+] l n sẽ bị proton hoá tạo B - N+ H3 làm mất đôi đi n tử của n Vì vậy điều ki n môi trờng ph n ứng tuỳ thuộc vào tính base của tác nh n B - NH2 và hoá tính của hợp chất carbonyl . trờng hợp nhiễm khu n đờng niệu và bệnh nh n bị thiểu n ng th n. Hai trờng hợp n y thì n n dùng tetracyclin có tác dụng ng n h n do bài xuất nhanh. 3. Tính chất chung của các Oxim - Hydrazon. dàng xảy ra h n b. Yếu tố không gian Hiệu ứng không gian gây ra bởi các nhóm thế cũng ảnh hởng nhiều đ n khả n ng ph n ứng. Trong ph n ứng cộng ái nh n của nhóm carbonyl, gốc R càng cồng kềnh. ph n ứng cộng hợp ái nh n của hợp chất. N u gốc R có khả n ng đẩy đi n tử và khả n ng n y tăng l n theo số l- ợng nguy n tử C sẽ làm đi n tích dơng ph n tr n C của carbonyl giảm d n tới khả n ng