TỔNG hợp và NGHIÊN cứu cấu TRÚC của một số AMIDE CHỨA dị VÒNG BENZIMIDAZOLE

Người ta quan tâm đến các dị vòng không chỉ về những tính chất lí hóa học đặc biệt mà còn về những ứng dụng quan trọng của chúng trong thực tiễn.. Các dẫn xuất chứa dị vòng benzimidazole

Trang 1

KHOA HÓA HỌC 

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: HOÁ HỮU CƠ

Trang 2

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG

Tp Hồ Chí Minh, ngày……tháng… năm …

Trang 3

L Ờ I C Ả M Ơ N

Đề tài nghiên cứu khoa học hoàn thành, ngoài sự cố gắng của bản thân, em còn

nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, động viên từ gia đình, thầy cô, bạn bè

Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Tiến Công - đã

tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Thầy Trương Quốc Phú, khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Thành phố

Hồ Chí Minh đã hỗ trợ em tiến hành ghi phổ IR; Thầy Đặng Vũ Lương, phòng NMR

– Viện khoa học và công nghệ, Viện Hóa học Việt Nam đã hỗ trợ em tiến hành ghi

phổ 1H-NMR của các hợp chất đã tổng hợp được; Quý thầy cô phòng phân tích trung

tâm, trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã hỗ trợ em tiến hành ghi phổ MS của các

hợp chất tổng hợp được

Phòng Kiểm nghiệm vi sinh vật, Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên thuộc

Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội

Em cũng xin chân thành cảm ơn đến ban chủ nhiệm khoa Hóa, các thầy cô

trong tổ Hóa Hữu Cơ nói riêng và khoa Hóa nói chung đã tạo mọi điều kiện thuận lợi

cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Và cuối cùng, em xin cám ơn sự nhiệt tình giúp đỡ, động viên của gia đình và

các bạn, những người luôn kịp thời động viên và giúp đỡ em

Trong thời gian thực hiện đề tài, có rất nhiều lần thất bại và cũng có nhiều niềm

vui khi tổng hợp thành công chất mới đã giúp em tiếp thu được nhiều kiến thức bổ ích,

rèn luyện kỹ năng làm thí nghiệm…Tuy nhiên, do khả năng còn hạn chế nên không

thể tránh khỏi những sai sót mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn để đề tài

được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

TP Hồ Chí Minh, ngày….tháng … năm …

Sinh viên thực hiện Trần Thị Cẩm Đức

Trang 4

Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 i

MỤC LỤC MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH iv

DANH MỤC BẢNG v

LỜI MỞ ĐẦU vi

1. Lí do chọn đề tài vi

2. Mục tiêu nghiên cứu vi

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu vii

4. Nhiệm vụ đề tài vii

5. Phương pháp nghiên cứu viii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1. Benzimidazole 1

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo 1

1.1.2 Hiện tượng tautomer hóa ở dị vòng benzimidazole 2

1.2. Giới thiệu chung về 2-methylbenzimidazole 3

1.2.1. Đặc điểm cấu tạo 3

1.2.2. Phương pháp tổng hợp 2- methylbenzimidazole 3

1.3. Giới thiệu chung về 1,3,4-oxadiazole 4

1.3.2. Phương pháp tổng hợp dị vòng 1,3,4-oxadiazole 6

1.4. Giới thiệu chung về 1,2,4-triazole 11

1.4.2. Phương pháp tổng hợp dị vòng1,2,4-triazole 12

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 16

2.1. Sơ đồ thực nghiệm 16

2.2. Tổng hợp 18

2.2.1. Tổng hợp 2- methylbenzimidazole (1) 18

2.2.2. Tổng hợp ethyl 2-(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)acetate (2) 18

Trang 5

Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 ii

2.2.3. Tổng hợp 2-(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)acetohydrazide (3) 19

2.2.4. Tổng hợp 5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-thiol (4) 20

2.2.5. Tổng hợp N-aryl 2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-ylthio}acetamide (5a-b) 20

2.2.6. Tổng hợp 5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-4-(p-tolyl)-1,2,4-triazole-3-thiol (6) 22

2.2.7. Tổng hợp N-aryl 2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-4-(p-tolyl)-4H-1,2,4-triazole-3-ylthio}acetamide (7a-b) 23

2.3. Xác định cấu trúc và một số tính chất vật lý 25

2.3.1. Xác định nhiệt độ nóng chảy 25

2.3.2. Phổ hồng ngoại (IR) 25

2.3.3. Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR 25

2.3.4. Phổ khối lượng (MS) 25

2.3.5. Hoạt tính kháng khuẩn 25

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

3.1. Tổng hợp 2-methyl-1H-benzimidazole (1) 27

3.1.1. Cơ chế phản ứng 27

3.1.2. Phân tích phổ hồng ngoại IR 27

3.2. Tổng hợp ethyl 2-(2-methylbenzimidazol-1-yl)acetate (2) 28

3.2.2. Phân tích phổ hồng ngoại IR 29

3.3. Tổng hợp 2-(2-methylbenzimidazol-1-yl)acetohydrazide (3) 30

3.3.2. Phân tích phổ 30

3.3.2.1. Phổ hồng ngoại IR 30

3.3.2.2. Phổ cộng hưởng từ proton 1H-NMR 31

3.4. Tổng hợp 5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazole-2-thiol (4) 33

Trang 6

Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 iii

3.5. Tổng hợp N-aryl 2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-ylthio}acetamide (5a-b) 36

3.5.2.3. Phổ khối lượng MS 42

3.6. Tổng hợp 5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-4(p-tolyl)-1,2,4-triazole-3-thiol (6) 43

3.7. Tổng hợp N-aryl 2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]- 4-(p-tolyl)-4H-1,2,4-triazole-3-ylthio}acetamide (7a-b) 46

3.7.2.3. Phổ khối lượng MS 53

3.8 Thăm đó hoạt tính sinh học 54

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 56

4.1. Kết luận 56

4.2. Đề xuất 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

Trang 7

Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 iv

DANH MỤC HÌNH Hình 3.1 Phổ IR của hợp chất (1) 27

Hình 3.2 Phổ IR của hợp chất (2) 29

Hình 3.4 Phổ 1H-NMR của hợp chất (3) 32

Hình 3.7 Phổ IR của hợp chất (5b) 37

Hình 3.8 Phổ 1H-NMR của hợp chất (5a) 39

Hình 3.9 Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất (5a) 40

Hình 3.10 Phổ 1H-NMR của hợp chất (5b) 40

Hình 3.11 Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất (5b) 41

Hình 3.12 Phổ MS của hợp chất (5a) 42

Hình 3.15 Phổ IR của hợp chất (7b) 47

Hình 3.16 Phổ 1H-NMR của hợp chất (7a) 49

Hình 3.17 Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất (7a) 50

Hình 3.18 Phổ 1H-NMR của hợp chất (7b) 51

Hình 3.19 Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất (7b) 52

Hình 3.20 Phổ MS của hợp chất (7a) 54

Trang 8

Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 v

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Độ dài liên kết và góc liên kết của dị vòng 1,3,4-oxadiazole 5

Bảng 2.1 Kết quả tổng hợp các dẫn xuất N-aryl 2-{5-[(2-methyl-1H- 21

benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-ylthio}acetamide (5a-b) 21

Bảng 2.2 Kết quả tổng hợp các dẫn xuất N-aryl 2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]- 4-(p-tolyl)-4H-1,2,4-triazole-3-ylthio}acetamide (7a-b) 24

Bảng 3.1 Một số hấp thụ tiêu biểu trên phổ IR của các hợp chất (5a-b) 37

Bảng 3.2 Các tín hiệu trên phổ 1H-NMR (, ppm và J, Hz) của các hợp chất 42

(5a-b) 42

Bảng 3.3 Một số hấp thụ tiêu biểu trên phổ IR của các hợp chất (7a-b) 48

Bảng 3.4 Các tín hiệu trên phổ 1H-NMR (, ppm và J, Hz) của các hợp chất 53

(7a-b) 53

Bảng 3.5 Bảng kết quả thử nghiệm hoạt tính kháng vi sinh vật 55

Trang 9

Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 vi

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, hóa học dị vòng ngày càng phát triển mạnh mẽ Việc

tổng hợp và nghiên cứu các hợp chất dị vòng đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà hóa học

Người ta quan tâm đến các dị vòng không chỉ về những tính chất lí hóa học đặc biệt mà

còn về những ứng dụng quan trọng của chúng trong thực tiễn Một trong số những dị

vòng nhận được sự quan tâm của nhiều tác giả là dị vòng benzimidazole Các dẫn xuất

chứa dị vòng benzimidazole đã trở thành đối tượng nghiên cứu hấp dẫn bởi dược tính, và

các ứng dụng khác của chúng Theo một số báo cáo, một số các hợp chất chứa dị vòng

benzimidazole có khả năng kháng khuẩn [12, 13], chống virus [12], chống viêm [12], chống ung thư [24], chống oxy hóa [27] và có khả năng chống HIV [6]… Bên cạnh đó,

benzimidazole còn là thuốc diệt nấm được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp Nó được

sử dụng lúc trước và sau khi thu hoạch, để kiểm soát một loạt tác nhân gây bệnh cho cây

trồng, ngũ cốc, trái cây và rau…Đặc biệt là dẫn xuất 2-methylbenzimidazole – một trong

những dẫn xuất quan trọng của benzimidazole – có các tính năng đa dạng được ứng dụng

rộng rãi trong dược phẩm như: kháng khuẩn, côn trùng, thuốc diệt nấm, kháng khuẩn

[15]… Ý nghĩa thực tiễn và tầm quan trọng của các hợp chất chứa dị vòng

benzimidazole đã thúc đẩy chúng tôi thực hiện đề tài: “TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU

CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ AMIDE CHỨA DỊ VÒNG BENZIMIDAZOLE”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Mục tiêu tổng quát: Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc của một số dẫn xuất của

amide chứa dị vòng benzimidazole

- Mục tiêu cụ thể:

 Xác định cấu trúc của các hợp chất tổng hợp được qua việc khảo sát các tính

chất vật lý và các phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ proton và phổ khối

lượng

 Thăm dò hoạt tính kháng khuẩn của một số hợp chất tổng hợp được đối với

một số vi sinh vật, bao gồm:

Trang 10

Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 vii

o Vi khuẩn Gram (-): Echerichia coli, Pseudomonas aeruginosa,

o Vi khuẩn Gram (+): Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus subsp

o Nấm sợi: Aspergillus niger, Fusarium oxysporum

o Nấm men: Candida albicans, Saccharomyces cerevisiae

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: một số dẫn xuất N-aryl

benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-ylthio}acetamide và N-aryl

2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]- 4-(p-tolyl)-4H-1,2,4-triazole-3-ylthio}acetamide

- Phạm vi nghiên cứu: quy trình tổng hợp, tính chất và cấu trúc (xác định qua phổ

hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ proton và phổ khối lượng) của các hợp N-aryl

2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2ylthio}acetamide

và N-aryl 2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-

4-(p-tolyl)-4H-1,2,4-triazole-3-ylthio}acetamide và hoạt tính kháng vi sinh vật của các hợp chất trên với

vi khuẩn và nấm

4 Nhiệm vụ đề tài

- Xuất phát từ o-phenylenediamine tổng hợp ra 2-methylbenzimidazole rồi tiếp tục

chuyển hóa thành hợp chất ester, hydrazide Từ hydrazide chuyển hóa theo 2 hướng Hướng thứ nhất: Hydrazide phản ứng với CS2 trong môi trường kiềm tạo

Trang 11

Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 viii

- Khảo sát cấu trúc của N-aryl

yl)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-ylthio}acetamide và N-aryl

2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]- 4-(p-tolyl)-4H-1,2,4-triazole-3-ylthio}acetamide điều chế được bằng

các phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ proton và phổ khối lượng

- Thăm dò hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất

1,3,4-oxadiazol-2-thiol,

5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-4-(p-tolyl)-4H-1,2,4-triazole-3-thiol và các amide là dẫn xuất của chúng

5 Phương pháp nghiên cứu

- Tổng hợp các tài liệu khoa học liên quan

- Tiến hành tổng hợp

5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-thiol;

5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-4-(p-tolyl)-4H-1,2,4-triazole-3-thiol; sau đó thực hiện phản ứng thế nucleophile của các chất này với các N-aryl

chloroacetamide để tạo thành các dẫn xuất amide thế tương ứng

- Khảo sát cấu trúc của các hợp chất thu được thông qua các phổ hồng ngoại

(FT-IR), phổ cộng hưởng từ proton (1H-NMR), phổ khối lượng (MS)

- Thăm dò hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất chứa dị vòng 1,3,4-oxadiazole và

1,2,4-triazole tổng hợp được

Trang 12

Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Benzimidazole

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo

Dị vòng benzimidazole là dị vòng ngưng tụ có chứa một vòng benzene kết hợp

với một vòng imidazole

N H

H

H H

H

N H N

1 2

3 4

5 6 7

NHN

Các nhà hóa học nghiên cứu về benzimidazole đã khám phá ra 5,6-

dimethylbenzimidazole nằm trong thành phần cấu trúc của vitamin B12 Trong lịch sử,

dị vòng benzimidazole được tìm ra năm 1872 bởi Hoebrecker [10] Ông đã thu được

2,5 (hoặc 2,6)-dimethylbenzimidazole bằng phản ứng khử 4-methyl-2-nitroacetanilide

Một vài năm sau đó, Ladenburg [10] cũng thu được một hợp chất tương tự qua

phản ứng ngưng tụ của 3,4-diaminotoluen với acid acetic

Trang 13

H3C

N

H N

CH3

NH2

NH2NHCOCH3

H3C -H2O

H3C

Những hợp chất loại này được hình thành từ sự mất nước nên được gọi là

những base khan nước

Benzimidazole được biết đến là như là benzoglyoxaline Chúng cũng được đặt

tên từ những dẫn xuất của o-phenylenediamine Khi đó 2-methylbenzimidazole sẽ

được gọi là ethenyl-o-phenylenediamine Chúng cũng được đặt tên như dẫn xuất của

nhóm chức trong vòng imidazole Ví dụ: Benzimidazole cũng được gọi là

o-phenylformamidine 2(3H)-Benzimidazolone (1) và 2(3H)-benzimidazolethione (2)

lần lượt được gọi là o-phenyleneurea và o- phenylenethiourea

N H

H N O

H N S

(1) (2)

1.1.2 Hiện tượng tautomer hóa ở dị vòng benzimidazole

Benzimidazole chứa nguyên tử hydrogen liên kết với nitrogen ở vị trí số 1 dễ bị

tautomer hóa Điều này được miêu tả như sau [10]:

N H

N

H N

Sự tautomer hóa này tương tự như trong imidazole và amidine Mặc dù, có 2 công

thức được viết ra nhưng đó chỉ là một chất Điều này cũng đúng và đã được chứng tỏ

với 5-methylbenzimidazole (hoặc 6-methylbenzimidazole)

1 2

3

4 5 6 7

1 2 3 4

5

N H

N

H N

(3) (4)

Trang 14

5-Methylbenzimidazole (3) đã được chứng minh là một dạng tautomer của

6-methylbenzimidazole (4) và cả 2 cấu trúc (3 và 4) là của cùng 1 hợp chất

1.2 Giới thiệu chung về 2-methylbenzimidazole

Cấu trúc phân tử của 2- methylbenzimidazole được mô tả như sau [28]:

N H

N

CH3

(1)

(3)

Trong công thức trên có thể xem vòng thơm như là một nhóm thế lớn ở vòng

imidazole gây hiệu ứng kỵ nước Trong khi đó, phân tử lại có sự tồn tại của hai nhóm

nitrogen ưa nước (1) và (3) Các yếu tố này có ảnh hưởng mạnh mẽ đến khả năng hòa

tan của chất

Tính tan còn phụ thuộc vào khả năng hình thành liên kết hydro giữa các phân tử

2-methylbenzimidazole (N–H…N) với nhau và giữa 2-methylbenzimidazole với dung

môi Xu hướng hình thành liên kết hydro trên được quan tâm trong các quá trình hóa

học và dược lý

1.2.2 Phương pháp tổng hợp 2- methylbenzimidazole

a Từ o-phenylenediamine và anhydric acid

Phản ứng của anhydride acid và o-phenylenediamine sẽ tạo thành

benzimidazole Không phải tất cả các anhydride acid đều tham gia phản ứng này Thực

nghiệm đã chứng minh chỉ có anhydride acetic là tổng hợp được benzimidazole

O-phenylenediamine khi đun hồi lưu vài giờ với anhydride acetic sẽ chuyển hoàn toàn

thành 2-methylbenzimidazole [23]

b Từ o-phenylenediamine và aldehyde

Trong điều kiện thích hợp, aldehyde có thể phản ứng với o-phenylenediamine

tạo thành benzimidazole với nhóm thế ở vị trí số 2

Trang 15

H N

Phản ứng này tốt nhất nên thực hiện khi có mặt tác nhân oxi hóa Quá trình oxi

hóa này có thể thực hiện ngoài không khí hoặc thuận lợi hơn là sử dụng các tác nhân

oxi hóa khác như đồng acetate Phản ứng này được thực hiện đầu tiên bởi

Weidenhagen [14]

c Từ o-phenylenediamine và nitrile

Nitrile khi được đun nóng với o-phenylene diamine hydrochloride tạo thành

2-alkylbenzimidazole theo sơ đồ sau [23]:

NH2

N H

N R

NH2

NHCR NH

NH

sẽ phân hủy để tạo thêm hydro chloride Thực nghiệm cho thấy, phản ứng sẽ đạt hiệu

suất cao hơn trong điều kiện khan

1.3 Giới thiệu chung về 1,3,4-oxadiazole

Dị vòng 1,3,4-oxadiazole là dị vòng 5 cạnh chứa một nguyên tử oxygen và hai

nguyên nitrogen với công thức cấu tạo như sau:

Trang 16

O

N N

Về mặt cấu trúc, góc và độ dài liên kết của dị vòng 1,3,4-oxadiazole được mô tả

như ở bảng 1.1 [25]:

Bảng 1.1 Độ dài liên kết và góc liên kết của dị vòng 1,3,4-oxadiazole

1,3,4-Oxadiazole là một phân tử khá bền nhiệt do các nguyên tố trong dị vòng

oxadiazole tương tác với nhau tạo thành hệ thơm Dị vòng 1,3,4-oxadiazole đã được

báo cáo đầu tiên vào năm 1955 bởi hai phòng thí nghiệm độc lập [26] Từ đó,

1,3,4-oxadiazole đã thu hút được sự quan tâm đáng kể của nhiều nhà khoa học bởi ứng dụng

da dạng của chúng trong sinh học và trong hóa dược như: chống viêm [20], kháng

khuẩn [7], chống lao phổi [30]… Gần đây, có nghiên cứu đề cập đến việc sử dụng

dẫn xuất chứa dị vòng 1,3,4-oxadiazole để thay thế các thuốc có gốc nucleoside nhằm

ức chế sự phát triển của khối u và virus HIV-I [4]

N N

O

A B C D E

a

b

c d

e

1

2

3 4

Trang 17

1.3.2 Phương pháp tổng hợp dị vòng 1,3,4-oxadiazole

Năm 1965, Ainsworth đã thu được 1,3,4-oxadiazole khi nhiệt phân ethyl

formate hydrazine ở áp suất khí quyển [26]

Các hợp chất 2,5-disubstituted-1,3,4-oxadiazole có thể được tổng hợp bằng

cách oxy hóa tạo vòng các hợp chất N-acylpyrazolylaldehyde hydrazone khi có mặt

của xúc tác iodobenzene diacetate ở nhiệt độ phòng [26]

PhI(OAc)2, CH2Cl2Stirring at room temprature N

O Ph

N N Ar

Ar'

Phản ứng của hydrazide với arylisothiocyanate tạo thành thiosemicarbazide

Đây có thể xem là sản phẩm trung gian trong tổng hợp dị vòng oxadiazole Theo tài

liệu [26], N-4-(4-flourophenyl)thiosemicarbazide đã được chuyển hóa thành dị vòng

1,3,4-oxadiazole qua phản ứng với (a) Thủy ngân oxit (HgO) trong ethanol hoặc (b)

I2/KI trong NaOH

Phương pháp tổng hợp dị vòng 1,3,4-oxadiazole thuận tiện nhất là vòng hoá

các dẫn xuất hydrazin với sự tách loại phân tử H2O khi có mặt tác nhân dehydrat hóa

Trang 18

Chẳng hạn, tương tác của diacyl hydrazin với POCl3 hay SOCl2 hoặc H2SO4 khi đun

nóng, dẫn tới sự tạo vòng 1,3,4-oxadiazole [5]

Gần đây, các dẫn xuất 2,5-dialkyl-1,3,4-oxadiazole được tổng hợp theo phương

pháp “một giai đoạn” bằng cách đun nóng acid carboxylic và hydrazine chlohydrat với

POCl3; tiếp theo chưng cất phân đoạn hỗn hợp phản ứng Tuy nhiên, phương pháp này

rất khó đạt được hiệu suất tốt [5]

O

N N

2RCOOH + N2H4.2HCl POCl3

Quá trình này có lẽ đã diễn ra qua giai đoạn tạo thành chloride acid của acid

carboxylic, rồi acyl hóa hydrazin chlohydrat đến dẫn xuất diacylhidrazine Sau đó

phản ứng trở lại như được mô tả ở phương pháp trên

2-Hydroxybenzohydrazide khi đun nóng với carbon disulfide trong môi trường

KOH/C2H5OH tạo thành 5-(2-hydroxyphenyl)-2-mercapto-1,3,4-oxadiazole [17]

OH

O

N N

SH

CS2EtOH

Năm 2012, Rahul V Patel đã tổng hợp các dẫn xuất của benzimidazole chứa dị

vòng 1,3,4-oxadiazole và chức amide theo sơ đồ sau [22]:

Trang 19

N N

CH2CONHNH2

N N

O

SH

NHCOCl R

N N

Những hợp chất amide tạo thành có khả năng kháng khuẩn cao cụ thể như

kháng lại 8 loại vi khuẩn (Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Escherichia coli,

Pseudomonas aeruginosa, Klebsiell pneumoniae, Salmonella typhi, Proteus vulgaris,

Shigella flexneri) và 4 loại nấm (Aspergillus niger, Aspergillus fumigatus, Aspergillus

clavatus, Candida albicans) [22]

Do carbon disulfide là một tác nhân dễ gây cháy nổ, độc hại và gây ô nhiễm môi

trường, hơn nữa phản ứng lại phải qua hai giai đoạn, vì vậy, Lưu Văn Bôi và cộng sự

SH

3-4h -H2S, -S

(CH3)2NCSSCN(CH3)2

S S

+

Trang 20

Chất trên được tiếp tục chuyển hóa thành một số dẫn xuất Khi cho

5-(5-acetamidophenyl)-1,3,4-oxadiazol-2-thiol phản ứng với N-α-chloroacetanilit trong môi

2-arylamino-5-(5-acetamido-2-hidroxyaryl)-1,3,4-oxadiazole:

Theo tài liệu [1], do các yếu tố trong quá trình phản ứng như nồng độ kiềm,

nhiệt độ, thời gian phản ứng, tỉ lệ chất tham gia phản ứng mà phản ứng cũng có thể

xảy ra theo sơ đồ sau:

Nhóm tác giả [1] cũng đã thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định theo

phương pháp của Vanden Berghen và Vlliet Linh (1994) tiến hành trên bản vi lượng

96 giếng có so sánh với các chất kháng sinh chuẩn: Amphoterilin B, Nystatin,

Ampicyline, Teracyline Các chủng vi sinh vật kiểm định bao gồm đại diện các nhóm:

vi khuẩn Gram (-): E.coli, P.aereuginosa; vi khuẩn Gram (+): B.Subtillis, S.aureus;

nấm mốc: A&P, niger, F.oxysprum và nấm men: C.albicans, S.cerevisiae Kết quả thử

nghiệm cho thấy, phần lớn các chất điều chế được đều có hoạt tính chống vi khuẩn

Gram (+) ở nồng độ 12,5 g/ml

Trang 21

Năm 2013, tác giả Adel A.H Abdel-Rahman [6] và cộng sự đã tổng hợp theo

quy trình sau:

Các cấu trúc của sản phẩm đều được xác định bởi các phương pháp phân tích

quang phổ khác nhau và một số hợp chất tổng hợp được cho thấy khả năng kháng

khuẩn tốt trên các chủng vi khuẩn Gram (+) và Gram (-) cũng như khả năng kháng

nấm trên một số loại nấm như sau:

Ghi chú: + Đường kính vô khuẩn 10 mm; ++ Đường kính vô khuẩn 20 mm;

+++ Đường kính vô khuẩn 20-25 mm; - Không có sự kháng khuẩn

Việc nghiên cứu các hợp chất thiol đang thu hút sự quan tâm nhiều nhà khoa

học do nhóm -SH có khả năng hoạt động hóa học cao được dùng làm phụ gia, chống

lão hóa polime, ức chế oxy hóa dầu mỡ, chống ăn mòn kim loại [4] và các hợp chất

này còn dùng làm nguyên liệu đầu trong tổng hợp hữu cơ [1] Tuy phương pháp tổng

Trang 22

hợp từ carbon disunfide còn một số hạn chế nhưng đây vẫn là phương pháp thường

được sử dụng để tổng hợp các hợp chất 1,3,4-oxadiazole-2-thiol trong thực tế hiện nay

bởi tính phổ biến và giá trị về mặt kinh tế

1.4 Giới thiệu chung về 1,2,4-triazole

1,2,4-Triazole là một dị vòng thơm năm cạnh tạo bởi 2 nguyên tử carbon và 3

nguyên tử nitrogen với công thức cấu tạo như sau:

Hợp chất này có thể tồn tại ở hai dạng cấu trúc hỗ biến là 1,2,4-triazole-4H (I)

và 1,2,4-triazole-1H (II)

4-Aryl-1,2,4-triazole-3-thione (III) và 4-aryl-1,2,4-triazole-3-thiol (IV) là hai

dạng đồng phân hỗ biến (tautomer) của nhau [21]

Các hợp chất 4-aryl-4H-1,2,4-triazole-3-thiol được các nhà khoa học quan tâm

nghiên cứu bởi những đặc tính quý báu của chúng như: khả năng kháng khuẩn, kháng

nấm, kháng vi sinh cao và kháng virut đáng kể, thậm chí được sử dụng như thuốc

chống trầm cảm và ức chế quá trình protein vận chuyển cholesteryl ester

Trang 23

1.4.2 Phương pháp tổng hợp dị vòng1,2,4-triazole

Các hợp chất 4-aryl-1,2,4-triazole-3-thiol thường được tổng hợp từ các dẫn xuất

thiosemicarbazide khi xử lý với NaOH hoặc KOH [21]

Oxy hóa thiosemicarbazone bằng FeCl3 có thể thu được cả vòng 1,2,4-triazoline

và vòng 1,3,4-thiadiazoline [21]

Thiosemicarbazone cũng có thể tạo vòng 1,2,4-triazolidinethione nhờ năng

lượng của các photon, sau đó được oxy hóa để tạo vòng 1,2,4-triazoline [21]

Trang 24

Năm 2002, nhóm tác giả [16] đã điều chế 1-(4-metylphenyl)-4-pyridoyl

thiosemicarbazide từ các đồng phân pyridohydrazide, sau đó sử dụng các chất này như

là những chất chìa khóa trung gian để tổng hợp các hợp chất dị vòng Nghiên cứu cho

thấy thiosemicarbazide sẽ tạo thành vòng 1,3,4-thiadiazole (xúc tác acid) và

1,2,4-triazole (xúc tác base) Tiếp theo đó, nhóm tác giả đã thu được các dẫn xuất S-thế khi

cho các hợp chất 1,2,4-triazol-3-thiol lần lượt phản ứng với methyl iodide, iodide

ethyl, benzyl clorua và acid monochloroacetic

Trang 25

1-(4-methylcoumarin-7-Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 14

yloxyacetyl)-4-arylthiosemicarbazide Bằng việc rút ngắn thời gian phản ứng, nhóm

tác giả đã thực hiện được việc khép vòng 1,2,4-triazole trong môi trường kiềm mà

không gây phá hủy vòng lacton của dị vòng coumarin

Năm 2011, tác giả K.F Ansari [18] đã tổng hợp một số dẫn xuất benzimidazole

có chứa dị vòng 1,2,4-triazole xuất phát từ hợp chất 2-methylbenzimidazole theo sơ đồ

ở hình dưới Các hợp chất tổng hợp đã được khảo sát hoạt tính kháng vi sinh vật trên

các chủng vi khuẩn và nấm khác nhau Kết quả cho thấy các chất với một nhóm thế ở

vị trí para có hoạt tính kháng khuẩn tốt hơn so với nhóm thế ở vị trí ortho Về khả

năng kháng S aureus thì các dẫn xuất 4-OH và 4-Cl có hoạt tính kháng tương đương

với ampicillin; về kháng nấm, các dẫn xuất này cho thấy khả năng kháng tương đương

với amphotericin B

Trang 26

Trong lĩnh vực nghiên cứu, benzimidazole là một cấu trúc hữu ích cho việc

nghiên cứu và phát triển các phân tử được mới đã nhận được rất nhiều sự chú ý trong

thập kỷ qua Một số hoạt tính của benzimidazole được quan tâm như: kháng sinh [29],

chống lao [8, 9] và chống ung thư [9] Hơn nữa, lâu nay người ta đã biết rằng các hợp

chất mang dị vòng 1,3,4-oxadiazole chiếm một vị trí nổi bật trong hóa dược do đặc

tính sinh học quan trọng của chúng chẳng hạn như kháng sinh, chống lao, chống ung

thư [22] Bên cạnh đó, hợp chất di vòng 1,2,4-triazole cũng đem đến những hoạt tính

sinh học quan trọng và hiệu quả, với một loại các hoạt tính như: chống viêm, thuốc an

thần, kháng khuẩn, kháng nấm… [21] Kết quả tổng quan trên cho thấy hệ thống

benzimidazole-oxadiazole và hệ thống benzimidazole-triazole hứa hẹn sẽ tạo ra những

hợp chất có hoạt tính sinh học cao Cuốn hút bởi hoạt tính sinh học phong phú của các

dị vòng và những ứng dụng của chúng trong thực tiễn, chúng tôi chọn đề tài: “TỔNG

HỢP VÀ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ AMIDE CHỨA DỊ VÒNG

BENZIMIDAZOLE”

Trang 27

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1 Sơ đồ thực nghiệm

2-Methylbenzimidazole được tổng hợp từ o-phenylendiamine rồi tiếp tục

được chuyển hóa lần lượt thành ester, hydrazide Hydrazide được chuyển hóa theo

2 hướng

- Hướng thứ nhất – Tạo các dẫn xuất chứa vòng 1,3,4-oxadiazole: Hydrazide

5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazole-2-thiol; sau đó phản ứng với các

chloroacetamide để tạo thành các dẫn xuất N-aryl

2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-ylthio}acetamide

- Hướng thứ hai – Tạo các dẫn xuất chứa vòng 1,2,4-triazole: Hydrazide được

xử lý với 1-isothiocyanto-4-methylbenzene qua 2 giai đoạn để tạo thành

Trang 28

N N

SH

CH3

CH3N

N

CH3

O N N

N

N N SCH2

CH3

C NH O

Quá trình chuyển hóa này được chúng tôi xây dựng phỏng theo các quá trình

chuyển hóa được mô tả trong các tài liệu [6,13]

Trang 29

cùng với 10 ml HCl 4N vào bình cầu dung tích 100 ml Đun hồi lưu hỗn hợp trong 12

trong cốc 250ml Lọc lấy sản phẩm và kết tinh lại trong nước

d Kết quả

Thu được 8,01 g hợp chất (1) (hiệu suất: 60,68%), tinh thể hình kim, màu vàng

nâu, nhiệt độ nóng chảy 178-180oC (tài liệu [27] 177-180oC)

Trang 30

c Cách tiến hành

Cho 13,2 g (0,1 mol) (1) cùng với 13,8 g (0,1 mol) K2CO3 và 150 ml acetone

vào một bình cầu dung tích 250 ml Thêm từ từ 12,2 g (0,1 mol) ethyl chloroacetate

vào bình cầu Khuấy liên tục và đun hồi lưu trong 8 giờ với nhiệt độ máy khuấy

có chứa sẵn nước đá Khuấy đều hỗn hợp và để yên đến khi chất rắn màu trắng tách ra

hoàn toàn Lọc lấy chất rắn và kết tinh trong nước

Hòa tan 5,45 g (25,0 mmol) (2) vào 50 ml ethanol trong bình cầu dung tích 100

ml 7,5 g hydrazine 50% được thêm vào hỗn hợp sau mỗi giờ đầu (3 lần, mỗi lần 2,5

g) Đun hồi lưu hỗn hợp trong 6,0 giờ Để nguội qua 24 giờ, sản phẩm kết tinh dạng

chất rắn màu trắng Lọc lấy sản phẩm và kết tinh lại với nước

d Kết quả

Thu được 3,37 g (3) (hiệu suất: 66,08 %) ở dạng tinh thể, màu trắng, nhiệt độ

nóng chảy 191,2oC (tài liệu [6] 190-192oC)

Trang 31

Cho 3,06 g (15,0 mmol) (3) vào bình cầu dung tích 100 ml đã chứa sẵn 40 ml

ethanol tuyệt đối, khuấy đều trong 15 phút Thêm 0,84 g (15,0 mmol) KOH vào bình

cầu và tiếp tục khuấy đến khi chất rắn tan hết Sau đó thêm 4,5 ml CS2 vào bình cầu,

đun hồi lưu trong 10 giờ Để nguội và cho hỗn hợp vào cốc 250 ml thêm 50 ml nước,

đem lọc bỏ chất rắn và acid hóa dung dịch thu được bằng HCl 10% đến pH = 3-4 (khi

acid hóa, cốc được đặt trong chậu nước đá) Hỗn hợp được giữ ở nhiệt độ lạnh (dưới

10oC), đem lọc chất rắn và rửa qua nước Kết tinh lại trong ethanol : nước (3:2)

d Kết quả

Thu được 2,01 g (4) ( hiệu suất: 54,47% ), tinh thể hình vảy, màu vàng xám,

nhiệt độ nóng chảy 178,4oC (tài liệu [6] 175-176oC)

2.2.5 Tổng hợp N-aryl

2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-ylthio}acetamide (5a-b)

Trang 32

Hòa tan 0,5 g (4) (2,0 mmol) vào 15ml acetone trong bình cầu 100ml Cho

0,28g (2,0 mmol) K2CO3 khan vào bình cầu, tiếp tục khuấy trong 15 phút Cho từ từ

dung dịch của 2,0 mmol chloroacetamide tương ứng trong 15 ml acetone vào bình cầu

100ml ở trên Khuấy liên tục và đun hồi lưu trong 6,0 giờ với nhiệt độ máy khuấy

100oC Sau đó, để nguội, lọc lấy sản phẩm

d Kết quả

Kết quả tổng hợp các hợp chất amide (5a-b) được tóm tắt ở bảng 2.1

Bảng 2.1 Kết quả tổng hợp các dẫn xuất N-aryl 2-{5-[(2-methyl-1H-

benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-ylthio}acetamide (5a-b)

Hợp

Dung môi kết tinh

t nc

( o C) Trạng thái – màu sắc

Khối lượng thu được (g)

Hiệu suất (%)

Trang 34

Cho 3,06 g (15,0 mmol) (3) vào bình cầu dung tích 100 ml, thêm 30 ml ethanol

tuyệt đối và 2,25 g p-CH3-C6H5NCS vào bình cầu rồi đun cách thủy trong 1 giờ Để

nguội, thu lấy chất rắn màu trằng tách ra và sử dụng ngay cho giai đoạn hai mà không

tinh chế

Giai đoạn 2: Tổng hợp

5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-4-(p-tolyl)-4H-1,2,4-triazole-3-thiol

Chất rắn thu được ở giai đoạn 1 cho vào bình cầu 100ml, thêm tiếp 25ml dung

dịch NaOH 2M, đun hồi lưu trong 2 giờ Sau khi làm lạnh, acid hóa hỗn hợp bằng HCl

10% đến pH = 3-4 (khi acid hóa, cốc được đặt trong chậu nước đá) Hỗn hợp được giữ

ở nhiệt độ lạnh (dưới 10oC), sau đó đem lọc lấy chất rắn và rửa bằng nước Kết tinh lại

Trang 35

Hòa tan 0,67 g (6) (2,0 mmol) vào 15 ml acetone trong bình cầu 100 ml Cho

dịch của 2,0 mmol chloroacetamide tương ứng trong 15 ml acetone vào bình cầu

100ml ở trên Khuấy liên tục và đun hồi lưu trong 4,0 giờ với nhiệt độ máy khuấy

Lọc lấy chất rắn tách ra, kết tinh lại trong ethanol-nước

d Kết quả

Kết quả tổng hợp các hợp chất amide (7a-b) được tóm tắt ở bảng 2.2

Bảng 2.2 Kết quả tổng hợp các dẫn xuất N-aryl

2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]- 4-(p-tolyl)-4H-1,2,4-triazole-3-ylthio}acetamide (7a-b)

Hợp

Dung môi kết tinh

t nc ( o C)

Trạng thái – màu

sắc

Khối lượng thu được (g)

Hiệu suất (%)

Trang 36

2.3 Xác định cấu trúc và một số tính chất vật lý

2.3.1 Xác định nhiệt độ nóng chảy

Các hợp chất đã tổng hợp đều là chất rắn Nhiệt độ nóng chảy được đo trên máy

Gallenkamp tại Phòng thí nghiệm Hoá Đại Cương - Khoa Hoá - Trường Đại học Sư

phạm Thành phố Hồ Chí Minh

2.3.2 Phổ hồng ngoại (IR)

Phổ hồng ngoại của tất cả các hợp chất đã tổng hợp được ghi trên máy

Shimadzu FTIR 8400S dưới dạng viên nén KBr, được thực hiện tại Khoa Hoá -

Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh

2.3.3 Phổ cộng hưởng từ 1 H-NMR

trong dung môi DMSO được thực hiện tại Phòng NMR– Viện Hóa học – Viện Hàn

lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội

2.3.4 Phổ khối lượng (MS)

Phổ khối lượng của các hợp chất được đo trên máy Agilent 6490 Triple

Quadrupole LC/MS tại Trung tâm Pháp y, Sở Y tế Thành phồ Hồ Chí Minh; hoặc đo

trên máy Bruker micrOTOF-Q 10187 tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại

học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh

2.3.5 Hoạt tính kháng khuẩn

Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định được đánh giá theo phương pháp của

Vander Bergher và Vlietlinck (1991), và McKane, L., & Kandel (1996), được thực

hiện trên phiến vi lượng 96 giếng (96-well microtiter plate) Quá trình được thực hiện

bởi Phòng Kiểm nghiệm vi sinh vật, Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên thuộc

Các chủng vi sinh vật kiểm định

- Vi khuẩn Gr (-): Escherichia coli (ATCC 25922 )

- Vi khuẩn Gr (+): Bacillus subtillis (ATCC 11774 )

Trang 37

Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC-Minimum Inhibitory concentration) của mẫu:

Các mẫu được pha loãng theo các thang nồng độ thấp dần, để tính nồng độ ức

chế tối thiểu (MIC) là nồng độ mà ở đó vi sinh vật bị ức chế gần như hoàn toàn

Mẫu thô có MIC ≤ 200 g/ml; mẫu tinh có MIC ≤ 50 g/ml là có hoạt tính

Mẫu có hoạt tính được xác định nồng độ ức chế 50% vi sinh vật (IC 50 ):

Các mẫu có hoạt tính được pha loãng theo 10 thang nồng độ Giá trị IC50 được

xác định bằng chương trình Table curve theo thang giá trị logarit của đường cong phát

triển của vi sinh vật và nồng độ chất thử để tính giá trị IC50

Trang 38

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Tổng hợp 2-methyl-1H-benzimidazole (1)

3.1.1 Cơ chế phản ứng

2-Methylbenzimidazole được tổng hợp từ o-phenylenediamine và acetic acid

Theo tài liệu [14], tiến trình phản ứng diễn ra như sau:

-H 2 O

N

NH2

CH3O

N

NH2

CH3OH N

H

CH3OH

N H

H2N

H +

Acid chloro hydric có mặt trong phản ứng được xem như là nhân tố hoạt hóa

nhóm carboxyl [14], bằng cách bổ sung một proton vào oxygen của acetic acid để tạo

thành ion carbonium - thiếu electron tại nguyên tử carbon

3.1.2 Phân tích phổ hồng ngoại IR

Hình 3.1 Phổ IR của hợp chất (1)

Trang 39

Phổ hồng ngoại của hợp chất (1) xuất hiện những tín hiệu đặc trưng sau:

  = 3063cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H thơm

  = 2995-2916cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H no

  = 1622, 1556 cm-1 đặc trưng cho các dao động hóa trị của liên kết C=C, C=N

Từ kết quả phổ IR của (1), chúng tôi nhận thấy trên phổ không có sự xuất hiện

hiện peak hấp thụ đặc trưng của liên kết Csp3–H ở 2995 cm-1 và vân hấp thụ ở 1386

cm-1 cho thấy có sự hiện diện của nhóm CH3 trong hợp chất Ngoài ra, các dữ liệu về

phổ thu được trùng khớp với các giá trị vân phổ trong tài liệu tham khảo [11] Điều đó

cho phép chúng tôi có thể kết luận phản ứng đã xảy ra và chất (1) đã được tổng hợp

thành công

3.2 Tổng hợp ethyl 2-(2-methylbenzimidazol-1-yl)acetate (2)

3.2.1 Cơ chế phản ứng

N H

Cl O

-Cl

C C

Cl

O

Phản ứng trên xảy ra theo cơ chế thế lưỡng phân tử (SN2) thông qua trạng thái

chuyển tiếp Để hoạt hóa tác nhân nucleophile, chúng tôi tiến hành phản ứng trong môi

trường kiềm K2CO3 được chọn thay cho hóa chất thông dụng là Na2CO3 vì dù cation

Na+ và K+ có cùng điện tích nhưng bán kính ion của cation K+ lớn hơn cation Na+ nên

Chậm

Nhanh

Trang 40

mật độ điện tích trên cation K+ nhỏ hơn Do đó liên kết giữa K+ và anion kém bền hơn

so với liên kết giữa Na+ và anion Nhờ vậy, sự phân ly sẽ diễn ra dễ dàng hơn làm tăng

nồng độ của tác nhân nucleophile

Chúng tôi chọn dung môi acetone cho phản ứng trên vì đây là một dung môi

aprotic thuận lợi cho phản ứng thế lưỡng phân tử (SN2) Ngoài ra, cần tiến hành phản

ứng trong điều kiện khan nước vì khi có nước, K2CO3 bị thủy phân, cho môi trường

kiềm khá mạnh, sẽ dẫn tới sự thủy phân ester tạo thành cũng như ester tham gia phản

ứng

3.2.2 Phân tích phổ hồng ngoại IR

Hình 3.2 Phổ IR của hợp chất (2)

Hợp chất (2) được tổng hợp từ hợp chất (1) và ethyl chloroacetate Trên phổ IR

của chất (2) chúng tôi thấy xuất hiện những vân hấp thụ tiêu biểu sau:

  = 3063 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H thơm

  = 2980-2931 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H no

  = 1614, 1529 cm-1 đặc trưng cho các dao động hóa trị của liên kết C=C, C=N

  = 1734 cm-1 đặc trưng cho các dao động hóa trị của liên kết C=O

So sánh với phổ IR của hợp chất (1), phổ IR của hợp chất (2) phổ xuất hiện

thêm vân phổ 1734 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C=O trong nhóm

Định dạng
Số trang	101
Dung lượng	4,33 MB