Điều chế một số dẫn xuất của alpha mangostin bằng phản ứng oxy hóa baeyer villiger

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA HỌC KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH HÓA HỮU CƠ ĐIỀU CHẾ MỘT SỐ DẪN XUẤT CỦA ΑLPHA-MANGOSTIN BẰNG PHẢN ỨNG OXY HÓA BAEYER-VILLIGER GVHD: TS Dương Thúc Huy SVTH: Phạm Thị Trang MSSV: K40.201.096 Thành phố Hồ Chí Minh 4/2018 LỜI CẢM ƠN Trong năm tháng học tập rèn luyện bảo thầy cô Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, thân em nhận nhiều kiến thức kĩ cần thiết để tự tìm tịi phát triển thân Bằng tất trân trọng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến với thầy Dương Thúc Huy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý giá tạo điều kiện cho em suốt trình thực lúc hồn thành khóa luận tốt nghiệp Em xin cảm ơn thầy Phạm Đức Dũng, người thầy tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bạn sinh viên K40 Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Tp.HCM hỗ trợ cho em năm tháng học tập giảng đường đại học thời gian làm khóa luận tốt nghiệp Và cuối xin cảm ơn gia đình – chỗ dựa vững tinh thần suốt thời gian theo học thực đề tài trường ĐHSP Tp.HCM Sinh viên thực i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU iv DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC SƠ ĐỒ .vii LỜI MỞ ĐẦU viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Phản ứng oxy hóa Baeyer-Villiger 1.2 α-Mangostin 1.2.1 Giới thiệu 1.2.2 Hoạt tính sinh học α-mangostin 1.2.2.1 Hoạt tính kháng oxy hóa 1.2.2.2 Hoạt tính kháng viêm 1.2.2.3 Hoạt tính kháng khuẩn kháng nấm 1.2.2.4 Hoạt tính gây độc tế bào 3 1.2.3 Tổng hợp dẫn xuất α- mangostin 1.2.3.1 Phản ứng nhóm hydroxyl α-mangostin 1.2.3.2 Phản ứng nhóm prenyl α-mangostin 1.2.4 Oxy hóa xanthone với peracid CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 2.1.1 Hóa chất 2.2.2 Dụng cụ, thiết bị 8 2.2 Quy trình thực phản ứng oxy hóa α-mangostin m-CPBA .8 ii 2.2.1 Phản ứng oxy hóa α-mangostin 2.2.2 Khảo sát phản ứng oxy hóa α-mangostin m-CPBA 11 2.3 Số liệu phổ định danh cấu sản phẩm 11 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 13 3.1 So sánh kết phản ứng oxy hóa α-mangostin m-CPBA điều kiện khác 13 3.2 Sản phẩm phản ứng oxy hóa α-mangostin m-CPBA .15 3.2.1 Cấu trúc hóa học sản phẩm T1 15 3.2.2 Cấu trúc hóa học sản phẩm T3 15 3.3 Cơ chế đề nghị phản ứng 18 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 20 4.1 Kết luận 20 4.2 Đề xuất 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 PHỤ LỤC iii DANH M 13 Phổ cộng hưở Phổ cộng hư C-NMR H-NMR Ac acetone AcOH acid acetic C chloroform d Mũi đôi (Dou dd Mũi đôi đôi (Doublet Doublet) DDQ 2,3-dichlor DMF DiMethyl F DPPH 2,2-DiPhen EA ethyl acetat H HMBC n-hexane Tương quan HSQC Tương quan J Hằng số tác m Mũi đa (M m-CPBA Meta-Chlo Me methanol NMR Phổ cộng h s Mũi đơn (S t Mũi ba (Tr TLC Sắc ký δ Độ dịch ch iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tổng hợp dẫn xuất α-mangostin Morelli cộng Bảng 1.2 Tổng hợp dẫn xuất α-mangostin Fei cộng Bảng 1.3 Tổng hợp dẫn xuất α-mangostin Morelli cộng Bảng 3.1 Điều kiện phản ứng khảo sát oxy hóa α-mangostin m-CPBA 13 13 13 Bảng 3.2 So sánh liệu phổ H-NMR C-NMR hợp chất T1, α-mangostin mangostanin 16 Bảng 3.3 So sánh liệu phổ H-NMR C-NMR hợp chất T3 T1 17 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Phản ứng oxy hóa Baeyer-Villiger Hình 1.2 Phản ứng oxy hóa Baeyer-Villiger menthone (A), (+)-carvomenthone (B), camphor (C) với KHSO5 24 nhiệt độ phòng Hình 1.3 Cơ chế phản ứng oxy hóa Baeyer-Villiger với chất oxy hóa m-CPBA Hình 1.4 Phản ứng oxy hóa Baeyer-Villiger 2-adamamtanone Hình 1.5 Quả măng cụt (Garcinia mangostana L.) cấu trúc hóa học α-mangostin Hình 1.6 Tổng hợp dẫn xuất α-mangostin Morelli cộng Hình 1.7 Tổng hợp dẫn xuất α-mangostin Fei cộng .5 Hình 1.8 Tổng hợp dẫn xuất α-mangostin Morelli cộng Hình 1.9 Phản ứng oxy hóa Baeyer-Villiger anthraquinone Hình 3.1 Bản TLC sản phẩm phản ứng oxy hóa α-mangostin m-CPBA 14 Hình 3.2 Cấu trúc sản phẩm phản ứng oxy hóa α-mangostin m-CPBA 15 Hình 3.3 Tương quan HMBC hợp chất T3 18 Hình 3.4 Cơ chế tạo vòng epoxide α-mangostin 18 Hình 3.5 Cơ chế đề nghị phản ứng tạo thành mangostanin (T1) 19 Hình 3.6 Cơ chế đề nghị phản ứng tạo thành T3 từ mangostanin (T1) 19 vi DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ Quy trình thực phản ứng oxy hóa α-mangostin m-CPBA dung môi methanol Sơ đồ Quy trình thực phản ứng oxy hóa α-mangostin m-CPBA dung môi methanol với xúc tác SnCl4 10 Sơ đồ Phản ứng oxy hóa α-mangostin m-CPBA 13 vii LỜI MỞ ĐẦU Bán tổng hợp phương pháp tổng hợp hữu cơ, số dẫn xuất tổng hợp cho nghiên cứu từ chất có sẵn tự nhiên α-mangostin thành phần tìm thấy vỏ măng cụt (Garcinia mangostana L.) Với khung xanthone, α-mangostin có hoạt tính sinh học sử dụng làm thuốc điều trị bệnh tiêu chảy bệnh da liễu Một số dẫn xuất α-mangostin tổng hợp phản ứng alkyl hóa prenyl hóa Các dẫn xuất có hoạt tính sinh học tương tự α-mangostin thành viên khác họ xanthone Phản ứng oxy hóa α-mangostin hợp chất họ xanthone khác thu dẫn xuất có nhiều nhóm hydroxyl chất có nhiều dị vịng có chứa oxy giống epoxyxanthone Các chất xúc tác thông thường acid sulfuric, acid p-toluensulfonic boron trifluoride Các phản ứng điều chế dẫn xuất α-mangostin nghiên cứu Với mong muốn điều chế số dẫn xuất α-mangostin, hợp chất với hoạt tính sinh học đáng kỳ vọng, tiến hành tổng hợp số dẫn xuất α-mangostin cách sử dụng peracid, ví dụ m-CPBA, chất oxy hóa mạnh bán Một số điều kiện phản ứng oxy hóa Baeyer-Villiger áp dụng α-mangostin để tổng hợp số xanthone khác viii 4'' 5'' 17 Hình 3.3 Tương quan HMBC hợp chất T3 3.3 Cơ chế đề nghị phản ứng Dưới tác dụng m-CPBA, xảy phản ứng tạo thành dẫn xuất epoxide αmangostin Hình 3.4 Cơ chế tạo vịng epoxide α-mangostin Q trình chuyển hóa từ dẫn xuất epoxide thành mangostanin (T1) xảy qua ba giai đoạn Cơ chế đề nghị Hình 3.5 • Giai đoạn : Sự proton hóa oxy vịng epoxy m-CPBA • Giai đoạn : Sự mở vịng ba epoxy đồng thời với đóng vịng năm epoxy thơng qua tác nhân nucleophile oxy nhóm -OH vị trí C3 + • Giai đoạn : Tách proton H Quá trình chuyển hóa từ mangostanin (T1) thành T3 xảy qua hai giai đoạn Cơ chế đề nghị Hình 3.6 • 3” Giai đoạn 1: phản ứng tạo epoxide liên kết đơi C-2” C- • Giai đoạn 2: phản ứng mở vòng ba epoxy tạo thành diol C-2” C-3” 18 Hình 3.5 Cơ chế đề nghị phản ứng tạo thành mangostanin (T1) Hình 3.6 Cơ chế đề nghị phản ứng tạo thành T3 từ mangostanin (T1) 19 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 4.1 Kết luận Từ hợp chất α-mangostin cô lập từ măng cụt Garcinia mangostana L., điều chế dẫn xuất T1 T3 thông qua phản ứng oxy hóa Baeyer-Villiger Trong khóa luận này, sản phẩm cô lập được xác định cấu trúc phổ NMR hợp chất điều chế có hợp chất hợp chất báo cáo 4.2 Đề xuất Tối ưu hiệu suất phản ứng oxy hóa để hồn thiện đề tài Khảo sát phản ứng với xúc tác khác Tiến hành thử nghiệm hoạt tính sinh học hợp chất điều chế Tiến hành cô lập hợp chất khác phản ứng oxy hóa 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Baeyer, V Villiger, 1899 Einwirkung des Caro'schen Reagens auf Ketone Chemische Berichte 32, 3625-3633 [2] M Renz, B Meunier, 1999 100 Years of Baeyer-Villiger Oxidations European Journal of Organic Chemistry Microreview, 737-750 [3] G Krow, 1993 The Baeyer-Villiger oxidation of ketones and aldehydes Organic Reaction 43, 253-310 [4] Paolo Sgarbossa, M Fátima C Guedes da Silva, Alessandro Scarso, Rino A Michelina, Armando J Pombeiro, 2008 Lewis acidity of platinum(II)-based Baeyer-Villiger catalysts: An electrochemical approach Inorganica Chimica Acta 361, 3247-3253 [5] Rino A Michelina, Paolo Sgarbossa, Alessandro Scarso, Giorgio Strukul, 2010 The Baeyer–Villiger oxidation of ketones: A paradigm for the role of soft Lewis acidity in homogeneous catalysis Coordination Chemistry Reviews 254, 646660 [6] Xiuhua Hao, Osamu Yamazaki, Akihiro Yoshida, Joji Nishikido, 2003 Green Baeyer–Villiger oxidation with hydrogen peroxide: Sn[N(SO 2C8F17)2]4 as a highly selective Lewis acid catalyst in a fluorous biphase system Green Chemistry 5, 524-528 [7] Ryoichi Otomo, Ryota Kosugi, Yuichi Kamiya, Takashi Tatsumia, Toshiyuki Yokoi, 2016 Modification of Sn-Beta zeolite: characterization of acido-basic properties and catalytic performance in Baeyer–Villiger oxidation Catalysis Science & Technology 6, 2787-2795 [8] A Lim, 1984 The embryology of Garcinia mangostana L (Clusiaceae) Gardens’ Bulletin Singapore 37, 93-103 [9] D Obolskiy, I Pischel, N Siriwatanametanon, M Heinrich, 2009 Garcinia mangostana L.: A Phytochemical and Pharmacological Review Phytotherapy Research 23, 1047-1065 [10] M Chomnawang, S Surassmo, V Nukoolkarn, W Gritsanapan, 2007 Antimicrobial effects of Thai medicinal plants against acne-inducing bacteria Journal of Ethnopharmacology 101, 330-333 21 [11] P Williams, M Ongaskul, J Proudoof, K Croft, L Beilin, 1995 Mangostin inhibits the oxidative modification of human low density lipoprotein Free Radical Research 23, 175-184 [12] H Jung, B Sung, W Keller, R Mehta, A Kinghorn, 2006 Antioxidant xanthones from the pericarp of Garcinia mangostana (Mangosteen) Journal of Agricultural and Food Chemistry 54, 2077-2082 [13] W Mahabusarakan, J Proudoof, W Taylor, K Corft, 2000 Inhibition of lipoprotein oxidation by prenylated xanthones derived from mangostin Free Radical Research 33, 643-659 [14] G Gopalakrishnan, B Banimathi, G Suresh, 1997 Evaluation of the Antifungal Activity of Natural Xanthones from Garcinia mangostana and Their Synthetic Derivatives Journal of Natural Products 60, 519-524 [15] R Farnsworth, N Bunyapraphatsara, 1992 Recommended for Primary Health Care System Thailand Medicinal Plants 160-162 [16] B Sutabhaha, U Parntrakool, T Faruyo, T Nagumo, 1997 The inhibitory activities of mangosteen's pericarp extract on methicillin-resistant Staphylococcus aureus Bulletin of Chiang Mai Association Medical 30, 40-46 [17] J Puripattanawang, W Khajorndetkun W Chansathirapanich, 2006 Improved Isolation of α-Mangostin from the Fruit Hull of Garcinia mangostana and its Antioxidant and Antifungal Activity Planta Medical 72, 1078 [18] S Vovavuthikunchai, L Kitpipit, 2005 Activity of medicinal plant extracts against hospital isolates of methicillin-resistant Staphylococcus aureus Clinical Microbiology and Infection 11, 510-522 [19] S Sukramsarn, N Suwannapoch, W Phakhodee, 2003 Antimycobacterial activity of prenylated xanthones from the fruits of Garcinia mangostana Chemical and Pharmaceutical Bulletin (Tokyo) 51, 857-859 [20] W Gritsanapan, M Chulasin, 1983 A preliminary study of antidiarrheal plants: I Antibacterial activity Mahidol University Journal of Pharmaceutical Sciences 10, 119-122 [21] K Matsumoto, Y Akao, E Kobayashi, 2003 Xanthones induce cell-cycle arrest and apoptosis in human colon cancer DLD-1 cells Journal of Natural Products 66, 1124-1127 22 [22] Y Sakagami, M Iinuna, 2005 Antibacterial activity of α-mangostin against vancomycin resistant Enterococci (VRE) and synergism with antibiotics Phytomedicine 12, 203-208 [23] K Matsumoto, Y Akao, K Ohguchi, 2004 Preferential target is mitochondria in α-mangostin-induced apoptosis in human leukemia HL60 cells Bioorganic & Medicinal Chemistry 13, 6064-6069 [24] C Morelli, M Biagiotti, V Pappalardo, M Rabufetti, 2014 Chemistry of α-mangostin Studies on the semisynthesis of minor xanthones from Garcinia mangostana Natural Product Research 10, 1-6 [25] X Fei, M Jo, B Lee, K Lee, J Jung, S Seo, Y Kwak, 2014 Synthesis of xanthones derivatives based on α-mangostin and their biological evaluation for anti-cancer agents Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 24, 2062-2065 [26] H Dharmaratne, Y Sakagami, K Piyasema, V Thevanesam, 2013 Antibacterial activity of xanthones from Garcinia mangostana (L.) and their structure–activity relationship studies Natural Product Research 27, 938-941 [27] H L Newson, D A Wild, S Y Yeung, B W Skelton, G R Flematti, J E Allan, M J Piggott, 2016 Access to 1,2,3,4-Tetraoxygenated Benzenes via a Double Baeyer-Villiger Reaction of Quinizarin Dimethyl Ether: Application to the Synthesis of Bioactive Natural Products from Antrodia camphorate Journal of Organic Chemistry 81, 3127-3135 [28] L Chen, L Yang, C Wang, 2008 Anti-inflammatory activity of mangostins from Garcinia mangostana Food and Chemical Toxicology 46, 688‒ 693 [29] A Han, J Kim, D Lantvit, L Cardono, A Kingshorn, 2009 Cytotoxic Xanthone Constituents of the Stem Bark of Garcinia mangostana (Mangosteen) Journal of Natural Products 72, 2028-2031 23 PHỤ LỤC 7-OCH3 5’4’ 5’’ 6-OH 4’’ 1-OH Phụ lục Phổ H-NMR hợp chất T1 2’’ 5’ 3’ 1, 4a 10a Phụ lục Phổ 13 C-NMR hợp chất T1 6-OH, 2’-OH 7-OCH3 5’’ 5’’, 4’’ 4’’, 4’ 5’ 2’’2’ 1’’ 5’ 1’, 4’ 7-OCH3 2’ 2’’ 1, 4a, 10a, Phục lục Phổ HMBC hợp chất T1 7-OCH3 6-OH 5’, 4’ 1-OH Phục lục Phổ H-NMR hợp chất T3 Phụ lục Phổ 13 C-NMR hợp chất T3 7-OCH3 3’’ 3’ 2’’ 2’ 1, 10a, 4a, Phụ lục Phổ HMBC hợp chất T3 1’ 1’’ 5’, 4’, 4’’, 5’’ 2’’ 2’ Phụ lục Phổ HSQC hợp chất T3 ... m-CPBA, chất oxy hóa mạnh bán Một số điều kiện phản ứng oxy hóa Baeyer- Villiger áp dụng α -mangostin để tổng hợp số xanthone khác viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Phản ứng oxy hóa Baeyer- Villiger Sự... Các phản ứng điều chế dẫn xuất α -mangostin nghiên cứu Với mong muốn điều chế số dẫn xuất α -mangostin, hợp chất với hoạt tính sinh học đáng kỳ vọng, chúng tơi tiến hành tổng hợp số dẫn xuất α -mangostin. .. 2.1.1 Hóa chất 2.2.2 Dụng cụ, thiết bị 8 2.2 Quy trình thực phản ứng oxy hóa α -mangostin m-CPBA .8 ii 2.2.1 Phản ứng oxy hóa α -mangostin 2.2.2 Khảo sát phản ứng oxy hóa α-mangostin