Nghiên cứu tổng hợp tính chất và ứng dụng của oxit hỗn hợp CuO CeO2 có kích thước Nanomet

Nghiên cứu tổng hợp tính chất và ứng dụng của oxit hỗn hợp CuO CeO2 có kích thước Nanomet Nghiên cứu tổng hợp tính chất và ứng dụng của oxit hỗn hợp CuO CeO2 có kích thước Nanomet Nghiên cứu tổng hợp tính chất và ứng dụng của oxit hỗn hợp CuO CeO2 có kích thước Nanomet luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 GS TSKH ĐẶNG NHƯ TẠI

2 PGS TS NGUYỄN ĐÌNH THÀNH

HÀ NỘI - 2009

1.1.6 Bằng phản ứng giữa nitrozoaren và các  -hetarylaxetonitrin 3 1.1.7 Đi từ các dị vòng chứa nitơ có nhóm metyl hoạt động và các

1.2 Phương pháp tổng hợp azometin từ amin bậc 1 và andehit 3

1.3.1 Phản ứng của azometin với các hợp chất có nguyên tử hidro linh 6

động

1.3.3 Phản ứng của azometin với dẫn xuất của axit isoxianic và

isothioxianic

7 1.3.4 Phản ứng của azometin với các ete không no (phản ứng Diels -

1.3.5 Phản ứng của azometin với dẫn xuất axit cacboxylic no 10

1.4 Chuyển hóa azometin thành thiazolidin-4-on tương ứng 12

2.1.1 Các phương pháp sử dụng trong tổng hợp và tinh chế sản phẩm 23

2.1.2 Các phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc 23 2.1.3 Khảo sát tính chất ức chế ăn mòn thép Ct-3 của các azometin 24 2.1.4 Thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm của azometin 25

2.2.1 Tổng hợp các amin: 5-amino-2-phenylindol, 5-amino-1-metyl-

2.2.3 Tổng hợp các azometin dãy 5-amino-1-metyl-2-phenylindol 34 2.2.4 Tổng hợp các azometin dãy 5-amino-1,2-dimetylindol 37

3.1 Tổng hợp các amin: 5-amino-2-phenylindol,

3.2.3 Phổ NMR của azometin 60

3.3 Chuyển hóa các azometin thành thiazolidin-4-on tương ứng 79

3.5 Hoạt tính ức chế ăn mòn và kháng khuẩn, kháng nấm của azometin 103

3.5.2 Hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm của azometin 105

A Giíi thiÖu luËn ¸n

1 Tính cấp thiết của luận án

Trong nhiều năm qua, các azometin (còn gọi là bazơ Schiff) đã được quan tâm nghiên cứu nhiều, nhất là

từ khi phát hiện thấy chúng có vai trò trong các quá trình sinh hóa và hóa học khác nhau Nhiều azometin thể hiện tính kháng khuẩn, chống viêm, diệt nấm, chữa bệnh thương hàn, v v… Một số azometin có khả năng tạo phức với kim loại và được sử dụng làm thuốc thử trong hóa học phân tích, nghiên cứu phức vòng càng Ngoài ra các azometin còn thể hiện khả năng ức chế ăn mòn cao đối với nhiều loại kim loại và hợp kim trong các môi trường ăn mòn khác nhau, làm phụ gia lưu hóa cao su và tạo phức với kim loại chuyển tiếp…

Do có mặt trong phân tử nhóm liên kết azometin - CH = N - các azometin có khả năng phản ứng cao,

có thể tham gia vào nhiều phản ứng chuyển hóa khác nhau, chẳng hạn như phản ứng tạo thành vòng

hiện nhiều hoạt tính sinh học đáng chú ý

Mặc dù đã có những công trình nghiên cứu về azometin chứa nhân thơm, dị vòng, nhưng với azometin

có chứa nhân indol, đặc biệt là indol thế còn ít được đề cập đến

2 Đối tượng nghiên cứu và nhiệm vụ của luận án

- Tổng hợp và nghiên cứu tính chất phổ IR, NMR và MS của các azometin dãy 5-amino-2-phenylindol,

5-amino-1-metyl-2-phenyl indol và 5-amino-1,2-dimetylindol

- Khảo sát hoạt tính ức chế ăn mòn kim loại và tính kháng nấm, kháng khuẩn của azometin

3 Những đóng góp mới của luận án

3.1 Đã tổng hợp được 29 azometin mới của dãy 5-amino-2-phenylindol và 5-amino-1-metyl-2-phenylindol

3.2 Đã chuyển hóa 34 azometin thành 34 hợp chất thiazolidin-4-on tương ứng và tổng hợp được 4 chất mới thuộc dãy dietyl [(2-phenylindol-5-ylamino)-(aryl thế) metyl] photphonat

3.3 - Các azometin của dãy 5-amino-2-phenylindol có hiệu suất ức chế ăn mòn thép Ct-3 khá cao (đa số có

- Các azometin dãy 5-amino-1-metyl-2-phenylindol có tính ức chế chọn lọc đối với chủng vi khuẩn

gram (-) pseudomonas aeruginosa

4 Bố cục của luận án

Phần nội dung của luận án dày 108 trang đánh máy bao gồm: Mở đầu (1 trang), Chương 1 Tổng quan (21 trang), Chương 2 Thực nghiệm (28 trang), Chương 3 Kết quả và bàn luận (57 trang) và Kết luận (1 trang) Ngoài ra luận án còn có mục: Danh mục các công trình khoa học liên quan đến luận án (2 trang), Tài liệu tham khảo (12 trang), Phụ lục (125 trang)

NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN

1.1.4 Bằng phản ứng giữa andehit thơm và hợp chất nitro thơm

1.1.5 Ngưng tụ các hợp chất nitro béo hay thơm béo có nhóm metylen hoạt động với nitrozoaren

1.1.7 Đi từ các dị vòng chứa nitơ có nhóm metyl hoạt động và các nitrozoaren

1.1.8 Đi từ các amin bậc 1 và andehit

R - CHO + R' - NH2 R - CH = N - R' + H2O Trong đó R và R’ có thể là gốc

ankyl, aryl hay dị vòng thơm Đây là phương pháp thuận lợi nhất để tổng hợp các azometin

1.2.2 Cơ chế phản ứng

1.3 Các phản ứng chuyển hóa của azometin

1.3.1 Phản ứng với các hợp chất có nguyên tử hidro linh động

1.3.2 Phản ứng của azometin với diazometan

1.3.3 Phản ứng với dẫn xuất của axit isoxianic và isothioxianic

1.3.4 Phản ứng với các ete không no (Phản ứng Diels - Alder)

1.3.5 Phản ứng của azometin với dẫn xuất của axit cacboxylic no

1.3.6 Phản ứng của azometin với các hợp chất cơ kim

1.3.7 Phản ứng của azometin với các nitroankan

1.4 Chuyển hóa azometin thành thiazolidin-4-on tương ứng

1.4.1 Phản ứng: Đây là phương pháp thuận lợi nhất để tổng hợp thiazolidin-4-on có nhóm thế ở vị trí 2 và

Phản ứng Kabachnik - Fields là phản ứng ghép của 3 cấu tử: cacbonyl, amin và một hợp chất

hidrophotphoryl

1.6.1 Phổ của các azometin

1.6.2 Phổ của các thiazolidin-4-on

1.6.3 Phổ của các -aminophotphonat

1.7 Hoạt tính của azometin và các sản phẩm chuyển hóa

1.7.1 Tính chất ức chế ăn mòn kim loại của azometin 1.7.2 Hoạt tính sinh học của các azometin

1.7.3 Hoạt tính sinh học của các thiazolidin-4-on

2.1.3.2 Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn của các azometin

a Hiệu quả ức chế ăn mòn của các azometin

Hiệu quả ức chế ăn mòn được tính theo công thức sau:

H= (m0 - m) x 100 / m0 (%)

b Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ azometin đến hiệu quả ức chế

Khảo sát hiệu quả ức chế ăn mòn thép Ct-3 của benzyliden-5-amino-2-phenylindol (A1) theo nồng độ

từ 10-6 đến 10-3 mol/l

2.1.4 Thử nghiệm tính kháng khuẩn và kháng nấm của azometin

Thử theo phương pháp nồng độ ức chế tối thiểu (MIC), trên phiến vi lượng 96 giếng Các vi sinh vật

thử nghiệm gồm vi khuẩn gram (-): Escherichia coli (ATCC 25922) và pseudomonas aeruginosa (ATCC 25923) Vi khuẩn gram (+): Bacillus subtillis (ATCC 27212), staphylococcus aureus Nấm mốc: Aspergillus

niger, fusarium oxysporum Nấm men: Candida albicans, saccharomyces cerevisiae

Nhận được sản phẩm 1-metyl-5-nitro-2-phenylindol tinh thể hình kim màu vàng sáng, hiệu suất 78%

2.2.1.4 Tổng hợp 5-amino-2-phenylindol

NH2: 3448 cm-1 và 3316 cm-1, N-Hindol : 3420 cm-1

2.2.1.5 Tổng hợp 5-amino-1-metyl-2-phenylindol

2.2.3 Tổng hợp các azometin dãy 5-amino-1-metyl-2-phenylindol

2.2.4 Các azometin dãy 5-amino-1,2-dimetylindol

2.3 Tổng hợp các thiazolidin-4-on

2.3.1 Quy trình chung

Cho 0,003 mol azometin, 35 ml benzen khan vào bình cầu đáy tròn dung tích 100 ml Đun nóng nhẹ cho azometin tan (một số azometin không tan hết), để nguội và thêm vào đó 0,0035 mol axit thioglicolic 80% và lắc đều Lắp sinh hàn hồi lưu kết hợp với bộ phận loại nước, đun sôi hồi lưu cách thuỷ trong 10 giờ liên tục Thông thường sau khi đun khoảng 20 - 30 phút thì thấy xuất hiện kết tủa mới và kết tủa này không tan ra nữa cho đến khi kết thúc phản ứng Để nguội, lọc lấy kết tủa, rửa 03 lần bằng benzen lạnh, phơi khô trong không khí và kết tinh lại từ dung môi thích hợp

2.3.2 Các thiazolidin-4-on dãy 5-amino-2-phenylindol

2.3.3 Các thiazolidin-4-on dãy 5-amino-1-metyl-2-phenylindol

2.3.4 Các thiazolidin-4-on dãy 5-amino-1,2-dimetylindol

2.4.1 Tổng hợp dietylphotphit

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Chúng tôi tiến hành tổng hợp theo sơ đồ chung như sau:

Hình 3.1 Sơ đồ tổng hợp và chuyển hóa các azometin

3.1 Tổng hợp các amin: 5-amino-2-phenylindol, 5-amino-1-metyl-2-phenylindol và dimetylindol

5-amino-1,2-Các hợp chất 5-aminoindol thế (chất trung gian chìa khóa được tổng hợp theo sơ đồ trong Hình 3.2 3.1.1 Tổng hợp 2-phenylindol và 2-metylindol

3.1.2 Tổng hợp 5-nitro-2-phenylindol, 5-nitro-1-metyl-2-phenyl indol và 5-nitro-1,2-dimetylindol

3.1.3 Tổng hợp 5-amino-2-phenylindol, 5-amino-1-metyl-2-phenyl indol và 5-amino-1,2-dimetylindol

3.2 Tổng hợp các azometin và tính chất phổ của chúng

3.2.1 Kết quả tổng hợp các azometin

Kết quả tổng hợp các được trình bày trong Bảng 3.1

Các azometin nhận được đều là các chất rắn, tinh thể có màu từ trắng hoặc vàng nhạt cho đến vàng da

khi nóng chảy có kèm hiện tượng phân huỷ Các azometin của dãy 5-amino-2-phenylindol thường có nhiệt

độ nóng chảy cao hơn hẳn các azometin tương ứng của dãy

5-amino-1-metyl-Bảng 3.1 Kết quả tổng hợp các azometin của một số 5-aminoindol

-2-phenylindol Sự khác biệt này là do nhóm thế 1-metyl gây ra Nhóm thế này làm cho phân tử azometin giảm mạnh tính đồng phẳng đồng thời không có khả năng tạo các liên kết cầu hidro nh- nhóm N-H indol,

do vậy tinh thể của chúng kém bền vững hơn và sẽ có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn Hiệu suất tổng hợp của các azometin t-ơng đối cao, hầu hết đều có hiệu suất trên 70%, một số sản phẩm nhận đ-ợc với hiệu suất trên 90% Các azometin từ A1 đến A29 là những chất mới, lần đầu đ-ợc tổng hợp

3.2.2 Phổ hồng ngoại của azometin

Phổ hồng ngoại của các azometin xuất hiện băng sóng hấp thụ có cực đại trong khoảng từ 1590 đến

băng sóng hấp thụ trong khoảng từ 2840 đến 2900 với c-ờng độ từ yếu đến trung bình

3.2.3 Phổ NMR của azometin

3.2.3.1 Phổ 1 H-NMR

vựng từ 11,500 ppm đến 11,630 ppm tương ứng với proton trong liờn kết NH của vũng indol (với cỏc

cỏc bởi phương trỡnh 1 (dóy 5-amino-2-phenylindol) và phương trỡnh 2 (dóy 5-amino-1-metyl-2-phenylindol) như sau:

Hazometin = 0,195  + 8,671 (1) với n = 9, R2 = 0,792

và Hazometin = 0,278  + 8,711 (2) với n= 9, R2 = 0,941

về phớa trường thấp Mối tương quan này được biểu diễn trờn đồ thị hỡnh 3.5 và 3.6

y = 0.1945x + 8.6714

R 2 = 0.7924

8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8

y = 0.2778x + 8.7114

R 2 = 0.9409

8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 9

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8

Hỡnh 3.5 Tương quan hồi quy tuyến

tớnh giữa độ chuyển dịch húa học

azometin dóy

5-amino-2-phenylindol

Hỡnh 3.6 Tương quan hồi quy tuyến

azometin dóy phenylindol

Hindol = 0,107  + 11,584 (3) với n = 9, R2 = 0,938

y = 0.1071x + 11.584

R 2 = 0.9375

11.46 11.49 11.52 11.55 11.58 11.61 11.64 11.67

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8

Hình 3.7 Tương quan

hồi quy tuyến tính giữa dịch chuyển hóa học

của các azometin dãy 5-amino-2-phenylindol.

3.2.3.2 Phổ 13 C-NMR của các azometin

độ chuyển dịch hóa học của nguyên tử cacbon của liên kết azometin với hằng số σ Hammett của các nhóm thế trên hợp phần andehit Mối tương quan này có thể được thể hiện bởi phương trình

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8

y = -1.7364x + 156.73

R 2 = 0.774

155 155.5 156 156.5 157 157.5 158 158.5

-1 -0.5 0 0.5 1

Hình 3.10 Đồ thị sự phụ thuộc của độ chuyển dịch hóa học C (-CH-N-)

5-amino-2-phenylindol (A) và dãy 5-amino-1-metyl-2-phenylindol (B).

3.2.3.4 Phổ HSQC và HMBC

Tương tác C - H xa và gần xuất hiện trong phổ HMBC và HSQC tương ứng Hình 3.11 chỉ ra các tương tác xa C - H trong phổ HMBC của azometin A1

Hình 3.11 Tương tác C-H trong phổ HMBC của azometin A1

3.2.4 Phổ khối lượng của azometin

Trong phổ MS của tất cả các azometin đã được nghiên cứu đều xuất hiện pic ion phân tử với cường độ lớn nhất (100%) Sự phân mảnh của các azometin trong quá trình va chạm electron có thể xảy ra theo một trong các hướng chính sau:

(dãy 5-amino-1-metyl-2-phenylindol)

hợp proton để tạo thành m/z 220 (dãy A) hoặc mất 1 hoặc 2 proton để tạo thành m/z 232, 231

- Tỏch 1 proton của liờn kết azometin -CH=N để chuyển thành dạng C  N+ (ion [M-1]+), đõy là hiện tượng đặc trưng cho phổ khối lượng của azometin

- Ngoài sự phõn cắt trờn liờn kết của nhúm azometin, ion phõn tử của azometin cũn cú thể mất nhúm

tương đối nhỏ thể hiện bằng cường độ nhỏ của cỏc pic ion này trờn phổ đồ

N H

Hình 3.15 Sơ đồ phân mảnh của azometin dãy 5-amino-2-phenylindol

3.3 Chuyển hóa các azometin thành các thiazolidin-4-on

5-amino-2-phenyl indol có nhiệt độ nóng chảy cao hơn thiazolidin-4-on t-ơng ứng của dãy

5-amino-1-metyl-2-phenylindol T-¬ng tù nh- víi c¸c azometin t-¬ng øng, ®iÒu nµy lµ do ¶nh h-ëng cña nhãm thÕ 1-metyl trªn nh©n indol

3.3.2 Phæ hång ngo¹i cña c¸c thiazolidin-4-on: Phæ IR cña c¸c thiazolidin-4-on cã b¨ng sãng hÊp thô c-êng

thiazolidin-4-on

S O

Phổ MS của cỏc thiazolidin-4-on đều xuất hiện cỏc ion [M]+. hoặc [M+H]+. Hỡnh trờn là sơ đồ phõn mảnh chung của thiazolidin-4-on

Bảng 3.14 Kết quả tổng hợp và phõn tớch cỏc -aminophotphonat

Sản phẩm nhận đ-ợc là các chất rắn tinh thể có màu trắng đến vàng nhạt, có nhiệt độ nóng chảy trong

phản ứng cũng diễn ra gần t-ơng tự với phản ứng one-pot đã thực hiện ở trên từ amin + andehit + dietylphotphit Hiệu suất sản phẩm nhận đ-ợc không cao Do phải đi qua giai đoạn tổng hợp azometin nữa nên thực hiện theo con đ-ờng này sản phẩm nhận đ-ợc với hiệu suất thấp hơn

3.4.2.1 Phổ 1 H-NMR

-naphthyl)metyl] photphonat (P4) đ-ợc trình bày trong Hình 3.20

Hỡnh 3.20 Một phần phổ 1 H-NMR của dietyl

[(2-phenylindol-5-ylamino)-(-naphthyl)metyl] photphonat (P4)

- Vùng từ 1  4,5 ppm là vùng của các tín hiệu CH3 và CH2 của mạch dietyl photphit, với hai nhóm

tương ứng với Ha1 và Ha2 tách khỏi nhau và có độ chuyển dịch hóa học thấp hơn tín hiệu của hai nguyên tử

Hb còn lại Các tín hiệu tương ứng với các nguyên tử H trên nhân indol (H3, H4, H5, H7) nằm trong vùng từ

và hằng số J lớn là do tương tác của nguyên tử P đính với nhóm CH này

lớn (100%) trừ trường hợp P3 là 40%

3.5 Hoạt tính ức chế ăn mòn và tính kháng khuẩn, kháng nấm

3.5.1 Tính chất ức chế ăn mòn của azometin

Đánh giá sơ bộ khả năng ức chế ăn mòn của các azometin được chúng tôi thực hiện trong môi trường

thép Ct-3 của các azometin trong môi trường axit HCl 2M sau 24 và 48h Hiệu suất ức chế của các azometin

mol/l sau 24 h đạt từ 86% đến 93,4%, sau 48 h giờ đạt từ 89,2 % đến 96,6% Các azometin đều có hiệu suất ức chế ăn mòn cao và khả năng ức chế ăn mòn là không khác nhau nhiều Tất cả các khảo sát đều cho thấy hiệu suất ức chế tại thời điểm sau 48 giờ là cao hơn và cao hơn rõ rệt so với thời điểm 24 giờ

benzyliden-5-amino-2-phenylindol (A1) đã thể hiện được khả năng ức chế ăn mòn (khoảng 60%)

80 82 84 86 88 90 92 94 96

Hình 3.26 Đồ thị biểu diễn hiệu quả ức chế ăn mòn thép Ct-3 trong dung dịch HCl 2M của azometin ở nồng độ

10 -4 mol/l sau 24 và 48 h

đã đạt tới trên 93% Có thể nhận thấy rằng khả năng ức chế ăn mòn thép Ct-3 trong môi trường axit HCl 2M

Hình 3.27 Hiệu quả ức chế ăn mòn thép Ct-3 trong HCl 2M

sau 24 h và 48 h của azometin A1 phụ thuộc vào nồng độ

3.5.2 Hoạt tớnh khỏng khuẩn và khỏng nấm của azometin

Kết quả được ghi ra ở Bảng 3.20

Bảng 3.20 Kết quả thử tớnh khỏng khuẩn và diệt nấm của azometin

Nồng độ ức chế tối thiểu MIC, g/ml

Vi khuẩn gram (-)

Vi khuẩn Gram (+) Nấm mốc Nấm men

E

coli

P

aer

B

sub

S

aur

A

nig

F

oxy

C

alb

S

cer

Dóy 5-amino-2-phenylindol

Dóy 5-amino-1-metyl-2-phenylindol

A16 C6H5- - 50 - - - -

A17 p-ClC6H4- - 50 - - - -

A18 m-NO2C6H4- - 50 - - - -

A19 p-CH3OC6H4- - 50 - - - -

A20 p-(CH3)2NC6H4- - 50 - - - -

A21 p-OHC6H4- - 50 - - - -

A22 o-OHC6H4- - 50 - - - -

A23 4-OH(3-OCH3)C6H3 - 50 - - - -

A24 3, 4-O2CH2C6H3- - 50 - - - -

A25 p-(CH3)2CHC6H4- - 50 - - - -

A26 p-FC6H4- - - -

A28 1-Naphthyl- - - -

Kết quả thử nghiệm cho thấy 16/ 22 azometin thử nghiệm có hoạt tính kháng khuẩn hoặc kháng nấm ở

5-amino-1-metyl-2-phenylindol đã khảo sát Các azometin của dãy 5-amino-2-phenylindol thể hiện hoạt tính một cách phân tán cả với kháng nấm và kháng khuẩn cũng nh- chủng vi sinh mà chúng có hoạt tính và đồng

thời không có hoạt tính với vi khuẩn gram (-) chủng pseudomonas aeruginosa Trong khi với các azometin

của dãy 5-amino-1-metyl-2-phenylindol lại thể hiện hoạt tính rất tập trung trên chủng vi khuẩn gram (-)

pseudomonas aeruginosa (từ azometin A16 đến A25) Trong tr-ờng hợp này, nhóm thế metyl ở vị trí số 1

trên vòng indol rõ ràng là có vai trò quyết định

KẾT LUẬN

1 Đó tổng hợp cỏc hợp chất trung gian chỡa khúa 5-aminoindol thế là: 5-amino-2-phenylindol, 5-amino-1-metyl-2-phenylindol và 5-amino-1,2-dimetylindol Sản phẩm đó được xỏc định nhiệt độ núng chảy, được khẳng định cấu trỳc bằng cỏc phương phỏp phổ

2 - Đó tổng hợp được 29 azometin mới của dóy 5-amino-2-phenylindol và 5-amino-1-metyl-2-phenylindol Sản phẩm đó được xỏc định nhiệt độ núng chảy, được khẳng định cấu trỳc bằng phổ IR, NMR và MS