Thực hiện các phương pháp tông hợp hữu cơ như: phản ứng bảo vệ nhóm chức, phản ứng thủy phân, phản ứng khử, phản ứng thế, phản ứng cộng... tại Phòng thí nghiệm Hoá Dược-Viện Hoá học-Viện Hàn Lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam, nhằm tống họp một số các dẫn xuất của diketopiperazine.
Cấu trúc của sản phẩm được xác định nhờ các phương pháp phổ vật lý hiện đại như 'H-NMR.
Độ sạch của sản phẩm xác định nhờ các phương pháp sắc kí như TLC, HPLC, GC-MS, LC-MS.
2.2.2. Hóa chất và dung môi
Các hóa chất phục vụ cho việc tổng họp hữu cơ và dung môi được mua của hãng Merck (Đức) và Aldrich (Mỹ).
Bột silicagel cho sắc ký cột 100 - 200 mesh (Merck), bản mỏng sắc ký silicagel đế nhôm Art. 5554 DC - Alufolien Kiesel 60 F254 (Merck).
M ột số thiết bị, dụng cụ, dung m ôi hóa chắt dùng trong quá trình làm th í nghiệm:
a. Thiết bị:
Bảng 1: Các thiết bị chính sử dụng trong phòng thí nghiêm
STT Tên Thiêt Bị Mục đích sử dụng Hãng sản xuât 1 Cân điện tử Cân chính xác lượng mâu, bao bì Deshi-Nhật
Bản
2 Máy sây/ Tủ sây Làm khô, cô khô Merck- Đức 3 Máy khuây từ/
khuấy cơ
Cung câp nhiệt, điêu khiên tôc độ khuấy Magnetic Strirrer - China 4 Máy hút chân không Hút khô Buchi-Đức
5 Máy soi ư v Nhận biêt những nhóm chât hữu cơ mang màu
Aqualytic- Đức 6 Máy quay cât
chân không
Đê loại bỏ dung môi hay cô đặc để thu được dịch đặc hoặc chất sạch
Buchi- Đức
7 Bộ chưng cât Chưng cât thu dung môi sạch Merck - Đức 8 Tủ hút Hút mùi của những chât độc hại Việt Nam
b. Dụng cụ
Bảng 2: Các dụng cụ chính sử dụng trong phòng thỉ nghiệm
STT Tên dụng cụ Loại (ml) Mục đích
1 Pipet 1 ,2 ,5 , 10 Lây chính xác lượng dung môi cân dùng
2 Công tơ hút Lây dung môi với lượng nhỏ
3 Quả bóp Hút dung môi
4 Côc 50,100,250,
500...
Đựng dung môi và các hóa chât cân thiết
5 Bình câu 25, 50, 100, 250 Dùng đê đặt phản ứng
6 Bình tam (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
giác
100, 200, 250, 500..
Đựng dung môi và các hóa chât cân thiết
7 Ổng đong 50, 100 Đong các loại dung môi
8 Ong
Nghiệm
Đựng các chât khi chạy cột
9 Giá đỡ Dùng đõ' cột phản ứng và cột chạy săc ký
10 Cột săc ký Dùng đê tách chât
11 Phêu thủy tinh Rót dung môi 12 Đũa thủy tinh Dùng đê khuây
13 Bông Dùng đê nhôi cột săc ký
c. Hóa chất
Các loại hóa chất, dung môi thường gặp trong phòng thí nghiệm:
- Các loại dung môi: n- hexan, etyl acetat (EtOAc), diclometan (CH2CI2), aceton, metanol (MeOH), nước cất,...
- Các loại hóa chất: natri sunphat (Na2S 0 4), quỳ tím, L-Trytophan etyl este, 4-metoxi benzandehyt, benzen, N aH C 03, butyl amin, metyl am in...
2.2.3. Định tính phản úng và kiếm tra độ tinh khiết của các hợp chất bằng sắc k í lớp mỏng
Sắc kí lớp mỏng (SKLM) được sử dụng đế định tính chất đầu và sản phẩm. Thông thường chất đầu và sản phẩm có giá trị Rf khác nhau, màu sắc và sự phát quang khác nhau. Dùng sắc kí lớp mỏng để kiểm tra phản ứng. Giá trị Rf của các chất phụ thuộc vào bản chất của các chất và phụ thuộc vào dung môi làm pha động. Dựa trên tính chất đó, chúng ta có thể tìm được dung môi
hay hỗn hợp dung môi đế tách các chất ra xa nhau (Rf khác xa nhau) hay tìm được hệ dung môi cần thiết đế tinh chế các chất.
Sắc kí cột (SKC) nguyên tắc dựa trên ái lực hấp phụ khác nhau của các chất đối với chất hấp phụ đế tách các chất ra riêng biệt. Trong sắc kí cột, chất làm nền cho pha cố định được nhồi trong ống hình trụ (gọi là sắc kí cột). Với cột hấp phụ người ta có thể triển khai một dung môi, hoặc một hệ thống các dung môi từ phân cực yếu đến phân cực mạnh chảy liên tục.
Dụng cụ chính của sắc kí cột là cột để nhồi chất hấp phụ đê làm bằng thủy tinh. Cột có thể là những ống hình trụ dài 30-100 cm đường kính từ 1-8 cm tùy theo chiều dài cột tỉ lệ giữa đường kính.
Cột đem dùng phải thật sạch, đối với chất hấp phụ là nhôm oxit, có thể dùng phương pháp nhồi cột khô, nghĩa là lắp cột thẳng đứng, chắc chắn. Đổ lượng A I2O3 qua phễu, theo một ống đổ vào đáy cột. Rót từ từ đều đặn để tạo nên một cột liên tục đều đặn, bằng phẳng không có chỗ rỗng, chỗ dày, chỗ mỏng sau khi rót hết chất nhồi vào cột người ta có thế dùng một đũa thủy tinh đầu gắn với một nút cao su và gõ nhẹ đều vào thành cột cho đến khi nhận được một chiều cao nhất định.
2.2.4. Định lượng phản ứng
Phương pháp định lượng :
+ Cân chính xác khối lượng của các chất tham gia phản ứng theo đương lượng đã cho trước.
+ Tính khối lượng của sản phấm theo lý thuyết.
+ Sau khi phản ứng kết thúc, tách chiết và tinh chế sản phẩm ta thu được sản phẩm tinh khiết. Cân chính xác khối lượng sản phẩm thực tế thu được.
+ Tính hiệu suất phản ứng theo công thức:
m tt
h = — x 100%
Trong đó: h: hiệu suất (%) mtt: khối lượng thực tế m]t: khối lượng lỷ thuyết (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ví dụ: Tính hiệu suất của phản ứng ethyl 1-(4-methoxyphenyl)-2,3,4,9-
tetrahydro-lH-pyrido[3,4-b]indole-3-carboxylate đồng phân cis 35a.
Phương trình phản ứng:
CHO
OM e
19a 34
Nguyên liệu đầu:
Hóa chât m(g) mmol q V (ml)
L-trytophan etyl este 2,9 0,0125 1 4 metoxi-benzandehyt 1,7 0,0125 1
Benzen 50
Theo tính toán lý thuyết từ 2,9 g L-trytophan etyl este thu được 4,68 g sản phâm.
Trên thực tế từ 2,9 g L-trytophan etyl este chỉ thu được 1,15 g sản phẩm. Vậy hiệu suất của phản ứng 35a là:
m.. 115
/ỉ = -»-.100 = —— .100=25%
mh 4,68
Các hợp chất khác tính tương tự
2.2.5. Xác nhận cấu trúc
Đe xác định cấu trúc các chất hữu cơ tống họp được, chúng tôi tiến hành phương pháp sau:
- Phố cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phổ 'H-NM R (500MHz) và '3C-NMR (125MHz) của các chất nghiên cứu được đo trên máy Bruker XL-500 tần số 500 MHz với dung môi CDCI3 và TMS là chất chuẩn, tại phòng Phổ cộng hưởng từ hạt nhân-Viện Hoá học- Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam.
2.3. Sơ đồ phản ứng tổng họp diketopiperazine nghiên cún trong khuôn khổ khóa luận.
36 37
Sơ đô 2.1: Tông hợp diketopiperaiine
Phản ứng este hóa từ L-tryptophan ta thu được nguyên liệu đầu là L-
trytophan etyl este. L-trytophan etyl este và 4-metoxi benzandehyt được đun hồi lun trong dung môi benzen sau 24h, tạo thành hợp chất 35. Giai đoạn tiếp theo là phản ứng của hợp chất 35 với cloroacetyl clorua trong dung môi EtOAc với sự có mặt của kiềm (dung dịch NaHCƠ3 bão hòa) làm xúc tác ở
0°c . Giai đoạn cuối là axyl hóa vòng hóa hợp chất 36 với amin tương ứng trong dung môi C2H5OH ở nhiệt độ phòng thu được hợp chất diketopiperazine mong muốn 37.
Các họp chất tống họp được nghiên cún trong khuôn khố khóa luận:
• Tổng hợp ethyl l-(4-methoxyphenyl)-2,3,4,9-tetrahydro-lH - pyrido[3,4-b]indole-3-carboxylate.
• Tổng hợp ỢR,3S)-Qíhy\ 2-(2-chloroacetyl)-l-(4-methoxyphenyl)- 2,3,4,9-tetrahydro-lH-pyrido[3,4-bJindole-3-carboxylate. • Tổng họp họp chất diketopiperazine 37a. • Tổng hợp hợp chất diketopiperazine 37b. • Tống họp họp chất diketopiperazine 37c. 2.4. Tống họp các tác nhân phản ứng và các họp chất 2.4.1. Tồng hợp ethyl l-(4-m ethoxyphenyl)-2,3,4,9-tetrahydro-lH - pyrido[3,4-b ]indole-3-carboxylate 35a 35b Quy trình tổng họp:
Dung dịch của L-Trytophan etyl este 19 (2,900 g; 0,0125 mmol) trong 50 ml benzen được cho thêm 4 metoxi-benzandehyt (1,700 g; 0,0125 mmol), sau đó hỗn hợp hồi lun trong thời gian 24h. Ket thúc phản ứng hỗn họp được cô đuối dung môi ở áp suất thấp tạo thành sản phẩm thô. Hỗn họp này được chiết với ba lần với EtOAc, ta thu được dịch chiết. Lóp hữu cơ được rửa với N aH C 03 sau đó làm khô bằng Na2S 04 khan, dung môi hữu cơ được cô đuổi ở áp suất thấp thu được hỗn hợp sản phẩm có màu vàng ở dạng dầu. Hỗn hợp được phân tách trên cột sắc ký (hexan/EtOAc, 4/6) thu được đồng phân cis (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
35a (1,150 g; 25%) và trans 35b (2,700 g; 62%).
Họp chất 35a: Thu được hiệu suất (25%), 'H-NM R-500 MHz (CDC13): 6 ppm 1.34 (3H, t, J = 7.0 Hz, CH3Et), 3.06 (1H, dd, J=2.5, 11.5, 15.0 Hz, H-
H-3), 4.24-4.31 (2H, m, OCH2), 5.39 (1H, s, H -l), 7.12-7.17 (3H, m, H -3’, H- 6 và H-7), 7.45 (1H, d, J= 1.0 Hz, H - l ’), 7.47 (1H, dd, J= 1.0, 7.0 Hz, H -8), 7.51 (2H, dd, J=2.5, 7.0 Hz, H-5, H-6’), 7.56 (1H, dd, J= 2.5, 7.0 Hz, H -7’), 7.82 (3H, dd, J = 2.5, 8.5 Hz, H -4’, h-5’ và H -8’).
Hợp chất 35b: Thu được hiệu suất (62%), 'H-NM R-500 MHz, (CDC13): ô ppm 1.25 (3H, t, J=7.0 Hz, CH3Et), 3.15 (1H, dd, J=6.5, 15.0 Hz, H-4a), 3.30 (1H, dd, J=5.5, 15.5 Hz, H-4b), 3.98 (1H, t, J= 6.0 Hz, H-3), 4.12-4.20 (2H, m, OCH2), 5.53 (1H, s, H -l), 7.15 (2H, dd, J=2.0, 7.0, H-6, H-7), 7.23 (1H, dd, J=1.5, 8.5 Hz, H -3’), 7.45 (1H, d, J=8.5 Hz, H -8’), 7.48 (2H, dd, J=2.0, 8.0 Hz, H-4, H -8), 7.59 (1H, dd, J=1.5, 7.0Hz, H -6’), 7.46 (1H, s, H - l ’), 7.76 (1H, dd, J=2.5, 7.0 Hz, H -7’), 7.82 (2H, dd, J=2.5, 8.5 Hz, H -4’, H -5’). 2.4.2. Tồng hợp ethyl 2-(2-chỉoroacetyl)-l-(4-methoxyphenyl)-2,3,4,9- tetrahydro-lH-pyrido[3,4-b]indole-3-carboxylate 36a 36b Quy trình tổng họp:
Cho hợp chất 35a (0,800g; 2,16 mmol) vào 20 ml EtOAc, thêm lOml dung dịch bão hòa của N aH C 0 3. Hỗn hợp này được cho thêm cloroaxetyl clorua (0,290g; 2,59 mmol) ở 0 c khuấy trong 30 phút và nâng về nhiệt độ phòng trong thời gian lh. Hồn hợp sau phản ứng được cô đuổi dung môi ở áp suất thấp sau đó chiết 3 lần với diclometan. Dịch hữu cơ được rửa với dung dịch muối NaHCƠ3 và làm khô bằng Na2S 0 4. Dung môi được loại bỏ ở áp suất thấp thu được sản phấm thô với màu vàng chanh, sản phấm thô được làm
sạch trên cột sắc ký với hệ dung môi rửa giải là hexan/EtOAc 6/4 thu được
36a với hiệu suất 90% (0,108 g).
Họp chất 36b cũng được tổng họp tương tụ1 như họp chất 36a từ hỗn họp
35b đạt hiệu suất 85% (0,1 lOg).
2.4.3. Tong họp m ột so diketopiperazine
a. Tổng họp họp chất diketopiperazine 37a
Quy trình tống họp:
Cho hợp chất 36a (0,1 OOg; 0,25mmol) và butyl amin (0,064g; l,25mmol) trong EtOH (lOml) được khuấy trong 24h ở nhiệt độ phòng. Sau đó, hỗn họp được cô đuổi dung môi và chiết xuất với EtOAc ba lần. Lớp hữu cơ được rửa sạch, làm khô bằng Na2S 0 4, dung môi được bay hơi ở áp suất thấp thu được sản phẩm thô có màu trắng. Sản phấm được làm sạch qua cột sắc ký trên silicagel (hexan / EtOAc, 1/1) để có được hợp chất 37a tinh khiết (0,880g, 74,4%).
Hợp chất 37a: Thu được hiệu suất 74,4%. 'H-NM R-500 MHz (CDC13): s 0.93 (3H, t, J = 7.26 Hz, Me), 1.28-1.38 (2H, m, H -30, 1.48-1.59 (2H, m, H- 2 0 , 3.16-3.34 (2H, m, H -l % H-12a), 3.52-3.63 (1H, m, H -l lữ), 3.68 (3H, s, OMe), 3.70 (1H, dd, H-12b), 3.87 (1H, d, J = 17.48 Hz, H-3a), 4.00 (1H, d, J = 17.48 Hz, H-3b), 4.26 (1H, dd, J = 11.22, 3.96 Hz, H-13), 6.21 (1H, sb, H- 6), 6.73 (2H, d, J = 8.58 Hz, H-3 ; H-5 0, 7.13-7.25 (5H, m, H-2 ; H -6 ", H- 8, H-9, H-10), 7.58 (1H, db, J= 7.92 Hz, H - ll) , 8.14 (1H, sb, H-7).
b. Tổng hợp họp chất diketopiperazine 37b
Quy trình tổng họp :
Hợp chất 36a (0,1 OOg; 0,25mmol) và 4-metoxi benzylamin (0,068g; 0,5mmol) trong EtOH khan (10 ml) được khuấy tại nhiệt độ phòng trong thời gian 24h.
Ket thúc phản ứng, cô đuổi dung môi và chiết 3 lần với EtOAc. Dịch chiết hữu cơ thu được có màu trong suốt. Rửa dịch chiết với nước muối sau đó làm khan bằng Na2S 0 4, dung môi được bay hơi ở áp suất thấp thu được sản phấm thô có màu trắng. Sản phẩm thô được làm sạch qua cột sắc ký (hexan/EtOAc 1/1) thu được 37b với hiệu suất 81% (0,137 g).
Họp chất 37b: Hiệu suất đạt 81%. 'H-NM R-500 MHz (CDC13): 5 3.28 (1H, dd, d, J = 1.0, 11.52, 15.84 Hz, H-12a), 3.73 (3H, s, OMe), 3.80 (1H, dd, J = 4.95, 15.48 Hz, H-12b), 3.83 (1H, d, J = 17.49 Hz, H - l a ) , 3.94 (1H, d, J = 17.49 Hz, H -l 1d), 4.36 (1H, dd, J = 4.95, 11.52 Hz, H-13), 4.37 (1H, d, J = 14.85 Hz, H-3a), 4.84 (1H, d, J = 14.85 Hz, H-3b), 6.21 (1H, sb, H -6), 6.76 (2H, d, J = 8.9 Hz, H -3 ", H -5"), 7.15-7.32 (8H, m, 8x =CH), 7.62 (1H, db, J= 9.24 Hz, H -l 1), 7.83 (1H, sb, H-7).
c. Tổng họp họp chất diketopiperazine 37c
Quy trình tổng họp :
Hợp chất 36a (0,100g; 0,25mmol) và metylamin (0,233g; 0,75mmol) trong lOml EtOH được khuấy ở nhiệt độ phòng trong thời gian 24h.
Ket thúc phản ứng, cô đuổi dung môi, chiết 3 lần với EtOAc. Dịch chiết hữu cơ thu được có màu trong suốt. Rửa dịch chiết với nước muối sau đó làm khan bằng Na2S 0 4, dung môi được bay hơi ở áp suất thấp thu được sản phâm thô có màu trắng. Sản phẩm thô được làm sạch qua cột sắc ký (hexan/EtOAc
1/1) thu được 37c với hiệu suất 62% (0,076 g).
Hợp chất 37c: Hiệu suất đạt 62% với 'H-NM R-500 MHz (CDC13): ô 3.00 (3H, s, Me), 3.22 (1H, dd, J = 1.1, 11.56, 16.09 Hz, H-12a), 3.69 (3H, s, OMe), 3.77 (1H, dd, J = 16.09, 4.68 Hz, H-12b), 3.87 (1H, d, J = 17.61 Hz, H-3a), 4.05 (1H, d, J = 17.61 Hz, H-3b), 4.26 (1H, dd, J = 11.56, 4.68 Hz, H- 13), 6.20 (1H, sb, H-6), 6.74 (2H, dd, J = 8.8, 3.03 Hz, H -3 ; H -50, 7.20-7.28 (5H, m, H -2 ; H-6; H -8, H-9, H-10), 7.61 (1H, db, J= 9.08 Hz, H -l 1), 8.15 (1H, sb, H-7).
CHƯƠNG 3: KÉT QUẢ NGHIÊN CỦtJ VÀ THẢO LUẬN
Đã có rất nhiều nghiên cún tổng họp các dẫn xuất mới của diketopiperazine bằng nhiều phương pháp tạo thành các dẫn xuất mới có cấu trúc độc đáo và hoạt tính lý thú.
Các dẫn xuất diketopiperazine mới được tổng họp đi từ L-trytophan etyl este 19 và 4-metoxi benzandehyt qua 3 bước, bước đầu tạo ra hợp chất ethyl
1 -(4-methoxyphenyl)-2,3,4,9-tetrahydro- 1 H-pyrido[3,4-b]indole-3-
carboxylate 35a và 35b với hiệu suất khá cao. Từ hợp chất 35a và 35b đem acyl hóa ta thu được hợp chất trung gian ethyl 2-(2-chloroacetyl)-l-(4- methoxyphenyl)-2,3,4,9-tetrahydro-1 H-pyrido[3,4-b]indole-3-carboxylate 36. Từ hợp chất 36 đem vòng hóa với các amin tương ứng thu được diketopiperazine 37 với hiệu suất tuyệt vời. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1. Tổng họp ethyl l-(4-m ethoxyphenyl)-2,3,4,9-tetrahydro-lH - pyrido[3,4-b]indole-3-carboxylate
L-Trytophan etyl este là nguyên liệu đầu quan trọng cho tống họp diketopiperazine. Với sự có mặt của 4-metoxi benzandehyt trong môi trường benzen, được đun hồi lun trong 24h, ta thu được hai sản phẩm cỉs và trans với
tổng hiệu suất khá cao, trong đó đồng phân cỉs có hiệu suất thấp hơn đồng
phân trans rất nhiều, điều này là do đồng phân trans bền hơn so với đồng
phân cỉs. Sản phâm cỉs sau khi tách và tinh chế sạch, đế một thời gian dài nếu
không bảo quản cẩn thận, thì đồng phân này bị đảo cấu hình một phần thành đồng phân trans. Cả hai sản phẩm có màu vàng, ở dạng dầu. Quá trình tổng
hợp được chỉ ra trong sơ đồ 3.1.
CHO
ĩ ỎMe
19a 34 35a ÒMe 35b ÒMe
Sơ đô 3.1: Tông họp ethyl J-(4-methoxyphenyl)-2,3,4,9-tetrahydro-ỉH- pyrido[3,4-b] indole-3-carboxylate
Bảng 3: Bảng tính toán nguyên liệu của phản ímg, kết quả của hợp chất 35a, 35b
STT Nguyên liệu M m(g) mmol eq V(mỉ) Hiệu suât Màu săc
1 L-Trytophan etyl este 232 2,900 1,25 1 Họp chât 35a:l,150 g, 25% Hợp chất 35b: 2,700 g, 62% hôn họp sản phẩm có màu vàng ở dạng dầu. 2 4- metoxi benzandehyt 36 1,700 1,25 1 3 Benzen 78 50
Cơ chế của phản ứng được tóm tắt như sau:
OMe
OMe
C 0 2Et
OMe
Cấu trúc của hợp chất 35a được xác định cấu trúc bằng phương pháp phồ 'H-NMR:
VC56V1-CDC13-1H
Hình 3.1. Phổ 'H-NMR của hợp chất 35a
Trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân 'H-NM R của họp chất 35a xuất hiện đầy đủ các tín hiệu đặc trưng cho độ chuyến dịch hóa học của các proton có mặt trong phân tử CH3 của nhóm -COOEt là 1.34 (3H, t, J = 7.0 Hz) và nhóm OCH2 4.24 - 4.31 (2H, m).Tín hiệu ở 3.06 H-4a (J = 2.5, 11.5, 15.0 Hz); H - 4b ở 3.26 (1H, dd, J = 1.5, 15.0, 4.0 Hz); ở 4.00 của H-3 (1H, dd, J= 4.0, 11.0 Hz) và H-6 và H-7 ở 7.12-7.17 (3H, m, H -3’) do đó có thể khẳng định được cấu trúc của hợp chất 35a là đồng phân cis.
Cấu trúc của hợp chất 35b được xác định cấu trúc bằng phương pháp phố 'H-NMR: V C 5 6 V 2 —C D C 1 3 — 1H Ó 1WỈI» «1 ) ¿ 7 0 0 0 1 ì ỉ t •A.000 u* ».00 VI 9 . 0 9 » CKX1MEI. t l ... la ỈỊóo ¡i SDD.unooỷ m > 0 0 . 1ì * * \ 2 9 Mi CM 0 0.10 NX
Trên phố 'H-NM R của họp chất 35b ta cũng xuất hiện các tín hiệu đặc trưng tương tự như hợp chất 35a nó xuất hiện đầy đủ các tín hiệu đặc trưng cho độ chuyên dịch hóa học có mặt của phân tử CH3 của nhóm -C O O E t là 1.25 (3H, t, J=7.0 Hz) và nhóm OCH2 4.12-4.20 (2H, m) và xuất hiện đầy đủ proton ở vị trí H-4a 3.15 (1H, dd, J=6.5, 15.0 Hz); H-4b 3.30 (1H, dd, J= 5.5, 15.5 Hz); H-3 3.98 (1H, t, J= 6.0 Hz); H -l 5.53 (1H, s); H-6 và H-7 là 7.5 (2H,