thiazol-2(3H)-thion
Thiorhodanin có thể được tổng hợp bằng cách thion hóa các rhodanin.
Phản ứng thion hóa rhodanin xảy ra tương đối khó khăn và tùy thuộc vào các điều kiện :
- Tác nhân phản ứng: tác nhân phản ứng thường được sử dụng để chuyển nhóm carbonyl –CO thành nhóm thiocarbonyl -CS là phosphorus pentasulfid (P2S5) hoặc tác nhân Lawesson.
P S P S S S S Phosphorus pentasulfid H3COC COCH3 Lawesson P S S P S S
Qua khảo sát phản ứng thion hoá với cả hai tác nhân Lawesson và P2S5, nhận thấy trong điều kiện thí nghiệm, chỉ có tác nhân P2S5 tham gia phản ứng tạo dẫn chất thiocarbonyl. Mặt khác tác nhân Lawesson khá đắt tiền, trong khi P2S5 có thể tự điều chế được tại phòng thí nghiệm.
Do P2S5 dễ bị thủy phân khi gặp ẩm tạo thành H3PO4 và H2S nên P2S5 cần được bảo quản trong điều kiện khô ráo. Và phản ứng cần thực hiện trong điều kiện khan nước.
- Dung môi: phản ứng có thể thực hiện với nhiều loại dung môi không phân cực như pyridin; toluen; dicloroethan; dioxan. Khi tiến hành phản ứng thion hóa 3- salicylamidorhodanin bằng tác nhân P2S5 với các loại dung môi kể trên, chỉ có với dioxan là phản ứng xảy ra với hiệu suất khá, còn với các dung môi khác hoặc không thu được sản phẩm, hoặc sản phẩm tạo thành rất ít. Kết quả thí nghiệm phù hợp với nhận xét của Grischuk (1966) là: phản ứng thion hóa bằng tác nhân P2S5 khi tiến hành trong các dung môi pyridin, toluen và dicloroethan đều cho hiệu suất thấp, ngược lại khi sử dụng dioxan thu được sản phẩm với hiệu suất cao hơn.
Như đã nêu, P2S5 dễ bị phân hủy bởi ẩm, nên để phản ứng có hiệu suất cao, P2S5 nên được điều chế ngay trước khi tiến hành phản ứng, ngoài ra cũng cần ngâm natri vào dioxan trong 12 giờ và sau đó chưng cất dioxan ngay trước khi thực hiện phản ứng thion hóa để đảm bảo tính khan nước của dunh môi.
- Nhiệt độ: phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ sôi của dioxan.
+ C N S S R C N S S R O S C N S R O S P S P S O + Rhodanin Thiorhodanin P S S
Sản phẩm của quá trình tổng hợp này là các hợp chất: 3-salicylamido-4-mercaptothiazol-2(3H)-thion (9) 3-(5-clorosalicylamido) -4-mercaptothiazol-2(3H)-thion (10) 3-(5-bromosalicylamido) -4-mercaptothiazol-2(3H)-thion (11) 3-(5-iodosalicylamido) -4-mercaptothiazol-2(3H)-thion (12) 3-(5-nitrosalicylamido) -4-mercaptothiazol-2(3H)-thion (13) 4.2. XÁC ĐỊNH ĐỘ TINH KHIẾT
Sau nhiều lần tinh chế, sản phẩm được chấm sắc ký lớp mỏng với 3 hệ dung môi khác nhau để sơ bộ khảo sát mức độ tinh khiết; khi trên sắc ký đồ của cả 3 hệ dung môi sản phẩm đều chỉ cho 1 vết tròn, gọn và không kéo đuôi khi đó tạm coi như sản phẩm tinh khiết. Các sản phẩm tiếp tục được khảo sát các phổ UV; IR; MS và NMR.
Khi kết quả phổ 1H-NMR và 13C-NMR có các mũi cộng hưởng phù hợp với cấu trúc sản phẩm và không xuất hiện các mũi cộng hưởng lạ, có thể kết luận sản phẩm tinh khiết và chỉ khi đó sản phẩm mới được tiến hành khảo sát hoạt tính sinh học - cụ thể là hoạt tính kháng vi khuẩn và vi nấm.
P S S P S S P SS P S S S S S P S S P S S S P S S P S S
Trường hợp trên phổ đồ NMR xuất hiện các mũi cộâng hưởng lạ của tạp chất, sản phẩm sẽ được tinh chế và khảo sát lại độ tinh khiết.
4.3. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC
4.3.1. Cấu trúc các dẫn chất 3-(5-halogeno / nitrosalicylamido)rhodanin
Giai đoạn tổng hợp các rhodanin thu được năm sản phẩm, trong đó sản phẩm (3)
được tổng hợp từ nguyên liệu đầu tiên là methyl salicylat, sau khi tinh chế sản phẩm cho các thông số khớp với kết quả công bố của tác giả Huỳnh Thị Nguyên Thủy (1998), có thể kết luận sản phẩm (3) là 3-salicylamidorhodanin.
Các sản phẩm (4); (5); (6); (7) được định tính các nhóm chức bằng phản ứng hóa học kết hợp với các phương pháp vật lý như phổ IR, phổ 1H-NMR và 13C-NMR để xác định cấu trúc.
4.3.1.1. Định tính bằng phương pháp hóa học
Các sản phẩm đều không cho phản ứng tráng gương chứng tỏ trong công thức không còn mang nhóm chức hydrazid.
Khi được đun nóng với PDAB trong acid acetic băng với xúc tác diethylamin, các chất (4); (5); (6); (7) đều tạo tủa đỏ, đây là phản ứng đặc trưng của nhân rhodanin.
Thủy phân các sản phẩm (4); (5); (6); (7) bằng cách đun nóng trong NaOH, acid hóa dung dịch phản ứng thu lấy các tinh thể và thực hiện phản ứng với FeCl3 xuất hiện các phức có màu tím đến tím đỏ đặc trưng cho nhóm OH phenol của các dẫn chất acid salicylic.
Các sản phẩm nhóm dẫn chất halogeno sau khi vô cơ hóa cho kết quả dương tính với các phản ứng định tính ion Cl-; Br-; I-. Sản phẩm 5-nitrosalicylamido-rhodanin sau khi khử hóa bằng Zn/H+ cho phản ứng đặc trưng của nhóm amin thơm (Ar- NH2).
4.3.1.2. Phổ IR
Hình 4.1. Phổ IR của 3-(5-clorosalicylamido)rhodanin (4)
- Phổ đồ cho thấy có vân phổ trong khoảng 1700–1670 cm-1 đặc trưng dao động hóa trị của liên kết –C=O của amid bậc hai.
- Các vân phổ trong vùng 1600–1500 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của các liên kết đôi trong nhân thơm.
- Vân phổ trong vùng 1750–1740 cm-1 là đặc trưng của nhóm >C=O trong nhân rhodanin, vân phổ 1050–1100 cm-1 đặc trưng cho liên kết hóa trị của nhóm thiocarbonyl >C=S. (Hình 4.1).
4.3.1.3. Phổ NMR
Phổ 1H-NMR và 1Hex-NMR
Phổ 1H-NMR của tất cả các sản phẩm (4); (5); (6); (7) đều có các tín hiệu nằm trong khoảng 6–8 ppm tương ứng với độ dịch chuyển hóa học của các proton nhân thơm.
Tại vị trí khoảng 4 ppm phổ của các sản phẩm đều cho tín hiệu mũi đôi đặc trưng cho hai proton >CH2 ở vị trí số 5 của nhân rhodanin.
Trên các phổ đồ đều thấy xuất hiện đỉnh rộng, thấp hoặc 2 đỉnh nhọn thấp tương ứng với số hydro là 2, đây có thể là vùng cộng hưởng của hydro trong nhóm chức –OH phenol và –NH amid.
- Tích phân cho thấy số lượng proton trên phổ đồ của các sản phẩm (4), (5), (6)
và (7) là 7 proton phù hợp với số hydro có trong công thức dự kiến của các sản phẩm (Hình 4.2).
Riêng với sản phẩm (3), do đây là nguyên liệu để tổng hợp nên các dẫn chất 5- aryliden-3-salicylamidorhodanin, các dẫn chất 3-salicylamidothiazolidin-2,4-dion và 5-aryliden-3-salicylamidothiazolidin-2,4-dion và do trước đây tác giả Huỳnh Thị Nguyên Thủy chưa khảo sát phổ NMR nên chúng tôi vẫn tiến hành khảo sát các phổ 1H-NMR và 13C-NMR để dễ kiểm tra và so sánh kết quả sau này. Kết quả phổ proton của sản phẩm (3) cho thấy số proton và vị trí cộng hưởng của các proton phùø hợp với công thức của 3-salicylamidorhodanin.
Phổ 13C-NMR
Phổ toàn phần của các sản phẩm đều xuất hiện 10 mũi cộng hưởng, số tín hiệu này bằng với số carbon trong công thức dự kiến của các sản phẩm khảo sát. Xét về độ dịch chuyển hóa học của các mũi cộng hưởng chúng tôi nhận thấy:
- Các phổ đều xuất hiện một tín hiệu cộng hưởng tại vùng trường thấp 170- 200 ppm, đây là tín hiệu của carbon >C=S trong nhân rhodanin (C2). Bên cạnh đó còn hai tín hiệu lần lượt xuất hiện trong vùng 160-170 ppm, đây có thể là các mũi cộng hưởng của các carbon >C=O nhân rhodanin (C4), -C=O amid, và một tín hiệu trong khoảng 150-160 ppm tương ứng với độ dịch chuyển hóa học của carbon -C-OH (C2′ ).
- Tại vùng 33 ppm xuất hiện mũi cộng hưởng của carbon methylen (-CH2) ở vị trí số 5 trong nhân rhodanin (C5). (Hình 4.3)
- Sản phẩm (6) dự kiến là 3-(5′-iodosalicylamido) rhodanin có 1 tín hiệu cộng hưởng tại vị trí 81 ppm, vị trí này phù hợp với độ dịch chuyển lý thuyết của carbon gắn kết với iod (C5′) trong công thức. Các sản phẩm còn lại có mũi cộng hưởng của (C5′) phù hợp với độ dịch chuyển lý thuyết.
- Các mũi cộng hưởng còn lại nằm trong vùng dịch chuyển của carbon nhân thơm và phù hợp với độ dịch chuyển lý thuyết tính toán được. (Hình 4.3)
Phổ 13C-NMR – DEPT
- Trên phổ DEPT 90 xuất hiện 3 mũi cộng hưởng, ứng với 3 carbon methyl (=CH-) trong công thức dự kiến. Riêng sản phẩm (3) có 4 mũi cộng hưởng ứng với 4 carbon methyl trong công thức.
Hình 4.4: Phổ DEPT- NMR của 3-(5-iodosalicylamido)rhodanin (6)
- Phổ DEPT 135 của các sản phẩm đều có tín hiệu của 3 mũi dương, các mũi này trùng khớp với vị trí các mũi cộng hưởng trên phổ DEPT 90, đặc trưng của carbon =CH- trong khoảng 110-140 ppm và 1 mũi âm trong ở vị trí khoảng 33
ppm của carbon –CH2, các mũi của carbon =CH- và –CH2 trên phổ DEPT 135 đều tương ứng với các mũi cộng hưởng của phổå toànphần. (hình 4.4)
Qua đối chiếu các phổ IR, 1H-NMR và 13C-NMR có thể kết luận sản phẩm thu
được đúng là các dẫn chất 3-(5-clorosalicylamido)rhodanin;
3-(5-bromosalicylamido)rhodanin; 3-(5-iodosalicylamido)rhodanin; và 3-(5- nitrosalicylamido)rhodanin.
Trên tất cả các phổ đồ NMR đều không thấy xuất hiện những mũi cộng hưởng lạ, điều này cho thấy các sản phẩm được tinh chế sạch, không còn lẫn tạp chất. Phổ MS của các sản phẩm cho thấy khối lượng đo được phù hợp với khối lượng lý thuyết.
4.3.2. Cấu trúc của các dẫn chất 5-aryliden-3-(5-halogeno / nitrosalicyl-amido)rhodanin amido)rhodanin
4.3.2.1. Định tính bằng phương pháp hóa học
Các sản phẩm không tham gia phản ứng với ghép với PDAB do carbon methylen ở vị trí số 5 của nhân rhodanin đã tham gia ghép với các aldehyd thơm khác. Tinh thể thu từ sự thủy phân các sản phẩm tạo được phức có màu từ tím đến tím đỏ với FeCl3 cho thấy sự hiện diện của cấu trúc OH –phenol trong công thức acid salicylic.
Các sản phẩm nhóm dẫn chất halogeno sau khi vô cơ hóa cho kết quả dương tính với các phản ứng định tính ion Cl-; Br-; I-. Các dẫn chất của 5-nitrosalicylamido- rhodanin sau khi khử hóa bằng Zn/H+ cho phản ứng đặc trưng của nhóm amin thơm.
4.3.2.2. Phổ UV
Trên phổ UV của các sản phẩm có sự dịch chuyển độ hấp thu về phía bước sóng dài hơn hay sự chuyển vị batocromic so với các nguyên liệu cho thấy phản ứng
ghép các aldehyd thơm (là những nhóm mang màu) vào vị trí C5 đã xảy ra đúng như dự đoán.
4.3.2.3. Phổ IR
- Phổ đồ cho thấy có vân phổ trong khoảng 1700-1670 cm-1 đặc trưng dao động hóa trị của liên kết –C=O của amid bậc hai.
- Vân phổ trong vùng 1750-1740 cm-1 là đặc trưng của nhóm >C=O trong nhân rhodanin, vân phổ 1200-1050 cm-1 đặc trưng cho liên kết hóa trị của nhóm thiocarbonyl >C=S.
- Các vân phổ trong vùng 1600-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của các liên kết đôi trong nhân thơm .
4.3.2.4. Phổ NMR
Phổ 1H-NMR và 1Hex-NMR
- Trên phổ 1H-NMR của các sản phẩm có các tín hiệu cộng hưởng nằm trong khoảng 6-8 ppm của proton nhân thơm.
- Tất cả các sản phẩm đều không còn mũi cộng hưởng đôi ở khoảng 4 ppm đặc trưng cho 2 proton của nhóm -CH2 (H5), thay vào đó trong khoảng 7-8 ppm có xuất hiện 1 mũi đơn đặc trưng cho proton của nhóm =CH-. Có thể nhận định phản ứng ghép aldehyd thơm đã xảy ra vào đúng vị trí số 5 như dự kiến.
- Các sản phẩm (3d); (3e); (5b); (5c); (5d); (6d); (7g); (7h) là những sản phẩm ghép với các dẫn chất của methoxybenzaldehyd, trên phổå đồ xuất hiện mũi cộng hưởng trong khoảng 3-4 ppm, giá trị tích phân cho thấy đây là tín hiệu cộng hưởng của các proton trong chức methoxy (-OCH3), số lượng proton thể hiện trên phổ đồ phụ thuộc vào số nhóm methoxy có trong công thức (hình 4.5).
Hình 4.5. Phổ 1H-NMR của 5-(3,4,5-trimethoxybenzaldehyd)-3-(5-bromo- salicylamido)rhodanin (5d)
- Phổ đồ của các sản phẩm (4h); (5e); (6e); (7i) cho mũi cộng hưởng đơn tại vị trí khoảng 3,05 ppm, giá trị tích phân thể hiện có 6 proton cùng cộng hưởng tại vị trí này, xét trên công thức các sản phẩm thì đây là tín hiệu cộng hưởng của 6 hydro trong nhóm dimethylamin (-N(CH3)2), 6 proton của nhóm dimethylamin có tính tương đương từ, đó là lý do tại sao 6 proton cộng hưởng từ tại cùng một vị trí. (Hình 4.6).
-Tất cả các phổ đồ đều xuất hiện vùng cộng hưởng tù, thấp ở vùng trường thấp khoảng 10-12 ppm, đây là vùng cộng hưởng của hydro nhóm –OH hoặc –NH, số lượng hydro cộng hưởng tại đây bằng 2 tương ứng với 2 hydro của –OH phenol và hydro của cấu trúc –NH amid.
- Trên tất cả phổ đồ không thấy xuất hiện các mũi cộng hưởng lạ có thể kết luận các sản phẩm đều tinh khiết.
- Các giá trị tích phân trên phổ đồ cho thấy số proton bằng với số hydro có trong các công thức.
Hình 4.6: Phổ 1H-NMR của 5-(4-N,N-dimethylaminobenzyliden)-3-(5- bromosalicylamido)rhodanin (5e)
Phổ 13C-NMR
- Phổ 13C-NMR của các sản phẩm đều cho 1 mũi cộng hưởng trong vùng 180-190 ppm của carbon >C=S trong nhân rhodanin (C2), 2 mũi cộng hưởng trong vùng trường thấp 160-170 ppm tương ứng với các carbon >C=O nhân rhodanin (C4), - C=O amid (-CONH-), và 1 mũi cộng hưởng ở khoảng 150-160 ppm ứng với độ dịch chuyển hóa học của carbon -C-OH (C2′).
- Tất cả phổ của các sản phẩm đều không thấy tín hiệu cộng hưởng tại vị trí 33 ppm của C5 trong nhân rhodanin, thay vào đó có thêm 1 mũi cộng hưởng vào khoảng 115-118 ppm của carbon tứ cấp C5 trong nhân rhodanin sau khi đã tham gia phản ứng ghép với các aldehyd thơm.
giữa các rhodanin với các hợp chất methoxybenzaldehyd thấy có 1 hoặc 2 tín hiệu cộng hưởng ở vị trí khoảng 50-60 ppm tùy thuộc vào số nhóm –OCH3 và vị trí các nhóm này trong công thức của các dẫn chất methoxybenzaldehyd tham gia phản ứng ghép với nhân rhodanin.
Nếu so sánh phổ 13C-NMR của các sản phẩm (5b) và (5c) (sản phẩm ghép với các dẫn chất dimethoxybenzaldehyd) với sản phẩm (5d) (ghép với 3,4,5- trimethoxybenzaldehyd) chúng tôi nhận thấy trên các phổ đồ đều chỉ cho 2 tín hiệu của carbon nhóm –OCH3 dù cho (5d) có đến 3 nhóm methoxy trong công thức, nguyên nhân do 2 nhóm methoxy ở vị trí 3″ và 5″ có tính tương đương từ với nhau do đó 2 carbon này cộng hưởng tại cùng một vị trí và chỉ xuất hiện 1 mũi cộng hưởng. Trong khi đó các sản phẩm (5b) và (5c) có 2 nhóm methoxy ở vị trí không tương đương từ nên cũng cho 2 mũi cộng hưởng trong khoảng này.
Hình 4.7: Phổ 13C-NMR của 5-(4-N,N-dimethylaminobenzyliden)-3-(5- bromosalicylamido)rhodanin (5e)
- Trên phổ của các sản phẩm (4h); (5e); (6e); (7i) thấy xuất hiện một tín hiệu tại vị trí 40 ppm, đây là tín hiệu cộng hưởng của 2 carbon -CH3 trong nhóm dimethylamin. Vì 2 carbon này tương đươngtừ với nhau nên có cùng độ dịch chuyển và cho mũi cộng hưởng tại cùng 1 vị trí. (Hình 4.7)
- Các sản phẩm (6a); (6b); (6c); (6d); (6e) đều cho mũi cộng hưởng tại vị trí 81 ppm, đây là vị trí cộng hưởng của carbon liên kết trực tiếp với iod (C5′) cho thấy các sản phẩm là những dẫn chất của 3-(5-iodosalicylamido) rhodanin.
Phổ 13C-NMR - DEPT
Trên phổ DEPT 135 của các chất khảo sát chúng tôi thấy không còn mũi cộng hưởng âm ở vị trí 33 ppm của carbon methylen ở vị trí số 5 trên nhân rhodanin. Số mũi dương ở phổ DEPT-135 tăng lên ứng với số carbon =CH- của aldehyd thơm.
Hình 4.8: Phổ DEPT của 5-(4-N,N-dimethylaminobenzyliden)-3-(5- bromosalicylamido)rhodanin (5e)
Kết hợp giữa phổ DEPT và phổ toàn phần cho thấy phản ứng ghép đã xảy ra tại đúng vị trí số 5 như dự đoán, công thức không còn carbon methylen như của các dẫn chất rhodanin thay vào đó là một carbon tứ cấp. (Hình 4.8)
Các dẫn chất mang nhóm methoxy và dimethylamin đều cho các tín hiệu dương tại các khoảng 50-60 ppm và vị trí 40 ppm trên phổ DEPT 135 với cường độ khá lớn, không thấy tín hiệu tại các vị trí này trên phổ DEPT 90, như vậy đây là các