Các aurone cĩ thể được tổng hợp theo nhiều phương pháp như ngưng tụ các benzofuranone với các benzaldehyde hoặc từ đĩng vịng các chalcone hoặc sử dụng xúc tác cho sự đĩng vịng ketone... Trong đĩ, phương pháp ngưng tụ giữa các benzofuranone với các benzaldehyde là phương pháp phổ biến, vì vậy chúng tơi đã nghiên cứu tổng hợp các aurone theo phương pháp này đi từ các nguyên liệu sẵn cĩ thương mại (Hình 4.18).
Hình 4.18. Sơ đồ tổng hợp của các aurone
a.ClCH2CN, Et2O, ZnCl2, HCl 0°C, 24 h; b. 1) HCl, hồi lưu; 2) MeONa/MeOH, hồi lưu (Hiệu suất a, b: 46%); c. H2O, hồi lưu (Hiệu suất a, c: 41%); d. MeI/K2CO3 (69,5 - 77%); e. 3,4-dihydrobenzaldehyde hoặc 4-hydroxybenzaldehyde, HCl/MeOH (52 - 65%); g. 3,4-dimethoxybenzaldehyde hoặc 4-methoxybenzaldehyde, HCl/MeOH hoặc NOH/MeOH, (89% - 93%).
Sơ đồ Hình 4.18 cho thấy bước đầu tiên trong tổng hợp các aurone là tổng hợp hợp chất trung gian chìa khĩa benzofuranone 5b
Phản ứng điều chế chất trung gian chìa khĩa benzofuranone
Hợp chất benzofuranone 5b, là chất chìa khĩa trung gian quan trọng trong tổng hợp aurone, được tổng hợp qua 2 giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên là phản ứng ngưng tụ giữa phloroglucinol và chloroacetonitrile trong sự cĩ mặt của ZnCl2, sau đĩ hỗn hợp phản ứng được sục khí HCl tạo nên muối iminium (3) (42%). Muối 3
sau đĩ được thủy phân đĩng vịng để tạo 5b.
Phản ứng thủy phân đĩng vịng muối iminium (3) đã được nghiên cứu tiến hành theo 2 phương pháp. Phương pháp 1 (điều kiện phản ứng b) là thủy phân trong mơi trường acid HCl sau đĩ đĩng vịng bởi MeONa cho 5b với hiệu suất 46% tồn phần. Phương pháp 2 (điều kiện phản ứng c) chỉ đơn giản là đun hồi lưu trong nước
cho sản phẩm 5b ở hiệu suất 41% sản lượng từ 3. Như vậy, cả hai phương pháp đều cho kết quả tương ứng nhau. Tuy nhiên, phương pháp thủy phân trong nước (phương pháp 2, điều kiện phản ứng c) sử dụng H2O đơn giản, kinh tế và khơng độc hại mơi trường được sử dụng để tổng hợp chất trung gian benzofuranone 5b.
Phản ứng ngưng tụ của phloroglucinol với chloroacetonitrile là phản ứng acyl hĩa Fridel-Crafts các hợp chất phenol nĩi chung với các hợp chất nitrile, được phát hiện ra một cách độc lập bởi 2 nhà khoa học Hoesch (1927) và Houben (1926). Vì vậy, nĩ cịn được gọi là phản ứng Hoesch hay phản ứng Houben - Hoesch. Phản ứng được thực hiện giữa hợp chất phenol hay dẫn xuất của nĩ với nitrile và HCl trong sự cĩ mặt của xúc tác axit Lewis trong ether khan. Cơ chế phản ứng xảy ra như Hình 4.19
Hình 4.19. Sơ đồ cơ chế hình thành muối 3
Xúc tác Lewis ZnCl2 hoạt hĩa tác nhân nitrile hình thành carbocation ái electrophile, tạo điều kiện thuận lợi cho các electrone thơm của nhân phenol tấn cơng hình thành hợp chất imine đồng thời giải phĩng ZnCl2. Trong mơitrường acid hợp chất imine tạo muối iminium kết tủa.
* Hợp chất 2-(2-chloro-1-iminoethyl)-1,3,5-benzenetriol hydrochloride (3)
Cấu trúc phân tử của hợp chất muối imine này đã được khẳng định bởi phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H, 13C-NMR (phục lục 1). Trên phổ 1H-NMR ta thấy xuất hiện các tín hiệu singlet của nhĩm methylene (CH2) ở δH 5,44. Ở vùng trường thơm xuất hiện 2 doublet của 2 proton tương tác meta với J = 1,5 Hz ở δH 6,33 và δH 6,08. Ở trường thấp hơn là 3 tín hiệu singlet của 3 nhĩm OH ở δH12,06, 11,02, 9,86. Phổ 13C-NMR của hợp chất này cũng cho 8 tín hiệu của 8 carbon phù hợp với số carbon
và cấu trúc phân tử gồm tín hiệu carbon của nhĩm methylene ở δC 75,35; 3 tín hiệu của 3 carbon hệ thơm ở δC 99,41 (Ph C-1), δC 97,13 và 90,14 (Ph C-3, 5); Ở trường thấp hơn là 3 tín hiệu carbon thơm liên kết với oxy (Ph C-2, 4, 6) và 1 tín hiệu của C=NH+ ở δC 175,9 , 173,63 , 173,00 và 160,56.
Phản ứng thủy phân muối (3) đĩng vịng bezofuranone xảy ra theo cơ chế sau:
Hình 4.20. Sơ đồ phản ứng thủy phân muối 3 và đĩng vịng benzofuranone Trong phân tử muối 3, carbon imine dương điện (C=NH+) thuận lợi cho cặp điện tử tự do của oxy trong phân tử nước tấn cơng, sau đĩ tách loại phân tử NH4Cl hình thành nhĩm ketone cung cấp dẫn xuất chloroacetophenone. Nhĩm methylene trong hợp chất này liên kết trực tiếp với nguyên tử Cl và với nhĩm carbonyl nên rất dương điện, thuận lợi cho việc đĩng vịng với nguyên tử oxy của nhĩm ortho-OH do cĩ cặp điện tử tự do hình thành lactone vịng 5 bền vững cung cấp sản phẩm 4,6– dihydroxybenzofuran–3(2H)–one (5b).
Theo phương pháp 2, sự cĩ mặt của acid HCl trong hỗn hợp phản ứng làm tăng tốc độ phản ứng thủy phân và sự cĩ mặt của nhĩm methylate CH3Oˉ (MeONa/MeOH) làm cho OH-phenol ở dạng phenolate Ph-Oˉ cĩ tính nucleophile mạnh nên rất thuận lợi phản ứng đĩng vịng. Vì vậy mà phản ứng đĩng vịng benzofuranone trong mơi trường kiềm (MeONa) chỉ đun hồi lưu trong 2 giờ trong khi phương pháp thủy phân và đĩng vịng được tiến hành trong H2O đun hồi lưu kéo dài 7 giờ.
* 4,6-dihydroxybenzofuran-3(2H)-one (5b)
Cấu trúc phân tử của hợp chất 4,6-dihydroxybenzofuran-3(2H)-one (5b) đã được xác định bởi phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H, 13C-NMR. Trên phổ 1H-NMR (Hình 4.21) thấy xuất hiện các tín hiệu singlet của 2 proton nhĩm methylen (CH2) ở
δH 4,55 và singlet của 2 proton thơm ở δH 5,91. Ở trường thấp hơn là singlet tù của 2 proton OH ở δH 10,67.
Hình 4.21. Phổ 1H-NMR của chất 5b (DMSO- d6)
Phổ 13C-NMR (Hình 4.22) của hợp chất này cũng cho 8 tín hiệu của 8 carbon phù hợp với số carbon và cấu trúc phân tử, gồm tín hiệu carbon của nhĩm methylene ở δC 74,8, 2 tín hiệu của 2 carbon methine thơm ở δC90,1 (C-7), 96,2 (C- 5) và một tín hiệu của carbon thơm bậc 4 ở δC 102,7 (C-9). Ở vùng trường thấp hơn là 3 tín hiệu của carbon thơm liên kết với oxy ở δC 157,5 (C-4), 167,7 (C-6), 175,6 (C-8) trong đĩ tín hiệu của C-8 và C-6 dịch chuyển xuống trường thấp hơn do ảnh hưởng sức căng của vịng 5 furanone. Tín hiệu của nhĩm keton 3-C=O ở δC194,0. Qua phân tích các dữ liệu phổ cho thấy chất 5b là 4,6-dihydroxybenzofuran-3(2H)- one.
Phản ứng methyl hĩa tổng hợp methoxybenzofuranone (18)
Hợp chất dihydroxybenzofuranone 5b đã được methyl hĩa bằng methyl iodide trong DMF với xúc tác K2CO3 thu được methoxybenzofuranone (18) ở hiệu suất 77%.
* 4,6-dimethoxybenzofuran-3(2H)-one (18).
Sự xuất hiện thêm các tín hiệu của 2 nhĩm methoxy trên phổ NMR cho thấy dihydroxybenzofuranone 5b đã được methyl hĩa. Trên phổ 1H- NMR (Hình 4.23) xuất hiện 2 singlet ở δH3,82 và 3,85 (6H, 2 × s) của 2 nhĩm OCH3 gắn vào C-6 và C-4. Ở trường thấp hơn là singlet của proton methylene vịng furanone ở δH 4,64. Ở vùng trường thơm cĩ 2 tín hiệu doublet của hai proton thơm meta H-5 và H-6 ở δH
6,16 và δH 6,35 với Jmeta = 1,5 Hz. Phổ 13C-NMR (phụ lục 3) cho 10 tín hiệu carbon phù hợp với số carbon của phân tử. Tín hiệu của 2 carbon methyl liên kết với oxy (OCH3) ở δC 55,9 và δC 56,2, tiếp theo là tín hiệu của carbon methylene ở δC 75,3 (C-2). Ở vùng trường thơm là tín hiệu của 6 carbon thơm gồm 3 carbon thơm liên kết với oxy ở δC 176,3 (C-8), 169,2 (C-6), 158,2 (C-4), 2 carbon methine ở δC 91,9 (C-5), 89,4 (C-7) và 1 carbon thơm bậc 4 ở δC 104,1 (C-9). Tín hiệu của nhĩm
keton 3-C=O ở δC194,0. Qua phân tích các dữ liệu phổ cho thấy chất 18 là 4,6- dimethoxybenzofuran-3(2H)-one.
Hình 4.23. Phổ 1H-NMR của chất 18 (DMSO- d6)
Phản ứng ngưng tụ benzofuranone với các benzaldehyde
Phản ứng ngưng tụ của các hợp chất benzofuran-3-one với các dẫn xuất benzaldehyde cĩ thể được tiến hành trong mơi trường acid hoặc base. Cơ chế của phản ứng ngưng tụ phụ thuộc vào sự cĩ mặt của xúc tác acid hay base.
Trong mơi trường base cơ chế của phản ứng ngưng tụ xảy ra qua các bước sau (Hình 4.24):
1, Đề proton hĩa nguyên tử hydrogene hoạt động bên cạnh nhĩm keton để hình thành một enolate cộng hưởng bền.
2, Enolate hình thành đĩng vai trị tác nhân nucleophile tấn cơng vào carbon dương điện trong nhĩm aldehyde tạo thành hợp chất ngưng tụ trung gian.
3, Dưới tác dụng của base hợp chất trung gian này loại đi một phân tử nước cung cấp aurone tương ứng.
Trong mơi trường acid các nhĩm carbonyl C=O của cả benzofuranone và hợp chất benzaldehyde đều được hoạt hĩa. Hợp chất benzofuranone được hoạt hĩa hình thành cấu trúc enol. Giống như enolate trong mơi trường kiềm, enol đĩng vai trị của 1 tác nhân nucleophile tấn cơng vào carbon dương điện trong nhĩm CHO đã được hoạt hĩa hình thành nên hợp chất ngưng tụ trung gian. Trong mơi trường acid hợp chất ngưng tụ trung gian cũng loại đi một phân tử nước hình thành nên sản phẩm ngưng tụ aurone tương ứng (Hình 4.25)
Cơ chế phản ứng ngưng tụ trong mơi trường kiềm:
Hình 4.24. Cơ chế phản ứng ngưng tụ tạo aurone với xúc tác base
Cơ chế phản ứng ngưng tụ trong mơi trường acid
Sự ngưng tụ trực tiếp của hydroxybenzofuranone 5b với các hydroxybenzaldehyde
Thơng thường, để thu được các hydroxyaurone, các nhĩm hydroxy của các tác nhân được bảo vệ trước khi tiến hành phản ứng ngưng tụ sau đĩ loại nhĩm bảo vệ mới thu được hydroxyaurone. Chúng tơi đã nghiên cứu và cơng bố phương pháp đơn giản thuận tiện dễ dàng ngưng tụ trực tiếp giữa hydroxybenzofuranone 5b với các hydroxybenzaldehyde sử dụng xúc tác HCl trong dung mơi MeOH ở nhiệt độ phịng thu được các hydroxyaurone 56, 117 với hiệu suất cao 52% với chất 56 và 65% với chất 117 [145].
Cấu trúc của aurone tổng hợp đã được khẳng định bởi phân tích các phổ FT- IR, ESI-MS và NMR, phù hợp với các tài liệu đã cơng bố. Trong các cơng bố trước đây [12, 109, 110] đã chứng minh các sản phẩm ngưng tụ hay đĩng vịng chalcone là các đồng phân (Z)-aurone vì ổn định hơn đồng phân (E)- tương ứng. Hai đồng
phân này cĩ thể phân biệt bởi sự khác biệt về độ chuyển dịch hĩa học của các proton olefine trong phổ 1H-NMR ở δH 6,70 ppm cho đồng phân (Z)- và ở δH 7,00 ppm cho đồng phân (E)-. Độ chuyển dịch proton olefine của các aurone tổng hợp
được (56, 117, 55, 90) ở trong khoảng 6,44- 6,72 ppm. Đồng thời phổ hồng ngoại FT-IR của các (Z)-aurone cũng cho những dải hấp thụ mạnh ở khoảng 1600 cm-1 trong khi những dải hấp thụ này yếu hoặc biến mất đối với (E)-aurone. Như vậy,
các aurone tổng hợp ở dạng đồng phân (Z)-.
* (Z)-2-[(3,4-hydroxyphenyl)methylene]-4,6-dihydroxybenzofuran-3(2H)- one (56)
Các số liệu phổ của hợp chất 56 phù hợp với cấu trúc phân tử và số liệu phổ của nĩ đã được cơng bố trong tài liệu [97]. Phổ NMR cho cấu trúc phân tử khung aurone với 3 vịng A, B và C. Trên phổ 1H-NMR của chất 56 (Hình 4.26) ở vùng trường thơm cho 5 tín hiệu của 5 proton methine thơm thuộc 2 vịng thơm A và B gồm 3 tín hiệu proton thơm hệ ABX của vịng B ở δH 7,38 (d, J = 2,0 Hz, H-2′),
7,17 (dd, J = 2,0 và 8,5 Hz, H-6′), 6,81 (d, J = 8,5 Hz, H-5′) và 2 cặp doublet của 2 proton thơm meta ở δH 6,17 (H-7), 6,06 (H-5) với hằng số tương tác Jmeta = 1,5 Hz, ngồi ra cịn một singlet của proton methine olefine H-10 ở δH 6,44 cho thấy chất 56
là Z-aurone.
Hình 4.26. Phổ 1H-NMR của chất 56 (DMSO- d6)
Phổ 13C-NMR (Hình 4.27) cho 15 tín hiệu của 15 carbon phù hợp với cấu trúc khung aurone với 12 carbon thơm của 2 vịng thơm A, B, 2 carbon vịng C và 1 carbon olefine C-10. Hai vịng thơm A, B cho 5 tín hiệu của 5 carbon thơm liên kết với oxy ở δC 167,5 (C-8), 166,9 (C-6), 158,1 (C-4), 147,4 (C-4′) và 145,4 (C-3′); 5 tín hiệu của carbon methine thơm ở δC 123,7 (C-6′), 117,6 (C-2′), 115,6 (C-5′), 97,6 (C-5) và δC 90,3 (C-7). Trong vùng trường thơm cịn 1 tín hiệu của carbon olefine
liên kết với oxy ở δC 145,9 (C-2) của vịng C và 1 tín hiệu của carbon olefine ở δC
109,6 (C-10); hai carbon thơm bậc 4 ở δC 123,9 (C-1′) và δC 102,9 (C-9). Ngồi ra vịng C cịn cho 1 tín hiệu ở vùng trường thấp của carbon carbonyl ở 179,0 (3-C= O) và 1 carbon olefine bậc 4 liên kết với oxy ở δC 145,9 (C-2). Kết hợp phổ HSQC (phụ lục 5) cho các tương tác C-H trực tiếp và phổ HMBC (phụ lục 5) cho các tương tác xa của proton methine olefine H-10 (6,44 ppm)/C-2 (145,9 ppm)/C- 1′(123,9 ppm)/C-6′ (123,7 ppm)/C-2′ (117,6 ppm)/C-3 (179,0 ppm), cùng với độ chuyển dịch thấp bất thường của carbon C-8 (167,5 ppm) và C-6 (166,9 ppm) do ảnh hưởng sức căng vịng 5 (vịng C), đã chứng minh cấu trúc khung aurone của chất 56. Phổ khối ESI-MS (phụ lục 5) cũng cho tín hiệu của pic ion âm giả phân tử
m/z= 285 [M-H]ˉ phù hợp với khối lượng của phân tử.
Hình 4.27. Phổ 13C-NMR của chất 56 (DMSO- d6)
* (Z)-2-[(4-hydroxyphenyl)methylene]-4,6-dihydroxybenzofuran-3(2H)- one (117)
Các số liệu phổ của hợp chất 117 phù hợp với cấu trúc phân. Cũng tương tự như chất 56, phổ NMR của chất 117 cho cấu trúc phân tử là khung aurone với 3 vịng A, B và C. Trên phổ 1H-NMR (phụ lục 15) ở vùng trường thơm cho 6 tín hiệu của 6 proton methine thơm thuộc 2 vịng thơm A và B gồm 2 cặp doublet ở δH 7,74 (H-2′, 6′) và ở δH 6,86 (H-3′, 5′) với hằng số tương tác Jortho = 8,5 Hz và 2 cặp doublet ở δH 6,20 (H-7) và ở δH 6,06 (H-5) với hằng số tương tác Jmeta = 2,0 Hz; ngồi ra cịn một singlet của proton methine olefine H-10 ở δH 6,54 cũng khẳng định chất 117 là Z-aurone. Phổ 13C-NMR (Hình 4.28) cho 15 tín hiệu của 15 carbon phù hợp với cấu trúc khung aurone với 12 carbon thơm của 2 vịng thơm A, B, 2 carbon vịng C và 1 carbon olefine C-10. Hai vịng thơm A, B cho 4 tín hiệu của 4 carbon thơm liên kết với oxy ở δC 167,6 (C-8), 167,2 (C-6), 158,8 (C-4), 158,3 (C- 4′); 6 tín hiệu của carbon methine thơm ở δC 132,8(C-2′, 6′), 116,0 (C-3′, 5′), 97,7 (C-5) và δC 90,5 (C-7); 2 carbon thơm bậc 4 ở δC 123,4 (C-1′) và δC 102,9 (C-9). Trong vùng trường thơm cịn 1 tín hiệu của carbon olefine liên kết với oxy ở δC
146,1 (C-2) của vịng C và 1 tín hiệu của carbon methine olefine ở δC 109,2 (C-10). Ngồi ra vịng C cịn cho 1 tín hiệu của carbon carbonyl ở 179,0 (3-C= O). Phổ khối ESI-MS (phụ lục 15) cũng cho tín hiệu của pic ion giả phân tử m/z = 270 [M]ˉ phù hợp với khối lượng của phân tử.
Sự ngưng tụ của methoxybenzofuranone 18 với các methoxybenzaldehyde
Phản ứng ngưng tụ của methoxybenzofuranone với các methoxybenzaldehyde đã được tiến hành trong cả 2 điều kiện sử dụng xúc tác acid hoặc xúc tác base cho hiệu suất cao 89-91% với chất 55 và 90-93% với chất 90.
* (Z)-2-[(3,4-dimethoxyphenyl)methylene]-4,6-dimethoxybenzofuran- 3(2H)-one (55)
Các số liệu phổ của hợp chất 55 phù hợp với cấu trúc phân tử và số liệu phổ của nĩ đã được cơng bố trong các tài liệu [97]. Tương tự như các hợp chất 56, phổ NMR của chất 55 cho cấu trúc phân tử khung aurone với 3 vịng A, B và C. Trên phổ 1H-NMR (Hình 4.29) của chất 56, ở vùng trường thơm cho 5 tín hiệu của 5 proton methine thơm thuộc 2 vịng thơm A và B gồm 3 tín hiệu proton thơm hệ ABX của vịng B ở δH 7,54 (d, J = 1,5 Hz, H-2′), 7,51 (dd, J = 1,5, 8,5 Hz, H-6′),
7,05 (d, J = 8,5 Hz, H-5′) và 2 cặp doublet của proton thơm meta ở δH 6,68 (H-7), 6,31 (H-5) với hằng số tương tác Jmeta = 1,5 Hz, ngồi ra cịn một singlet của proton methine olefine H-10 ở δH 6,67 cũng cho thấy chất 55 là Z-aurone. Khác với chất
56, ở vùng trường cao cịn xuất hiện 4 tín hiệu singlet của 12 proton của 4 nhĩm OCH3 ở δH 3,91, δH 3,88, δH 3,83 và δH 3,82. Phổ 13C-NMR (phụ lục 4) cho 15 tín hiệu của 15 carbon phù hợp với cấu trúc khung aurone với 12 carbon thơm của 2 vịng thơm A, B, 2 carbon vịng C và 1 carbon olefine C-10. Hai vịng thơm A, B cho 5 tín hiệu của 5 carbon thơm liên kết với oxy ở δC 168,7 (C-8), 169,0 (C-6), 158,8 (C-4), 150,2 và 148,7 (C-4′, 3′); 5 tín hiệu của carbon methine thơm ở δC
124,8 (C-6′), 114,0 (C-2′), 111,9 (C-5′), 94,3 (C-5) và 89,8 (C-7); Hai carbon thơm bậc 4 ở 124,9 (C-1′) và 104,2 (C-9). Trong vùng trường thơm cịn 1 tín hiệu của carbon olefine liên kết oxy ở δC 146,1 (C-2) của vịng C và 1 tín hiệu của carbon methine olefine ở δC 110,2 (C-10). Ngồi ra vịng C cịn cho 1 tín hiệu ở vùng trường thấp của carbon carbonyl ở δC 178,8,0 (3-C= O). Phổ ESI-MS (phụ lục 4) cũng cho tín hiệu của pic ion dương giả phân tử m/z= 343[M+H]+ phù hợp với khối lượng của phân tử.
Hình 4.29. Phổ 1H-NMR của chất 55 (DMSO- d6)
* Z-2-[(4-methoxyphenyl)methyl]-4,6-dimethoxybenzofuran-3(2H)-one (90)
Các số liệu phổ của hợp chất 90 phù hợp với cấu trúc phân tử và số liệu phổ của nĩ đã được cơng bố trong các tài liệu [136]. Cũng tương tự như chất 117, phổ NMR của chất 90 cho cấu trúc phân tử là khung aurone với 3 vịng A, B và C. Trên phổ 1H-NMR (Hình 4.30) ở vùng trường thơm cho 6 tín hiệu của 6 proton methine
thơm thuộc 2 vịng thơm A và B gồm 2 cặp doublet ở δH 7,80 (H-2′, 6′) và ở δH 6,93 (H-3′, 5′) với hằng số tương tác Jortho = 9,0 Hz và 2 cặp doublet ở δH 6,34 (H-7) và ở δH 6,08 (H-5) với hằng số tương tác Jmeta = 1,5 Hz; ngồi ra cịn một singlet của proton methine olefine H-10 ở δH 6,72 đã cho thấy chất 90 cĩ cấu hình Z-. Khác với