TỔNG QUAN VỀTHIOSEMICARBAZID

1.2.2 .Các phƣơng pháp tổng hơ ̣p 1,3,4-thiadiazin

1.3. TỔNG QUAN VỀTHIOSEMICARBAZID

1.3.1. Tổng hợpthiosemicarbazid

Các phƣơng pháp thông dụng để tổng hợp thiosemicarbazidbao gồm:

1.3.1.1. Phản ứng của hydrazin và isothiocyanat

Đây là phƣơng pháp thông dụng nhất để tổng hợp các thiosemicarbazid.

1.3.1.2. Phản ứng của hydrazin với các dẫn xuất của acid thiocarbamic

Các hydrazin thế phản ứng với các dẫn xuất của acid thiocarbamic cho cácthiosemicarbazid tƣơng ứng.

1.3.1.4. Phản ứng của cyanohydrazin với hydrosulfide

1.3.1.5. Phản ứng khử thiosemicarbazon bằng NaBH4

1.3.2. Tính chất củathiosemicarbazid

1.3.2.1. Phản ứng với hợp chất carbonyl

1.3.2.2. Phản ứng đóng vòng tạo thiadiazol

Hai tác nhân thƣờngđƣợc dùng trong phản ứng đóng vịng của thiosemicarbazid và

dẫn xuất của chúng để tạo vòng thiadiazol là CS2 và TMTD (tetramethylthiuram

disulfua).

Với CS2, phản ứng này đã đƣợc nghiên cứu vào năm 1956[21]. Đây là phƣơng

pháp cổ điển nhất để tổng hợp dẫn xuất 2-mercapto-1,3,4-thiadiazol. Phƣơng trình phản ứng nhƣ sau:

Phản ứng của các thiosemicabazit và TMTD xảy ra theo phƣơng trình sau:

Phản ứng tiến hành trong các dung môi phân cực không proton nhƣ DMF, dioxan…

1.4. SỬ DỤNG LÕ VI SĨNG TRONG HỐ HỌC CARBOHYDRATE

Sự bức xạ các tia sóng cực ngắn đang trở thành một phƣơng pháp ngày càng thông dụng để làm nóng thay thế phƣơng pháp cổ điển. Phƣơng pháp này rẻ, sạch và thuận tiện, mang lại hiệu suất cao hơn và cho ta kết quả trong một thời gian phản ứng ngắn hơn. Phƣơng pháp này đƣợc mở rộng tới hầu hết các lĩnh vực của hoá học, tuy nhiên trong hố học carbohydrate thì chậm hơn.

Tác nhân kích hoạt phản ứng hữu cơ trong lị vi sóng là sự bức xạ các tia sóng cực ngắn. Trong các phản ứng kiểu này, cần phải chú ý tới việc bảo vệ chọn lọc hoặc không chọn lọc hoặc không bảo vệ các nhóm chức hydroxyl, các phản ứng alcohol phân triglixerit. Vì điềunày có thể làm các nguyên liệu tạo thành các tác nhân biến dạng, nhũ hoá và mềm hoá. Các lĩnh vực khác của hoá học carbohydrate nhƣ tổng hợp monosaccaride có chứa nhân dị vịng khơng no hoặc các nhóm halogen cũng đƣợc đề cập đến. Việc tạo thành các chất quang hoạt, polysaccaride, methanol phân và thuỷ phân các saccaride, việc hình thành các gớc từ tƣơng tác của đƣờng với các acid amin cũng xảy ra. Trong nhiều trƣờng hợp, ngƣời ta nhận thấy rằng phƣơng pháp dùng lị vi sóng cho kết quả tớt hơn: thời gian phản ứng ngắn hơn, không cần dung môi hoặc sử dụng lƣợng dung môi ít hơn.

tổng hợp mợt lƣợng lớn các hợp chất trong hố học hữu cơ. Ngƣời ta quan tâm chủ yếu đến các phản ứng acyl hoá và alkyl hoá, các phản ứng thế, trùng ngƣng, đóng vịng, các phản ứng bảo vệ và khơng bảo vệ, ester hố và chuyển hố ester, dị vịng, các phản ứng cơ kim; oxy hố và khử hóa.

Bức xạ sóng ngắn là bức xạ điện từ với tần số nằm trong dải 0,3-300 gHz. Những lị vi sóng dùng trong gia đình và những thiết bị vi sóng để tổng hợp hố học đều có tần

sớ 2,45 GHz (tƣơng ứng với bƣớc sóng 12,24cm–1) để tránh gây nhiễu tín hiệu với các tần

số viễn thông và mạng lƣới điện thoại. Năng lượng photon vi sóng trong vùng tần số này

(0,0016 eV), quá yếu để phá vỡ liên kết hoá học và cũng thấp hơn năng lượng của chuyển động Brown. Nhƣ vậy, rõ ràng là các sóng ngắn khơng thể gây ra các phản ứng hoá học

đƣợc.

Phản ứng hoá học sử dụng vi sóng dựa trên hiệu ứng nhiệt của các vật liệu nhờ

hiệu ứng nhiệt điện mơi vi sóng. Hiện tƣợng này phụ tḥc vào khả năng hấp thụ năng

lƣợng vi sóng và chuyển hố nó thành nhiệt (dung mơi hoặc tác nhân). Thành phần điện của trƣờng điện từ gây ra nhiệt bởi 2 hiện tƣợng cơ học chính: sự làm phân cực và sự

truyền ion. Bức xạ ở các tần sớ vi sóng gây ra hiện tƣợng phân cực và sự sắp xếp các ion.

Trong quá trình này năng lƣợng bị mất để tạo thành nhiệt từ q trình ma sát phân tử và mất điện mơi.

Tính nhiệt của một vật liệu cụ thể (ví dụ một dung môi) dƣới điều kiện bức xạ vi sóng phụ tḥc vào đặc tính điện mơi của chúng. Khả năng mợt chất chuyển hố năng lƣợng điện từ thành nhiệt ở một tần số và nhiệt độ đƣợc xác định bằng phần tử bị mất gọi là tan δ. Đại lƣợng này đƣợc diễn tả bằng thƣơng số sau:

tan δ = ε’/ε

trong đó: ε’ là đại lƣợng điện môi mất đi, đại diện cho hiệu suất bức xạ chuyển thành nhiệt; ε là hằng số điện môi miêu tả khả năng các phân tử bị phân cực trong trƣờng điện.

Ngày nay, hầu hết các nhà khoa học nhất trí rằng trong đa số các trƣờng hợp, lý do thúc đẩy tốc độ phản ứng là ảnh hƣởng của đợng năng đến nhiệt đợ. Nhiệt đợ này có thể đạt đƣợc khá nhanh khi vật liệu phân cực bức xạ trong trƣờng sóng ngắn. Ví dụ, mợt dung mơi hấp thụ bƣớc sóng cao nhƣ methanol (tan δ = 0,659) có thể nhanh chóng bị đun quá nhiệt tới nhiệt độ trên 100°C, cao hơn điểm sơi của nó ở áp suấtkhí quyển, khi bị bức

tớ nhƣ dung dịch ion, khi nhiệt độ tăng đến 200°C trong mợt vài giây nhƣng khơng phổ biến nhất. Bình thƣờng để đạt đến nhiệt đợ này rất khó, do vậy so sánh các quá trình nhiệt này rất phức tạp.

Việc tốc độ phản ứng đƣợc đẩy mạnh khi thực hiện ở nhiệt đợ phịng với nhiệt đợ đun hồi lƣu cách dầu và q trình nhiệt trong lị vi sóng đã đƣợc nghiên cứu. Baghurst và

Mingos đã dựa vào định luật Arrenius: k=A.exp(-Ea/RT). Ta thấy rằng cần 68 ngày để đạt

90% chuyển hố ở nhiệt đợ 27°C nhƣng để đạt đợ chuyển hoá tƣơng đƣơng trong 1,61 giây thì phải thực hiện ở nhiệt đợ 227°C.

Việc nhiệt đợ tăng nhanh trong lị vi sóng đồng nghĩa với việc tốc độ phản ứng đƣợc thúc đẩy có thể đƣợc lý giải bằng sự ảnh hƣởng động năng. Ngoài ảnh hƣởng động năng đƣợc nói đến ở trên, những ảnh hƣởng vi sóng cịn do cấu trúc nhiệt điện môi. Những tác động này đƣợc gọi bằng thuật ngữ “hiệu ứng vi sóng đặc biệt” và đƣợc coi là tác nhân thúc đẩy phản ứng. Ví dụ:

- Hiệu ứng quá nhiệt của dung môi ở áp suất khí quyển.

- Sự nhạy cảm với nhiệt nhƣ các chất xúc tác hoặc thuốc thử hấp thụ các bƣớc sóng mạnh trong môi trƣờng phản ứng kém phân cực.

- Sự hình thành các bức xạ phân tử nhờ sự kết hợp trực tiếp của năng lƣợng sóng với th́c thử, đặc biệt là trong dung dịch dị thể.

- Sự loại bỏ các ảnh hƣởng của gradien nhiệt.

Một vài tác giả dự đốn khả năng có những ảnh hƣởng khác ngoài nhiệt độ. Các tác động ngoài nhiệt là kết quả của việc tƣơng tác trực tiếp của trƣờng điện với các phân tử đặc biệt trong môi trƣờng phản ứng. Ngƣời ta chứng minh đƣợc rằng sự có mặt của trƣờng điện gây ra ảnh hƣởng định hƣớng của các phân tử lƣỡng cực và do đó thay đổi

năng lƣợng hoạt hoá (đại lƣợng entropy) trong phƣơng trình Arrenius. Một tác động

tƣơng tự đƣợc nhận thấy với cơ chế phản ứng phân cực, mà sự phân cực càng tăng từ trạng thái ban đầu tới trạng thái chuyển tiếp. Kết quả là thúc đẩy hoạt hóa nhờ việc giảm năng lƣợng hoạt hố.

Những kỹ thuật tiến hành hay dùng đƣợc ứng dụng vào tổng hợp hữu cơ bao gồm kỹ thuật tiến hành phản ứng khơng dung mơi mà các th́c thử có thể chuyển hố nhiều hay ít (silica gel, nhôm oxide hoặc đất sét) hay hấp thụ mạnh (graphit) lớp nền vô cơ làm kích thích xúc tác hoặc thuốc thử.

Ngày nay, công nghệ không dùng dung môi rất phổ biến trong các phản ứng tổng hợp hữu cơ thực hiện trong lị vi sóng do có đợ an toàn khi tiến hành phản ứng trong bình mở. Mặc dù có nhiều phản ứng “dry-media” nhƣng ta vẫn gặp khó khăn liên quan tới nhiệt không đều, đảo trộn không đều và xác định chính xác Điểm của phản ứng. Ngoài ra, xúc tác chuyển pha cũng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật tiến hành phản ứng trong lị vi sóng.

Chƣơng 2: THƢ̣C NGHIỆM

2.1. Các phƣơng pháp thực nghiệm

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

- Đo nhiệt độ nóng chảy

Điểm nóng chảy của các hợp chất đƣợc đo bằng phƣơng pháp mao quản trên máy đo điểm nóng chảy STUART SMP3 (BIBBY STERILIN-Anh) với tốc độ gia nhiệt 0,1 °C/phút.

- Sắc ký bản mỏng

Sắc ký bản mỏng đƣợc thực hiện với các bản mỏng làm từ silicagel 60 F254 tráng

trên lá nhôm của hãng Merck (Đức), hiển thị bằng ánh sáng tử ngoại.

2.1.2 Các phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc

- Phổ hồng ngoại (IR)

Phổ hồng ngoại của các chất ghi ở dạng ép viên với KBr trên máy Impact 410- Nicolet (Mĩ) và trên máy GX-Perkin Elmer (Mĩ) tại Viện Hoá học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

- Phổ 1H NMR, 13C NMR, COSY, HSQC, HMBC

Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (1

H NMR, 13C NMR, COSY, HSQC, HMBC) đƣợc

đo trên máy Avance Spectrometherr (Bruker, Đức), tại Viện Hóa học – Viện Khoa học và

Cơng nghệ Việt Nam, trong dung môi DMSO-d6 với chất chuẩn nội TMS.

- Phổ khối lượng

Phổ khối lƣợng của các hợp chất đƣợc đo trên máy LC-MS (ObbiTrap-XL, Mĩ), theo phƣơng pháp ion hoá ESI, tại Khoa Hoá học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội.

2.1. 3 Các công việc cần làm trong luận văn

1) Tổng hơ ̣p các hợp chất N-(R-phenyl)glycine.

2) Tổng hơ ̣p các hợp chất N-nitroso-N-(R-phenyl)glycine.

4) Tổng hợp các hợp chất 4-acetyl-3-(R-phenyl)sydnone.

5) Tổng hợp các hợp chất 4-bromacetyl-3-(R-phenyl)sydnone.

6) Tổng hợp4-(tetra-O-acetyl-β-D-glactopyranosyl)thiosemicarbazid

7) Tổng hợp các hợp chất 2-[2’,3’,4’,6’-(tetra-O-acetyl-β-D-

galactopyranosylamino)]-5-(3”-arylsydnone)-6H-1,3,4-thiadiazin.

8) Nghiên cứu cấu trúc phổ của các hợp chất 2-[2’,3’,4’,6’-(tetra-O-acetyl-β-

D-galactopyranosylamino)]-5-(3”-arylsydnone)-6H-1,3,4-thiadiazin

9) Thử hoạt tính sinh học của các chất thiadiazin.

Sơ đồ tổng hợp các hợp chấ ttrên:

2.1.4. Thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm của thiadiazin

Xác định hoạt tính sinh học của các thiadiazin bằng cách thử nghiệm tính chất kháng khuẩn, kháng nấm theo phƣơng pháp nồng độ ức chế tối thiểu (MIC), trên phiến vi lƣợng 96 giếng. Các vi sinh vật thử nghiệm bao gồm các chủng:

- Vi khuẩn gram (+): Bacillus subtillis (ATCC 27212)

Staphylococcus aureus

- Nấm mốc: : Aspergillus niger

Fusarium oxysporum

- Nấm men: Candida albicans

Saccharomyces cerisiae

Các chủng vi khuẩn, nấm men và nấm mốc đƣợc nuôi dƣỡng trong môi trƣờng dinh dƣỡng Saboraud dextrose broth và trypcase soya broth. Các vi sinh vật này đƣợc hoạt hóa trong mơi trƣờng dinh dƣỡng trƣớc khi tiến hành thử nghiệm 24h đối với vi khuẩn và 48h đối với nấm men và nấm mốc.

2.2. TỔNG HỢP THIOSEMICARBAZID 2.2.1. Tổng hợp 2,3,4,6-Tetra-O-acetyl-β-D-galactopyranosyl bromide 2.2.1. Tổng hợp 2,3,4,6-Tetra-O-acetyl-β-D-galactopyranosyl bromide O OH OH H H O H H H O H H OH 1, Ac2O/ HClO4 O Br OAc H H AcO H H AcO H OAc 2, Br2/ P ®á/ H2O

Nhỏ từng giọt 2,4 ml acid percloric 54% vào trong bình cầu ba cổ dung tích 250 ml có chứa 40 ml anhiđrit acetic, lắp máy khuấy, nhiệt kế, sinh hàn hồi lƣu. Khi nhỏ giọt acid percloric, phản ứng toả nhiệt mạnh nên tốc độ nhỏ giọt khoảng 1-2 giây/giọt để giữ

đƣợc nhiệt độ của phản ứng dƣới 20oC. Sau đó, dung dịch đƣợc làm ấm lên nhiệt độ

phòng và thêm từ từ 10 gam D-galactose với tốc độ sao cho nhiệt độ của phản ứng

khoảng 30-40oC. Khi cho hết D-galactose vào, khuấy thêm khoảng 30 phút nữa. Sau khi

làm lạnh hỗn hợp phản ứng xuống dƣới 20oC, thêm vào hỗn hợp phản ứng 3 gam

photpho đỏ đã đƣợc sấy khô. Tiến hành nhỏ giọt 18 gam (5,8 ml) bromovới tốc độ nhỏ

giọt 5 giây/giọt để nhiệt độ phản ứng không quá 20oC. Sau khi hết bromo, 3,6 ml nƣớc

đƣợc nhỏ giọt vào bình phản ứng, khuấy mạnh. Khi nhỏ giọt nƣớc, phản ứng toả nhiệt rất mạnh nên để giữ nhiệt độ phản ứng tốc độ nhỏ giọt nƣớc cũng là 5 giây/giọt. Đây là giai

đoạn hoàn thiện phản ứng. Khi hết nƣớc, khuấy tiếp 30 phút ở nhiệt độ dƣới 20oC. Hỗn hợp phản ứng đƣợc khuấy thêm 2 giờ nữa ở nhiệt đợ phịng. Thêm 30 ml clorofom đƣợc thêm vào hỗn hợp phản ứng, lắc mạnh, lọc qua bông vào cốc thu đƣợc dung dịch nhớt màu vàng. Thêm đá vào cốc khuấy tan, chiết lấy lớp clorofom ở dƣới. Cho tiếp clorofom vào lớp dung môi ở trên, chiết tiếp để thu đƣợc hết sản phẩm. Trung hoà sơ bộ hỗn hợp

sản phẩm bằng dung dịch NaHCO3 bão hoà. Tổng thể tích dung dịch NaHCO3 bão hoà

dùng hết là 70 ml. Cho toàn bộ lƣợng dung dịch trên vào phễu chiết, lắc kĩ, chiết ra cốc.

Làm khơ nhanh bằng CaCl2 mịn. Sau đó lọc phần dung dịch trên và đem cô cạn dung môi

dƣới áp suất giảm. Để sản phẩm thu đƣợc vào tủ lạnh để lạnh để dùng cho phản ứng chuyển hoá tiếp thành dẫn xuất isothiocyanat.

2.2.2. Tổng hợp 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D-galactopyranosyl isothiocyanat O Br OAc AcO AcO OAc Pb(SCN) 2 toluen O OAc AcO NCS AcO OAc

Hỗn hợp phản ứng gồm 4 gam (0,015 mol) ḿi chì thiocyanat, 5 gam (0,012 mol) 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D-galactopyranosyl bromide trong 30 ml toluen, lắc mạnh, đun nhẹ đến khi tan hết. Lắp sinh hàn hồi lƣu, hỗn hợp đƣợc đun hồi lƣu mạnh trong 3 giờ đƣợc dung dịch có màu vàng đậm. Đun nóng sản phẩm, lọc trên giấy lọc, dùng toluen khan để rửa sản phẩm đọng lại trên giấy lọc. Đem dung cô cạn dung môi dƣới áp suất

giảm. Sản phẩm chỉ tan trong ether và không tan trong n-hexan. Thêm từng lƣợng nhỏ

ether vào để hoà tan sản phẩm, lƣợng ether dùng hết khoảng 40 ml. Đổ dung dịch thu

đƣợc ra cốc, thêm khoảng 20 ml n-hexan, khi cho n-hexan vào xuất hiện kết tủa trắng.

Đem lọc sản phẩm thu đƣợc bằng phễu lọc Buchne và kết tinh lại từ ethanol. Đnc 97-

99oC. Theo tài liệuđối với tetra-O-acetyl--D-galactopyranosyl isothiocyanat, hiệu suất

đạt 80%.

2,3,4,6-tetra-O-acetyl- -D-galactopyranosyl thiosemicarbazid đƣợc tổng hợp theo hai phƣơng pháp có sơ đồ chung nhƣ sau:

O H OAc H H OAc H NCS AcO H OAc H2N-NH2.H2O O H OAc H H OAc H NHCSNH-NH 2 AcO H OAc Phƣơng pháp 1.

Cho 30 ml dioxan vào bình cầu 50 ml có chứa sẵn 3,89 gam (10mmol) 2,3,4,6- tetra-O-acetyl-β-D-galactopyranosyl isothiocyanat, lắc tan. Nhỏ giọt hỗn hợp 0,5 ml hydrazin hydrat và 30 ml dioxan, vừa khuấy mạnh (sử dụng khuấy từ). Sau đó, hỗn hợp phản ứng đƣợc khuấy tiếp thêm 30 phút nữa rồi tiến hành cô cạn dung môi dƣới áp suất giảm, thu đƣợc một sản phẩm dạng sirô màu vàng đậm. Cho ethanol vào dạng sirô này, lắc mạnh cho tan ra, kết tủa trắng xuất hiện. Lọc, rửa kết tủa tách ra bằng ethanol. Hiệu suất 50 %. Đnc 198oC.

Phƣơng pháp 2.

Nhỏgiọt dần hỗnhợp24mmol hydrazinhydrattrong 50ml điclometan vàohỗn hợp của 12,85mmol 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D-galactopyranosyl isothiocyanat trong 50ml

CH2Cl2 đƣợc chứa trong bình cầu mợt cổ. Sau khi nhỏgiọtxong, hỗn hợp phản ứng

tiếptụcđƣợc khuấyở nhiệt đợ phịng trong 2 giờ. Dung môi đƣợc cất loại dƣới áp suất giảm thu đƣợc sản phẩm xốp, màu hơi vàng. Cho ethanol vào sản phẩm dạng xốp này lắc

lấy sản phẩm ở dạng kết tủa màu trắng. Hiệu suất 61%. Đnc 198oC.

2.3. TỔNG HỢP 3-(R-PHENYL)-4-BROMOACETYLSYDNONE (6) 2.3.1. Tổng hợp 3-(R-phenyl)sydnone.

2.3.1.1. Tổng hợp 3-phenyl sydnone (4a).

NH2

1. ClCH2COOC2H5, CH3COONa, EtOH khan

2. NaOH 3. HCl NHCH2COOH NaNO2, HCl 5 5°C N CH2COOH NO O N N O (CH3CO)2O 25°C 1a 2a 3a 4a

1. Tổng hợp 3-phenyl glycine (2a)

Cho vào bình cầu dung tích 250 ml, hỗn hợp gồm anilin (1a), (0,15 mol; 13,95g; 13,41 ml), ethyl cloroacetat (0,15 mol;18,38 g; 15,97ml), natri acetat (0,15 mol; 12,3 g) khan và ethanol tuyệt đối (36 ml). Lắp sinh hàn hồi lƣu, máy khuấy từ và đun sôi hồi lƣu hỗn hợp phản ứng trong thời gian 6 giờ. Sau đó để ng̣i hỗn hợp phản ứng tới nhiệt độ phịng và đổ hỗn hợp phản ứng vào cớc chứa 150 g nƣớc đá, thu đƣợc kết tủa dạng chất rắn màu xám trắng, lọc và rửa kết tủa bằng nƣớc lạnh, để khô ngoài không khí, thu đƣợc