Bảng 3.3. Kết quả phân tích phổ IR Phụ
lục Công thức cấu tạo Đỉnh hấp
thụ ( cm-1) Nhóm chức 1 3558,07; 3257,77 -NH2 sulfonamid 3062,96 C-H thơm 2929,87 C-H no 1768,72; 1705,07 >C=O imid 1602,85; 1543,05; 1467,83 C=C thơm 1313,52; 1155,36 SO2 sulfonamid 2 3309,14- 3527,68 Các N-H 3056,36 C-H thơm 2850,92; 2921,92 C-H no 1706,57 >C=O acid 1648,83 >C=O amid 1085,22 SO2 sulfonamid 3 3369,45; 3192,33 Các N-H 3070,00 C-H thơm 2930,19; 2880,60 C-H no 1557,96; 1495,18 C=C thơm 1314,84; 1156,40 SO2 sulfonamid
4 3293,37 N-H amid 3072,10 C-H thơm 2915,07 C-H no 1627,74 C=O amid 1547,90; 1438,79 C=C thơm
Nhận xét: Phổ hồng ngoại của các chất được trình bày ở bảng trên, kết quả đã cho những dải hấp thụ đặc trưng của các nhóm chức tương ứng với các chất được phân tích. 3.2.2. Phổ khối lượng (MS) Bảng 3.4. Kết quả phân tích phổ MS Phụ lục Chất phân tích M m/z Mảnh 5 316,33 338,99 [M+Na]+ 6 334,35 333,0 [M-H]- 7 186,23 185,0 [M-H]- 8 344,41 343,1 [M-H]-
9 502,56 561,0 [M+2H2O+Na]+
Nhận xét: Kết quả phân tích phổ MS trong bảng 3.2 đã cho thấy phổ khối lượng của từng chất đều cho pic phân tử có số khối phù hợp khối lượng phân tử dự kiến của chất cần phân tích.
3.2.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H- NMR)
Bảng 3.5. Kết quả phân tích phổ 1H- NMR (Tần số 500MHz, dung môi DMSO, δ(ppm))
Phụ
lục Chất phân tích Kết quả phân tích
10 4,07 (2H, s, SO2NH2) 4,84 (2H, s, 2H-1’) 7,48 (2H, d, J=8,0Hz, H-3, H-5) 7,77 (2H, d, J=8,5Hz, H-2, H-6) 7,856 -7,916 (4H, m, H-1’’, H-2’’, H-3’’, H-4’’) 11 4,5 (2H, d, J=6Hz, CH2) 7,33 (2H, s, SO2NH2) 7,51-7,54 (3H, m, H-3’, H- 4’, H-5’) 7,56 (2H, d, J=8,5Hz, H-3, H-5)
7,76 (1H, s, H-2’) 7,78 (2H, d, J=8,0Hz, H-2, H-6) 9,1 (1H, -COOH) 12 4,10 (2H, s, H7) 7,44 (2H, s, SO2NH2) 7,68 (2H, d, J=8Hz, H2, H6) 7,85 (2H, d, J=8,5Hz, H3, H5) 8,54 (2H, s, CH2NH2) 13 4,43 (4H, s, 2CH2) 7,24 (2H, d, J=7,5Hz, H-4’, H-4’’) 7,32-7,35 (4H, dd, J1=J2=7,5Hz, H-2’, H-6’, H2’’, H-6’’) 7,38 (4H, dd, J1=J2=7,5Hz, H-3’, H-5’, H-3’’, H-5’’) 7,52 (4H, m, H-3, H-4, H-5, H-6) 8,82 (2H, t, 2NH) 14 4,43 (4H, s, 2CH2) 7,25 (2H, dd, J1=7,5Hz, J2=7,0Hz, H-4’’, H-4’)
7,32-7,35 (4H, dd, J1=J2=7,5Hz, H-2’, H-6’, H2’’, H-6’’) 7,38 (4H, dd, J1=J2=7,5Hz, H-3’, H-5’, H-3’’, H-5’’) 7,52 (4H, m, H-3, H-4, H-5, H-6) 8,82 (2H, t, 2NH)
Ghi chú: δ: Độ chuyển dịch hóa học, s: Singlet; d: Doublet; dd: Doublet doublet; t: Triplet m: Multiplet
Nhận xét: Phổ 1H- NMR của các hợp chất cho các tín hiệu proton phù hợp với các công thức dự kiến.
3.2.4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13 (13C- NMR)
Bảng 3.6. Kết quả phân tích phổ 13C- NMR (Tần số 500MHz, dung môi DMSO)
Phụ
lục Chất phân tích Kết quả phân tích
15 42,10 (1C, C-7) 126,23 (2C, C-2, C-6) 129,89 (2C, C-3, C-5) 138,30 (1C, C-1) 144,57 (1C, C-4) 16 42,92 (2C, 2CH2)
Nhận xét: Phổ 13C- NMR của các hợp chất cho các tín hiệu proton phù hợp với các công thức dự kiến.
3.3. Bàn luận
3.3.1. Bàn luận về các phản ứng hóa học
Phản ứng N-acyl hóa ure với tác nhân là anhydric phthalic: cơ chế của phản ứng này có thể dự đoán theo cơ chế ái điện tử khi gốc –NH2 của ure giàu điện tử và nguyên tử O của nhóm acyl hút điện tử làm điện tích trên nguyên tử C của nhóm acyl này trở nên dương và là tác nhân hút điện tử. Phản ứng diễn ra có sự tăng lên về thể tích khối hỗn hợp nên khi thực hiện cần chuẩn bị bình cầu có dung tích phù hợp. Ngoài ra, phản ứng sinh khí NH3 và CO2 nên cần lưu ý có ống dẫn khi này vào cốc chứa H2SO4 loãng, và khi phản ứng kết thúc, làm nguội hỗn hợp cần tháo ống dẫn khí, tránh trường hợp áp suất trong bình phản ứng giảm và hút ngược acid vào làm hỏng sản phẩm.
Phản ứng N-alkyl hóa giữa phthalimid và tác nhân benzyl clorid: ở phản ứng này, K2CO3 được thêm vào với 2 vài trò chính. Thứ nhất, nó như là chất xúc tác hoạt hóa cho phản ứng diễn ra, thứ 2 là trung hòa HCl là sản phẩm sinh ra trong phản ứng.
127,14 (2C, C-4’, C-4’’) 127,66 (4C, C-2’, C-6’, C- 2’’, C-6’’) 128,14 (2C, C-6, C-3) 128,69 (4C, C-3’, C-5’, C- 3’’, C-5’’) 129,87 (2C, C-4, C-5) 136,79 (2C, C-1’, C-1’’) 139,95 (2C, C-1, C-2)
Trong điều kiện này, phthalimid được chuyển thành dạng muối kali phthalimid, lúc này phản ứng diễn ra theo đúng cơ chế SN1 trong quá trình tổng hợp Gabriel [11]:
Phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ cao vì vậy phải rất cẩn thận và phải theo dõi chặt chẽ trong quá trình thực hiện. Ngoài kali carbonat thì muối natri carbonat cũng có thể được sử dụng để tạo natri phthalimid. Phthalimid rất khó tan hết trong benzyl clorid, do vậy có thể khảo sát thêm một số yếu tố khác có thể ảnh hướng đến hiệu suất phản ứng, ví dụ như dung môi, có thể hòa tan phthalimid vào aceton, sau đó thêm từ từ benzyl clorid vào, hoặc có thể thay đổi xúc tác bằng KOH.
Sulfocloro hóa N-benzylphthalimid bằng acid clorosulfonic: đặc biệt phải lưu ý khi thực hiện phản ứng sulfocloro hóa với acid clorosulfonic vì tác nhân này rất dễ phân hủy, điều kiện tiến hành phản ứng phải khan, dụng cụ thí nghiệm phải sấy khô, trong quá trình thực hiện bình cầu phản ứng phải được sục khí nitơ để đuổi hết không khí ẩm.
Cơ chế của phản ứng là cơ chế chung, được mô tả như sau [6],[ 8]:
Phản ứng diễn ra theo 2 giai đoạn chính, ở giai đoạn 1 acid clorosulfonic tấn công vào vòng benzen, loại đi một phân tử HCl và tạo ra acid benzensulfonic, giai đoạn này phản ứng rất mãnh liệt và tỏa nhiều nhiệt, do vậy cần làm lạnh bình phản
ứng. Sang giai đoạn 2, do nguyên tử oxy trong gốc –OH của ClSO3H hút điện tử mạnh, biến nguyên tử H trở nên ái điện tử. Trong khi đó gốc –OH của acid benzensulfonic giàu điện tử, sẽ tấn công vào H của acid clorosulfonic, sản phẩm cuối cùng tạo thành của giai đoạn này là benzolsulfoclorid. Tất cả các phản ứng của cả 2 giai đoạn đều là phản ứng thuận nghịch, do vậy để tăng hiệu suất cho quá trình tổng hợp, sau khi làm lạnh hỗn hợp, tiến hành đun nhẹ để HCl bay hơi, sẽ đẩy phản ứng tiếp diễn theo chiều thuận, không nên đun ở nhiệt độ cao >100oC, vì lúc này acid clorosulfonic sẽ bị phân hủy chậm tạo thành SO3 và HCl [8].
Hiệu suất của phản ứng này tương đối thấp, thực nghiệm kiểm tra bằng sắc ký cho thấy acid clorosulfonic đã thủy phân một phần nguyên liệu N-benzylphthalimid thành phthalimd. Điều này cũng được đề cập trong báo cáo của Masao Kusami năm 1944 khi thực hiện phản ứng với hiệu suất chỉ đạt 41%:
Sản phẩm sulfocloro hóa của cả hợp chất (10) và (15) đều được ưu tiên thế vào vị trí para của vòng B, hoặc B’ của từng công thức, điều này được giải thích là do nhóm carbonyl (>C=O) hút điện tử mạnh, làm giảm mật độ electron trên vòng A,
trong khi đó vòng B, B’ có nhóm thế ─CH2─ đẩy điện tử, nên làm tăng mật độ
electron trên các vị trí ortho và para của vòng này. Mặt khác, phân tử của các hợp chất (10) và (15) rất cồng kềnh, nhóm thế vào các vòng B cản trở không gian lớn, việc gắn thêm các nhóm thế vào vị trí ortho là khá khó khăn, đấy là lý do phản ứng được định hướng rất tốt vào vị trí para, là vị trí cần thiết để có thể thực hiện các bước tiếp theo của quy trình.
Phản ứng amid hóa: xảy ra tương đối dễ, điều kiện phản ứng chỉ cần khuấy trong khoảng 30 phút, nếu cần thiết có thể đun nhẹ ở nhiệt độ khoảng 40-50oC. Các tài liệu tham khảo khi tiến hành thủy phân amid thành mafenid thường dùng hợp chất hydrazin (N2H4.H2O), tuy nhiên hợp chất này rất độc đối người thực hiện nên chúng tôi đã thực hiện phản ứng thủy phân theo 2 bước, bước đầu tiên sử dụng Na2CO3 mở vòng tạo ra một monobenzoic, tiếp theo thủy phân bước 2 bằng HCl, acid sẽ cắt nốt –(CONH)– tạo thành acid phthalic và sản phẩm mafenid. Bước 2 hoàn toàn có thể tiến hành thủy phân bằng OH- tiếp, nhưng khi dùng base rất dễ xảy ra cạnh tranh phản ứng với gốc –SO2NH2:
Như vậy, nếu dùng base trong cả 2 bước thì sẽ tạo ra sản phẩm phụ, làm giảm hiệu suất của phản ứng.
3.3.2. Bàn luận về kết quả phân tích cấu trúc
Kết quả phân tích phổ IR: Phổ hồng ngoại cho phép phân tích được các dải hấp thụ đặc trưng của dao động hóa trị và dao động biến dạng của các nhóm chức và các liên kết điển hình trong cấu trúc phân tử của chất được ghi phổ. Do đó, việc phân tích phổ hồng ngoại chủ yếu xác định nhóm chức để thấy được quá trình phản ứng tạo thành sản phẩm có nhóm chức mong muốn. Trên phổ IR của các chất được trình bày ở bảng 3.1 đều xuất hiện các dao động hóa trị đặc trưng cho các nhóm chức có trong công thức của các chất. Ví dụ với hợp chất (11), xuất hiện các đỉnh hấp thụ 3257 và 3358 là đặc trưng cho các liên kết N-H, vùng hấp thụ từ 1602 đến 1467 là đại diện cho các liên kết C=C của vòng thơm, ngoài ra, nhóm chức quan trọng là SO2 cũng được hiển thị ở các đỉnh hấp thụ 1313 và 1155. Điều này rõ ràng cho thấy phản
ứng amid hóa của hợp chất (10’) với NH3 đã xảy ra đúng như quy trình. Tiếp theo, ở hợp chất (12), đỉnh hấp thụ ở 1318 và 1159 là của nhóm SO2, tương tự như trên phổ của hợp chất (11), tuy nhiên hợp chất (12) này xuất hiện đỉnh hấp thụ ở 1706 là của liên kết C=O acid và 1648 của liên kết C=O amid, khác với đỉnh 1768 và 1705 là đại diện cho liên kết imid. Điều này chứng tỏ rằng phản ứng thủy phân đã thành công. Sản phẩm cuối cùng mafenid, trên phổ ghi nhận có sự xuất hiện của các nhóm chức N-H, C-H thơm, SO2, C-H no và cả C=C thơm, nhưng không thấy sự xuất hiện của các nhóm chức C=O acid và C=O amid, điều này là phù hợp với sản phẩm dự đoán của phản ứng.
Kết quả phân tích phổ MS: Phổ MS dùng để xác định khối lượng phân tử của các chất tổng hợp đuợc và số khối các mảnh ion bị phân mảnh từ công thức cấu tạo của các chất. Kết quả đo phổ cho thấy các pic chính trên phổ thể hiện giá trị m/z tương ứng xấp xỉ với khối lượng phân tử của các chất cần xác định.
Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân: phổ cộng hưởng từ hạt nhân dùng để khẳng định chắc chắn cấu trúc của các chất. Phổ 1H- NMR xác định sự có mặt của các nhóm có proton dựa vào độ chuyển dịch hóa học, bộ khung của hợp chất (vòng thơm…), số lượng proton ở C bên cạnh căn cứ vào độ bội của tín hiệu cộng hưởng và sự có mặt của tạp chất. Phổ 13C- NMR cho biết cấu trúc hóa học, bậc carbon và các liên kết giữa nguyên tử C với các nguyên tử khác có trong hợp chất. Với phổ 1H- NMR, số lượng proton, độ dịch chuyển hay độ bội của tín hiệu là phù hợp với các công thức cấu tạo của các sản phẩm tạo thành. Phổ của các chất được đo đã thể hiện các tín hiệu đặc trưng chứng tỏ phản ứng đã diễn ra theo đúng định hướng, ví dụ hợp chất (I) có tín hiệu ở 4,10 đại diện cho nhóm ─CH2, 7,44 đại diện cho hydro của nhóm NH2 (sulfonamid) và dải tín hiệu từ 7,67-7,86 đại diện cho các H trong vòng thơm, còn lại tín hiệu 8,54 là của NH2 amin.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận:
Đã tổng hợp thành công mafenid acetat từ nguyên liệu ban đầu là anhydrid phthalic đi qua chất trung gian phthalimid.
Nghiên cứu phản ứng định hướng tổng hợp mafenid acetat qua trung gian phthalamid.
Kiến nghị:
Tiếp tục hoàn thiện quy trình tổng hợp mafenid acetat qua trung gian phthalamid.
Tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng như dung môi, xúc tác...để nâng cao hiệu suất của quy trình.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Trần Mạnh Bình và Nguyễn Quang Đạt (2007), Hóa học hữu cơ tập I, Nhà xuất bản Y học, Hà Nội, tr.92-96, 112-130.
2. Nguyễn Hữu Đĩnh và Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, Nhà xuất bản Giáo Dục, Hà Nội, tr.27-99, 296- 320.
3. Trần Đức Hậu (2007), Hóa dược, Tập 2, NXB Y học, Hà Nội, tr.86-89. 4. Nguyễn Đình Triệu (2005), Các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý tập
II, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, tr.61-204.
Tiếng Anh
5. R. Agusto, W. Boehme (1974), ''Production of phthalimide'', Google Patents. 6. Arthur Israel Vogel (1989), Textbook of Practical Organic Chemistry, 5ed,
Prentice Hall, pp.780.
7. J. P. Bassin, R. J. Cremlyn, F. J. Swinbourne (1991), "Review chlorosulfonation of aromatic annd hetero-aromatic systems'', Phosphorus, Sulfur, and Silicon and the Related Elements. 56(1-4), pp. 245-275.
8. Frank H. Bergeim, William Braker (1944), "Homosulfanilamides1", Journal of the American Chemical Society. 66(9), pp. 1459-1460.
9. R. J. Cremlyn (2002), "Sulfonation and chlorosulfonation of organic compounds", Chlorosulfonic Acid: A Versatile Reagent, The Royal Society of Chemistry, pp. 7-21.
10. Church Deirdre L et al. (2006), "Burn Wound Infections", Clinical Microbiology Reviews. 19(2), pp. 403-434.
11. Alekha K. Dash, Shankar Saha (1996), "Mafenide Acetate", Analytical Profiles of Drug Substances and Excipients, Academic Press, pp. 277-305.
12. M. S. Gibson, R. W. Bradshaw (1968), "The Gabriel Synthesis of Primary Amines", Angewandte Chemie International Edition in English. 7(12), pp. 919-930.
13. Kakuji Ishifuku et al. (1949), "Synthesis of p- Aminomethylbenzenesulfonamide", Yakugaku Zasshi. 69(6-10), pp. 417-418. 14. M. Fekry Ismail et al. (1985), "Action of grignard reagents and amines on some N-(Arylmethyleneamino)phthalimides", Journal für Praktische Chemie. 327(2), pp. 177-182.
15. Shaik Lateef et al. (2006), "Novel Synthesis of Mafenide and Other Amino Sulfonamides by Electrochemical Reduction of Cyano Sulfonamides",
Helvetica Chimica Acta. 89(6), pp. 1254-1257.
16. Maghsoudi H. et al. (2011), "Comparison between topical honey and mafenide acetate in treatment of burn wounds"(1592-9566 (Electronic)).
17. Martindale The Complete Drug Reference, (2009), 36th edition, Pharmaceutical Press, UK, pp.296.
18. The Merck index (2001).
19. Ellis Miller et al. (1940), "The Preparation of Some Amino Sulfonamides",
Journal of the American Chemical Society. 62(8), pp. 2099-2103.
20. Manske Richard H. F (1932), "Benzyl phthalimde", Organic Syntheses. 12, pp. 10.
21. Tianhong et al. (2010), "Topical Antimicrobials for Burn Wound Infections",
Recent Patents on Anti-Infective Drug Discovery, Bentham Science, pp. 124- 151.
22. Akiyoshi Tsuji, Kuniko Takahashi (1976), "In vitro antibacterial activity of mafenide acetate", Chemotherapy. 24(8), pp. 1603-1613.
23. United States Pharmacopeial (2008), vol 32, The United States Pharmacopeial Convention.
24. A. Van Loevezijn et al. (2011), ''Arylsulfonyl pyrazoline carboxamidine derivatives as 5-ht6 antagonists'', Google Patents.
25. Martin G. W., Morris J. A. (1971), "Acid-Base Effects of Topical Mafenide Acetate in the Burned Patient", New England Journal of Medicine. 284(23), pp. 1281-1286.
26. Frederick C. Nachod (1970), ''Topical therapeutic preparation containing p- aminomethylbenzenesulfonamide salt and method of treating burns therewith'', Sterling Drug Inc.
Tiếng Nhật 27. 柴田 承二 (1944), "地衣成分ヂヂム酸の構造に就て", Yakugaku Zasshi 64(1), pp. 50-59. 28. 富田眞雄 và 岸北博 (1944), "紅頭ツヅラフヂのアルカロイドに就て (其 三)", 藥學雜誌. 64(4), pp. 240-241. Website 29. http://www.rxlist.com/sulfamylon-drug/side-effects-interactions.htm.
PHỤ LỤC Phụ lục 1. Phổ IR của hợp chất 11. Phụ lục 2. Phổ IR của hợp chất 12. Phụ lục 3. Phổ IR của hợp chất I. Phụ lục 4. Phổ IR của hợp chất 15. Phụ lục 5. Phổ MS của hợp chất 11. Phụ lục 6. Phổ MS của hợp chất 12. Phụ lục 7. Phổ MS của hợp chất I. Phụ lục 8. Phổ MS của hợp chất 15. Phụ lục 9. Phổ MS của hợp chất 17. Phụ lục 10. Phổ 1H- NMR của hợp chất 11. Phụ lục 11. Phổ 1H- NMR của hợp chất 12. Phụ lục 12. Phổ 1H- NMR của hợp chất I. Phụ lục 13. Phổ 1H- NMR của hợp chất 15. Phụ lục 14. Phổ 1H- NMR của hợp chất 17. Phụ lục 15. Phổ 13C- NMR của hợp chất I. Phụ lục 16. Phổ 13C- NMR của hợp chất 15.