Tài liệu Nghiên cứu cấu trúc của một số sản phẩm chuyển hóa từ 2 (acetamido) 3 (4 chlorophenyl)acrylohydrazide

GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU  Lý do chọn đề tài Từ lâu, con người đã biết điều chế ra các loại thuốc để điều trị các loại bệnh và công việc đó vẫn đang được tiếp diễn. Với thực trạng như hiện nay, ô nhiễm môi trường, ăn uống không đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm … làm cho nguy cơ bị mắc các bệnh ung thư, bệnh hiểm nghèo rất cao. Để phục vụ cho nhu cầu cuộc sống, các nhà khoa học đã tổng hợp và khám phá cấu trúc của các hợp chất cũng như tìm hiểu ứng dụng của chúng để ứng dụng vào y dược cùng với nhiều lĩnh vực khác của đời sống (nông nghiệp, phân tích …). Hydrazide N-thế là một hợp chất quan trọng bởi hoạt tính sinh học của nó cũng như khả năng ứng dụng của nó trong y học, dược phẩm như kháng virus, kháng khuẩn, kháng nấm chống nấm, kháng sinh, giảm đau, chống ung thư. Bên cạnh đó, hydrazide cũng là chất trung gian để tổng hợp ra các dị vòng oxazole, imidazole, … Việc tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc, hoạt tính của hydrazide N-thế hứa hẹn mang đến những vấn đề lý thú. Để tìm hiểu sâu về các tính chất quan trọng khác của hydrazide N-thế, tôi chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ SẢN PHẨM CHUYỂN HÓA TỪ 2-(ACETAMIDO)-3-(4-CHLOROPHENYL)ACRYLOHYDRAZIDE”  Mục đích nghiên cứu Tổng hợp và chuyển hóa hợp chất 2-(acetamido)-3-(4- chlorophenyl)acrylohydrazide qua phản ứng với các aldehyde thơm. Khảo sát tính chất vật lý (trạng thái, dung môi kết tinh, nhiệt độ nóng chảy, màu sắc) của các chất tổng hợp được. Khảo sát cấu trúc của các dẫn xuất điều chế được bằng các phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân và phổ khối lượng.  Khách thể nghiên cứu 2-(acetamido)-3-(4-chlorophenyl)acrylohydrazide và dẫn xuất của nó. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 7 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp  Đối tượng nghiên cứu Quy trình tổng hợp, tinh chế và xác lập công thức cấu tạo của các chất cần nghiên cứu.  Giả thuyết khoa học Nếu đề tài thành công thì nó sẽ giúp chúng ta hiểu thêm về phương pháp tổng hợp 2-(acetamido)-3-(4-chlorophenyl)acrylohydrazide cũng như cấu trúc của nó trong không gian. Bên cạnh đó còn có thêm hiểu biết về sự chuyển hóa của chất này thành những dẫn xuất tương ứng.  Phạm vi nghiên cứu Tiến hành nghiên cứu và phân tích trong phòng thí nghiệm.  Phương pháp nghiên cứu Tổng hợp lý thuyết từ các bài báo đã công bố trên internet, luận văn, tiểu luận, sách chuyên ngành để hệ thống hóa cơ sở lý thuyết và có cái nhìn tổng quan về hydrazide N-thế và tìm được phương pháp tổng hợp, phân tích cấu trúc phổ. Tham khảo ý kiến giáo viên hướng dẫn, đúc kết kinh nghiệm bản thân, kết hợp kĩ thuật thực nghiệm đề xuất phương pháp tổng hợp hiệu quả các hợp chất mong muốn. Tiến hành thực nghiệm tổng hợp hydrazide và dẫn xuất của nó tại Phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh. Ghi các phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối lượng (MS) và phân tích cấu trúc của các hợp chất thu được qua các phổ. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 8 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. OXAZOLONE VÀ CÁC DẪN XUẤT 1.1.1. Đặc điểm cấu tạo Oxazolone là một hợp chất dị vòng 5 cạnh chứa dị tố nitrogen và oxygen. Oxazolone còn có tên gọi khác là azlactone, được nghiên cứu và tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1893 bởi Friedrich Gustav Carl Emil Erlenmeyer [7]. Dẫn xuất 2-alkyl-4arylideneoxazol-5-one có dạng: Nguyên tử carbon ở vị trí C2 và C4 sẽ quyết định đến hoạt tính sinh học [46]. 1.1.2. Tổng hợp oxazolone và các dẫn xuất Có rất nhiều phương pháp để tổng hợp oxazolone. Trong công trình [21], khi cho sebasoyl phản ứng với glycine, tác giả đã thu được các hợp chất oxazolone mới. Theo tài liệu [31], bằng phản ứng Erlenmeyer tác giả đã tổng hợp được benzylidene-2-oxazol-5(4H)-one. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 9 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Các tác giả [39] Khóa luận tốt nghiệp đã tổng hợp được 2-o-tolyl-4-(3-N,N- dimethylaminophenylmethylene)-oxazol-5-one (TDPO), là một dẫn xuất mới của oxazole-5-one. Việc tối ưu hóa năng lượng cũng cho thấy cấu hình Z tại liên kết đôi giữa hợp phần aryliden với vòng oxazolone có năng lượng thấp hơn cấu hình E. Sau khi nghiên cứu cấu trúc phân tử bằng phương pháp chiếu xạ tinh thể tia X, các tác giả đã khẳng định rằng TDPO tồn tại ở cấu hình Z. Sử dụng phương pháp Erlenmeyer, tác giả [37] đã tổng hợp (Z)-2-aryl-4arylidene-5(4H)-oxazolone (4-6). SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 10 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp Mặc dù trong các chất (4-6) vẫn tồn tại 2 dạng cấu hình là Z và E nhưng phản ứng Erlenmeyer lại có tính chọn lọc về mặt lập thể, ưu tiên những đồng phân Z có độ bền cao về nhiệt độ cũng như là dễ tách ra trong quá trình kết tinh lại. Theo tài liệu [32] nhóm tác giả đã tổng hợp azlactone theo phương pháp Erlenmeyer: Trong nghiên cứu này, các tác giả đã xác định cấu hình E/Z của các chất (11) và (12) dựa trên phép đo nhiễu xạ đơn tinh thể tia X và thấy rằng các hợp chất này tồn tại chủ yếu ở dạng Z. Các tác giả cũng sử dụng phương pháp DFT (density functional theory – lý thuyết hàm mật độ) để xác định độ bền của các hợp chất (11) và (12). Kết quả cho thấy ở cấu hình Z có ít tương tác không gian hơn so với cấu hình E, vì thế năng lượng thấp hơn nên bền hơn. 1.2. Tổng hợp hydrazide 1.2.1. Đặc điểm cấu tạo Hydrazide thuộc vào nhóm dẫn xuất của acid carboxylic, trong đó nhóm –OH được thay bởi nhóm –NHNH2. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 11 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp Công thức chung của hydrazide là RCONHNH2. Do có khối lượng phân tử không nhỏ đồng thời giữa các phân tử lại tạo liên kết hydrogen nên hydrazide thường tồn tại ở dạng chất rắn. 1.2.2. Tổng hợp hydrazide Người ta thường tổng hợp hydrazide bằng phản ứng giữa methyl hay ethyl ester của acid carboxylic với hydrazine hydrate. Phản ứng xảy ra theo cơ chế cộng tách (AcB2): chậm chậm Do hydrazide là một tác nhân nucleophile mạnh đồng thời sản phẩm hydrazide thường có độ tan vừa phải trong dung môi nên hiệu suất phản ứng thường khá cao. Ngoài ra, hydrazide còn được tổng hợp bằng phản ứng giữa oxazolone với hydrazine hydrate. Với phương pháp này thì tác giả [20] cũng đã tổng hợp được hydrazide như mong muốn khi tiến hành khuấy oxazol-5-one với hydrazine hydrate trong dung môi ethanol. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 12 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp Theo một tài liệu khác [51], khi cho 4-(2-(methylthio)ethyl)-2-(3- nitrophenyl)oxazol-5(4H)-one tác dụng với hydrazine hydrate 98% trong dung môi dioxan tác giả cũng thu được hydrazide của N-(3-nitrobenzoyl)-D,L-methionine. H 3C S C H2 O O H2 C H C C NH2NH2 O N H3C S C H2 H2 C H C HN C C NHNH2 O C NO2 NO2 Hydrazide của acid 2-benzoylamino-3-substituted-acrylic cũng được tổng hợp khi cho oxazolone phản ứng với hydrazine hydrate [23]. Trong công trình [1], sử dụng phương pháp như trên tác giả đã tổng hợp được 2-(acetamido)-3-(4-chlorophenyl)acrylohydrazide. Cl CH N O O Cl CH NH2NH2 C H3C C NH NHNH2 C O O H 3C Tuy nhiên, cấu trúc không gian của sản phẩm vẫn chưa được tác giả đề cập đến. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 13 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp 1.3. Một số phản ứng chuyển hóa hydrazide Hydrazide là một hợp chất trung gian quan trọng trong tổng hợp các hợp chất dị vòng, là những chất có ý nghĩa lớn trong y học. Bên cạnh đó, nhiều dẫn xuất hydrazone cũng được chú ý đến trong việc phát triển các chất kháng khuẩn mới dựa vào hoạt tính kháng khuẩn của chúng [9, 10, 12, 45]. Tác giả [3] đã chuyển hóa hydrazide thành dẫn xuất của dị vòng pyrimidine từ acethylacetone (hay pentan-2,4-dion) và thioure: O O N NHNH2 SCH2 N (Hr)ArC(O)CH3 N H 3C CH3 N H SCH2 N Ar(H) C H N H 3C CH3 (14a-f ) (13) Ar = 3-H2NC6H4 (14 a), 4-BrC6H4 (14b), 3-NO2C6H4 (14c) 4-NO2C6H4 (14 d), C6H4X (14 e) Hr = C5H4N (4-pyridyl-14f ) Trong công trình [1], tác giả đã tổng hợp được một dãy hydrazide N-thế bằng cách ngưng tụ hydrazide với các aldehyde thơm khác nhau. Cl Cl CH C H3C C XC6H4CHO O C C6H4X C NH O NHN HC NHNH2 H3C H C CHN C O O X = 4-N(CH3)2, 4-OCH3, H, 4-F, 4-NO2, 3-NO2, 2-OH Các tác giả [29] đã tổng hợp được 1,3-disubstituted pyrolidinone từ hydrazone và hợp phần naphthoquinone. Hợp chất này có khả năng kháng lại các chủng vi khuẩn E. coli, S. aureus, M. luteum và kháng nấm C. tenuis, A. niger cao. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 14 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp Trong công trình [43], các tác giả đã chuyển hóa hydrazide thành dẫn xuất của dị vòng 1,3,4-oxadiazole và pyrazole. Các dẫn xuất thu được đều có hoạt tính kháng lao. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 15 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp Cho hydrazide tác dụng với acetophenone với sự hỗ trợ của vi sóng [25], sau đó cho hợp chất [2-oxo-3-(4-chlorophenyl)-2H-[1,8]-naphthyridin-1-yl]- methylcarbonyl-hydrazone phản ứng với anhydride acetic có sử dụng silicagel làm chất mang cũng trong điều kiện vi sóng đã tạo thành các hợp chất chứa dị vòng 1,3,4oxadiazoline. Cl Ar N N H2C O C Cl O C MW CH3 N N NHNH2 H2C O C O H N CH3 N C Ar O SiO2 Ac2O Cl N N O H2C O N O H3C N Ar C CH3 Tác giả [35] đã tổng hợp được dẫn xuất hydrazide-hydrazone cùng với một số các hydrazide N-thế khác. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 16 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp O N NC (17) + Ph N C S N H KOH DMF PhHN SK N C H3C (20) Kết quả nghiên cứu ở công trình trên cho thấy các chất 17-20 có khả năng kháng lại 3 loại tế bào: ung thư vú (MCF-7), ung thư phổi (NCI-H460) và ung thư (SF-268). Trong đó, hợp chất (17) có hoạt tính chống 3 dòng tế bào ung thư mạnh nhất. Khi cho hydrazide tác dụng với các dẫn xuất acetophenone và aldehyde thơm trong điều kiện lò vi sóng, tác giả [49] cũng thu được các hydrazone có khả năng kháng khuẩn. Sử dụng lò vi sóng trong tổng hợp góp phần làm giảm đi thời gian phản ứng. Theo tài liệu [8], một số dẫn xuất của oxadiazole và thiadiazole cũng được tổng hợp từ hydrazide. Quá trình tổng hợp như sau: SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 17 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp Cũng sử dụng hydrazide trong việc chuyển hóa, tác giả [19] đã tổng hợp được các dẫn xuất của acrylohydrazide thioglycoside có khả năng kháng dòng tế bào ung thư vú MCF-7. Sơ đồ tổng hợp như sau : SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 18 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp 1.4. Hoạt tính sinh học của một số hydrazide N-thế (hydrazone) Nhiều hydrazide N-thế (hydrazone) đã được tổng hợp và chứng minh có hoạt tính sinh học phong phú như chống co giật, kháng khuẩn, giảm đau, kháng viêm, chống đông máu, chống lao, chống ung thư… Theo tài liệu [13], các dẫn xuất hydrazone của (2-oxobenzoxazoline-3-yl) acetohydrazide (30) đã được tổng hợp và có hoạt tính chống động kinh. Dẫn xuất 4fluoro có hoạt tính cao hơn những dẫn xuất khác. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 19 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp Kết quả nghiên cứu về hoạt tính sinh học cho thấy, acetylhydrazone (31) có hoạt tính chống co giật tốt trong khi oxamoylhydrazone (32) lại có hoạt tính kém hơn [15]. Hợp chất 4-aminobutyric acid (GABA) là nhân tố kìm hãm sự kích thích thần kinh trong não của động vật có vú. Trong công trình [36], GABA hydrazone (33) được tổng hợp và đã được chứng minh có hoạt tính chống co giật trên các động vật thử nghiệm bị chứng động kinh. Các arylidenehydrazide (34) được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ giữa 3phenyl-5-sulfonamidoindole-2-carboxylic acid hydrazide với các loại aldehyde [17]. Trong đó, 3-phenyl-5-sulfonamidoindole-2-carboxylic acid 3,4-methylenedioxy / 4methyl / 4-nitrobenzylidene-hydrazide có hoạt tính chống trầm cảm với nồng độ là 100mg/kg. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 20 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp Một loạt các hợp chất có hoạt tính giảm đau là dẫn xuất của Nacylarylhydrazone được tổng hợp từ safrole tự nhiên. [(4′-N,N- Dimethylaminobenzylidene-3-(3′,4′-methylenedioxyphenyl)propionylhydrazine] (35) có hoạt tính mạnh hơn indomethacine và dipyrone, được sử dụng như một loại thuốc kháng viêm, giảm đau [30]. Gökhan-Kelekçi đã tổng hợp các hydrazone có chứa 5-methyl-2-benzoxazoline [41]. Tác dụng giảm đau của 2-[2-(5-methyl-2-benzoxazoline-3-yl)acetyl]-4-chloro- / 4-methyl benzylidene hydrazine (36a) và (36b) mạnh hơn cả morphine và aspirin. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 21 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp Theo tài liệu [26], ethyl 2-arylhydrazono-3-oxobutyrate (37) được tổng hợp để xác định hoạt tính kháng sinh của nó. Hợp chất (37a) cho thấy khả năng kháng S.aures đáng kể trong khi các hợp chất khác không có hoạt tính đối với dòng vi khuẩn này. Hợp chất (37b) được chứng minh là có hoạt tính chống Mycobacterium fortuitum cao hơn các hợp chất khác ở nồng độ 32 µg/ml. N1-(4-methoxybenzamido)benzoyl]-N2-[(5-nitro-2-furyl)methylene]hydrazine (38) ức chế sự sinh trưởng của một số vi khuẩn và nấm [28]. Turan-Zitouni và cộng sự đã tìm ra được các hợp chất benzylidene-5bromoimidazo[1,2-a]pyridine-2-carbohydrazide (39) và 4-methoxybenzylidene-5SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 22 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp bromoimidazo[1,2-a]pyridine-2-carbohydrazide (40) có hoạt tính kháng khuẩn ở nồng độ 3,9 µg/ml chống lại E. fecalis và S. epidermis [50]. Nifuroxazide (41) và các dẫn xuất được chứng minh là có hoạt tính kháng khuẩn chống lại S. aureus ATCC 25923 và ở nồng độ 0,16-63,00 μg/mL mới thể hiện hoạt tính [47]. Shchukina cùng cộng sự đã tổng hợp được INH (Isonicotinohydrazide) rồi chuyển hóa thành các dẫn xuất hydrazide-hydrazone (42) bằng phản ứng ngưng tụ INH với các loại aldehyde và ketone. Theo như báo cáo thì các hợp chất này có hoạt tính kháng lao ở chuột đã nhiễm bệnh và cả những chủng khác như khuẩn M. tuberculosis. Bên cạnh đó, những hợp chất này ít độc hơn INH [11, 40]. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 23 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp Küçükgüzel đã tổng hợp các dẫn xuất hydrazide-hydrazone. Trong đó, 2′,4′Difluoro-4-hydroxybiphenyl-3-carboxylic acid [(5-nitro-2-furyl)methylene]hydrazide (43) đã thể hiện hoạt tính chống lại khuẩn S. epidermis HE-5 và S. aureus HE-9 ở nồng độ tương ứng là 18.75 μg/mL và 37.5 μg/mL [27]. Dẫn xuất [5-(Pyridine-2-yl)-1,3,4-thiadiazole-2-yl]thio]acetic acid arylidenehydrazide (44) đã được tổng hợp và thử hoạt tính chống khuẩn lao [33]. Tác giả nhận thấy rằng một vài hợp chất thể hiện hoạt tính chống lại khuẩn M. tuberculosis ở nồng độ 20 μg/mL và khuẩn M. avium ở nồng độ 40 μg/mL. Hợp chất N′-Substituted-benzylidene-3,4,5-trimethoxybenzohydrazide (45) được tổng hợp và được chứng minh có hoạt tính chống ung bướu trên một vài dòng tế bào ung thư [22]. Demirbaş đã tổng hợp được các chất có chứa nhóm 5-oxo-[1,2,4]triazole. Hợp chất (46) và (47) có hoạt tính kháng ung thư trong ung thư vú [14]. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 24 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp N N H2N Trong công trình [24], H N N H C N O O (46) 4-Fluorobenzoic [(5-nitrothiophene-2- yl)methylene]hydrazide (48) được tổng hợp và có hoạt tính kháng lao. Hợp chất (48) thể hiện hoạt tính tốt nhất ở nồng độ không đổi là 6,25μg/mL. Qua các nghiên cứu được dẫn ra ở trên, có thể thấy các hợp chất hydrazide Nthế có hoạt tính sinh học khá phong phú. Gần đây, trong công trình [1], các tác giả đã tổng hợp được một số hợp chất hydrazide N-thế mới của acid 2-(acetamido)-3-(4chlorophenyl)acrylic. Tuy nhiên cấu trúc không gian của các hợp chất này vẫn chưa được làm sáng tỏ. Với mong muốn đóng góp thêm vào việc nghiên cứu các hợp chất hydrazide, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu cấu trúc của một số sản phẩm chuyển hóa từ 2-(acetamido)-3-(4-chlorophenyl)acrylohydrazide”. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 25 GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Sơ đồ thực nghiệm 2.2. Tổng hợp các chất 2.2.1. Tổng hợp 4-(4-chlorobenzylidene)-2-methyloxazol-5-one (A)  Phương trình phản ứng:  Hóa chất: 35g (0,34 mol) anhydride acetic. SVTH: Trương Thị Quỳnh Như Trang 26