Tài liệu Tổng hợp và thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của 5 -(3''-bromobenzyliden) -2 thiohydantoin và một số dẫn chất base mannich

BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI MAI CÔNG HƢNG TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH KHÁNG TẾ BÀO UNG THƢ CỦA 5-(3’BROMOBENZYLIDEN)-2THIOHYDANTOIN VÀ MỘT SỐ DẪN CHẤT BASE MANNICH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ HÀ NỘI – 2015 BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI MAI CÔNG HƢNG TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH KHÁNG TẾ BÀO UNG THƢ CỦA 5-(3’BROMOBENZYLIDEN)-2THIOHYDANTOIN VÀ MỘT SỐ DẪN CHẤT BASE MANNICH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ Ngƣời hƣớng dẫn: 1. TS. Vũ Trần Anh 2. DS. Tô Ái An Nơi thực hiện: Bộ môn Hóa hữu cơ HÀ NỘI – 2015 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Vũ Trần Anh, DS. Tô Ái An và PGS. TS Nguyễn Quang Đạt đã hết lòng chỉ bảo, giúp đỡ và trực tiếp hƣớng dẫn tôi trong thời gian thực hiện khóa luận này. Tôi cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của: Ths. Đặng Vũ Lƣơng (Phòng NMR- Viện Hóa học- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam), TS. Trần Thị Nhƣ Hằng (Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên), TS. Đào Thị Nhung (Bộ môn Hóa vật liệu- Khoa Hóa- Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội) và toàn thể các thầy cô giáo, cán bộ kỹ thuật viên của Bộ môn Hóa hữu cơ, các thầy cô giáo trong trƣờng, các phòng banTrƣờng Đại học Dƣợc Hà Nội. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhƣng do hạn chế về thời gian, kiến thức cũng nhƣ tài liệu tham khảo nên khóa luận của tôi không thể tránh khỏi những sai sót, khiếm khuyết trong nội dung và hình thức, tôi rất mong nhận đƣợc sự góp ý của các thầy cô để khóa luận đƣợc hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2015 Sinh viên MAI CÔNG HƢNG MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG ĐẶT VẤN ĐỀ 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 2 1.1 Tác dụng sinh học của các dẫn chất 2-thiohydantoin 2 1.1.1 Tác dụng ức chế tế bào ung thƣ 2 1.1.2 Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm 7 1.1.3 Các tác dụng khác 9 1.2 Các phƣơng pháp tổng hợp 2-thiohydantoin và dẫn chất 10 1.2.1 Phản ứng tổng hợp 2-thiohydantoin 10 1.2.2 Phản ứng tổng hợp dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin 12 1.2.3 Phản ứng tổng hợp các dẫn chất base Mannich 16 CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ VÀ 18 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất, dung môi 18 2.2 Thiết bị thí nghiệm 18 2.3 Nội dung nghiên cứu 19 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 19 2.4.1 Phƣơng pháp tổng hợp 2-thiohydantoin, 5-(3‟- 19 bromobenzyliden)-2-thiohydantoin và dẫn chất base Mannich 2.4.2 Phƣơng pháp xác định cấu trúc 20 2.4.3 Phƣơng pháp thử hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ 20 CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 23 3.1 Tổng hợp hóa học 23 3.1.1 Tổng hợp 2-thiohydantoin 24 3.1.2 Tổng hợp dẫn chất 5-(3‟-bromobenzyliden)-2-thiohydantoin 25 3.1.3 Tổng hợp một số dẫn chất base Mannich của 5-(3‟- 26 bromobenzyliden)-2-thiohydantoin 3.2 Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp đƣợc 29 3.2.1 Phổ hồng ngoại 29 3.2.2 Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 30 3.2.3 Phổ khối lƣợng 30 3.3 Thử hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ 30 3.4 Bàn luận 37 3.4.1 Về tổng hợp hóa học 37 3.4.1.1 Về phản ứng tổng hợp 2-thiohydantoin 37 3.4.1.2 Về phản ứng ngƣng tụ tạo 5-(3‟-bromobenzyliden)-2- 38 thiohydantoin 3.4.1.3 Về phản ứng Mannich 39 3.4.2 Về xác định cấu trúc của các chất tổng hợp đƣợc 39 3.4.2.1 Về phổ hồng ngoại (IR) 39 3.4.2.2 Về phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H-NMR 40 3.4.2.3 Về xác định đồng phân hình học của dẫn chất 5-(3‟- 41 bromobenzyliden)-2-thiohydantoin và các base Mannich dựa trên phổ 1H-NMR. 3.4.2.4 Về phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 13C-NMR 42 3.4.2.5 Về phổ MS 43 3.4.3 Về tác dụng gây độc tế bào ung thƣ 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC PHỤ LỤC 45 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 13 1 C-NMR H-NMR : Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân carbon 13 : Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân proton Ac2O : Anhydrid acetic AcOH : Acid acetic DMF : Dimethylformamid EGFR : Epidermal growth factor receptor (thụ thể của yếu tố tăng trƣởng biểu mô) EtOH : Ethanol ESI : Phƣơng pháp phun mù điện tử Hep-G2 : Tế bào ung thƣ gan ở ngƣời IC50 : Nồng độ ức chế 50% IR : Phổ hồng ngoại MeOH : Methanol MS : Khối phổ (Mass spectrometry) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Trang Kết quả tổng hợp 2-thiohydantoin (BT) và các dẫn chất của nó 32 (I, Ia-c) 3.2 Số liệu phổ 1H-NMR của A, BM, BT 33 3.3 Số liệu phổ IR và phổ 1H-NMR của I và các dẫn chất base 34 Mannich (Ia-c) 3.4 Số liệu phổ 13C-NMR của I và các dẫn chất base Mannich (Ia-c) 35 3.5 Số liệu phổ ESI-MS của I và các dẫn chất base Mannich (Ia-c) 36 3.6 Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào trên dòng tế bào ung thƣ 36 gan Hep-G2 của các chất tổng hợp đƣợc (theo phƣơng pháp SRB) 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Nghiên cứu và phát triển thuốc mới là một lĩnh vực khoa học tự nhiên đã ra đời rất lâu và ngày càng phát triển. Ở Việt Nam trƣớc đây lĩnh vực này chƣa phát triển song gần đây nghiên cứu và phát triển thuốc mới đã bắt đầu thu hút đƣợc sự chú ý của nhiều nhóm nghiên cứu và một số tập đoàn dƣợc phẩm lớn trong nƣớc. Trong quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc mới cần phải tổng hợp một số lƣợng lớn dẫn chất để: xác định pharmacophore (cấu trúc tác dụng chính); xác định mối liên quan giữa cấu trúc và tác dụng; tìm dẫn chất với tác dụng tốt hơn, tác dụng phụ ít hơn hoặc dƣợc động học tối ƣu cho sử dụng trên cơ thể sống. Các hợp chất dẫn đƣờng có thể tìm kiếm từ nhiều con đƣờng khác nhau: sàng lọc từ các hợp chất thiên nhiên, sàng lọc bằng tổng hợp hữu cơ, sàng lọc từ các chất nội sinh trong cơ thể… Trong đó sàng lọc bằng tổng hợp hữu cơ là con đƣờng quan trọng mà phần lớn các hãng dƣợc phẩm lớn hiện nay đều sử dụng để nghiên cứu phát hiện thuốc mới. Trên thế giới, các nhà khoa học đã quan tâm nghiên cứu về tổng hợp hóa học, tác dụng sinh học và ứng dụng làm thuốc của các dẫn chất 2thiohydantoin [9], [14], [30]… Trong đó nhiều dẫn chất của 2-thiohydantoin có tác dụng chống ung thƣ, kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virus và ức chế aldose reductase,… đáng quan tâm [16], [20], [21], [23], [36], [39], [40]. Để góp phần nghiên cứu, tìm kiếm các dẫn chất 2-thiohydantoin có tiềm năng về hoạt tính sinh học, chúng tôi thực hiện khóa luận với các mục tiêu sau: 1. Tổng hợp dẫn chất 5-(3‟-bromobenzyliden)-2-thiohydantoin và một số dẫn chất base Mannich. 2. Thử hoạt tính gây độc tế bào trên dòng tế bào ung thƣ gan Hep-G2 của các chất tổng hợp đƣợc. 2 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tác dụng sinh học của các dẫn chất 2-thiohydantoin. 2-thiohydantoin là hợp chất dị vòng đƣợc tạo thành nhờ phản ứng ngƣng tụ giữa một amino acid với một dẫn chất của thiocyanat. Bản thân 2thiohydantoin không thể hiện tác dụng sinh học, tuy nhiên các dẫn chất của 2thiohydantoin có tác dụng sinh học đã đƣợc biết đến trong thời gian dài. Nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng sinh học cho thấy các dẫn chất của 2-thiohydantoin có tác dụng đa dạng nhƣ: kháng tế bào ung thƣ [1], [5], [10], [39], [40], kháng đột biến gen [30], kháng virus [14], kháng virus HIV [20], kháng khuẩn [21], [23], ức chế enzyme aldose reductase [36] … Ngoài ra 2-thiohydantoin còn đƣợc sử dụng nhiều trong các lĩnh vực khác nhƣ sản xuất thuốc trừ sâu [37], thuốc nhuộm [37]… 1.1.1 Tác dụng ức chế tế bào ung thư. Merbaron là một dẫn chất của 2-thiobarbituric, có tác dụng gây độc tế bào với tế bào ung thƣ máu và một số tế bào ung thƣ khác. O O HN S H N N H O Merbaron Dựa trên sự tƣơng tự về cấu trúc của 2-thiohydantoin, Blanc và Cussac [38] đã tiến hành tổng hợp một số dẫn chất của 2-thiohydantoin (1a-d), thử tác dụng gây tăng miễn dịch và gây độc tế bào. Kết quả thử nghiệm cho thấy các dẫn chất tổng hợp đƣợc 1(a-d) có tác dụng gây tăng miễn dịch yếu, và có tác dụng trên các tế bào ung thƣ thử nghiệm. 3 R N O S R' R‟= CH2COOH, R‟‟= H (a) R= C6H5, R‟= CH2COOH, R‟‟= H (b) R= CH3, N R'' R= CH3, R‟= CH2COOC2H5, R‟‟= H (c) 1 R= C6H5, R‟= CH2COOC2H5, R‟‟= H (d) Năm 2010, một số dẫn chất của 2-thiohydantoin (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) đã đƣợc tác giả Al-Obaid và các cộng sự [9] nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng invitro về tác dụng chống ung thƣ trên 60 dòng tế bào ngƣời ở 5 nồng độ khác nhau. Kết quả thu đƣợc đáng chú ý là chất 2, 7 có tác dụng kháng tế bào ung thƣ trên dòng tế bào ung thƣ bạch cầu, các chất 3, 4, 5, 6, 8 có tác dụng ngăn cản sự phân bào và kìm hãm sự phát triển tế bào thử nghiệm. O Br 5-(5-bromo-thiophen-2-ylmethylen)-2- S NH CH N H thioxo-imidazolidin-4-on S 2 O NH CH S O S Acid 2-[5-(5-oxo-2-thioxo-imidazolidin- N H S 4-ylidenemethyl)-thiophen-2-ylsulfanyl]benzoic OH 3 O NH CH S 5-(4-oxo-4H-1,9-dithia- O N H S 4 S cyclopenta[b]naphthalen-2-ylmethylen)2-thioxo-imidazolidin-4-on 4 5-(5-bromo-thiophen-2-ylmethylen)-3- O Br S N CH N N H O morpholin-4-ylmethyl-2-thioxo- imidazolidin-4-on S 5 O Br 3-acetoxy-6-acetoxymethyl-2-[4-(5- S NH CH N bromo-thiophen-2-ylmethylen)-5-oxo- S 4,5-dihydro-1H-imidazol-2-ylsulfanyl]- AcO tetrahydro-pyran-4-yl acetat O OAc OAc 6 O N CH S O S Ph N H AcO 2-{5-[5-oxo-1-phenyl-2-(3,4,5- triacetoxy-6-acetoxymethyl-tetrahydroS pyran-2-ylsulfanyl)-1,5-dihydro- AcO OH Acid imidazol-4-ylidenemethyl]-thiophen-2- O OAc ylsulfanyl}-benzoic OAc 7 O Br S 3,4,5-triacetoxy-6-[4-(5-bromo-thiophenN CH N N S AcO O H OAc AcO O 2-ylmethylene)-1-morpholin-4-ylmethyl- 5-oxo-4,5-dihydro-1H-imidazol-2ylsulfanyl]-tetrahydro-pyran-2-ylmethyl acetat OAc 8 Nguyên nhân chính của ung thƣ kháng thuốc là do nồng độ quá cao của bơm tống thuốc phụ thuộc ATP khiến cho giảm nồng độ thuốc, trong đó có nồng độ quá cao của chất vận chuyển đa thuốc ABC (ví dụ P-glycoprotein). 5 Nhiều nhóm chức hóa học có khả năng ức chế loại bơm tống thuốc (loại có chứa P-gp), bao gồm 3 thế hệ điều biến P-gp. Các nghiên cứu cho thấy chất 5(3-methoxy-benzyliden)-3-{3-[4-(2-methoxy-phenyl)-piperazin-1-yl]propyl}-imidazolidin-2,4-dion (9), 5-(biphenyl-4-yl)methylen-2-thioxo- imidazolidin-4-on (10) có tác dụng ức chế bơm tống thuốc có yếu tố P-gp [34]. H3C H N O N O O O H3C N N 9 H N S O N H 10 Tác giả Spengler và Hadzlik [16] đã tiến hành tổng hợp một số dẫn chất của 5-aryliden-2-(thio)hydantoin và thử tác dụng ức chế bơm tống thuốc của các dẫn chất này. Chất 5-(biphenyl-4-yl)methylen-2-thioxo-imidazolidin-4-on (10) có tác dụng ức chế chất điều biến P-Glycoprotein trong tế bào ung thƣ tƣơng tự verapamil. H N S O N H 10 Dựa trên đó, tác giả Hadzlik và cộng sự [16] tiếp tục tổng hợp dẫn chất của 5-aryliden-2-(thio)hydantoin theo sơ đồ chuyển hóa: 6 O H N O H N S ArOH N H S Ar N H H N O CH3I SCH3 Ar N HO HN O HO H N N Ar N N N Các tác giả đã thử tác dụng ức chế bơm tống thuốc của các dẫn chất đã tổng hợp đƣợc trên các tế bào lympho T đã kháng thuốc của chuột có gen vận chuyển thuốc ABCB1. Kết quả cho thấy một số dẫn chất có tác dụng yếu trên bơm tống thuốc ở tế bào ung thƣ thử nghiệm, tác dụng yếu hơn chất 4. Hợp chất có tác dụng mạnh nhất có 2 nhân thơm. Theo các tác giả này, phần nhân thơm không phân cực là yếu tố thuận lợi cho tác dụng ức chế bơm tống thuốc trên tế bào ung thƣ, còn nhóm hydroxyl là nhóm thế gây giảm tác dụng. Đặc biệt, những nghiên cứu gần đây cho thấy khung benzyl của (thio)hydantoin có khả năng gắn lên các chất vận chuyển protein. Các công trình nghiên cứu của một số tác giả cho thấy tác dụng chống ung thƣ của các dẫn chất (thio)hydantoin rất đáng quan tâm [11], [16], [38]. Dẫn chất (thio)hydantoin có tác dụng ức chế quá trình phosphoryl hóa tự động và biệt hóa một số tế bào ung thƣ do yếu tố EGFR (receptor của yếu tố tăng trƣởng biểu mô) [11], [38]. Một số nghiên cứu của tác giả Tô Ái An [1], tác giả Trần Đức Lai [5] gần đây cho thấy một số dẫn chất của 5-aryliden-2-thiohydantoin có tác dụng ức chế tế bào ung thƣ gan Hep-G2 ví dụ: (5-(4’-clorobenzyliden)-2- 7 thiohydantion (IC50= 4,66 µg/ml), methylpiperazino)methyl-2-thiohydantoin 5-(4’-clorobenzyliden)-3-(N- (IC50= 4,95 µg/ml), 5-(2’- hydroxybenzyliden)-2-thiohydantoin (IC50= 4,72 µg/ml)…) và tế bào ung thƣ đại tràng HTC116 ( 5-(2’-clorobenzyliden)-2-thiohydantion (IC50= 24,40 µg/ml), 5-(4’-clorobenzyliden)-2-thiohydantion (IC50= 27,08 µg/ml)…). 1.1.2 Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm. Tác giả Herba [17] đã tiến hành tổng hợp một số dẫn chất của thiohydantoin và thử tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm trên các chủng vi khuẩn: Staphylococcus aureus (RCMB 000108) và Bacillus subtilis (RCMB 000109) (Gram dƣơng), Pseudomonas aeruginosa (RCMB 000103) và Escherichia coli (RCMB 000106) (Gram âm). Các chất tổng hợp đƣợc thử tác dụng kháng nấm trên các chủng Aspergillus fumigates (RCMB 002006), Geotrichum candidum (RCMB 005008), Candida albicans (RCMB 005003), Syncephalastrum racemosum (RCMB 005004). Kết quả cho thấy các chất tổng hợp đƣợc đều có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm. Chất 5-oxo-2thioxo-1-(2-p-tolyl-ethylideneamino)-imidazolidin-4-yl acetat (12) có tác dụng tốt nhất trên chủng vi khuẩn và nấm thử nghiệm. Chất 1-acetyl-3-[(ptolylethyliden)amino]-2-thiohydantoin (13) và chất 5-thiophen-2-yliden-3[(p-tolylethyliden)amino]-2-thiohydantoin (14) có tác dụng trung bình. Chất 1-acetyl-3-[(p-tolylethyliden)amino]-5-thiophen-2-yliden-2-thihydantoin (15) có tác dụng tốt trên chủng vi khuẩn và tác dụng trung bình trên chủng nấm thử nghiệm. 8 N O CH3 N O N N S S N H O O N O 12 CH3 N O S O S N H CH3 N N S 13 N S N O 15 14 Năm 2010, tác giả Abd El Fattah [8] đã tổng hợp một số dẫn chất của thiohydantoin và thử hoạt tính trên 4 dòng vi khuẩn là: Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas species và 1 dòng vi nấm là Candida albicans. Kết quả thu đƣợc cho thấy các hợp chất 16, 17, 18 tác dụng tốt trên dòng vi khuẩn Pseudomonas sp; các hợp chất 16, 17, 18 tác dụng yếu trên dòng Escherichia coli; 18, 19 tác dụng rất tốt trên vi khuẩn Staphylococcus aureus; 16, 17, 19, 20 tác dụng rất tốt trên dòng vi nấm Candida albicans. S Br N N OCOCH3 O 16 N COCH3 2-[(3-acetyl-5-oxo-2-thioxoimidazolidin-1-ylimino)-methyl]-4bromo-phenyl acetat 9 S Br N OH N 5-acetyl-3-[(5-bromo-2-hydroxy- NH COCH3 O benzyliden)-amino]-2-thioxoimidazolidin-4-on 17 S Br N N N COCH3 Br oxo-2-thioxo-imidazolidin-1- COCH3 OCOCH3 O 4-bromo-2-[(3,4-diacetyl-4-bromo-5- ylimino)-methyl]-phenyl acetat 18 H2NHN Br N N H OH H NHN 2 4-bromo-2-[(2,5-dihydrazino- NH imidazolidin-1-ylamino)-methyl]phenol 19 S Br N OH N 3-[(5-bromo-2-hydroxy-benzyliden)- NH O S amino]-5-thiophen-2-ylmethylen-2thioxo-imidazolidin-4-on 20 Tác giả Trần Đức Lai [5] đã nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm của một số dẫn chất của 5-aryliden-2-thiohydantoin, kết quả cho thấy có một số chất có tác dụng kháng chủng vi khuẩn B.Subtilis (MIC=25-50µg/ml), đó là các chất (5-(2’-clorobenzyliden)-2-thiohydantion, 5-(3’-clorobenzyliden)-2-thiohydantion,5-(4’-clorobenzyliden)-2thiohydantion,…) 1.1.3 Các tác dụng khác. Trong US patent 6.826.924 tác giả Pfahl [27] đã tổng hợp các dẫn chất của 2-thioxo-4-imidazolidindion có tác dụng trong điều trị các bệnh liên quan 10 đến chuyển hóa lipid và carbonhydrat nhƣ đái tháo đƣờng typ 2, biệt hóa tế bào mô mỡ, bệnh Hodgkin, bệnh bạch cầu, ung thƣ vú, ung thƣ tiền liệt tuyến… R5 R4 Ar Ar R1 O NH HN R3 R2 S 21 Các dẫn chất thế ở vị trí 5 của 2‟-deoxyuridin bởi các dị vòng 5 cạnh đã đƣợc nghiên cứu để thử tác dụng kháng virus [14], trong đó có dẫn chất 5-(5bromothien-2-yl)-2‟-deoxyuridin và 5-(5-clorothien-2-yl)-2‟-deoxyuridin (21) có tác dụng ức chế sự nhân lên của virus Herpes typ 1. Tác giả El-Barbary [14] đã sử dụng 5-methylen-2-thiohydantoin là dị vòng 5 cạnh để tiến hành phản ứng với 2‟-deoxyuridin nhằm tạo ra các chất mới để nghiên cứu tác dụng kháng virus theo sơ đồ sau: S R N S HN O R N HN O O 1.(Me3Si)2NH/(NH4)2SO4 2.CF3SO3Me3, MeCN HN O N H TolO O CHO HN HN O R= Ph O piperidin/EtOH N TolO O OTol O N O OTol Một số dẫn chất tổng hợp có tác dụng gây độc trên tế bào MT4 của virus HIV-1, không có tác dụng đáng kể trên virus Herpes typ 1. 1.2 Các phƣơng pháp tổng hợp 2-thiohydantoin và dẫn chất. 1.2.1 Phản ứng tổng hợp 2-thiohydantoin. 1.2.1.1 Phản ứng của các α-amino acid và thioure. Phản ứng: 11 O O R S OH R 170-2200C + NH2 H2N NH2 NH HN - H2O, NH3 S Đây là phản ứng cho hiệu suất cao trong tổng hợp 2-thiohydantoin, là sự ngƣng tụ trực tiếp giữa α-amino acids và thioure trong điều kiện 170-220oC mà không cần dung môi nào. Phản ứng này đã đƣợc thực hiện trong bình hồi lƣu dƣới 4 điều kiện khác nhau: + sử dụng bình áo. + đun cách dầu. + trong lò phản ứng không gỉ kín, đƣợc trang bị khuấy từ và đun nóng bằng dầu. + thiết bị đun cách acid ở nhiệt độ không đổi. Phản ứng này cho hiệu suất khác nhau ứng với các amino acid khác nhau và điều kiện phản ứng khác nhau. Hiệu suất cao nhất khi sử dụng điều kiện đun cách dầu, dao động từ 70% đến gần nhƣ 100% [22], [37]. 1.2.1.2 Phản ứng của các α-amino acid với amonium thiocyanat. Năm 1913, Treat Johson và Water Scott [19] tìm ra phản ứng giữa αamino acids với amonium thiocyanat trong môi trƣờng anhydrid acetic khan. Sản phẩm trung gian thu đƣợc là acylthiohydantoin, sản phẩm trung gian này bị thủy phân trong môi trƣờng acid ở nhiệt độ cao sẽ sinh ra 2-thiohydantoin. Sơ đồ phản ứng: O R OH H2N O NH4SCN, Ac2O H N S R N O CH3 H+ - CH3COOH O H N R N H S Trong bài báo này, tác giả đã thực hiện phản ứng tổng hợp thiohydantoin và dẫn chất từ 7 acid khác nhau là: acid aceticphtalamic, acid p- 12 methoxyhippuric, acid carbethoxyaminoacetic, acid m-nitrohippuric, acetyldibromphenylalanin, benzoylalanin, acid phenylsulfonaminoacetic. Năm 2006, Samuel Reyes và cộng sự [28] đã tiến hành tổng theo phƣơng pháp trên và thu đƣợc kết 2-thiohydantoin. Năm 2011, Sandrine Gosling và cộng sự [15] cũng đã xây dựng qui trình tổng hợp 2-thiohydantoin theo sơ đồ nhƣ trên và chúng tôi lựa chọn thực hiện tổng hợp 2-thiohydantoin theo qui trình này. 1.2.1.3 Phản ứng của glycin ethyl ester thiocyanat với acid amin. Glycin ethyl ester thiocyanat kết hợp với acid amin, đun hồi lƣu trong cloroform trong 4 giờ đƣợc dẫn chất thế ở vị trí 3 của uredoacetic ethyl ester, sau đó đun hồi lƣu trong ethanol/acid hydrochloric (nồng độ 10N, tỷ lệ 1:1) thu đƣợc 2-thiohydantoin có nhóm thế ở vị trí 3 nhƣ mong muốn [37]. Phản ứng: O NCS O H2N O O a H N O H N R b HN S R N R S a: Đun hồi lƣu 4 giờ trong CHCl3. b: Đun hồi lƣu 3 giờ trong EtOH/HCl 10N tỷ lệ 1:1. 1.2.2 Phản ứng tổng hợp dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin. Công thức cấu tạo 2-thiohydantoin (2-thioxoimidazolidin-4-on) nhƣ sau: O HN NH S Từ cấu trúc phân tử 2-thiohydantoin cho thấy nhiều khả năng phản ứng chuyển hóa để tạo thành nhiều dẫn chất khác nhau của 2-thiohydantoin [12], [23], [37]… Các phản ứng thực hiện theo hƣớng chính sau: - Phản ứng thế vào vị trí nitơ N-1 và N-3.