Tài liệu Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của 3-(4-Nitrophenyl) - Hydantoin và một số dẫn chất

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI LÊ TRỌNG ĐẠT TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA 3-(4-NITROPHENYL)HYDANTOIN VÀ MỘT SỐ DẪN CHẤT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI-2013 BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI LÊ TRỌNG ĐẠT TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA 3-(4-NITROPHENYL)HYDANTOIN VÀ MỘT SỐ DẪN CHẤT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn: ThS. Hoàng Thu Trang DS.Trịnh Văn Ninh Nơi thực hiện: Bộ môn Hóa Hữu Cơ HÀ NỘI-2013 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới ThS Hoàng Thu Trang, DS.Trịnh Văn Ninh, PGS.TS Nguyễn Quang Đạt, TS.Vũ Trần Anh là người thầy đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi và động viên tôi hoàn thành khóa luận này Tôi cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của : Ths Đặng Vũ Lương (Phòng NMR- Viện hóa học- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam), Ths. Phạm Thị Nguyệt Hằng (Khoa Dược lý-Sinh hóa, Viện Dược liệu Việt Nam), TS. Nguyễn Thị Sơn (Bộ môn Hóa vật liệu, khoa Hóa, trường 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 trường, các phòng ban, thư viện - Trường Đại học Dược Hà Nội. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do hạn chế về thời gian, kiến thức cũng như 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 được sự góp ý của các thầy cô để khóa luận được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu vừa qua. Hà Nội, ngày 1 tháng 5 năm 2013 Sinh viên Lê Trọng Đạt DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT A549 13 C – NMR : Tế bào ung thư phổi ở người : Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13 AcOH : Acid acetic DMF : Dimethylformamid DMSO : Dimethylsulfoxid EGFR : Epidermal growth factor receptor, thụ thể của yếu tố tăng trưởng biểu mô EtOH : Ethanol EtOAc : Ethyl acetat HCT116 : Tế bào ung thư đại tràng ở người. Hep – G2 : Tế bào ung thư gan ở người HMBC : Phổ tương tác dị hạt nhân qua nhiều liên kết (Heteronuclear Multiple Bond Connectivity) 1 H – NMR HSQC : Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton : Phổ tương tác dị hạt nhân qua một liên kết (Heteronuclear Single-Quantum coherence) IC50 : Nồng độ ức chế 50% IR : Phổ hồng ngoại LU : Tế bào ung thư phổi MCF7 : Tế bào ung thư biểu mô vú ở người MeOH : Methanol MS : Khối phổ ( Mass spectrometry) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Kết quả tổng hợp của các dẫn chất 3-aryl-5arylidenhydantoin tổng hợp được I-V Trang 27 3.2: Số liệu phổ IR của các chất tổng hợp được 28 3.3: Số liệu phổ 1H-NMR của các chất tổng hợp được 29 3.4: Số liệu phổ 13C-NMR của các chất tổng hợp được 30 3.5: Kết quả thử tác dụng kháng các dòng tế bào ung thư 31 người của các chất tổng hợp được 3.7: Giá trị IC50 (µg/ml) của các dẫn chất hydantoin trên Hep-G2 38 3.8: Giá trị IC50 (µg/ml) của các dẫn chất hydantoin trên HTC116 39 DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC Phụ lục 1 (1.2-1.3) : Các phổ của hợp chất A Phụ lục 2 (2.1-2.6) : Các phổ của hợp chất B Phụ lục 3 (3.1-3.6) : Các phổ của hợp chất I Phụ lục 4 (4.1-4.6) : Các phổ của hợp chất II Phụ lục 5 (5.1-5.6) : Các phổ của hợp chất III Phụ lục 6 (6.1-6.6) : Các phổ của hợp chất IV Phụ lục 7 (7.1-7.6) : Các phổ của hợp chất V Phụ lục 8 : Phiếu trả lời kết quả thử hoạt tính kháng tế bào ung thư Trang CÁC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ ĐẶT VẤN ĐỀ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 2 1.1. TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA CÁC DẪN CHẤT HYDANTOIN 2 1.1.1 Tác dụng chống co giật 2 1.1.2 Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm 3 1.1.3 Tác dụng ức chế tế bào ung thư 4 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HYDANTOIN VÀ DẪN 8 CHẤT 1.2.1 Phản ứng tổng hợp hydantoin và hydantoin thế 8 1.2.1.1 Phản ứng đóng vòng của các α-aminoacid với các cyanat 8 1.2.1.1 Phương pháp tổng hợp từ α-aminoacid và isocyanat hữu cơ 8 1.2.1.3 Phản ứng đóng vòng của các α-dicarbonyl với ure hoặc dẫn xuất của 9 ure 1.2.1.4 Phản ứng Bucherer-Bergs 9 1.1.1.5 Phản ứng của các cyanoacetamid với kiềm hypohalid 10 1.2.2 Phản ứng tổng hợp dẫn chất 5-arylidenhydantoin 10 1.2.2.1 Phản ứng ngưng tụ với aldehyd 10 CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG 14 PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT, DUNG MÔI 14 2.2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 15 2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 15 2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.4.1 Phương pháp tổng hợp các dẫn chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin 15 2.4.2 Phương pháp xác định cấu trúc 16 2.4.3 Phương pháp thử tác dụng kháng tế bào ung thư 16 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 17 3.1 TỔNG HỢP HÓA HỌC 17 3.1.1 Tổng hợp 3-(4-nitrophenyl)hydantoin 17 3.1.1.1 Tổng hợp N-(4-nitrophenylamino)carbonyl)glycin 18 3.1.1.2 Tổng hợp 3-(4-nitrophenyl)hydantoin 19 3.1.2 Tổng hợp các dẫn chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin (I-V) 19 3.2 XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA CÁC CHẤT TỔNG HỢP ĐƯỢC 23 3.2.1 Phổ hồng ngoại 23 3.2.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C 24 3.2.3 Phổ khối lượng 24 3.3 THỬ NGHIỆM HOẠT TÍNH KHÁNG CÁC DÒNG TẾ BÀO UNG 24 THƯ NGƯỜI 3.4 BÀN LUẬN 33 3.4.1 VỀ TỔNG HỢP HÓA HỌC 33 3.4.2 VỀ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA CÁC CHẤT TỔNG HỢP 35 ĐƯỢC 3.4.2.1 Về phổ hồng ngoại (IR) 35 3.4.2.2 Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR 36 3.4.2.3 Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C-NMR 36 3.4.2.4 Về phổ MS 37 3.4.3 VỀ TÁC DỤNG KHÁNG TẾ BÀO UNG THƯ 37 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40 4.1 KẾT LUẬN 40 4.2 KIẾN NGHỊ 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong tất cả các lĩnh vực, việc tìm ra những phương pháp mới để nâng cao hiệu quả sử dụng luôn là vấn đề được quan tâm hàng đầu. Cũng như vậy, trong lĩnh vực Dược phẩm, các nhà khoa học luôn nỗ lực không ngừng nhằm tìm ra những dẫn chất mới có tiềm năng tác dụng sinh học để có thể nâng cao công tác phòng và chữa bệnh. Hiện nay, đã có nhiều phương pháp đươc áp dụng nhưng phương pháp tổng hợp và bán tổng hợp vẫn giữ vai trò quan trọng và không thể thiếu. Các nhà nghiên cứu thường dựa trên cấu trúc của các chất đang được dùng làm thuốc hoặc các chất có tác dụng dược lý, có triển vọng để tạo ra các chất mới dự đoán có tác dụng tốt hơn, ít độc tính hơn và có hiệu quả cao hơn trong điều trị. Với những tiềm năng về tác dụng sinh học, các dẫn chất của hydatoin đã được quan tâm nghiên cứu và mang lại những hiệu quả nhất định. Có thể kể đến một số dẫn chất đã được sử dụng rộng rãi trong y học như phenytoin (thuốc chống động kinh), nitrofurantoin (thuốc kháng khuẩn), dantrium (thuốc giãn cơ vân), nilutamid (thuốc điều trị ung thư tuyến tiền liệt di căn). Để góp phần nghiên cứu, tìm kiếm các dẫn chất 5-arylidenhydantoin mới có tiềm năng về hoạt tính sinh học, chúng tôi thực hiện khóa luận với các mục tiêu sau: 1.Tổng hợp 3-(4-nitrophenyl)hydatoin và một số dẫn chất. 2.Thử tác dụng chống ung thư của các hợp chất tổng hợp được. 2 CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN 1.1 TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA CÁC DẪN CHẤT HYDANTOIN Hydantoin (imidazolidin-2,4-dion) là hợp chất hữu cơ được A.Bayer phát hiện năm 1861 [11] bằng phản ứng hydro phân (hydrogenolysis) allantoin (chất được phát hiện trong túi dịch niệu (the allantoic fluid) của bò cái), đó là nguồn gốc của tên hydantoin. Sau đó, năm 1864, A.Bayer [11] tổng hợp được hydatoin với nguyên liệu ban đầu là bromoacetylure. Tuy nhiên cấu trúc vòng của hydantoin chỉ được xác định bởi Strecker vào năm 1873 [8]. Cho đến nay, nhiều dẫn chất của hydantoin đã được tổng hợp và một số chất đã được sử dụng làm thuốc. Bản thân hydantoin không thể hiện tác dụng sinh học, tuy nhiên nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng sinh học cho thấy các dẫn chất của hydantoin có tác dụng khá phong phú và đa dạng như động chống động kinh, kháng khuẩn, chống ung thư [1], [2], [3], [6], [12], [14], [15]… Các dẫn xuất thế ở vị trí C1, C3, đặc biệt thế 2 lần ở vị trí C5 đã được nghiên cứu và cho thấy nhiều tác dụng sinh học đáng chú ý: 1.1.1 Tác dụng chống co giật Dẫn chất hydantoin được dùng nhiều nhất trong điều trị là 5,5diphenylhydatoin (phenytoin) (1), biệt dược là Dilantin (biệt dược của ParkeDavis), Epanutin (biệt dược của Pfizer). H N O NH O (1) Phenytoin có tác dụng chống co giật, thường được sử dụng trong điều trị bệnh động kinh [2], [6], [19]. Tuy nhiên phenytoin còn có một số tác dụng 3 phụ như giảm bạch cầu, giảm tiểu cầu, buồn nôn, phát ban,… vì thế đã có nhiều nghiên cứu nhằm tổng hợp các dẫn chất của hydantoin có ít tác dụng phụ hơn nhưng vẫn duy trì được tác dụng chống co giật. Ví dụ, các dẫn chất phenytoin được tổng hợp gồm ethotoin (3-ethyl-5-phenylhydantoin), mephenytoin (5-ethyl-3-methyl-5-phenylhydantoin), 5-methyl-5- phenylhydantoin, và 5-pentyl-5-phenylhydantoin [24]. 1.1.2 Tác dụng kháng khuẩn kháng nấm Nitrofurantoin (2) là dẫn chất hydantoin được dùng điều trị nhiễm khuẩn đường tiết niệu từ năm 1959 và cho đến nay vẫn được sử dụng trong điều trị [9], [16]. O2N O N N O NH O (II) Năm 1993, tác giả Janos Marton và cộng sự [20] đã tổng hợp và thử tác dụng kháng khuẩn,kháng nấm của dẫn chất 5-arylidenehydantoin (3 a-h) cho thấy chúng có tác dụng tốt. Các chất tổng hợp có tác dụng với chủng nấm gây bệnh trên lúa mì, đậu… như Erysiphegraminis f. sp. Stritici, Uromyces appendicutalus, Botrytis nicerea. H N O O HN R1 R2 R3 3 a-h R4 R1=R2=R3=R4=H (a) R1=OH, R2=R3=R4=H (e) R3=OCH3, R1=R2=R4=H (b) R2=OCH3, R3=OH, R1=R4=H (f ) R1=OCH3, R2=R3=R4=H (c) R2=OH, R3=OCH3, R1=R4=H (g) R2=R3=OCH3,R1=R4=H (d) R1=OH, R2=OCH3, R3=R4=H (h) 4 1.1.3 Tác dụng ức chế tế bào ung thư Một dẫn chất hydantoin đã được ứng dụng trong điều trị ung thư là Nilutamid (4) O F F F NH N CH3 CH3 O O2N (4) Chất này được tổng hợp năm 1992, được ứng dụng trong điều trị ung thư tuyến tiền liệt di căn năm 1996 [3], [6], [19]. Nilutamid được chỉ định trong điều trị ung thư tuyến tiền liệt có di căn, dùng phối hợp với phẫu thuật cắt bỏ tinh hoàn. Một số hợp chất thiên nhiên có cấu trúc 5- arylidenhydantoin được phân lập và tìm thấy có hoạt tính ức chế tế bào ung thư như các chất aplysinopsin (5) và spongiacidin (6) từ bọt biển [15], [17]. R CH3 N N H O HN O N CH3 5 Br H N O HN O NH O 6 Năm 2003, các tác giả Đinh Thị Thanh Hải, Nguyễn Quang Đạt, Lê Mai Hương [4] cũng đã nghiên cứu hoạt tính kháng hai dòng tế bào ung thư ở người (tế bào ung thư biểu mô (KB) và tế bào ung thư màng tử cung (FL) của dãy chất 5-(5’-nitro-2’-furfurliden)hydantoin) Kết quả là tìm được hai chất là 5-(5’-nitro-2’-furfuryliden)imidazolidin2,4-dion(8) và 3-piperidinomethyl-5-(5’-nitro-2’furfuryliden)imidazolidin2,4-dion (9) có hoạt tính kháng tế bào ung thư rất mạnh (giá trị IC50 là 0,2- 5 1,04 (µg/ml)) đối với dòng tế bào FL và 0,6-1,15 (µg/ml) đối với dòng tế bào KB. H N N NO2 O O O CH2 O N O N H 7 N H O NO2 8 Năm 2006, C.Carmi và cộng sự [12] đã nghiên cứu tổng hợp một số dẫn chất 1-phenyl-5-benzylidenhydantoin và thử hoạt tính ức chế EGFR (receptor của yếu tố tăng trưởng biểu mô) và chống tăng sinh của ung thư biểu mô ở người A431. Kết quả nghiên cứu của tác giả Carmi cho thấy một số chất tổng hợp được có tác dụng ức chế quá trình phosphoryl hóa của EGFR, có tác dụng ức chế sự phát triển và tăng sinh của tế bào ung thư biểu mô A431 khi thử ở nồng độ 20µM. Chất có tác dụng mạnh nhất là (E)-5-p-hydroxybenzyliden-1phenethylhydantoin (10) với IC50= 27µM trên invivo. Năm 2009, V.Zualiani và C.Carmi tiếp tục hướng nghiên cứu các dẫn chất 5-benzylidenhydantoin có hoạt tính ức chế EGFR và hoạt tính chống ung thư, đã tổng hợp và thử nghiệm hoạt tính chống tăng sinh dòng tế bào ung thư phổi A549 [33]. Kết quả cho thấy một số dẫn chất 5-benzyliden-1phenethylhydantoin có hoạt tính ức chế tăng sinh tế bào ở nồng độ 20µM. Chất có tác dụng mạnh nhất (E)-5-p-hydroxybenzyliden-1- phenethylhydantoin (9). N HO O N H 9 O 6 Các tác giả đã giả thiết cơ chế tác dụng kép của dãy chất này là do liên kết đôi liên hợp ở ngoài vòng đã tạo cho nhân hydantoin có hai khả năng tác dụng là tương tác với vị trí hoạt động của EGFR và alkyl hóa các chất ái nhân sinh học. Giả thuyết này được ủng hộ bởi hoạt tính gây độc tế bào ung thư đã biết của nhiều hợp chất thiên nhiên và tổng hợp có chứa nhóm carbonyl α β không no [14]. Năm 2009, M.Mudit, M.Khanfar đã công bố công trình nghiên cứu về phát minh, thiết kế và tổng hợp các dẫn chất 5-benzylidenhydantoin có hoạt tính chống ung thư di căn lấy cảm hứng từ hợp chất thiên nhiên ở biển [23]. Từ loài bọt biển Hemimycale Arabica (Mycalidae) ở biển Hồng Hải, các tác giả đã phân lập được 3 chất đặc biệt là (Z)-5-(4-hydroxybenzyliden)hydantoin (10), (R)-5-(4-hydroxybenzyl)hydantoin (11), (Z)-5-(6-bromo-1H-indol-3yl)methylen)-hydantoin (12). O O OH HN OH HN NH NH O O 10 11 O HN NH O N H Br 12 Tiếp đó các tác giả đã tổng hợp 39 dẫn chất 5-benzylidenhydantoin, trong đó có 8 chất mới. Thử nghiệm hoạt tính chống ung thư cho thấy chất 8 tự nhiên và chất tổng hợp (Z)-5-(4-ethylthio)benzylidenhydantoin (13) có hoạt tính mạnh ức chế sự tăng trưởng và xâm lấn của tế bào ung thư tuyến 7 tiền liệt trên invitro. Về mối liên quan cấu trúc-tác dụng của dãy chất này, các tác giả có nhận xét là yếu tố lập thể ảnh hưởng đến tác dụng nhiều hơn yếu tố điện tử và các chất có nhóm thế ở vị trí para của nhóm benzlydien mà có chứa nguyên tử oxy, nitơ hoặc lưu huỳnh có hoạt tính cao. Các hợp chất này có tính chất nhận hydro, vì thế có thể có tương tác liên kết hydro ở vị trí para. O S HN NH O 13 Năm 2010, tác giả Vũ Trần Anh [1] đã nghiên cứu tổng hợp và thử hoạt tính của các dẫn xuất của hydantoin (14). Kết quả đã tổng hợp đựơc 43 dẫn chất của hydantoin trong đó có 9 dẫn xuất của 5-arylidenhydantoin và 34 dẫn chất base Mannich của các dẫn xuất 5-arylidenhydantoin. Tác giả đã thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của 43 chất tổng hợp được đối với 2 dòng tế bào ung thư người là tế bào ung thư gan Hep-G2 và tế bào ung thư phổi LU. Kết quả cho thấy trong số 43 chất tổng hợp được có 4 dẫn chất 5arylidenhydantoin và 9 dẫn chất base Mannich của chúng có hoạt tính kháng tế bào ung thư gan người Hep-G2 (IC50=0,38÷5μg/ml). Các dẫn chất base Mannich đều có đặc điểm cấu tạo chung là chứa nhóm hút điện tử (-Cl, -NO2) trong hợp phần aryliden. O 3' 2' 1' 4' R 5' 6 4 C H 5 6' 3 1 N H N CH2-NR1R2 2 O (14) R=H, 2’-OH; 4’-OH, 4’-N(CH3)2; 4’-F; 2’-Cl; 4’-Cl; 3’-NO2; 4’-NO2. R1 R1 N N O (a) N R1 N N R2 N N CH3 (c) R2 R2 (b) R1 N HN R2 CH3 (d) 8 CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HYDANTOIN VÀ DẪN 1.2 CHẤT Hiện nay nhiều dẫn chất của hydantoin ngoài việc được ứng dụng làm thuốc còn được sử dụng làm nguyên liệu trong tổng hợp hóa học, trong hóa phân tích, trong nông nghiệp và nhiều ứng dụng khác. Do tiềm năng ứng dụng đa dạng của các dẫn chất hydantoin, nên từ cuối thế kỉ 19 đến nay đã có nhiều phương pháp tổng hợp hydantoin và dẫn chất được công bố trong các tài liệu khác nhau. 1.2.1 Phản ứng tổng hợp hydantoin và hydantoin thế 1.2.1.1 Phản ứng đóng vòng của các α-aminoacid với các cyanat. Đây là phương pháp cổ điển để tổng hợp hydantoin thế ở C-5 hoặc N-1, sử dụng phản ứng giữa α-aminoacid và kalicyanat, được tác giả Urech tiến hành đầu tiên vào năm 1873. Phản ứng được tiến hành trong dung dịch nước ở 1000C [8], [21]. Sơ đồ phản ứng: O H R C COOH R' NH KCN H2O 0 100 C H R C COOK R' NCONH2 HCl 25% HN NR' O R Muối kali của acid hydantoic Phương pháp tổng hợp này cho hiệu suất cao nếu đi từ nguyên liệu là muối hydroclorid của ester ethylglycin. 1.2.1.2 Phương pháp tổng hợp từ α-aminoacid và isocyanat hữu cơ. Đây là phương pháp mở rộng của phương pháp Urech [34], được sử dụng để tổng hợp dẫn chất hydantoin thế ở N-3. Akyl isocyanat và aryl isocyanat được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hydantoin từ α-amino acid [13]. 9 R' HN O COOH - H 2O R'NCO R CH COOH R' N NH OC NH2 R O NH CHR 1.2.1.3 Phản ứng đóng vòng của các α-dicarbonyl với ure hoặc dẫn xuất của ure Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng và tỷ lệ các chất tham gia phản ứng có thể thu được sản phẩm trung gian là dihydroxyimidazolidon hoặc glycouril. Khi đun nóng chất trung gian với acid hydrochloric, hydantoin sẽ tạo thành [8], [21]. Sơ đồ phản ứng: OHOH NH2 O NH2 O HN O NH2CONH2 NH H N H N N H N H O O O Glycouril dihydroxyinidazolidin l HC HC O -H 2 O HN NH l 2 NH CO H2 -N 2O -H O 1.2.1.4 Phản ứng Bucherer-Bergs Phản ứng Bucherer-Bergs tổng hợp các dẫn chất hydantoin thế ở C-5 từ hợp chất carbonyl với KCN hoặc từ cyanohydrins tương ứng và amoni carbonat [8], [29]. Sơ đồ phản ứng: R C O R KCN R' R' C CN NH3 R R' OH C CO2 CN R C R' NH2 CN NHCOOH + NH3 R R O R' HN NH O H2O NH R' HN NH O R R' C CN NHCONH2 10 1.2.1.5 Phản ứng của các cyanoacetamid với kiềm hypohalid [8], [19]. Sơ đồ phản ứng: R' R C CN CONH2 NaOBr R' R C CN N C O O H N R' R HN O Sản phẩm của phản ứng là các sản phẩm thế hai lần ở vị trí C-5. 1.2.2 Phản ứng tổng hợp dẫn chất 5-arylidenhydantoin Hydantoin (imidazolidin-2,4-dion) có công thức cấu tạo như sau: O NH N H O Từ cấu trúc phân tử hydantoin cho thấy nhân hydantoin có nhóm methylen hoạt động (C-5) có khả năng ngưng tụ với các aldehyd thơm để tạo ra dẫn chất 5-arylidenhydantoin. 1.2.2.1 Phản ứng ngưng tụ với aldehyd Sơ đồ phản ứng: O NH RCHO N H O R O OH 4 NH 3 C 51 2 O H N H O NH R 4 3 5 1 2 N H O R = phenyl, phenyl thế, furyl, pyryl, quinolyl Năm 1911, Wheeler và Hoffman là những người đầu tiên nhận thấy hydantoin có thể ngưng tụ với các aldehyd thơm tạo thành dẫn chất có nối đôi gắn ở C-5 của hydantoin [29]. Phản ứng được thực hiện trong acid acetic băng, với natri acetat khan, anhydrid acetic. Các aldehyd thơm đã được sử dụng là benzaldehyd, 2-hydroxybenzaldehyd, furfural, vanillin,… 11 O O -H2O NH Ar CHO O N H NH Ar AcOH, AcONa O N H Phương pháp của Wheeler và Hoffman được sử dụng để tổng hợp nhiều dẫn chất thế ở C-5 của hydantoin [26], [31]. Năm 1993, Marton. J. [20] sử dụng xúc tác có tính base mạnh là ethanolamin để tiến hành phản ứng ngưng tụ aldehyd thơm với hydantoin trong dung môi là hỗn hợp nước : ethanol (1:1), phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ hồi lưu trong 4 giờ. Tác giả sử dụng một số aldehyd thơm (pclorobenzaldehyd, p-nitrobenzaldehyd, p-hydroxybenzaldehyd…), hiệu suất phản ứng 44-89%. Năm 2004, tác giả Thenmozhiyal và cộng sự [27] đã sử dụng xúc tác này trong điều chế các phenylmethylenhydantoin và điều chế được 54 dẫn chất. Sơ đồ phản ứng: O H O O NaHCO3/ Nuoc-EtOH NH N H R O Ethanolamin, t0 NH R N H O R= alkyl, alkoxy (-OR), -NR, -OH, -X, -CN, CF3, -NO2 Để rút ngắn thời gian phản ứng, hiện nay các nhà khoa học đã sử dụng vi sóng trong tổng hợp hữu cơ. Năm 2006, tác giả Lamiri [18] đã sử dụng vi sóng trong tổng hợp 5-arylidenhydantoin. Hỗn hợp natri acetat, oxyd nhôm được cho vào hỗn hợp hydantoin và aldehyd trong dung môi CH2Cl2. Khuấy hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ phòng, sau đó cất loại CH2Cl2 , dùng vi sóng tần số 2045Hz, công suất 1250W tác động vào trong 2 phút. O O natri acetat/oxyd nhôm NH RCHO N H O vi sóng, 2 phút NH H O R