Tổng hợp và thử tác dụng sinh học một số dẫn chất 5-nitrobenzimidazol

  • Số trang: 49 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 29 |
  • Lượt tải: 0
minhtuan

Đã đăng 15929 tài liệu

Mô tả:

Bộ YTẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI NGUYỄN THANH HUYÈN TỎNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỘC MỘT SỐ DẪN CHẤT 5-NITROBENZIMIDAZOL KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP sĩ • • D ược • Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đình Luyện Nơi thực hiện: Bộ môn Công nghiệp Dược Trường Đại học Dược Hà N ội HÀ NỘ I-2011 K À 'iS~ K in .. V |ệ f K |' I LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Nguyễn Đình Luyện đã trực tiếp hướng dẫn, cho tôi những lời khuyên quí báu và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quả trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Công Nghiệp Dược đặc biệt là DS. Nguyễn Văn H ải, DS. Nguyễn Văn Giang và anh Phan Tiến Thành của to môn Tổng hợp Hóa dược đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Trong quá trình thực hiện khóa luận tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các cán bộ Phòng Phân tích phô, phòng thử hoạt tính sinh học - Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam cùng toàn thể các thầy cô trong trường, thư viện trường Đại học Dược Hà Nội, tôi xin chân thành cảm ơn! Cuối cùng, tôi xỉn gửi lời cảm ơn đến bố mẹ và bạn bè - những người luôn động viên, khích lệ tôi trong cuộc sống và học tập! Hà Nội, Ngày 12 tháng 5 năm 2011. Sinh viên Nguyễn Thanh Huyền MỤC LỤC ĐẶT • VẤN ĐÈ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN..................................................................................2 1.1. TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA DẢN CHẤT 5-NITROBENZIMIDAZOL..2 1.1.1. Tác dụng chống ung thư............................................................................ 2 1.1.2. Tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn........................................................... 4 1.1.3. Tác dụng chống tăng huyết áp................................................................. 6 1.1.4. Tác dụng sinh học khác............................................................................. 7 1.2. PHƯƠNG PHÁP TỎNG HỢP CÁC DẪN CHẤT 5NITROBENZIMIDAZOL....................................................................................... 8 1.2.1. Đóng vòng tạo nhân benzimidazol đi từ 0 -phenylenediamim hoặc dẫn chất o-phenylenediamin....................................................................................... 9 _______ 1.2.1.1. Phản ứng với acid.................................................................9 _______ 1.2.1.2. Phản ứng với andehyd......................................................... 10 1.2.2. Nitro hóa dẫn chất benzimidazol ........................................................... 11 _______ 1.2.2.1. Định nghĩa phản ứng nitro hóa........................................... 12 _______ 1.2.2.2. Tác nhân nitro h ó a.............................................................. 12 1.2.3. Phản ứng thế vào vị trí N-1 trên nhân 5-nitro-lH-benzimidazol............13 CHƯƠNG II: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C Ứ U ..........................................................................................15 2.1. NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ.......................................................................15 2.1.1. Hóa chất chính.......................................................................................... 15 2.1.2. Dung môi và hóa chất khác...................................................................... 15 2.1.3. Thiết bị, dụng cụ..................................................................................... 15 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN c ứ u .............................................................................16 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u ................................................................17 2.3.1. Tổng hợp hóa học và kiểm tra độ tinh khiết.............................................17 2.3.2. Xác định cấu trúc...................................................................................... 17 2.3.3. Thử tác dụng sinh học.............................................................................. 17 CHƯƠNG III: TH ựC NGHIỆM, KÉT QUẢ VÀ BÀN LUẬN..................18 3.1. HÓA HỌC......................................................................................................... 18 3.1.1. Tổng hợp hóa học..................................................................................... 18 3.1.1.1. Giai đoạn 1: Đóng vòng tạo dẫn chất thể C-2 benzimidazol............. 18 3.1.1.2. Giai đoạn 2: Nitro hóa 2-methyl-lH-benzimidazol và 2-phenyl-lHbenzimidazol................................................................................................... 20 3.1.1.3. Giai đoạn 3: Phản ứng thế ở vị trí N-1 của dẫn chất 5-nitro-lHbenzimidazol................................................................................................... 2 1 3.1.2. Kiểm tra độ tinh khiết...............................................................................22 3.1.3. Xác định cấu trúc...................................................................................... 23 3.1.3.1. Phổ hồng ngoại (IR)........................................................................... 23 3.1.3.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 'H-NM R..............................................25 3.2. THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC........................................................................25 3.2.2. Cách tiến hành..........................................................................................26 3.2.3. Kết quả...................................................................................................... 27 3.3. BÀN LUẬN........................................................................................................ 27 3.3.1. Hóa học..................................................................................................... 27 3.3.2. Tác dụng sinh học..................................................................................... 29 KẾT LUẬN VÀ ĐẺ XUẤT................................................................................. 30 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT IR Phổ hồng ngoại ADN Acid 2’-deoxyribonucleic ' h -n m r Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton MeOD Methanol fn c Nhiệt độ nóng chảy SKLM Sắc kí lớp mỏng Angll Angiotensin II EGA Enzym chuyển hóa angiotensin II KB Te bào ung thư biểu mô MCF-7 Tế bào ung thư vú THF Tetrahydrofuran DMSO Dimethylsulfoxid DMF N,N-dimethylformamid MIC Nồng độ ức chế tối thiểu TLTK Tài liệu tham khảo IC50 Nồng độ ức chế 50% sự phát triển của tế bào DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1: Ket quả tổng hợp hóa học 22 Bảng 2: Giá trị Rf và nhiệt độ nóng chảy (t°nc) của các chất 23 Bảng 3: số liệu phân tích phổ IR 24 Bảng 4: Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ proton ('H-NMR) của chất I và V Bảng 5: Kết quả thử tác dụng kháng tế bào ung thư của chất III, V 25 27 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐÒ THỊ Trang Sơ đồ 1: Sơ đồ chung tổng hợp dẫn chất 5-nitrobenzimidazol 8 Sơ đồ 2: O-Phenylenediamin ngưng tụ với acid carboxylic 9 Sơ đồ 3: 4-cloro-o-phenylenediamin ngưng tụ với acid 2-amino-benzoic 9 Sơ đồ 4: Tổng hợp 2-alkyl và 2-aryl benzimidazol theo phưong pháp vi sóng. 9 Sơ đồ 5: O-Phenylenediamin đóng vòng với andehyd 10 Sơ đồ 6: 4-Nitro-o-phenylenediamin đóng vòng với andehyd 10 Sơ đồ 7: Monoacyl-5-nitro-o-phenylenediamin đóng vòng với andehyd 10 Sơ đồ 8: O-Phenylenediamin đóng vòng với andehyd theo công nghệ vi sóng 11 Sơ đồ 9: Phản ứng nitro hóa benzimidazol 11 Sơ đồ 10: Phản ứng thế vào N-1 của dẫn chất 5-nitro-lH-benzimidazol 13 Sơ đồ 11: 3 giai đoạn chính tổng hçfp dẫn chất 5-nitrobenzimidazol 18 Sơ đồ 12: Tổng họp 2-methyl- lH-benzimidazoI (I) 18 Sơ đồ 13: Tổng hợp 2-phenyl-lH-benzimidazol (II) 19 Sơ đồ 14: Tổng hợp 2-methyl-5-nitro-lH-benzimidazol (III) 20 Sơ đồ 15: Tổng họp 5-nitro-2-phenyl-lH-benzimidazol (IV) 21 So’ đồ 16; Ethyl (2-methyl-5-nitrobenzimidazol-l-yl)acetat (V) 21 Sơ đồ 17: Tổng họp ethyl (5-nitro-2-phenylbenzimidazol-l-yl)acetat (VI) 22 So’ đồ 18; Cơ chế phản ứng đóng vòng của 0 -phenylenediamin với acid carboxylic 28 ĐẶT VẤN ĐÈ • Khi xã hội ngày càng phát triển thì mô hình bệnh tật của con người càng trở nên phức tạp và nhu cầu chăm sóc sức khỏe cũng ngày càng tăng lên. Chính vì thế việc nghiên cứu tìm ra các thuốc mới đóng vài trò quan trọng trong chiến lược bảo vệ sức khỏe con người của mỗi quốc gia. Tuy nhiên sự ra đời của một thuốc mới là cả một quá trình thử nghiệm lâu dài. Đó là kết quả nghiên cứu của nhiều ngành khoa học, trong đó tổng hợp hóa dược đóng vai trò rất quan trọng. Được hình thành và phát triển dựa trên cơ sở của tổng hợp hữu cơ, tổng họp hóa dược đã trở thành một ngành khoa học riêng biệt nhàm tạo ra các chất phục vụ cho việc phòng và điều trị bệnh cho con người. Ngày nay, những thuốc có nguồn gốc tổng hợp hóa dược chiếm một số lượng rất lớn và không thể thiếu trong cuộc sống. Để tìm được các hoạt chất có hiệu quả điều trị cao, ít độc tính và có thể ứng dụng trong điều trị và lâm sàng, các nhà tổng hợp hóa dược thường dựa vào cấu trúc của các chất đang được dùng làm thuốc hoặc các chất có tác dụng sinh học triển vọng để tổng hçfp hoặc bán tổng hợp tạo ra nhiều thuốc mới. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy dẫn chất benzimidazol là nhóm hợp chất dị vòng có tác dụng sinh học rất đa dạng như: tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn, kháng tế bào ung thư, kháng viêm, tác dụng hạ huyết áp, tác dụng trị giun... Để góp phần làm phong phú thêm các nghiên cứu về tổng hợp và tác dụng sinh học của dẫn chất benzimidazol, chúng tôi đã quyết định thực hiện đề tài: “Tổng hợp và thử tác dụng sinh học một số dẫn chất 5-nitrobenzimidazol” với các mục tiêu sau: 1. Tổng hợp một số dẫn chất 5-nitrobenzimidazol với các nhóm thế khác nhau ở vỊ trí C-2, N-1. 2. Thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của một số dẫn chất 5-nitrobenzimidazol tổng hợp được. CHƯƠNG I. TỒNG QUAN ĩ.l. TÁC DỤNG SENH HỌC CỦA DẪN CHÁT 5-NITROBENZIMIDAZOL 5-Nitrobenzimidazol và dẫn chất có công thức cấu tạo chung như sau: O2N. 5^ Hình 1: c ấ u tạo chung của các dẫn chất 5-nitrobenzimidazol Benzimidazol và dẫn chất là nhóm hợp chất dị vòng thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học qua nhiều thập kỉ. Nhiều công trình nghiên cứu đã công bố cho thấy dẫn chất 5-nitrobenzimidazol có tác dụng sinh học đáng quan tâm như: tác dụng kháng tế bào ung thư, tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn, tác dụng chống tăng huyết áp, tác dụng chống co giật... Dưới đây là một số tác dụng chính của dãy chất này. 1.1.1. Tác dụng chống ung thư Năm 1996, Kim, Gatoo và các cộng sự đã tổng hợp một loạt dẫn chất 4methoxyphenyl-lH-benzimidazol và thử tác dụng ức chế topoisomerase I. Chất 5nitro-2-(4-methoxyphenyl)-lH-benziniidazol (1) thể hiện tác dụng ức chế lớn nhất với topoisomerase I. Trái ngược với các dẫn chất bi và tert-benzimidazol, những dẫn chất trong nghiên cứu có rất ít hoặc không có ái lực gắn với ADN. Đồng thời, trong thử nghiệm gây độc tế bào, nhóm chất này không có sự kháng chéo với dòng tế bào đã kháng topoisomerase I của camptothecin. Tiếp tục, nghiên cứu mối liên quan cấu trúc-tác dụng của 10 chất trong bảng dưới đây, cho thấy tác dụng gây độc với topoisomerase I hiệu quả hơn khi nhóm thế ở vị trí số 5 là chất nhận liên kết hydro [13]. OCH, x = CN CHO CH2OH CH2NH2 CO NH2 COOH H Br NO2 Y = H H H H H H H H H H NO2 Hình 2: Công thức cấu tạo dẫn chất 4-methoxyphenyl-lH-benzimidazol ADN topoisomerase được Wong phát hiện năm 1971, là enzym xúc tác cho quá trình tháo xoắn của ADN siêu xoắn. ADN topoisomerase có vai trò quan trọng trong hầu hết các giai đoạn của chu trình tế bào, nó gắn với ADN tạo thành phức hợp thuận nghịch enzym-ADN. Dựa vào cơ chế xúc tác có hai loại ADN topoisomerase là ADN topoisomerase I và II. Đến năm 1984, Tewey và cộng sự đã nghiên cứu và công nhận vai trò của ADN topoisomerase như là mục tiêu phân tử của các thuốc chống ung thư. Và Camptothecin là thuốc đầu tiên gây độc với topoisomerase I (được chiết tách từ Camptotheca acuminata). Sau đó, năm 1993, Chen và cộng sự nghiên cứu và tìm ra nhóm chất mới chứa vòng benzimidazol có tác dụng gây độc với ADN topoisomerase I. Đó là Hoecht 33258 và Hoecht 33342 thuộc dẫn chất bi-benzimidazol. Bằng cách gắn vào ADN, những thuốc này ổn định phức họp thuận nghịch enzym-ADN, gây mất hoạt tính enzym và cuối cùng làm tế bào chết [19]. Năm 2008, Emine và cộng sự tiếp tục nghiên cứu hoạt tính ức chế ADN topoisomerase I, II của tế bào nhân thật với một vài dẫn chất thế ở vị trí 2,5 của benzoxazol và benzimidazol. 18 dẫn chất được thử hoạt tính tháo xoắn của ADN topoisomerase I, II trong hệ thống tế bào tự do (pBR322 plasmid ADN). Trong đó 5-nitro-2-(4-methoxyphenyl)-lH-benzimidazol (1) gây ức chế cả hai loại ADN topoisomerase. Đồng thời, với IC50=24 8 ịiM, chất này có hiệu lực gây độc ADN topoisomerase I tốt hơn chất so sánh là camptothecin [10]. OCH? 1 Năm 2006, Mostafa và cộng sự đã tổng họp và thử hoạt tính kháng ung thư với các nhóm thế khác nhau ở ví trí số 1 của 2-methyl-5(6)-nitrobenzimidazol. Đặc biệt các nhóm thế dị vòng ở vị trí N-1 như thiadiazol, tetrazol, triazol, thiazol, triazin, imidazol đã được tổng hợp và thử tiềm năng gây độc tế bào với dòng tế bào ung thư vú MCF-7 theo phưong pháp của Skehan. Trong số các chất tổng hợp được chất 2-methyl-5-nitro-lH-benzimidazol (2) [IC50=4,52^g] và chất l-[5-((2-methyl5-nitro-1H-benzimidazol-1-yl)methyl)-1,3,4-thiadiazol-2-ylthio]propan-2-on (3) [IC50=8,29|xg] được tìm thấy có tác dụng kháng dòng tế bào ung thư vú MCF-7 [17]. \)^C H 3 •N 0 ,N ,N SCH 2CO CH 3 1.1.2. Tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn Năm 1997, Bộ môn Hóa Dược trường Đại học Ankara-Thổ Nhĩ Kì đã tổng họp một số dẫn chất thế ở vị trí 2, 5 của benzimidazol và benzoxazol, đồng thời thử tác dụng ức chế in vitro vi sinh vật theo kĩ thuật pha ioãng 2 lần liên tiếp. Tác dụng kháng khuẩn được thử với 3 dòng vi khuẩn Gram + ỉà: Staphylococcus aureus ATCC 6538, Streptococcus faecalis ATCC 10541, Bacillus subtilis ATCC 6033 và 3 dòng vi khuẩn Gram - là: Escherichia coli ATCC 10536, Klepsiella pneumoniae NTCC 52211, Pseudomonas aeruginosa RSKK 355. Kết quả cho thấy các chất tổna hợp được có tác dụng kháng khuẩn yếu trên s. aureus, S.feacalis với MIC nằm trong khoảng 25-50 |xg/ml. Riêng 5-nitro-2-cyclohexylmethylbenzimidazol (X=NH, Y=CH2, R=NƠ2) có tác dụng tốt hơn trên S.aureus với MIC = 12,5 |ig/ml. x = o, NH; R= H, Cl, NO2, CH3; Y= CH2 hoặc ỉchông có. Hình 3: Một số dẫn chất thế ở vị trí 2, 5 của benzimidazol và benzoxazol. Đối với tác dụng kháng nấm, hầu hết các chất tổng hợp được (hình 3) đều có tác dụng tốt trên Candida albicans RSKK 628 với MIC trong khoảng 12,5-50 |ig/ml [6], Năm 2002, Zygmunt và cộng sự đã thử tác dụng kháng protozoa và kháng khuẩn của dẫn chất 5,6-dinitro- và halogen-benzimidazol. Các dẫn chất 5,6dinitrobenzimidazol gần như không có tác dụng kháng khuẩn, nhưng trong phép thử tính nhạy cảm của protozoa kỵ khí {Giardia duodenalis, Trichomonas vaginalis và Entamoeba histolytica), chat 4a, 4b, 4c và mức độ ít hơn của 4d (hình 4) đều là những chất có hiệu quả nhất trên T.vaginalis. Nhóm nitro của những chất 5,6dinitro-l-(aminoethyl)benzimidazol này có thể bị khử bởi feưedoxin giống như cơ chế của metronidazol, nhưng không ức chế trùng hợp tubulin như albendazol bởi vì dòng đối kháng metronidazol F1623-M1 không nhạy cảm với những chất này. Đây chính là điều mong đợi của những thuốc có cơ chế tác dụng tương tự như metronidazol [24]. 0 ,N OON R - CH2CH2N(CH3)2 R = CH2CH2N(C2H5)2 4a 4b R = CH2CH2CH2kcH3)2 4c R = CH2CH2— Hình 4: Công thức chất 4a, 4b, 4c, 4d 4d Năm 2006, Ayhan Kilchigil và Altanlar đã thử tác dụng chống nấm Candida albicans, Candida glabrata và Candida krusei của một số dẫn chất benzimidazol. Trong điều kiện in vitro hợp chất 2-(p-fluorophenyl)-5-nitro-l-propylbenzimidazol (5) (MIC=12,5 |xg/ml) có hoạt tính đối với c .albicans tương tự như fluconazol. Tuy nhiên chưa có hợp chất nào tổng hợp được có tác dụng tốt với cả ba loại nấm như các chất chuẩn (Fluconazol, Metronidazol) [7]. 'N I ^ C 3H 7 5 Năm 2008, Badgujar và cộng sự đã tổng hợp dẫn chất nitro của một số họp chất dị vòng và thử tác dụng kháng khuẩn với Pseudomonas syringae và Xanthomonas campstris, còn tác dụng kháng nấm thử với Aspergillus flavous và Alternaría alternata theo phưonng pháp đĩa thạch giấy. Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm được đánh giá qua đường kính vùng ức chế. Kết quả cho thấy, tất cả các chất tổng hợp được trong đó có 5-nitrobenzimidazol (6 ) đều có hiệu lực kháng nấm tốt hon kháng khuẩn [8]. O0N 1.1.3. Tác dụng chống tăng huyết áp Năm 2010, Sharma và cộng sự đã nghiên cứu một loạt dẫn chất thế ở vị trí số 2 trên nhân 5 -nitrobenzimidazol chứa vòng biphenyl tetrazol và đánh giá tác dụng đổi kháng với receptor angiotensin II trong hoạt tính chống tăng huyết áp theo phương pháp insasive (phương pháp trực tiếp) và tail-cuff (phương pháp gián tiếp). Hệ renin-angiotensin đóng vai trò quan trọng trong điều hòa huyết áp động mạch và angiotensin II (Angll) là thành phần hoạt tính sinh học của hệ đảm nhiệm hầu hết các tác động ngoại vi. Chất đối kháng với receptor Angll làm mất tác dụng của Angll gây hạ huyết áp tương tự như chất ức chế enzym chuyển hóa Angll (ECA), nhưng không gây ra tác dụng phụ (những tác dụng liên quan đến ức chế các ECA trong con đường trung gian khác như giáng hóa bradykinin). Bằng việc so sánh với các chất chuẩn Losartan và Telmisartan, nghiên cứu này đã chỉ ra rằng hầu hết các dẫn chất 5-nitrobenzimidazol tổng hợp được (hình 5) đều có tác dụng hạ huyết áp tốt. Sự có mặt của nhóm nitro ở vị trí số 5 trên nhân benzimidazol đã làm tăng tác dụng hạ huyết áp. Điều này gợi ý ràng: nhóm nitro có lẽ đóng vai trò như chất nhận liên kết hydro tại vị trí gắn với receptor Angll [21]. Alkyl ( Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl) O2 N V r N=N N ^N H Aryl ( Benzyl, Phenyl, halogenophenyl, Methoxy-phenyl) Nhóm thế khác nhau trên benzyl iden (C6H5-CH=N-) Hình 5: Công thức các dẫn chất 5-nitrobenzimidazol có tác dụng chống tăng huyết áp 1.1.4. Tác dụng sinh học khác Ngoài các tác dụng trên, năm 2010, Jitender Singh và cộng sự đã tổng họp và thử tác dụng chống co giật ỉn vitro của một số dẫn chất thế ở vị trí 1,2,5 của benzimidazol. Tác dụng chống co giật của các chất được đánh giá thông qua thời gian tác dụng vào pha co giật và % phục hồi khi Pentylenetetrazol gây ra co giật trên động vật thử. Trong số 30 chất tổng hợp được, chất 7a, 7b, 7c, 7d (Hình 6 ) làm tăng thời gian tác dụng vào pha co giật và % phục hồi của động vật. Nghiên cứu mối liên quan cấu trúc-tác dụng cho thấy, những chất có nhóm hút electron ở vị trí sổ 5 cho tác dụng chống co giật tốt hơn [11], OoN Compound R N >/ — R N 0 7a -CH 3 7b -H 7c -C 2 H, 7d -C 3 H- Hình 6: Công thức chất 7a, 7b, 7c, 7d Cũng năm 2010, Mahesh Verma và cộng sự tổng hợp và thử tác dụng kháng leishmanial in vitro của 1,5-bis (5-R-benzimidazol) alkan. Kết quả cho thấy các chất 8a, 8b, 8c, 8d có IC50 trong khoảng 5-15|ig/ml có hoạt tính trung bình kháng promastigote và amastigote [15], Chất X R R’ 8a pentan NO2 H 8b pentan NO2 CH: 8c hexan NO2 H 8d hexan NO2 CH; Hình 7: Công thức chất 8a, 8b, 8c, 8d 12. PHƯƠNGPHÁPTỔNGHỢPCÁCDẢNCHẤTS]NrrROBENZIMIDAZOL Hầu hết các phương pháp tổng hợp khung benzimidazol đều đi từ nguyên liệu ban đầu là 0 -phenylenendiamin và dẫn chất. Thông qua các tài liệu thu thập được, sơ đồ chung tổng hợp dẫn chất 5-nitrobenzimidazol được đưa ra như sau: 0,N -NH, 'NH 0 ,N. Đóng vòng So’ đồ 1: Sơ đồ chung tổng hợp dẫn chất 5-nitrobenzimidazol 1.2.1. Đóng vòng tạo nhân benzimidazol đỉ từ o-phenỵlenediamiin hoặc dẫn chất o-phenyienedìamin 1.2.1.1. Phản ứng với acid Thông thưòng, 0 -Phenylenediamin được ngưng tụ với các acid mono carboxylic, trong điều kiện phản ứng loại nước, sử dụng acid mạnh như acid polyphosphoric (PPA), acid hydrochloric, acid boric hoặc acid p-toluenesulfonic tạo ra các nhóm thế khác nhau ở vị trí số 2 trên nhân benzimidazol. Tuy nhiên việc sử dụng tác nhân yếu hơn đặc biệt acid Lewis, muối vô cơ (clays vô cơ), acid vô cơ cải thiện cả hiệu suất và độ tinh khiết của sản phẩm [16]. + RCOOH + 2H 2O 'N H 2 Sơ đồ 2: O-Phenylenediamin ngưng tụ với acid carboxylic Trong một số trường hợp, phương pháp Phillips dùng HCI 4N và đun hồi lưu, cho phép thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thấp hơn và tăng hiệu suất phản ứng. Với các acid thơm như acid benzoic, hiệu suất thưòng thấp, để tăng hiệu suất cần thực hiện phản ứng trong ống kín với nhiệt độ 180-185°c [12]. Blatt và cộng sự đã tổng họfp benzimidazol bằng phản ứng đun hồi lưu ophenylenediamin với acid formic 90%, hiệu suất phản ứng đạt 83-85%. Tương tự, rất nhiều acid monocarboxylic đã được ngưng tụ với 0 -phenylenediamin trong điều kiện thích hợp [ 1 2 ], Theo phương pháp của Sharma và cộng sự [20], tổng hơp nhân benzimidazol đi từ 4-cloro-o-phenylenediamin được ngưng tụ với acid 2-amino-benzoic sử dụng acid polyphosphoric (PPA) theo sơ đồ sau: PPA H ồi lưu 168- 172T HoN '% Sơ đô 3: 4-cloro-o-phenylenediamin ngưng tụ với acid 2-amino-benzoic 10 Từ nám 1995, nhiều dẫn chất benzimidazol đã được tổng hợp theo công nghệ vi sóng. Năm 2007, Dubey và Moorthy đã tổng hợp các chất 2-alkyl và 2-aryl benzimidazol theo phưong pháp này. Thời gian phản ứng giảm đến phút, hiệu suất tăng 10-50% so với phương pháp trước đây [16]. N H 2 .H C I PPA + RCOOH MW N H 2 .H C I R= H, Methyl, Phenyl, 4 -NH2C6H4, 4 -CIC6H4 Sơ đồ 4: Tổng hợp 2-alkyl và 2-aryl benzimidazol theo phương pháp vi sóng. 1.2.1.2. Phản ứng với andehyd Phản ứng của 0 -phenylenediamin với andehyd cần có chất oxy hóa để tạo ra nhân benzimidazol. Những chất oxy hóa được sử dụng như: nitrobenzen, benzoquinon, natri metabisulfit, thủy ngân oxid, chì tetraacetat, iod, đồng (II) acetat, indium perfluorooctan sulfonat...[16]. Chất o x y hóa + RCHO -------- ------ ► Sơ đồ 5: O-Phenylenediamin đóng vòng với andehyđ Weidenhagen là người đầu tiên thực hiện phản ứng giữa diamin và andehyd sử dụng đồng acetat là chất oxy hóa trong dung môi nước hoặc alcol. Theo phương pháp của Weidenhagen, nhiều dẫn chất benzimidazol thế ở vị trí số 2 đã được tổng hợp [12], Trong nghiên cứu tổng hợp dẫn chất benzimidazol có tác dụng chống co giật, Priyal Jain và cộng sự đã thực hiện một phản ứng hồi lưu của 4-nitro-ophenylenediamin với các andehyd khác nhau thu được dẫn chất 5-nitrobenzimidazol [18], Sơ đồ phản ứng; O2N NH2 _ RCHO 'N H 2 ^ ^ N02S2O5 O2N N ethanol, 4h, hồi lưu R= 4-clorophenyl, 4-fuorophenyl, 2-pyridyl, 4-methoxyphenyl Sơ đồ 6: 4-Nitro-o-phenylenediamin đóng vòng với andehyd 11 Trong nghiên cửu tổng hợp một số dẫn chất benzimidazol có tác dụng kháng nấm, Ayhan Kilchigil và Altanlar đã tổng hợp 5-nitrobenzimidazol bằng phản ứng đóng vòng của monoacyl-5-nitro-o-phenylenediamin với andehyd [7]. 0 ,N Na2S^05 RCHO ‘N 'N - R ' H I R' Sơ đồ 7: Monoacyl-5-nitro-o-phenylenediamin đóng vòng với andehyd Gần đây, Navarrtete và cộng sự đã sử dụng công nghệ vi sóng trong phản ứng đóng vòng của 0 -phenylenediamin với andehyd trong tổng hơp dẫn chất 2 (alkyloxyaryl)-lH-benzimidazoI với hiệu suất cao. Phản ứng có 3 thành phần và không cần dung môi [16]. A rC H O NH2 Na2S205 MW, 36-60 s Sơ đồ 8 ; O-Phenylenediamin đóng vòng với andehyd theo công nghệ vi sóng Ngoài ra, nhân benzimidazol có thể được tổng hợp bằng phản ứng đóng vòng của o-phenylenendiamin hoặc dẫn chất với các dẫn chất khác nhau của acid carboxylic như: nitril, imidat, orthoester, anhydrid, lacton [16]. 1.2.2. Nitro hóa dẫn chất benzimidazol [2] [3] [14] Thông thường, nitro hoá benzimidazol và dẫn chất thế C-2 benzimidazol thu được 5 (6 )-nitrobenzimidazol và dẫn chất theo sơ đồ phản ứng sau: H N O 3 / H2SO 4 R= H, alkyl, aryl, halogen Sơ đồ 9; Phản ứng nitro hóa benzimidazol Để thu được dẫn chất mono nitro phản ứng thường được thực hiện ở nhiệt độ không quá 35°c. Khi nhiệt độ cao (khoảng 70°-80°C) dẫn chất 5,6 dinitrobenzimidazol dễ được tạo ra. 12 1.2.2.1. Định nghĩa phản ứng nitro hóa Phản ứng nitro hóa là phản ứng thay thế một hay nhiều nguyên tử hydro của hợp chất hữu cơ bằng một hay nhiều nhóm nitro (-NO2) Phản ứng tổng quát: R -H + ----------- ► HNO3 R -N O 2 + H 2O 1.2.2.2. Tác nhân nitro hóa Tác nhân nitro hóa là các tác nhân phản ứng cung cấp được cation nitroni (N0 2 ^) cho phản ứng. Sau đây là một số tác nhân sử dụng; a. Acid nitric Dạng tinh khiết là chất lỏng trong, mùi hắc mạnh, đun lâu hoặc để ngoài ánh sáng bị phân hủy, được sử dụng ở nhiều nồng độ khác nhau. ở nhiệt độ thưòmg, trong acid nitric chỉ chứa khoảng 4% ion nitroni, do đó nó là tác nhân nitro yếu. Mặt khác, đây lại là một tác nhân oxy hóa mạnh nên tạo nhiều tạp chất là sản phẩm oxy hóa các hydrocarbon tham gia phản ứng. Cation nitroni được tạo ra như sau: 2 HNO3 - - N 0 2 ^ + NOs' + H2O b. Hỗn hợp suỉfo-nỉtric Hỗn hợp sulfo-nitric là hỗn họp 3 thành phần H 2SO 4, HNO3, H2O theo tỉ lệ khác nhau, phụ thuộc vào bản chất của các hợp chất được nitro hóa. T á c d ụ n g n it r o h ó a m ạ n h , đ ồ n g th ờ i l à m g i ả m t á c d ụ n g o x y h ó a c ủ a H N O 3 . Cation nitroni được tạo ra như sau: HNO3 + 2 H2SO4 N 0 2 ^ + 2 HS0 4 ' + HsO^ c. Muối nitrat và acid sulfuric Đây là tác nhân được sử dụng khi cần nitro hóa trong môi trường khan nước, thường được sử dụng để điều chế các dẫn chất polynitro. 2NaN03 + H2SO4 -------► d. Alkylnỉtrat (R-ONO 2) 2HNO3 + Na2SƠ4 13 Bản thân alkylnitrat không thể nitro hóa được, nhưng dưới tác dụng của acid proton hoặc acid Lewis thì nó tạo thành hỗn hợp nitro hóa rất mạnh, phản ứng có thể xảy ra ở nhiệt độ phòng. R-ONO2 + H2SO4 ------ ^ N 0 2 ^ + ROH + HSO4' e.Nitropentoxid (N2O5) và acylnitrat (ẢCONO2) N 2O5 là tác nhân nitro hóa mạnh, dùng để nitro hóa trong môi trường khan nước. N 2O5 trong môi trường acid là chất tạo ra cation nitroni rất mạnh: N 2O5 + 3H2SO4 ..... " 2 N0 2 ^ + SHSO/ + HsO^ Ngoài ra, có thể sử dụng N 2O5 trong dung môi hữu cơ (CCI4) do có thể phân ly tạo cation nitroni ở nồng độ thấp, tạo điều kiện phản ứng nitro. Acylnitrat thường được dùng dưới dạng AC2O + HNO3. Đây cũng là một tác nhân nitro hóa mạnh, dùng để nitro hóa các chất dễ bị phân hủy bởi nước hoặc acid vô cơ. 1.2.3. Phản ứng thế vào vị trí N-1 trên nhân 5-nitro-lH-benziniidazoI Các dẫn chất 5-nitro-lH-benzimidazol thường được thế với tác nhân R’-X (X là halogen) tạo ra các nhóm thế khác nhau ở vị trí N-1 trên nhân 5nitrobenzimidazol. Phản ứng thường được thực hiện trong các dung môi như: aceton, DMF, THF... Với các xúc tác base: natri hydrid, natri hydroxyd, kali carbonat khan... O0N R '-X So’ đồ 10: Phản ứng thế vào N-1 của dẫn chất 5-nitro-lH-benzimiđazol HX
- Xem thêm -