Tài liệu Tổng hợp, cấu trúc và hoạt tính độc tế bào của một số hợp chất benzothiazepine và 2 pyrazoline

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ HẢI YẾN TỔNG HỢP, CẤU TRÚC VÀ HOẠT TÍNH ĐỘC TẾ BÀO CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT BENZOTHIAZEPINE VÀ 2-PYRAZOLINE XUẤT PHÁT TỪ 3-ACETYL-4-HYDROXY-N-METHYL-2(1H)-QUINOLONE Hóa Hữu cơ Mã số: 8 44 01 14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT CHẤT Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Dương Ngọc Toàn Thái Nguyên, năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Dương Ngọc Toàn, sự giúp đỡ của các cán bộ giáo viên trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên. Các số liệu nêu trong luận văn là trung thực, có xuất xứ rõ ràng. Một phần kết quả đã được công bố trên Tạp chí Hóa học, phần còn lại chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn này. Thái Nguyên, tháng 04 năm 2018 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Hải Yến Xác nhận của Trưởng khoa Hóa học Xác nhận của giáo viên hướng dẫn Khoa học TS. Dương Ngọc Toàn PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền Lan i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ hết sức quý báu của các tập thể và cá nhân. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo: TS. Dương Ngọc Toàn, người thầy đã tận tình hướng dẫn, hết lòng giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể thầy, cô giáo trong khoa Hóa học, tổ bộ môn Hữu cơ, khoa Sau đại học - Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ cho tôi nghiên cứu, học tập và hoàn thành luận văn. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, các học viên đã luôn động viên, khuyến khích giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Thái Nguyên, tháng 4 năm 2018 Học viên Nguyễn Thị Hải Yến ii MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cam đoan ........................................................................................................ i Lời cảm ơn ........................................................................................................... ii Mục lục ...............................................................................................................iii Danh mục các bảng, biểu.................................................................................... iv Danh mục các hình .............................................................................................. v MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1 Chương 1. TỔNG QUAN.................................................................................... 4 1.1. QUINOLIN .............................................................................................................4 1.1.1. Sơ lược về Quinolin ................................................................................... 4 1.1.2. Các phương pháp tổng hợp quinolin ......................................................... 5 1.2. SƠ LƯỢC VỀ XETON α,β-KHÔNG NO............................................................ 10 1.2.1. Cấu tạo của xeton α,β-không no [4],[13] ................................................ 10 1.2.2. Một số phản ứng chuyển hóa xeton α,β-không no [13] .......................... 11 1.2.3. Tổng hợp xeton α,β-không no theo Claisen-Schmidt [1], [13] ............... 12 1.3. MỘT SỐ HỢP CHẤT DỊ VÒNG CHỨA NITƠ .................................................14 1.3.1. Pirazolin ................................................................................................... 14 1.3.2. Benzothiazepin ........................................................................................ 16 1.4. HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT DỊ VÒNG .....................18 1.4.1. Hoạt tính sinh học của 2-pirazolin........................................................... 18 1.4.2. Hoạt tính sinh học của dẫn xuất benzothiazepin ..................................... 18 Chương 2. THỰC NGHIỆM ............................................................................. 19 2.1. SƠ ĐỒ PHẢN ỨNG ............................................................................................. 19 2.2. TỔNG HỢP 4-HIĐROXI-6-METYLPIRANOQUINOLIN-2,5-ĐION (giai đoạn 1) ............................................................................................................................................. 19 2.3. TỔNG HỢP 3-ACETYL -4-HYDROXY-N-METHYL-2(1H)-QUINOLON (giai đoạn 2) ................................................................................................................................... 20 iii 2.4. TỔNG HỢP CÁC XETON α,β-KHÔNG NO (giai đoạn 3) ................................ 21 2.4.1. Tổng hợp 3-(4’’-hiđroxi-3’’-metoxyphenyl)-1-(4’-hidroxy-N-methyl2(1H)-quinolon-3’-yl)prop-2-enon .................................................................... 21 2.4.2. Tổng hợp 3-(4’’-hiđroxiphenyl)-1-(4’-hidroxy-N-methyl-2(1H)- quinolon-3’-yl)prop-2-enon ............................................................................... 22 2.4.3. Tổng hợp 3-(4’’-metoxiphenyl)-1-(4’-hidroxy-N-methyl-2(1H)- quinolon-3’-yl)prop-2-enon ............................................................................... 22 2.4.4. Tổng hợp 3-(4’’-bromphenyl)-1-(4’-hidroxy-N-methyl-2(1H)-quinolon3’-yl)prop-2-enon .............................................................................................. 22 2.5. CHUYỂN HÓA XETONα,β-KHÔNG NO ĐƯỢC TỔNG HỢP TỪ 3-AXETYL4-HIĐROXI-N-METYLQUINOLIN-2-ON THÀNH CÁC DẪN XUẤT BENZOTHIAZEPIN, 2-PYRAZOLIN ............................................................................. 23 2.5.1. Chuyển hóa xeton α,β-không no tổng hợp từ 3-acetyl-4-hydroxy-Nmethyl-2(1H)-quinolon thành một số dị vòng benzothiazepin ......................... 23 2.5.2. Chuyển hóa xeton α,β-không no được tổng hợp từ 3-acetyl-4-hydroxyN-methyl-2(1H)-quinolon thành dị vòng 2-pyrazolin ...........................................25 2.6. XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA CÁC HỢP CHẤT TỔNG HỢP ĐƯỢC ................................................................................................................................................ 26 2.6.1. Sắc kí bản mỏng ...................................................................................... 26 2.6.2. Nhiệt độ nóng chảy .................................................................................. 26 2.6.3. Phổ hồng ngoại (IR) ................................................................................ 27 2.6.4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ....................................................... 27 2.6.5. Phổ khối lượng (MS) ............................................................................... 27 2.7. THĂM DÒ HOẠT TÍNH ĐỘC TẾ BÀO [29, 54] ...............................................27 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 29 3.1. TỔNG HỢP CÁC CHẤT ĐẦU 3-AXETYL-4-HIĐROXI-N- METYLQUINOLIN-2-ON ................................................................................................. 29 3.2. TỔNG HỢP CÁC XETON α,β-KHÔNG NO TỪ 3-ACETYL-4-HYDROXY-NMETHYL-2(1H)-QUINOLON .......................................................................................... 29 3.3. CHUYỂN HÓA XETON α,β-KHÔNG NO THÀNH CÁC DẪN XUẤT DỊ VÒNG CHỨA NITƠ ........................................................................................................... 32 3.3.1. Tổng hợp các hợp chất 2-aryl-4-(4’-hydroxy-N-methyl-2’(1H)-quinolon3’-yl)-1,5-benzothiazepin .................................................................................. 32 3.3.2. Tổng hợp các hợp chất 5-aryl-3-(4’-hydroxy-N-methyl-2’(1H)-quinolon3’-yl)-1-(4’-nitrophenyl)-2-pyrazolin ................................................................ 39 3.4. THỬ NGHIỆM HOẠT TÍNH ĐỘC TẾ BÀO .....................................................43 KẾT LUẬN....................................................................................................... 46 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN .. 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 48 PHỤ LỤC ......................................................................................................... 55 DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU Bảng 3.1: Dữ kiện vật lý của các xeton α,β-không no tổng hợp được từ 3-acetyl4-hydroxy-N-methyl-2(1H)-quinolon ............................................................... 32 Bảng 3.2: Hoạt tính gây độc tế bào trên dòng KB (ung thư biểu mô) .............. 44 Bảng 3.3: Hoạt tính gây độc tế bào trên dòng HepG2 (ung thư gan) ............... 44 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Sơ đồ 1: Sơ đồ tổng hợp các hợp chất xuất phát từ N-metylanilin ................... 19 Hình 3.1: Phổ IR của hợp chất 2-(4’’-metoxiphenyl)-4-(4’-hydroxy-N-methyl2’(1H)-quinolon-3’-yl)-1,5-benzođiazepin (B2) ............................................... 33 Hình 3.2: Phổ 1H NMR của hợp chất 2-(4’’-metoxiphenyl)-4-(4’-hydroxy-Nmethyl-2’(1H)-quinolon-3’-yl)-1,5-benzođiazepin (B2) .................................. 34 Hình 3.3: Một phần phổ HSQC của hợp chất (B2)Error! Bookmark not Bookmark not defined. Hình 3.4: Một phần phổ HMBC của hợp chất (B2)Error! defined. Hình 3.5: Phổ 1H NMR của hợp chất P2 ........................................................... 40 Hình 3.6: Một phần phổ HSQC của hợp chất (P2)Error! Bookmark not Bookmark not defined. Hình 3.7: Một phần phổ HMBC của hợp chất (P2)Error! defined. v MỞ ĐẦU Trên thế giới hiện nay ngày càng xuất hiện nhiều những căn bệnh lạ, những căn bệnh nan y, những chủng vi khuẩn, vi rút kháng thuốc, v.v. Trước tình hình đó, việc tìm ra những chủng thuốc mới để chữa trị là một trong những vấn đề cấp bách của toàn xã hội. Tuy nhiên việc tìm ra một chủng thuốc để đưa vào sản xuất là cả một quá trình gian nan và đầy thử thách và phải trải qua rất nhiều giai đoạn. Trước hết là phải tổng hợp được những hợp chất có hoạt tính sinh học cao, có những đặc điểm tương tự so với các chủng thuốc đã được sử dụng, có những tính chất ưu việt hơn và sau đó mới là thử nghiệm sản xuất. Hóa học các hợp chất dị vòng là một lĩnh vực phát triển mạnh mẽ và đã tạo ra nhiều hợp chất có ứng dụng trong thực tiễn. Trong lĩnh vực đó, dị vòng quinolin giữ một vai trò quan trọng. Nhiều hợp chất chứa khung quinolin được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau như mỹ phẩm, thực phẩm, chất xúc tác, thuốc nhuộm, và đặc biệt là trong ngành dược phẩm. Điển hình như quinine, cinchonine, chloroquine, pamaquine được sử dụng làm thuốc trị sốt rét. Một số dẫn chất khác của quinolin được ứng dụng làm thuốc chữa trị ung thư như camptothecin, kháng khuẩn, kháng nấm, chống lao phổi như bedaquiline. Đáng chú ý là các diarylquinolin hiện nay đang được xếp vào một trong mười loại kháng sinh thế hệ mới thay thế cho các kháng sinh đã bị vi trùng kháng lại. Một số dẫn chất khác của quinolin được ứng dụng làm thuốc kháng sinh, kháng khuẩn, kháng nấm, chống kí sinh trùng gây bệnh, chống lao phổi. Các xeton ,-không no là một lớp chất hữu cơ phong phú mà trong phân tử của chúng có chứa nhóm vinyl xeton (-CO-CH=CH-). Công thức tổng quát chung của các xeton ,-không no là: R1 C C C R2 R3 R4 1 O Các xeton ,-không no với hệ liên hợp giữa nối đôi vinyl với nhóm cacbonyl xeton nên cũng có thể coi là những hợp chất trung gian trong quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ khác nhau như pirazolin, flavonoit, pirimiđin, benzođiazepin, benzothiazepin... mà các hợp chất này cũng là các hợp chất có hoạt tính sinh học rất đáng chú ý. Các 2-pirazolin được biết đến như là một lớp chất có hoạt tính sinh học cao. Có rất nhiều báo cáo đã công bố về hoạt tính sinh học và được công bố có tác dụng sinh lý mạnh như gây mê, trị bệnh thần kinh, khả năng chống oxy hoá, chống vi trùng, trị ung thư... Theo [25] thì những hợp chất chứa vòng 2-pirazolin có hoạt tính sinh học khá cao, có khả năng ức chế được nhiều loại vi khuẩn khác nhau... Pyrimiđin là dị vòng có ý nghĩa hóa sinh rất quan trọng bởi vì chúng có mặt trong thành phần của các axit nucleic, vì thế hiện nay nó được các nhà khoa học rất quan tâm nghiên cứu. Trong các nghiên cứu nhận thấy pyrimiđin có khả năng diệt nấm [42], diệt cỏ dại [29], chống virut HIV, ức chế hoạt động của khối u, kháng khuẩn, chống sốt rét, chữa ung thư, thuốc lợi tiểu [41] … Các dẫn xuất của benzođiazepin được sử dụng rộng rãi như thuốc chống co giật, thuốc chống lo âu, giảm đau, an thần, trầm cảm, thuốc thôi miên và thuốc gây mê [44]. Trong những thập kỷ gần đây, hoạt tính của dẫn xuất 1,5benzođiazepin đã được nghiên cứu đến một số bệnh như ung thư, nhiễm siêu vi và các rối loạn tim mạch, chống viêm, hạ sốt [32]. Bên cạnh đó, dẫn xuất benzođiazepin cũng có tầm quan trọng trong thương mại và được sử dụng như là thuốc nhuộm cho sợi acrylic trong nhiếp ảnh [34]. Benzothiazepin và dẫn xuất của nó tạo thành một lớp quan trọng của các hợp chất dị vòng bởi nó có một loạt các tính chất trị liệu và dược lý [56]. Các dẫn xuất của benzothiazepin được sử dụng rộng rãi như thuốc giãn mạch, thuốc an thần, thuốc chống trầm cảm, hạ huyết áp, chống ung thư [34]. Trong lĩnh vực các xeton ,-không no đặc biệt là các hợp chất có chứa các nhân dị vòng trong phân tử, nhóm nghiên cứu của GS. Nguyễn Minh Thảo 2 đã tiến hành nghiên cứu trong hơn 10 năm qua. Các kết quả nghiên cứu thu được khá đầy đủ, phong phú và có hệ thống. Hầu hết các xeton ,-không no đều có hoạt tính kháng khuẩn và chống nấm. Một số trong đó có khả năng kháng các chủng loại khuẩn gây mủ xanh nên có hoạt tính chống viêm nhiễm. Đặc biệt hợp chất xeton ,-không no đi từ 3-axetyl-4-hiđroxi-N-phenyl quinolin-2-on với p-nitrobenzanđehit có khả năng chống ung thư gan và phổi cả in vitro và in vivo với khả năng kìm hãm khối u lên tới 69%. Trong các nghiên cứu gần đây [6],[7],[8],[9],[10],[15],[16],[17],[18],[20], ngoài việc tổng hợp và nghiên cứu các xeton ,-không no, nhóm các nhà khoa học ở Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội còn chuyển hoá chúng thành các hợp chất dị vòng khác như hợp chất chứa vòng 2-pirazolin, benzođiazepin, pyrimiđin, từ các kết quả thu được chúng tôi thấy rằng, việc tổng hợp các chất chứa dị vòng benzothiazepin, benzođiazepin, pyrimiđin từ xeton ,-không no không quá khó khăn. Các sản phẩm tổng hợp được có khả năng chống oxi hoá cao và đặc biệt có khả năng phát huỳnh quang cho ánh sáng màu xanh, bên cạnh đó các hợp chất tổng hợp được có hoạt tính sinh học đáng chú ý, nhất là hoạt tính kháng khuẩn, chống nấm và hoạt tính độc tế bào ung thư. Từ các phân tích trên, chúng tôi đề xuất đề tài: ‘‘Tổng hợp, cấu trúc và hoạt tính độc tế bào của một số hợp chất benzothiazepine và 2-pyrazoline xuất phát từ 3-acetyl-4-hydroxy-N-methyl-2(1H)-quinolone”. Trong đề tài này chúng tôi tổng hợp một số dãy xeton ,-không no đi từ chất đầu là N-metylanilin,xuất phát từ các xeton,-không no tổng hợp được chúng tôi tiến hành tổng hợp ra các hợp chất hữu cơ chứa các nhân dị vòng như: pyrimiđin, benzođiazepin, pirazolin...đây là những chất theo các công trình nghiên cứu thấy mang hoạt tính sinh học, từ đó chúng tôi hi vọng sẽ tìm ra được những hợp chất có hoạt tính sinh học quý giá. 3 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. QUINOLIN 1.1.1. Sơ lược về Quinolin Quinolin là một loại hợp chất dị vòng có công thức cấu tạo như sau: 4 5 6 3 7 N 8 2 1 Tính chất vật lý: - Là chất lỏng nhớt, không màu hoặc có màu vàng nhạt, thẫm màu dần khi tiếp xúc với không khí và ánh sáng. - Có mùi đặc trưng, tsôi=237oC, tan trong etanol, benzen, ete và các dung môi hữu cơ khác. Quinolin là hợp chất thơm điển hình có cấu tạo một mặt tương tự như piriđin và benzen, mặt khác nó cũng có điểm tương tự như naphtalen. Tuy nhiên do sự đúc ghép giữa 2 vòng piridin và benzen nên sự phân bố electron ở các vị trí là không đều, mật độ electron trong quinolin chuyển dịch một phần sang vòng benzen. Quinolin giống naphtalen về mặt cấu tạo ở những điểm sau: 10e-π tuy là không định chỗ nhưng các liên kết 1-2, 3-4, 5-6, và 7-8 mang tính chất liên kết đôi nhiều hơn so với liên kết 2-3, 2-6. Chính điều này ảnh hưởng rất lớn đến chiều hướng phản ứng trên vòng quinolin và cũng ảnh hưởng tới khả năng phản ứng của các nhóm thế trên vòng. Sự phân bố mật độ điện tích được thể hiện: -0,011 0,050 - 0,004 N 0,077 +0,068 -0,003 -0,008 +0,016 -0,013 -0,805 N -0,784 quinoline pyridine 4 +0,104 Độ dài liên kết trên ion quinolin: 0,144 0,145 0,135 0,139 0,144 0,139 0,142 N 0,138 0,134 0,138 H Ngoài ra, trên dị tố Nitơ của quinolin còn một cặp electron được phân bố trên mặt phẳng vuông góc với đám mây e-π của phân tử và không tham gia vào sự thơm hóa. Do có cặp electron này mà quinolin có tính bazơ, dễ dàng tạo muối amoni bậc 4 và oxi hóa thành N-oxit tương ứng. 1.1.2. Các phương pháp tổng hợp quinolin 1.1.2.1. Tổng hợp quinolin theo phương pháp Scraup [3],[13] Đây là phương pháp phổ biến và chung nhất để điều chế quinolin và các dẫn xuất của nó. Bản chất của phương pháp này là dựa vào phản ứng không bình thường khi đun nóng amin (với ít nhất 1 vị trí ortho còn tự do) với glixerol trong sự có mặt của axit sunfuric và chất oxi hóa nhẹ nhàng. Ví dụ: + H2C CH CH 2 OH OH OH H2SO4 C6H5NO2, 1300C N NH 2 (85%) Ở đây dưới tác dụng của axitsunfuric đặc khi đun nóng, glixerol bị đề hidrat hóa thành acrolein. Sau đó là sự cộng hợp của amin thơm bậc một vào acrolein rồi tiếp theo là sự loại nước đóng vòng nội phân tử và cuối cùng là sự oxi hoá dẫn xuất 1,2-đihiđroquinolin trung gian thành hệ vòng thơm quinolin. H2 C CH CH 2 OH OH H H O C NH 2 HC CH 2 OH O -2H2O OH H C H OH C + O + H + H2C CH CHO H2SO4 NH NH + -H -H2O NH NH [O] N 5 Như vậy trong phản ứng này axit sunfuric đặc vừa là tác nhân lấy nước của glixerin để tạo thành acrolein (hợp chất cacbonyl α,β-không no) vừa đóng vai trò xúc tác axit trong quá trình ngưng tụ và đóng vòng loại nước nội phân tử. Vì vậy, đôi khi có thể thay thế nó bằng axit photphoric. Tác nhân oxi hóa ở đây có thể là oxi, thiếc tetraclorua(SnCl4), anhiđrit asenic (As2O5), nitrobenzen,... Nhưng tốt nhất thường dùng các hợp chất nitro tương ứng với amin thơm được sử dụng trong phản ứng. Mặt khác, phản ứng thường diễn ra rất mạnh liệt, cho nên để kìm hãm bớt sự mãnh liệt ấy và để kiểm tra phản ứng, người ta thường bổ sung FeSO4 hay axit boric (H3BO3) vào hỗn hợp phản ứng, đặc biệt khi tiến hành với amin thơm có chứa các nhóm thế nhạy cảm với axit. Tuy nhiên cơ chế tác dụng của hai tác nhân này cho đến nay vẫn chưa được làm sáng rõ. Tóm lại, tổng hợp quinolin theo Scraup về hình thức phải trải qua 4 giai đoạn kế tiếp nhau: - Đề hiđrat hóa glixerin thành acrolein (không sử dụng trực tiếp acolein sẵn để tránh sự polime hóa chính bản thân acrolein). - Cộng hợp theo loại phản ứng Michael của amin thơm bậc một vào hợp phần cacbonyl α,β-không no. - Sự thế electrophin nội phân tử với sự loại nước đóng vòng. - Sự đề hiđro hóa (hay oxi hóa) dẫn xuất 1,2-đihiđro trung gian thành quinolin dưới tác dụng của các tác nhân oxi hóa. Cần chú ý rằng giai đoạn ngưng tụ loại nước đóng vòng mang bản chất phản ứng thế electrophin nội phân tử, do đó phụ thuộc vào bản chất và vị trí của các nhóm thế ở vị trí meta (đối với nhóm –NH2) thì phản ứng thường cho hỗn hợp đồng phân quinolin với nhóm thế ở vị trí 5 và 7. Điều kiện và xúc tác có thể gây ra ảnh hưởng quyết định đến tỉ lệ các sản phẩm. Thông thường trong đa số các trường R) và sự tạo thành chủ yếu đồng phân với nhóm thế ở vị trí 7. Ngược lại nhóm thế hút electron chủ yếu hướng tới sự tạo thành đồng phân quinolin 6 chứa nhóm thế ở vị trí 5. Nhóm halogen gây ra ảnh hưởng không rõ rệt và kết quả thường tạo ra hỗn hợp hai đồng phân với lượng tương đương nhau: R R OHC -H2O H2SO4 + R NH NH NH Cũng tồn tại một vài dạng cải tiến của tổng hợp Scraup, nhưng quan trọng nhất là tổng hợp vòng quinolin theo Dobner-Miller. Bản chất phản ứng này là sự đun nóng amin thơm bậc một với anđehit trong sự có mặt của axit clohiđric hay axit sunfuric đặc, và kết quả dẫn tới sự tạo thành vòng quinolin chứa nhóm thế ở vị trí 2. Ví dụ: H+ + 2CH3CHO CH3 N NH2 Trong phản ứng mặc dù có thể dùng ngay oxi không khí làm tác nhân oxi hóa, nhưng tốt hơn cả thường sử dụng axit m-nitrobenzen sunfonic. Trước đây người ta cho rằng cơ chế của phản ứng này ở giai đoạn đầu là sự ngưng tụ của hai phân tử anđehit để tạo ra hợp chất cacbonyl α,β-không no, rối sau đó là sự cộng hợp của amin thơm bậc một vào hợp chất cacbonyl α,β-không no như sơ đồ phản ứng với acrolein ở trên: CH3CHO H+ -H2O H3C CH CH CHO H+ NH2 + H3C CH CH CHO -H2O N CH3 Nhưng khi nghiên cứu kĩ phản ứng này, đặc biệt khi đơteri hóa anđehit rồi mà vẫn không tìm thấy D ở vị trí 3 của vòng quinolin sản phẩm. Do đó cơ chế phản ứng Dobner-Miller có lẽ không xảy ra theo kiểu phản ứng Scraup, mà có thể như sau: 7 H+ + H3C CHO NH2 + CH3 N CH H+ H3C CHO NH2 NH CH CH2 1.1.2.2 . Tổng hợp quinolin theo Fridlender và Pfitzinger [3],[13] Tổng hợp Fridlender dựa trên sự ngưng tụ của các o-axylanilin với hợp chất cacbonyl có chứa nhóm metylen α trong sự có mặt của xúc tác axit hay kiềm. Ví dụ: CHO NH2 CHO CH3 -H2O + CHO NaOH CH3 N CH -H2O N C6 H 5 CH3 (88%) 0 C6 H 5 C O NH2 ,t OH O C O 4d 3 CH H 2S CH3 H2C + K H2C C CH3 EtO OH 6 H, 7% 0 N H 5 C6 CH3 C6 H 5 OH o C (71%) NH2 O C2 H 5 N CH 2CH 3 Từ ví dụ trên rõ ràng sự định hướng ngưng tụ, và do đó, cả sự đóng vòng phụ thuộc vào điều kiện phản ứng. Trong sự có mặt của axit, hợp chất cacbonyl phản ứng ở dạng C3-enol trung tính (CH3-C(OH)=CH-CH3). Trong khi đó, nếu dùng xúc tác kiềm thì anion C1-enolat (CH3CH2COCH2(*)) tham gia vào phản ứng. Như vậy, trong trường hợp của xeton không đối xứng với hai nhóm metylen α khác nhau thì tùy thuộc vào đặc tính của xúc tác mà sự ngưng tụ có thể xảy ra ở nguyên tử Cα này hay khác. Tổng hợp Fridlender gặp một khó khăn lớn là phải đi từ các nguyên liệu đầu (các o-axylanilin) khó kiếm và tương đối kém bền vững, đặc biệt trong trường hợp muốn điều chế các quinolin có chứa nhóm thế bên vòng benzen. 8 Khó khăn của phương pháp Fridlender được khắc phục bằng cách sử dụng các dẫn xuất của isatin làm nguyên liệu đầu theo phương pháp tổng hợp vòng quinolin của Pfitzinger. Như đã biết các dẫn xuất của isatin rất dễ đạt được và bởi metylen α) có thể dùng làm phương pháp chung để tổng hợp vòng quinolin: H 3C KOH 33% O H2O N H H3C COOK C O H3C O NH2 H3C O CH3COCH2OC6H5 1. Ðun sôi 6h 2. H+ O CO(CH 2)nCOOH R N R CH3 (73%) + N H COOH OC 6H5 H3C COOH (CH 2)n-1COOH KOH 33% 1.Ðun sôi 50h 2.H+ 2 N 1 R 2 N R 1 Ở đây : n=2,3,4 ; R1=H, CH3, C6H5CH2 ; R2=H, CH3, C6H5. Dựa theo phương pháp này nhiều dẫn xuất của axit quinolin-4cacboxylic đã được tổng hợp với mục đích chuyển hóa tiếp theo thành các hợp chất giống với kinin về mặt cấu tạo và với mục đích nghiên cứu dược học và hóa dược. Các axit này cũng có thể được đecacboxyl hóa khi đun nóng với oxit canxi ở 250-300oC để thành quinolin tương ứng. 1.1.2.3. Tổng hợp quinolin theo Combes [3],[13] Bản chất của phương pháp này là sự ngưng tụ các hợp chất 1,3đicacbonyl với các amin thơm bậc một để tạo ra bước đầu các β-aminoenon, và tiếp theo, dưới tác dụng của axit sunfuric đặc, phản ứng đóng vòng đehidrat hóa xảy ra, dẫn tới sự tạo thành vòng thơm quinolin. H3C H3C CH3COCH2COCH3 NH2 O CH3 C Ðun sôi 1h H2SO4 H3C CH3 100 oC, 30 ph' N H 9 CH3 N CH3 1.1.2.4. Tổng hợp quinolin theo Conrad-Limpach và Knorr[3],[13] Tổng hợp Knorr dựa trên sự ngưng tụ của amin thơm bậc một với βxetoeste (như etyl axetoaxetat chẳng hạn) trong môi trường axit (như H2SO4 đặc) ở 80-100oC và dẫn tới sự tạo thành quinolon-2. CH3 COCH 3 + NH2 CH2 COCH 3 -EtOH -H2O CH2 COOEt N CO N H H O Phản ứng này được thực hiện do kết quả tấn công nucleophin vào nhóm este của etyl axetoaxetat. Nhưng trong phân tử xetoeste có hai loại nhóm cacbonyl. Nếu sự tấn công nucleophinvào nhóm xeton hoạt động hơn thì lúc đó dẫn xuất quinolin-4 được tạo thành qua enamin trung gian. Trường hợp này phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn (2402500C) và mang tên tổng hợp Conrad-Limpach. O COOCH 3 + NH2 CH2 -H2O -EtOH HC COOEt COOEt N H C N CH3 CH3 H 1.2. SƠ LƯỢC VỀ XETON α,β-KHÔNG NO 1.2.1. Cấu tạo của xeton α,β-không no [4],[13] Xeton α,β-không no có công thức tổng quát: R1 C C C O R3 R2 Với hệ liên hợp C=C và C=O làm cho các xeton α,β-không no bền vững hơn các xeton không no không liên hợp. Nguyên nhân chính là do ở điều kiện thường chúng tồn tại ở 3 dạng cộng hưởng sau: 10 C+-C--C=O C=C-C=O C+-C=C-O- Mặc dù sự đóng góp các dạng cộng hưởng ở trạng thái cơ bản có vai trò nhỏ nhưng cũng góp phần giải thích các tính chất hóa học cũng như momen lưỡng cực… của các xeton α,β-không no. mặt khác, sự liên hợp và đặc biệt là sự đóng góp của các dạng cộng hưởng làm ảnh hưởng đến tần số dao động của nhóm cacbonyl trong phổ IR và NMR 1.2.2. Một số phản ứng chuyển hóa xeton α,β-không no [13] 1.2.2.1. Phản ứng với hợp chất chứa nitơ tạo thành hợp chất dị vòng Nhiều xeton α,β-không no tác dụng với hiđrazin và hiđroxylamin qua nhiều giai đoạn cộng 1,2 và 1,4 tạo thành những hợp chất dị vòng là pirazolin và isoxazolin: CH3 HN NH2 CH3 HO + HO O O O O N COCH=CHAr Ar N pirazolin CH3 H2C H2C CH3 + HO NH2 CH3 OH N O N O isoxazolin 1.2.2.2. Đóng vòng nội phân tử thành các hợp chất kiểu flavon Một số xeton α,β-không no có nhóm -CO-CH=CH- cạnh nhau thì chúng có thể tham gia phản ứng đóng vòng nội phân tử: 11 COCH=CHAr Ar O OH O S/Xilen 1.2.2.3. Phản ứng với guaniđin clohiđrat thành vòng pyrimiđin Các xeton α,β-không no thơm gần đây được chuyển hóa thành vòng pyrimiđin có tính ứng dụng cao bằng phản ứng với guaniđin trong lò vi sóng hoặc đun hồi lưu hỗn hợp đồng mol các chất phản ứng trong dung môi etanol: Ar NH Ar-CO-CH=C-Ar' + NH 2 N C2H5OH NH2 Ar' N NH2 1.2.2.4. Phản ứng Michael Phản ứng được tiến hành trong môi trường bazơ để tổng hợp các xeton vòng hóa: O COOEt O O + COOEt EtO- 1.2.3. Tổng hợp xeton α,β-không no theo Claisen-Schmidt [1], [13] Đây là phản ứng tổng hợp thông dụng nhất và thu được kết quả tốt nhất đối với sự tổng hợp các xeton α,β-không no. Bản chất là phản ứng ngưng tụ croton giữa một anđêhit và một metylxeton, xúc tác có thể là một axit hay bazơ, sau khi loại một phân tử nước đi sẽ cho xeton α,β-không no: CHO COCH 3 + CH=CH-C O xt, to Cơ chế đáng tin tưởng theo chúng tôi như sau:  Với xúc tác axit: 12 + H2O