Khóa luận Khảo sát phản ứng tự chuyển hóa của stictic acid dưới ảnh hưởng của lewis acid trong dung môi dimethylformamide

Nội dung text: Khóa luận Khảo sát phản ứng tự chuyển hóa của stictic acid dưới ảnh hưởng của lewis acid trong dung môi dimethylformamide

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH HÓA HỮU CƠ KHẢO SÁT PHẢN ỨNG TỰ CHUYỂN HÓA CỦA STICTIC ACID DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA LEWIS ACID TRONG DUNG MÔI DIMETHYLFORMAMIDE GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. Dương Thúc Huy SINH VIÊN THỰC HIỆN: Lợi Minh Tâm MÃ SỐ SINH VIÊN: K40.106.090 TPHCM. THÁNG 4 NĂM 2018
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH HÓA HỮU CƠ KHẢO SÁT PHẢN ỨNG TỰ CHUYỂN HÓA CỦA STICTIC ACID DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA LEWIS ACID TRONG DUNG MÔI DIMETHYLFORMAMIDE GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. Dương Thúc Huy SINH VIÊN THỰC HIỆN: Lợi Minh Tâm MÃ SỐ SINH VIÊN: K40.106.090 TPHCM. THÁNG 4 NĂM 2018
3. LỜI CẢM ƠN Đề tài khóa luận này được hoàn thành tại phòng Bộ môn Hóa Hữu cơ thuộc Khoa Hóa Học, trường Đại học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh. Để có được bài luận ngày hôm nay là sự cố gắng và là thành quả sau nhiều tháng nỗ lực, miệt mài trên phòng thí nghiệm, cũng như là thành quả của quá trình học tập và rèn luyện trong suốt bốn năm trên giảng đường. Trong khoảng thời gian đó, những người thầy, người cô, bạn bè và gia đình luôn bên cạnh, dìu dắt, động viên và tạo mọi điều kiện hỗ trợ cho em. Để tri ân tấm lòng đó, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến: Thầy Dương Thúc Huy, người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, luôn bên cạnh đốc thúc, tận tình chỉ dạy và chia sẻ những kiến thức cùng những kinh nghiệm vô cùng quý báu. Thầy cô trong Khoa Hóa đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức chuyên môn, song song đó là những kỹ năng thực nghiệm để em có đủ nền tảng, cơ sở và công cụ để hoàn thành khóa luận. Các bạn cùng thực hiện đề tài trong phòng thí nghiệm và các em Khóa 41, những người bạn, người em luôn kề vai sát cánh, cùng động viên, góp ý và hỗ trợ nhau trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Và nhân đây, em xin cảm ơn gia đình. Gia đình là nguồn tiếp thêm cho em sức mạnh và luôn là chỗ dựa tinh thần vững chắc. Cuối cùng, em rất mong nhận được sự nhận xét, đóng góp và phê bình từ những thầy cô trong Hội đồng phản biện và bạn đọc để bài luận có thể được hoàn thành tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn. SINH VIÊN THỰC HIỆN i
4. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU iv DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC SƠ ĐỒ vii MỞ ĐẦU viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Stictic acid 1 1.2. Các phản ứng đã nghiên cứu trên stictic acid 3 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 5 2.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 5 2.1.1. Hóa chất 5 2.2.2. Dụng cụ, thiết bị 5 2.2. Điều chế xúc tác 6 2.3. Khảo sát phản ứng tự chuyển hóa của stictic acid dưới ảnh hưởng của Lewis acid trong dung môi dimethylformamide 6 2.3.1. Phản ứng chuyển hóa 6 2.3.2. Khảo sát phản ứng chuyển hóa 8 2.3. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất 8 2.3.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR 8 2.3.2. Số liệu phổ định danh cơ cấu sản phẩm 8 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 10 3.1. Phản ứng tự chuyển hóa của stictic acid trong dung môi DMF 10 3.1.1. Sơ đồ phản ứng 10 3.1.2. Phản ứng cộng nucleophile (AN) 10 3.1.3. Phản ứng thế nucleophile trên nhân thơm (SNAr) 11 3.1.4. Phản ứng dimer hóa 11 3.2. Biện luận cấu trúc sản phẩm 11 3.2.1. Cấu trúc sản phẩm SU0 11 3.2.2. Cấu trúc sản phẩm SU1 12 ii
5. 3.2.3. Cấu trúc sản phẩm SU3 13 3.3. Cơ chế phản ứng 14 3.3.1. Cơ chế giải thích sự tạo thành sản phẩm SU0 và SU1 14 3.3.2. Cơ chế sự tạo thành sản phẩm SU3 18 3.4. Khảo sát phản ứng 18 3.4.1. Khảo sát thời gian phản ứng 18 3.4.2. Khảo sát phản ứng phản ứng khi có mặt nước 19 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 20 4.1. Kết luận 20 4.2. Kiến nghị 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 PHỤ LỤC iii
6. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Ac Acetone AcOH Acetic acid C Chloroform DMSO Dimethyl sulfoxide DMF Dimethylformamide EA Ethyl acetate ED50 Liều có hiệu quả ở 50% số con vật thí nghiệm (Effective Dose) H Hexane HMBC Tương quan 1H-13C qua 2, 3 nối (Heteronuclear Multiple Bond Coherence) HSQC Tương quan 1H-13C qua 1 nối (Heteronuclear Single Quantum Correlation) IC50 Nồng độ ức chế sự phát triển của 50% số tế bào thử nghiệm (Half Maximal Inhibitory Concentration) MIC Nồng độ tối thiểu ức chế sự phát triển của tế bào (Minimum Inhibitory Concentration) NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy) ppm Part per million s Mũi đơn (Singlet)  Độ dịch chuyển hóa học (Chemical shift) iv
7. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Giá trị ED50 của các hợp chất đối với ấu trùng S. Littoralit. 1 Bảng 2.1. Khảo sát thời gian phản ứng chuyển hóa của stictic acid. 8 Bảng 2.2. Khảo sát sự chuyển hóa của stictic acid khi có mặt nước 8 Bảng 3.1. Dữ liệu phổ 1H-NMR, 13C-NMR của stictic acid và SU0. 12 Bảng 3.2. Dữ liệu phổ 1H-NMR, 13C-NMR của stictic acid, SU0 và SU1. 13 Bảng 3.3. Dữ liệu phổ 1H-NMR, 13C-NMR của SU0 và SU3. 14 v
8. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Cấu tạo hóa học của stictic acid. 1 Hình 1.2. Cấu tạo hóa học của isidiophorin. 2 Hình 3.1. Các sản phẩm của quá trình chuyển hóa stictic acid dưới tác dụng của AlCl3 trong dung môi DMF. 10 Hình 3.2. Tương quan HMBC của hợp chất SU0. 11 Hình 3.3. Tương quan HMBC của hợp chất SU3. 14 Hình 3.4. Quá trình thủy phân DMF dưới tác dụng của AlCl3 và nhiệt độ. 15 Hình 3.5. Quá trình dehydrate hóa của stictic acid để tạo thành sản phẩm SA1. 15 Hình 3.6. Cơ chế đề nghị sự tạo thành sản phẩm SU0 từ SA1. 16 Hình 3.7. Cơ chế đề nghị của sự hình thành sản phẩm SU1 từ SA1. 17 Hình 3.8. Cơ chế đề nghị của quá trình dime hóa SU0 tạo thành sản phẩm SU3. 18 Hình 3.9. Sắc ký bản mỏng khảo sát thời gian phản ứng. 19 Hình 3.10. Sắc ký bản mỏng khảo sát phản ứng khi có mặt nước và dimethyl amine. 19 Hình 4.1. Một số sản phẩm chuyển hóa của stictic acid đã cô lập được. 20 vi
9. DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1. Một số phản ứng chuyển hóa của stictic acid. 3 Sơ đồ 2.1. Quy trình pha xúc tác AlCl3 trong dung môi DMF. 6 Sơ đồ 2.2. Quy trình thực hiện phản ứng chuyển hóa stictic acid. 7 vii
10. MỞ ĐẦU Các loại hợp chất được cô lập từ địa y cho nhiều hoạt tính sinh học như chống oxi hóa, kháng khuẩn, kháng nấm, ức chế một số loại enzyme vi khuẩn và virut ngoài ra chúng còn có khả năng ngăn cản quá trình phân bào, đồng thời ức chế sự hình thành và phát triển của các tế bào ung thư. Vì vậy chúng nhận được sự quan tâm và được nghiên cứu rộng rãi, stictic acid cũng là một trong số đó. Năm 2017, trong đề tài khóa luận của sinh viên Nguyễn Thảo Phương Uyên, chúng tôi nhận thấy có sự dehydrate hóa của stictic acid dưới tác dụng của Lewis acid. Để khảo sát cụ thể hơn về quá trình này, chúng tôi đã thực hiện đề tài nhằm khẳng định sự ảnh hưởng của Lewis acid đến stictic acid nói riêng và khung sườn depsidone nói chung, đồng thời nghiên cứu cấu trúc của các sản phẩm chuyển hóa khác của phản ứng. viii
11. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Stictic acid Stictic acid (Hình 1.1) là hợp chất có khung sườn depsidone, có tên khoa học là 1,4- dihydroxy-10-methoxy-5,8-dimethyl-3,7-dioxo-1,3-dihydro-7H- benzo[6,7][1,4]dioxepino[2,3-e]isobenzofuran-11-carbaldehyde, là chất bột vô định hình, màu trắng [6]. Hình 1.1. Cấu tạo hóa học của stictic acid. Chúng được tìm thấy trong nhiều loài địa y khác nhau như địa y Usnea aciculifera, Parmotrema sp. (Parmotrema eliasaroanum ), Evernia prunastri, Pseudevernia (Pseudevernia furacea ), Relicina (Relicina sydneyensis ), Xanthoparmelia lusitam (hay còn gọi là Xanthoparmelia verucigera) [3], [13] Năm 1993, Peter Proksch và các cộng sự đã tiến hành thử nghiệm độc tính của stictic acid đối với ấu trùng Stenoptilodes littoralis, một loài bướm đêm thuộc họ Pterophoridae. Kết quả thể hiện dưới liều ED50 (Bảng 1.1) cho thấy stictic acid không ức chế sự sống của ấu trùng trong phạm vi phân tích nồng độ mà chỉ gây ảnh hưởng khi dùng liều cao [10]. Bảng 1.1. Giá trị ED50 của stictic acid đối với ấu trùng S. Littoralit. ED50 Hợp chất (% trọng lượng khô) (mol/g trọng lượng khô) Stictic acid 56.2 2.17 *Không phát hiện được trong phạm vi phân tích nồng độ (20-140 µmol/g trọng lượng khô, hoặc 0.8-5.4% trọng lượng khô). Năm 1997, Nouri Neamati và các cộng sự đã tiến hành thử nghiệm khả năng kháng virut HIV-1 đối với các hợp chất có khung sườn depsidone, kết quả cho thấy chúng có
12. khả năng ức chế đối với loại virus này. Trong đó, stictic acid cho giá trị IC50 là 3 µM với khả năng ức chế trung bình so với các hợp chất được thử nghiệm khác [8]. Năm 2002, Correché và các cộng sự đã tiến hành đánh giá khả năng gây độc tế bào của stictic acid và một số hợp chất khác trên tế bào gan và tế bào lympho chuột. Kết quả cho thấy hoạt tính gây chết tế bào của stictic acid là mạnh nhất trong các chất được thử nghiệm [4]. Năm 2010, G. Amo de Paz và các cộng sự đã cô lập được stictic acid từ Xanthoparmelia (Parmeliaceae) và thử nghiệm hoạt tính kháng oxi hóa. Dưới tác dụng của stictic acid, khả năng sống sót và tăng sinh của tế bào u nang U373-MG giảm đi đáng kể ở liều 50 µg/mL và 25 µg/mL (72.1 ± 8.0 và 82.1 ± 5.2). Mặt khác, khi xử lý bằng hydrogen peroxide, khả năng sống sót của U373-MG giảm gần 40% so với tế bào đối chứng, còn dịch chiết Xanthoparmelia làm giảm khả năng sống sót của tế bào tăng từ 10-19% (tùy liều dùng) so với các tế bào được xử lý bằng hydrogen peroxide. Qua đó cho thấy đây là hợp chất tiềm năng dùng để điều trị các bệnh rối loạn do thoái hóa thần kinh như bệnh Alzheimer và bệnh Parkinson [1]. Tiếp theo, vào năm 2011, khả năng ức chế quá trình lipid peroxidation của stictic acid đã được Atalay và các cộng sự thử nghiệm trên hệ thống liposome và nhũ tương. Kết quả ghi nhận được cho thấy nó là một chất chống oxi hóa tốt, đặc biệt là trong hệ thống liposome. Đồng thời tác giả cũng đưa ra các nhận định tương tự với các nghiên cứu đã được thực hiện trước đó rằng depsidone có hoạt tính chống oxi hóa tốt hơn depside và usnic acid. Bên cạnh đó, việc phát hiện ra isidiophorin (Hình 1.2) có cấu trúc tương tự với stictic acid nhưng có nhóm carbonyl liên hợp nối đôi thay cho nhóm aldehyde ở vị trí C-3 đã làm tăng đáng kể hoạt tính chống oxi hóa, tạo cơ sở cho các hướng nghiên cứu bán tổng hợp và tổng hợp [2]. Hình 1.2. Cấu tạo hóa học của isidiophorin.
13. Năm 2013, Boris Pejin và các cộng sự đã tiến hành cô lập stictic acid từ địa y Lobaria pulmonaria (L.) Hoffm (Lobariaceae) và thử nghiệm hoạt tính kháng ung thư trên các dòng tế bào HT-29 (ung thư ruột kết) và MCF-7 (ung thu vú), đồng thời ước tính hiệu quả của nó trên dòng tế bào bình thường MRC-5. Kết quả cho thấy rằng tế bào ung thư HT-29 nhạy cảm nhất đối với stictic acid (giá trị IC50 là 29.29 µg/mL), nhạy hơn MCF-7 là 689 lần và có hoạt tính trội hơn so với usnic acid. Mặt khác, hợp chất này cho thấy sự ức chế tăng trưởng thấp đối với các tế bào bình thường (giá trị IC50 là 2478.40 µg/mL). Từ đó cho thấy đây là một hợp chất tự nhiên đầy hứa hẹn cho việc thiết kế các loại thuốc điều trị ung thư trong tương lai [9]. 1.2. Các phản ứng đã nghiên cứu trên stictic acid Dựa trên các phản ứng chuyển hóa đã được nghiên cứu trên khung depsidone và các dẫn xuất tự nhiên khác, năm 2000, A. Elix và H. Wardlaw đã tiến hành phản ứng chuyển hóa stictic acid (Sơ đồ 1.1) [6]. Acid sulfamic H2O Dioxan NaClO2/ 1.5 mL H2O Khuấy trong 2 giờ Diethyleter Diazomethane Khuấy ở nhiệt độ phòng trong 10 phút Ethyl acetate Triethylamine Nhiệt độ ấm trong 8 ngày Sơ đồ 1.1. Một số phản ứng chuyển hóa của stictic acid.
14. Năm 2000, Esswein A. và các cộng sự đã tổng hợp được hợp chất (Z)-2-(5-((1,4- dihydroxy-10-methoxy-5,8-dimethyl-3,7-dioxo-1,3-dihydro-7H- benzo[6,7][1,4]dioxepino[2,3-e]isobenzofuran-11-yl)methylene)-4-oxo-2- thioxotetrahydrothiophen-3-yl)-acetic acid từ stictic acid và 2-(4-oxo-2- thioxothiazolidin-3-yl)-acetic acid (Sơ đồ 1.2) [7]. 15 mmol CH3COONa 15 mL CH3COOH Đun trong 10 giờ Sơ đồ 1.2. Phản ứng của stictic acid với tác chất 2-(4-oxo-2-thioxothiazolidin-3- yl)acetic acid.
15. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 2.1.1. Hóa chất - Stictic acid: được ly trích và tinh chế từ địa y Usnea sp.* - Alumium chloride hexahydrate 97% (Trung Quốc). - Acetone (Trung Quốc). - Acetic acid 99.5% (Trung Quốc). - Chloroform 99% (Trung Quốc). - Ethyl acetate 99.5% (Trung Quốc). - Hexane 95% (Trung Quốc). - N,N-dimethylformamide 99% (Trung Quốc). - Nước cất hai lần. - Sắc ký bản mỏng Kiesel gel 60F254 (Merck). - Silica gel 0.04-0.06 mm (Merck), dùng cho sắc ký cột. * Cung cấp bởi TS. Dương Thúc Huy, Khoa Hóa Học, Đại học Sư Phạm TPHCM. 2.2.2. Dụng cụ, thiết bị - Bình cầu 50 mL. - Cốc thủy tinh 250 mL, 100 mL. - Đũa thủy tinh. - Giấy lọc. - Cột sắc ký. - Phễu chiết 250 mL. - Pipet pasteur, micropipet. - Cân điện tử 4 số, Satorius AG Germani CPA3235. - Đèn soi UV bước sóng 254-365 nm. - Máy khuấy từ gia nhiệt Stone Staffordshire England ST15OSA. - Máy cô quay Heidolph. - Máy cộng hưởng từ hạt nhân NMR Bruker Ultrashied 500 Plus (Đại học Khoa học Tự Nhiên - Hà Nội).
16. 2.2. Điều chế xúc tác Lấy khoảng 1 g tinh thể AlCl3 cho vào chén sứ, đặt lên bếp từ. Dùng đũa thủy tinh khuấy đều đến khi thu được chất rắn tơi mịn thì dừng. Cân lấy 0.044 g (0.33 mmol) chất rắn thu được cho vào chai thủy tinh. Thêm DMF vào, đặt lên bếp khuấy từ, khuấy đến khi AlCl3 tan hoàn toàn để thu được xúc tác cần dùng (Sơ đồ 2.1). 1 g tinh thể AlCl .6H O 3 2 Chén sứ Xử lý trên bếp từ AlCl3 (mịn) Cân 0.044 g (0.33 mmol) AlCl3 Thêm DMF vào Chai th ủy tinh Khuấy từ Chất xúc tác AlCl3/DMF Sơ đồ 2.1. Quy trình pha xúc tác AlCl3 trong dung môi DMF. 2.3. Khảo sát phản ứng tự chuyển hóa của stictic acid dưới ảnh hưởng của Lewis acid trong dung môi dimethylformamide 2.3.1. Phản ứng chuyển hóa Cân 0.100 g (0.26 mmol) stictic acid cho vào bình cầu. Thêm vào 20 mL xúc tác o AlCl3/DMF. Khuấy và đun hỗn hợp trên bếp cách dầu ở 110 C trong 5 giờ. Sau phản ứng, dung dịch được chiết nhiều lần với ethyl acetate để loại xúc tác và DMF, sau đó rửa dịch chiết với dung dịch muối natri sulfate và rửa lại với nước. Cô quay loại bớt dung môi và để khô tự nhiên ngoài không khí thu được chất bột khan, tan nhiều trong acetone, nước.
17. Thực hiện sắc ký cột trên phần chất rắn trên. Theo dõi sản phẩm tách được bằng sắc ký bản mỏng (Sơ đồ 2.2). 0.100 g (0.26 mmol) stictic acid Bình cầu 50 mL 20 mL xúc tác AlCl3/DMF - Đặt lên bếp từ - Đun cách dầu ở 110 oC trong 5 giờ* Dung dịch màu vàng nâu - Chiết nhiều lần với EA. - Rửa dịch chiết với dung dịch Na2SO4. - Rửa lại với nước. Hỗn hợp sau phản ứng đã loại xúc tác - Chấm bảng, giải ly - Cô quay loại bớt dung môi. Sắc ký cột Sản phẩm *Kiểm tra phản ứng sau 3 giờ bằng cách chấm sắc ký bản mỏng và giải ly. Sơ đồ 2.2. Quy trình thực hiện phản ứng chuyển hóa stictic acid.
18. 2.3.2. Khảo sát phản ứng chuyển hóa Khảo sát thời gian phản ứng. Khảo sát sự chuyển hóa khi có mặt nước. Bảng 2.1. Khảo sát thời gian phản ứng chuyển hóa của stictic acid. STT Stictic acid AlCl3/DMF Nhiệt độ Thời gian mg (mmol) (mL) (oC) (giờ) 1 5 (0.013) 1.0 110 3 2 5 (0.013) 1.0 110 4 3 5 (0.013) 1.0 110 5 Bảng 2.2. Khảo sát sự chuyển hóa của stictic acid khi có mặt nước Stictic acid AlCl /DMF Nhiệt độ Thời gian Tác chất 3 mg (mmol) (mL) (oC) (giờ) 5 (0.013) 1 giọt H2O 1.0 110 5 2.3. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất 2.3.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR Phổ 1H-NMR, 13C-NMR và 2D-NMR được ghi trên máy cộng hưởng từ hạt nhân Bruker AV500 tại trường Đại học Khoa học Tự Nhiên Hà Nội. 2.3.2. Số liệu phổ định danh cơ cấu sản phẩm Dựa trên kết quả phổ 1H-NMR, 13C-NMR, HSQC và HMBC thu được, các hợp chất phù hợp đã được xác định. SU0: 3-formyl-2-hydroxy-4-methoxy-N,N,6-trimethylbenzamide. Chất bột vô định hình màu trắng. Hiệu suất 9%. 1 H-NMR (CDCl3, 500 MHz): δH 12.24 (1H, s), 10.27 (1H, s), 6.28(1H, s), 3.92 (3H, s), 13 3.16 (3H, s), 2.92 (3H, s), 2.31 (3H, s). C-NMR (CDCl3, 125 MHz): δC 193.7, 167.6, 162.2, 159.7, 147.4, 118.6, 108.8, 103.3, 56.0, 37.8, 34.7, 20.8. SU1: 2-(dimethylamino)-3-formyl-4-methoxy-6- methylbenzoic acid.
19. Chất bột vô định hình màu trắng. Hiệu suất 8%. 1 H-NMR (DMSO-d6, 500 MHz): δH 10.28 (1H, s), 10.26 (1H, s), 7.13 (1H, s), 3.93 (3H, s), 2.51 (3H, s), 2.50 (3H, s), 2.28 (3H, s). SU3: 5,5’-diformyl-4,4’-dihydroxy-6,6’-dimethoxy-N3,N3,N3’,N3’,2,2’-hexamethyl- [1,1’-biphenyl]-3,3’-dicarboxiamide. Chất bộ vô định hình màu vàng. Hiệu suất 4%. 1 H-NMR (CDCl3, 500 MHz): δH 11.70 (1H, s), 10.14 (1H, s), 3.92 (3H, s), 3.09 (3H, 13 s), 2.83 (3H, s), 2.27 (3H, s). C-NMR (CDCl3, 125 MHz): δC 193.9, 166.4, 159.0, 156.7, 145.0, 123.4, 118.8, 113.6, 63.1, 37.7, 34.6, 18.4.
20. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Phản ứng tự chuyển hóa của stictic acid trong dung môi DMF 3.1.1. Sơ đồ phản ứng SA1 Hiệu suất: 21% SU0 SU1 Hiệu suất: 9% Hiệu suất: 8% SU3 Hiệu suất: 4% Hình 3.1. Các sản phẩm của quá trình chuyển hóa stictic acid dưới tác dụng của AlCl3 trong dung môi DMF. 3.1.2. Phản ứng cộng nucleophile (AN) Phản ứng cộng nucleophile (AN) xảy ra ở giai đoạn 2 của quá trình chuyển hóa, dưới ảnh hưởng của xúc tác và nhiệt độ, nucleophile là dimethyl amine hoặc nước tác kích vào sản phẩm dehydrate hóa SA1 của stictic acid tạo ra các sản phẩm trung gian (Hình 3.1).
21. 3.1.3. Phản ứng thế nucleophile trên nhân thơm (SNAr) Phản ứng thế nucleophile trên nhân thơm (SNAr) xảy ra ở giai đoạn 3, các nucleophile tiếp tục tác dụng với các sản phẩm cộng AN từ giai đoạn 2, cắt đứt vòng B của stictic acid, tạo thành sản phẩm SU0 và SU1 với hiệu suất từ 8-9% (Hình 3.1). 3.1.4. Phản ứng dimer hóa Trong đề tài này, phản ứng dimer hóa xảy ra giữa hai phân tử SU0 tạo thành sản phẩm SU3 với hiệu suất 4% (Hình 3.1). 3.2. Biện luận cấu trúc sản phẩm 3.2.1. Cấu trúc sản phẩm SU0 Dựa vào dữ liệu phổ 1H-NMR của stictic acid và SU0, so với 2 nhóm methyl tại CH3-9 (δH 2.51) và CH3-8’ (δH 2.21) của stictic acid, SU0 chỉ chứa 1 nhóm methyl tại CH3-9 (δH 2.31). Đồng thời trên SU0 vẫn còn tín hiệu của proton H-5 (δH 6.28) và tín hiệu của aldehyde tại H-8 (δH 10.27), nên có thể kết luận rằng SU0 vẫn còn vòng A như stictic acid và vòng B của stictic acid đã bị phân tách trong quá trình phản ứng. 1 Mặt khác, ngoài nhóm methoxy 4-OCH3, phổ H-NMR của SU0 còn cho thấy sự hiện diện của hai nhóm methyl tại δH 3.16 (CH3-10) và δH 2.92 (CH3-11) liên kết với dị tố nitrogen và tín hiệu OH kiềm nối tại δH 12.24. Phổ HMBC cho thấy, CH3-10 và CH3- 11 cho tương quan với C-7 (δC 167.6), cho thấy đây là nhóm amide C(O)-N. Đồng thời qua đó cũng giúp xác định trong cấu trúc SU0 không có chức acid với cấu trúc minh họa trong Hình 3.1. Hình 3.2. Tương quan HMBC của hợp chất SU0.
22. Bảng 3.1. Dữ liệu phổ 1H-NMR, 13C-NMR của stictic acid và SU0. Vị trí δH δC Vị trí δH δC 1 113.0 1 - 118.6 2 161.9 2 - 159.7 3 114.7 3 - 108.8 4 162.9 4 - 162.2 5 7.10 (1H, s) 112.6 5 6.28 (1H, s) 103.3 6 151.1 6 - 147.4 7 166.5 7 - 167.6 8 10.44 (1H, s) 186.4 8 10.27 (1H, s) 193.7 9 2.51 (3H, s) 21.4 9 2.31 (3H, s) 20.8 10 3.16 (3H, s) 34.7 11 2.92 (3H, s) 37.8 1’ 109.0 2’ 10.19 (1H, s) 152.0 3’ 121.1 4’ 148.1 5’ 135.8 6’ 137.6 7’ 160.0 8’ 2.20 (3H, s) 9.4 6.61 (1H, d) 9’ 95.2 2-OH 12.24 (1H, s) - 8.21 (1H, d) 4-OCH3 3.92 (3H, s) 56.65 4-OCH3 3.92 (3H, s) 56.0 Phụ lục 1 Phụ lục 2 3.2.2. Cấu trúc sản phẩm SU1 Từ dữ liệu phổ trên, nhận thấy rằng ở SU1 có đầy đủ các tín hiệu tương tự như SU0, do đó cấu trúc cơ bản của chúng có sự tương đồng. Tuy nhiên tín hiệu của hai nhóm methyl ở CH3-10 (δH 2.51) và CH3-11 (δH 2.50) của SU1 có sự dịch chuyển về vùng trường cao hơn so với CH3-10 (δH 3.16) và CH3-11 (δH 2.92) của SU0 chứng tỏ có sự thay đổi vị trí và cấu trúc nhóm thế. Bên cạnh đó, việc không phát hiện được tín hiệu
23. OH kiềm nối trên phổ 1H-NMR, góp phần khẳng định sự thay đổi nhóm OH của SU0 thành nhóm amine ở SU1 (Hình 3.1). Bảng 3.2. Dữ liệu phổ 1H-NMR, 13C-NMR của stictic acid, SU0 và SU1. Vị trí δH δC Vị trí δH δC δH 1 - 113.0 1 - 118.6 - 2 - 161.9 2 - 159.7 - 3 - 114.7 3 - 108.8 - 4 - 162.9 4 - 162.2 - 6.28 7.13 5 7.10 (1H, s) 112.6 5 103.3 (1H, s) (1H, s) 6 - 151.1 6 - 147.4 - 7 - 166.5 7 - 167.6 - 8 10.44 (1H, s) 186.4 8 10.27 (1H, s) 193.7 10.26 (1H,s) 9 2.51 (3H, s) 21.4 9 2.31 (3H, s) 20.8 2.28 (3H, s) 10 3.16 (3H, s) 34.7 2.51 (3H, s) 11 2.92 (3H, s) 37.8 2.50 (3H, s) 1’ - 109.0 2’ 10.19 (1H, s) 152.0 4’ - 148.1 5’ - 135.8 6’ - 137.6 7’ - 160.0 8’ 2.20 (3H, s) 9.4 6.61 (1H, d) 9’ 95.2 2-OH 12.24 (1H, s) - 10.28 (1H, s) 8.21 (1H, d) 4-OCH3 3.92 (3H, s) 56.65 4-OCH3 3.92 (3H, s) 56.0 3.93 (3H, s) Phụ lục 1, 2 Phụ lục 5 3.2.3. Cấu trúc sản phẩm SU3 Dữ liệu phổ SU3 cho thấy cấu trúc của nó có sự tương đồng với SU0, tuy nhiên SU3 có sự biến mất của tín hiệu proton H-5 (δH 6.28), chứng tỏ ở SU3 có sự ghép nối của hai đơn vị SU0 qua vị trí C-5 (Hình 3.1). Phổ HMBC cũng giúp củng cố khẳng định trên.
24. Hình 3.3. Tương quan HMBC của hợp chất SU3. Bảng 3.3. Dữ liệu phổ 1H-NMR, 13C-NMR của SU0 và SU3. Vị trí δH δC Vị trí δH δC 1 - 118.6 1, 1’ - 123.4 2 - 159.7 2, 2’ - 156.7 3 - 108.8 3, 3’ - 113.6 4 - 162.2 4, 4’ - 159.0 5 6.28 (1H, s) 103.3 5, 5’ - 118.8 6 - 147.4 6, 6’ - 145.0 7 - 167.6 7, 7’ - 166.4 8 10.27 (1H, s) 193.7 8, 8’ 10.14 (1H, s) 193.9 9 2.31 (3H, s) 20.8 9, 9’ 2.27 (3H, s) 18.4 10 3.16 (3H, s) 34.7 10, 10’ 3.09 (3H, s) 34.6 11 2.92 (3H, s) 37.8 11, 11’ 2.83 (3H, s) 37.7 2-OH 12.24 (1H, s) - 2, 2’-OH 11.70 (1H, s) - 4-OCH3 3.92 (3H, s) 56.0 4, 4’-OCH3 3.92 (3H, s) 63.1 Phụ lục 1 Phụ lục 2 Phụ lục 6 Phụ lục 7 3.3. Cơ chế phản ứng 3.3.1. Cơ chế giải thích sự tạo thành sản phẩm SU0 và SU1 Dưới tác dụng của Lewis acid (AlCl3), dimethylformamide (DMF) khi đun nóng xảy ra phản ứng thủy phân tạo ra formic acid và dimethyl amine (Hình 3.4) [5]. Quá trình này tạo ra dimethyl amine cung cấp cho các giai đoạn chuyển hóa của stictic acid.
25. Hình 3.4. Quá trình thủy phân DMF dưới tác dụng của AlCl3 và nhiệt độ. Quá trình chuyển hóa từ stictic acid thành SU0 và SU1 xảy ra qua 3 giai đoạn. Giai đoạn 1: với xúc tác Lewis acid (AlCl3) và nhiệt độ, stictic acid đã xảy ra phản ứng theo cơ chế dehydrate hóa sản phẩm cộng hemiacetal của nhóm aldehyde tại C-9’, tạo thành hợp chất SA1 [12] (Hình 3.5). Hình 3.5. Quá trình dehydrate hóa của stictic acid để tạo thành sản phẩm SA1. Giai đoạn 2, 3: + Đối với SU0: dimethyl amine được tạo ra từ quá trình thủy phân DMF tiếp tục tác kích vào liên kết ester của depsidone theo cơ chế AN tại C=O (Giai đoạn 2) [5]. Sau đó, nước đóng vai trò là nucleophile tác kích vào vòng thơm tại vị trí C-2, cắt đứt vòng B
26. theo cơ chế SNAr (Giai đoạn 3). Giai đoạn này xảy ra nhờ sự hỗ trợ của hai nhóm thế rút electron tại vị trí C-1 (–C(O)NR2) và C-3 (–CHO) trên nhân thơm A (Hình 3.6). Hình 3.6. Cơ chế đề nghị sự tạo thành sản phẩm SU0 từ SA1. + Đối với SU1: ở đây, nước đóng vai trò là nucleophile tác kích vào liên kết ester của depsidone theo cơ chế AN tại C=O trước (Giai đoạn 2) [5]. Sau đó, dimethylamine mới tác kích vào vòng thơm tại vị trí C-2, cắt đứt vòng B theo cơ chế SNAr (Giai đoạn 3). Tương tự như trong quá trình tạo thành SU0, ở giai đoạn này phản ứng xảy ra nhờ
27. sự hỗ trợ của hai nhóm thế rút electron tại vị trí C-1 (–C(O)NR2) và C-3 (–CHO) trên nhân thơm A (Hình 3.7). Hình 3.7. Cơ chế đề nghị của sự hình thành sản phẩm SU1 từ SA1.
28. 3.3.2. Cơ chế sự tạo thành sản phẩm SU3 Sản phẩm SU3 được tạo thành thông qua quá trình dime hóa SU0 (Hình 3.7). Dưới xúc tác Lewis acid, cơ chế phản ứng tương tự đã được công bố bởi Giovanni Sartori và các cộng sự (1995) [11]. Hình 3.8. Cơ chế đề nghị của quá trình dime hóa SU0 tạo thành sản phẩm SU3. 3.4. Khảo sát phản ứng 3.4.1. Khảo sát thời gian phản ứng Tiến hành khảo sát thời gian phản ứng tự chuyển hóa của stictic acid dưới tác dụng của Lewis acid trong dung môi DMF, thu được kết quả như Hình 3.9. Phản ứng tạo
29. thành sản phẩm mong muốn sau 3 giờ, chủ yếu hình thành sản phẩm dehydrate hóa của stictic acid (SA1), các sản phẩm khác hình thành với hiệu suất thấp. Sau 4 giờ và 5 giờ, hiệu suất tạo thành sản phẩm tăng lên nhưng sự chênh lệch giữa mỗi giờ không nhiều, nên chọn thời gian 5 giờ là điều kiện tối ưu. 1: Vệt sắc ký của stictic acid. 2: Vệt sắc ký của sản phẩm phản ứng SA1 thực hiện ngày 20/8. 3, 5, 7: Vệt sắc ký của sản phẩm phản Stictic Sản ứng với xúc tác cũ lần lượt trong 5 giờ, acid phẩm 4 giờ, 3 giờ. khác 4, 6, 8: Vệt sắc ký của sản phẩm phản ứng với xúc tác mới lần lượt trong 5 1 2 3 4 5 6 7 8 giờ, 4 giờ, 3 giờ. Hình 3.9. Sắc ký bản mỏng khảo sát thời gian phản ứng. 3.4.2. Khảo sát phản ứng phản ứng khi có mặt nước Tiến hành khảo sát phản ứng chuyển hóa của stictic acid dưới ảnh hưởng của Lewis acid trong dung môi dimethylformamide khi cho thêm 1 giọt nước. Kết quả như sau: + Khi cho thêm 1 giọt nước, lượng sản phẩm SU0 và SU3 tăng đáng kể so với điều kiện thường, đồng thời lượng sản phẩm SU1 giảm. Điều này góp phần khẳng định có sự tham gia của nước trong cơ chế hình thành sản phẩm SU0. 1: Vệt sắc ký của sản phẩm phản ứng khi thêm 1 giọt nước. SU0 SA1 2: Vệt sắc ký của sản phẩm phản ứng SU1 mẫu. Stictic SU3 acid 3, 4: Vệt sắc ký của sản phẩm phản ứng với lượng chất nền lần lượt là 50 mg và 5 mg. 1 2 3 4 Hình 3.10. Sắc ký bản mỏng khảo sát phản ứng khi có mặt nước và dimethyl amine.
30. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1. Kết luận Ngoài khả năng tự chuyển hóa thành sản phẩm SA1 [12], dưới tác dụng của AlCl3 trong dung môi DMF, stictic acid còn chuyển hóa thành các sản phẩm khác như Hình 4.1. Các sản phẩm thu được đều là chất mới hoặc có khung carbon mới. Hình 4.1. Một số sản phẩm chuyển hóa của stictic acid đã cô lập được. 4.2. Kiến nghị . Khảo sát thêm phản ứng, xác định các điều kiện để tối ưu hóa hiệu suất sản phẩm. . Tiến hành thử nghiệm hoạt tính sinh học trên các sản phẩm cô lập được. . Tiến hành cô lập các hợp chất khác trong phản ứng chuyển hóa. . Khảo sát phản ứng chuyển hóa với các hợp chất nucleophile khác.
31. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Amo de Paz G., Raggio J., Gomez-Serranillos M.P., Palomino O.M., Gonzales- Burgos E., Carretero M.E., Crespo A., 2010. HPLC isolation of antioxidant constituents from Xanthoparmelia spp. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 53: 165-171. [2] Atalay F., Halici M.B., Mavi A., Cakir A., Odabasoglu F., Kazaz C., Aslan A., Kufrevioglu O.I., 2011. Antioxidant phenolics from Lobaria pulmonaria (L.) Hoffm. and Usnea longissima Ach. lichen species. Turkish Journal of Chemistry 35: 647-661. [3] Branislav Rankovíc, 2015. Lichen Secondary Metabolites. International Publishing, Switzerland, 206 pages. [4] Correché E., Carrasco M., Giannini F., Piovano M., Garbarino J., Enriz D., 2002. Cytotoxic screening activity of secondary lichen metabolites. Acta Farm Bonaerense 21: 273-278. [5] Clayden J., Warren S., 2001. Organic Chemistry. 2nd edition, Oxford Univercity Press, United Kingdom, 1491 pages. [6] Elix J.A., Wardlaw J.H., 2000. Lusitanic Acid, Peristictic Acid and Verrucigeric Acid. Three New -Orcinol Depsidones from the Lichens Relicina sydneyensis and Xanthoparmelia verrucigera. Australian Journal of Chemistry 53: 815-818. [7] Esswein A., Schaefer W., Tsaklakidis C., Honold K., Kaluza K., 2000. Rhodanine carboxylic acid derivatives for the treatment and prevention of metabolic bone disorders. PCT International Application: 2000018747. [8] Neamati N, Hong H, Mazumder A, Wang S, Sunder S, Nicklaus MC, Milne GWA, Proksa B, Pommier Y, 1997. Depsides and depsidones as inhibitors of HIV-1 integrase: Discovery of novel inhibitors through 3D database searching. Journal of Medicical Chemistry 40: 942-951. [9] Pejin B., Iodice C., Bogdanovíc G., Kojíc V., Tesevíc V., 2013. Stictic acid inhibits cell growth of human colon adenocarcinoma HT-29 cells. Arabian Journal of Chemistry: 1878-5352.
32. [10] Peter Proksch, Robert Emmerich, Ingrid Giez, Otto L. Lange, 1993. Toxicity and antifedant activity of lichen compounds against the polyphagous herbivorous insect spodoptera littoralis. Phytochemistry 33: 1389-1394. [11] Sartori G., Maggi R., Bigi F., Giacomelli S., Porta C., Arienti A., Bocelli G., 1995. Selective synthesis of unsymmetrical 2,2'-dihydroxylated biaryls via electrophilic arylation of metal phenolates with p-benzoquinone monoketals. Journal of the Chemical Society : 2177-2181. [12] Nguyễn Thảo Phương Uyên, 2017. Khảo sát sự chuyển hóa của depsidone khi có mặt xúc tác acid Lewis. Đại học Sư Phạm TPHCM. [13] Neeraj V., Behera B.C., Parizadeh H., Sharma B.O., 2011. Bactericidal Activity of Some Lichen Secondary Compounds of Cladonia ochrochlora, Parmotrema nilgherrensis & Parmotrema sancti-angelii. International Journal of Drug Development & Research 3 (3): 222-232.