›

Khóa luận Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc của một số dẫn xuất 5-Benzyliđen-3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4- on

pdf 61 trang thiennha21 15/04/2022 4380
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc của một số dẫn xuất 5-Benzyliđen-3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4- on", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_tong_hop_va_nghien_cuu_cau_truc_cua_mot_so_dan_xua.pdf

Nội dung text: Khóa luận Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc của một số dẫn xuất 5-Benzyliđen-3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4- on

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN HOÁ HỮU CƠ Tên đề tài: GVHD: TS. NGUYỄN TIẾN CÔNG SVTH: VŨ MINH CƯỜNG Khóa: 2009 - 2013 TP. Hồ Chí Minh, năm 2013
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN HOÁ HỮU CƠ Tên đề tài: GVHD: TS. NGUYỄN TIẾN CÔNG SVTH: VŨ MINH CƯỜNG Khóa: 2009 - 2013 TP. Hồ Chí Minh, năm 2013
  3. LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp này người mà em cảm ơn nhất là thầy Nguyễn Tiến Công - Người thầy đã tận tình chỉ dẫn cho em từ những điều nhỏ nhặt nhất khi em mới chập chững làm quen với việc thực hiện một đề tài nghiên cứu. Thầy đã tận tình hướng dẫn, theo dõi và chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian làm khoá luận, cho chúng em những lời khuyên chân thành và hợp lí giúp chúng em nhìn ra lỗi sai trong quá trình làm đề tài. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô khoa hoá trường Đại Học Sư Phạm TPHCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành được đề tài này. Em xin gửi lời cảm ơn đến cô Trần Thị Minh Định và tập thể phòng vi sinh khoa sinh học trường Đại Học Sư Phạm TPHCM đã tận tình giúp đỡ chúng em trong quá trình đo hoạt tính sinh học của các chất. Em xin gửi lời cảm ơn đến những người bạn cùng phòng-tổng-hợp (M101) nơi em thực hiện đề tài. Các bạn là những người luôn bên cạnh em những lúc vui buồn, những khi em gặp khó khăn. Chính đó là nguồn động viên, là sự quan tâm cần thiết nhất để em có thể hoàn thành đề tài một cách thuận lợi nhất. Và cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình em. Bố mẹ là người đã nuôi dạy và chăm lo cho em. Cho em những lời động viên, khuyến khích em những khi em nản chí vì những khó khăn trước mắt – đôi khi là quá lớn với tầm tay của mình. Em xin chân thành cảm ơn !
  4. Danh mục các bảng: Bảng 1.1. So sánh hiệu suất phản ứng bằng 2 phương pháp 17 Bảng 2.1. Kết quả tổng hợp các dẫn xuất 5-arylidene-3-N-(4-methylphenyl)-2- thioxothiazolidin-4-one (3a-d) 22 Bảng 3.1. Bảng tóm tắt phổ hồng ngoại (IR) của các hợp chất 43 Bảng 3.2. Bảng tóm tắt phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR của các hợp chất 44 Bảng 3.3. Đường kính vô khuẩn của các hợp chất 45 Danh mục các hình vẽ: Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của hợp chất (2) 26 Hình 3.2. Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR của hợp chất (2) 27 Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của hợp chất (3a) 30 Hình 3.4. Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR của hợp chất (3a) 31 Hình 3.5. Phổ hồng ngoại của hợp chất 3b 33 Hình 3.6. Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR của hợp chất (3b) 34 Hình 3.7. Phổ hồng ngoại của hợp chất (3c) 36 Hình 3.8. Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR của hợp chất (3c) 37 Hình 3.9. Phổ hồng ngoại của hợp chất (3d) 39 Hình 3.10. Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR của hợp chất (3d) 40
  5. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 1 MỤC LỤC 3 LỜI MỞ ĐẦU 5 Phương pháp nghiên cứu 6 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 7 I.1. Tổng quan về thiazoliđin-4-on 7 I.2. Tổng quan về thiazoliđin-2,4-đion 10 I.3. Tổng quan về 2-thioxothiazoliđin-4-on 11 I.4. Một số hướng chuyển hóa các hợp chất 3-N-(4-metylphenyl)-2- thioxothiazoliđin-4-on 13 I.4.1. Phản ứng ở nhóm –NH 13 I.4.2. Phản ứng của nhóm metylen linh động 14 CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM 19 II.1. Sơ đồ thực nghiệm 19 II.2. Tổng hợp các chất 19 II.2.1. Tổng hợp 3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxo-1,3-thiazolidin-4-on (2) 19 II.2.2. Tổng hợp các dẫn xuất 5-arylidene-3-N-(4-methylphenyl)-2- thioxothiazolidin-4-one (3a-d) 21 II.3. Xác định tính chất và một số tính chất vật lý 23 II.3.1. Xác định nhiệt độ nóng chảy 23 II.3.2. Phổ hồng ngoại (IR) 23 II.3.3. Phổ cộng hưởng từ proton (1H-NMR) 23 II.3.4. Phổ khối lượng (HR-MS) 23 II.3.5. Hoạt tính kháng khuẩn 24 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 25 III.1. Tổng hợp 3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on (2) 25 III.1.1. Cơ chế phản ứng 25 III.1.2. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H- NMR) 26
  6. III.2. Tổng hợp 5-(4-clorobenzyliđen)-3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin- 4-on (3a) 28 III.2.1. Cơ chế 28 III.2.2. Phân tích phổ 30 III.3. Tổng hợp 5-(4-hiđroxibenzyliđen)-3-N-(4-metylphenyl)-2- thioxothiazoliđin-4-on (3b) 33 III.3.1. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) 33 III.3.2. Phân tich phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR) 34 III.4. Tổng hợp 5-(4-metoxibenzyliđen)-3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin- 4-on (3c) 36 III.4.1. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) 36 III.4.2. Phân tích cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR) 37 III.5. Tổng hợp 5-[4-(N,N-đimetylamino)benzyliđen]-3-N-(4-metylphenyl)-2- thioxothiazoliđin-4-on (3d) 38 III.5.1. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) 39 III.5.2. Phân tích cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR) 40 III.6. Phân tích phổ HR-MS 43 III.7 Bảng tóm tắt kết quả 43 III.8. Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn 45 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47
  7. LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, khoa học – kỹ thuật phát triển rất mạnh mẽ, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển ngành hoá học, đặc biệt là tổng hợp hữu cơ. Các chất mới không nừng được tổng hợp, nghiên cứu và ứng dụng vào đời sống, góp phần làm cho cuộc sống con người trở nên dễ dàng và đa dạng hơn. Trong đó, việc tổng hợp nên các hợp chất có dược tính cao nhằm bảo vệ sức khoẻ, điều trị những căn bệnh gây hại cho sức khoẻ và tinh mạng con người đang được coi là một trong những hướng mũi nhọn của hoá học ngày nay. Những hợp chất dị vòng đang được tổng hợp ngày càng nhiều và tỏ ra có hoạt tính sinh học cao. Theo nhiều nghiên cứu, người ta nhận thấy rằng các hợp chất chứa dị vòng thiazoliđin có hoạt tính sinh học rất phong phú, có tác dụng trong chống virut, chống co giật, kháng khuẩn, chống viêm và có tiềm năng chống ung thư. Trong đó, 2-thioxothiazoliđin-4-on có hoạt tính rõ rệt và phong phú nhất. Các nghiên cứu cũng cho thấy việc có hay không có cũng như bản chất nhóm thế ở vị trí số 5 gây ra ảnh hưởng rất lớn tới hoạt tính của các hợp chất này [9]. Chính vì những ứng dụng quan trọng cũng như sự đa dạng về hoạt tính sinh học của các dẫn xuất của 2- thioxothiazoliđin, chúng tôi thực hiện đề tài “Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc của một số dẫn xuất 5-benzyliđen-3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4- on” với mong muốn góp phần vào việc tổng hợp thêm các chất mới, nghiên cứu về cấu tạo và hoạt tính của dị vòng chứa khung 2-thioxothiazoliđin-4-on. Mục đích nghiên cứu Xuất phát từ p-toluiđin, tổng hợp nên 3-N-(4-metylphenyl)-2- thioxothiazoliđin-4-on và sau đó ngưng tụ với các anđehit thơm để tạo thành các hợp chất 5-benzyliđen-3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4-on. Khảo sát tính chất vật lý (trạng thái, dung môi kết tinh, nhiệt độ nóng chảy, màu sắc) của các chất tổng hợp được.
  8. Khảo sát cấu trúc của 3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4-on và các dẫn xuất điều chế được bằng các phương pháp phổ: phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ proton và khối phổ phân giải cao. Thăm dò hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất 5-benzyliđen-3-N-(4- metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4-on tổng hợp được. Phương pháp nghiên cứu Tổng hợp các tài liệu khoa học liên quan. Tiến hành tổng hợp 3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4-on và các dẫn xuất trong phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ, khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh. Khảo sát cấu trúc của các hợp chất thu được thông qua các phổ hồng ngoại (FT-IR), phổ cộng hưởng từ proton (1H-NMR), phổ khối lượng (HR-MS). Thăm dò hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất 5-benzyliđen-3-N-(4- metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4-on tổng hợp được.
  9. CHƯƠNG I. TỔNG QUAN I.1. Tổng quan về thiazoliđin-4-on HN S Thiazoliđin Dị vòng thiazoliđin là một lớp trong các hợp chất hữu cơ dị vòng no 5 cạnh hai dị tố nitơ (N) và lưu huỳnh (S) ở vị trí 1 và 3 tương ứng Khi gắn thêm nguyên tử oxi lên cacbon ở vị trí số 4 của vòng thiazoliđin, ta được cấu trúc của phân tử thiazoliđin-4-on. HN S O Thiazoliđin–4–on Các dẫn xuất của thiazoliđin-4-on đang được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu, cả về tổng hợp và hoạt tính sinh học của chúng [6,13,15]. Trong công trình [3], một dãy các dẫn xuất của thiazoliđin-4-on đã được tổng hợp (xem sơ đồ trang 7). Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn của (4a-d) trên Aspergilllus flavus, Aspergilluc niger và Candida albicans với 2 nồng độ chất là 50 ppm và 100 ppm cho thấy có từ 30-55% số vi khuẩn bị ức chế. Như vậy, hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất này khá mạnh.
  10. H2N ano R Ettanoll R O O + O N OH H OH Axit mecaptoacxetiic O O Cl OH R R SOCl2 N N S S O S O 2a- R=H, Cll, OCH3, OH (2a-d) (1a-d) R'' NH4SCN H2N '' 2 R S O NH NH N O R ClCH2COOH S R'' N CH3COONa R N O s s O N S O O (4a-d) (3a-d) Trong nghiên cứu của mình, tác giả [12] đã chứng minh các dẫn xuất của thiazoliđin-4-on có hoạt tính chống co giật và gây ngộ độc thần kinh trên cơ sở tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và khảo sát hoạt tính của dãy các chất sau:
  11. S N N NH2 COOH + H2N N H NH2 R R S (5a-l) O HN N N N N O S Cl N N R S R S H 7a-l ( ) (6a-l) O HN N N S N R S OCH O 3 HN OCH3 N N (9a-l) S N R S (8a-l) a b c d e f X H 2-CH3s 4-CH3 2-Cl 4-Cl 2-Br g h i j k l X 4-Br 3-NO2 4-NO2 2,4-Cl 2-OH 4-OCH3 Khi dùng (8a-l, 9a-l) để thử hoạt tính chống co giật và ngộ độc thần kinh trên một số loài động vật, người ta nhận thấy rằng khi liều lượng tăng lên (30, 100, 300 mg/kg thể trọng) và thời gian tăng lên (0,5 giờ, 4 giờ) thì hầu hết các chất đều tăng
  12. hoạt tính. Các hoạt tính này đều được biểu hiện khá rõ, cho chúng ta thêm nhiều hy vọng vào việc ứng dụng các dẫn xuất thiazoliđin-4-on để chữa bệnh cho con người. I.2. Tổng quan về thiazoliđin-2,4-đion O HN S O Thiazolidin–2,4–on Tác giả [13] đã tổng hợp được một dãy các chất chứa thiazolidine-2,4-dione như sơ đồ sau: (X) O H O O Cl O a O N NH + b c R N H N O O 2 NH2 H O S R S S O (10) (11) (12) c NO2 O R N N H R = 2-Cl, 4-OCH3, 4-SCH3 S O X= H, O, -CH2-, -N-C6H4-Cl (13) o o a: H2SO4, H2O, 100 C, 12h, H=90%, b: andehit, CH3COONa, CH3COOH, 110 C, H=84-86% : am n - an n r e am n anco = - c HCHO, i /p NO2 ili , t i tyl i , l, H 62 87% Tiến hành khảo sát hoạt tính sinh học của các hợp chất (12) và (13) với 3 loại khuẩn S. aureus, B. subtilis, E. coli và 2 loại nấm là C. albicans, A. niger, kết quả cho thấy các hợp chất này đa số cho đường kính kháng khuẩn, kháng nấm là 16-28 mm, chỉ có vài hợp chất có đường kính kháng khuần bé hơn 11 mm. Như vậy, nhìn chung các họp chất này có hoạt tính từ trung bình đến mạnh đối với các loại vi khuẩn và nấm.
  13. Các nghiên cứu [2,14,17] cũng cho kết quả tương tự. Ngoài ra tài liệu [9] còn nghiên cứu khả năng chống viêm và chống biến tính protein của các dẫn xuất thiazoliđin-2,4-đion I.3. Tổng quan về 2-thioxothiazoliđin-4-on S HN S O 2-Thioxothiazoliđin-4-on có cấu trúc cơ bản là dị vòng thiazoliđin được gắn thêm 1 nguyên tử lưu huỳnh và 1 nguyên tử oxi tại vị trí cacbon số 2 và số 4. Các hợp chất chứa dị vòng 2-thioxothiazoliđin-4-on thường được gọi là các dẫn xuất của rhođanin. Rhođanin có thể được tổng hợp bởi phản ứng của carbon đisunfua, ammoniac và axit cloroaxetic. H2N SNH4 CS2 + 2 NH3 S S Cl H4NS O O + S ONa NH2 COONa H2N S S HCl toC O O , O S ONa NH2 N H Các hợp chất rhođanin (2-thioxothiazoliđin-4-on) chứa nhân thiazoliđin là một nhóm hợp chất dị vòng quan trọng. Nhiều dẫn xuất của rhođanin đã được các nhà khoa học trong và ngoải nước quan tâm nghiên cứu về tổng hợp hóa học và hoạt tính sinh học trong đó đặc biệt đáng chú ý là các dẫn xuất 5-benzyliđen rhođanin. Các công trình nghiên cứu đã công bố các dẫn xuất đó có hoạt tính sinh học đa dạng như kháng nấm, kháng khuẩn, chống ung thư, chống co giật, có tác dụng trị đái tháo
  14. đường và là chất đặc hiệu trong việc phát hiện ma túy [7, 4, 9, 10]. Đặc biệt, tác giả Kavya Ramkumar và các cộng sự [8] đã tổng hợp được 40 hợp chất chứa dị vòng 2- thioxothiazoliđin-4-on, trong đó có 19 dẫn xuất 5-benzyliđen rhođanin. Khi tiến hành khảo sát hoạt tính của chúng, người ta nhận thấy chúng gây ức chế khá mạnh đối với vi rút HIV-1, mang lại ý nghĩa rất lớn. Dưới đây là một vài chất đã tổng hợp được. S S S H O2N N N N H O O Cl (E)-2-{[5-(4-chlorobenzylidene)-4-oxo-2-thioxothiazolidin-3-yl]amino} -N- 3-nitro hen l -2-thioxoacetamide ( p y ) S S S H N N N H O O H3CO Cl (E)-2-{[5-(4-chlorobenzylidene)-4-oxo-2-thioxothiazolidin-3-yl]amino} -N- 4-methox hen l -2-thioxoacetamide ( yp y ) S S S H H3CO N N N H O O H CO H CO 3 3 OCH3 OCH3 OCH3 (E)-2-{[4-oxo-2-thioxo-5-(2,4,5-trimethoxybenzylidene)thiazolidin-3-yl]amino} -2-thioxo-N- 3 4 5-trimethox hen l acetamide ( , , yp y )
  15. I.4. Một số hướng chuyển hóa các hợp chất 3-N-(4-metylphenyl)-2- thioxothiazoliđin-4-on I.4.1. Phản ứng ở nhóm –NH Nhóm –NH cho phản ứng thế khi cho rhođanin phản ứng với R-NH-COCl trong môi trường kiềm mạnh KOH [4]. N N O H H O O A N R N A OH S N 1. KOH N R R-NH . O 2 1 POCl2 N O X O O O DCC, THF S HS N Y 2. O X= NH 2. R Cl N N S, N = N H Y S, O H2N R O S R HN OH O O A O A O R1 R . l N NH 1. K H N 1. SOCl2 N 1 SOC 2 O O O O Y O 2 O 2. R-NH R X 2. R-NH2 2 O 2. R Cl X N O N 1 1 H R R X=S, NH O R2 R2 = Y S, O A=CHCH2COOH 1 2 1 2 1 2 R =H, R =Ar, Het, PbCHCH; R =R =CH3; R =R =(CH3)n; R=AR; (CH2)n; A=(CH2)n Tác giả D. V. Kaminskyy, R. B. Lesyk [4] đã tổng hợp được 49 hợp chất chứa dị vòng thiazoliđin, tiến hành thử hoạt tính kháng ung thư của chúng trên 3 dòng tế bào ung thư là MCF7, NCI-H460, SF-268 ở cùng nồng độ. Kết quả cho thấy khả năng kháng ung thư mạnh nhất ở dòng tế bào NCI-H460 (dòng tế bào ung thư phổi).
  16. I.4.2. Phản ứng của nhóm metylen linh động O H O o e en co N N P li til gly l + NH Y S X S 80OC X O Y Y= O, S (14) (15) (16) X= H 3-Cl 4-Cl 4-Br 4-NO 4-OCH 4-OH , , , , 2, 3, Theo tài liệu [10], các tác giả Dhruva Kumar, Suresh Narwal và Jagir S. Sandhu đã tổng hợp các dẫn xuất của rhođanin ở vị tri số 5 nhờ sử dụng chất mang polyetylen glycol (PEG) ở 80oC. Phản ứng xảy ra rất đơn giản, nhanh, và hiệu suất phản ứng rất cao. Các tác giả Olexandra Roman và Roman Lesyk [11] cũng đã tổng hợp các dẫn xuất của rhođanin ở vị trí số 5 theo quy trình như sau: 1. ClCH2COONa SCH COOH . 2 CS2 2 HCl Na2S Na CS S OH- 2 3 SCH2COOH (17) OH OH CH3 CH3 O O O H CO NH 3 N 2 SCH COOH H O HN 2 HN HO O Ar-CHO N O S N O S - HSCH COOH CH3COONa/CH3COOH SCH2COOH 2 S S S 17 ( ) r (18) A (19-22) Hai tác giả trên cũng đã nghiên cứu thử nghiệm chống ung thư trên 3 dòng tế bào: NCI-H460 (ung thư phổi), MCF7 (ung thư vú) và SF-268 (hệ thống thần kinh
  17. trung ương). Tất cả các hợp chất đều được thử ở nồng độ 10-4 M và được ủ trong vòng 48 giờ. Điểm xác định cuối được thực hiện với một loại thuốc nhuộm liên kết protein, sulfo rhodamine B (SRB). Kết quả cho mỗi hợp chất được ghi lại là tỷ lệ phần trăm tăng trưởng của các tế bào khảo sát được điều trị khi so sánh với các tế bào khảo sát không được điều trị. Trong bài báo [17], các dẫn xuất 2-thioxo-4-thiazoliđin đã được thử nghiệm và hầu hết trong số chúng thể hiện khả năng kháng u trên bệnh bạch cầu, ung thư thần kinh trung ương, khối u ác tính, ung thư buồng trứng và các dòng tế bào ung thư vú. Cũng thực hiện phản ứng ngưng tụ ở nhóm metylen linh động, Sukanta Kamila và các cộng sự [17] cũng đã tiến hành tổng hợp các dẫn xuất rhođanin và khảo sát các hoạt tính sinh học của chúng. Tuy nhiên điểm khác biệt ở đây là các tác giả này đã sử dụng vi sóng nhằm cải tiến tốc độ phản ứng vì thiết bị lò vi sóng có khả năng kiểm soát điều kiện phản ứng bởi nhiệt độ, áp suất và thời gian phản ứng. Các phản ứng xảy ra trong lò vi sóng có thời gian ngắn hơn và có hiệu suất cao hơn khi sử dụng bằng các cách gia nhiệt thông thường khác. Điều này có ý nghĩa rất quan trọng trong việc tổng hợp nên các hợp chất có hoạt tính sinh học với lượng nhỏ nhằm mục đích làm thuốc. Sơ đồ tổng hợp được mô tả như sau: Từ dẫn xuất của dị vòng 5 cạnh, các tác giả tiến hành tổng hợp các hợp chất chứa dị vòng 2-thioxothiazoliđin-4-on (23a-c). O H OOH CC NH2 H2OOH2CC R1 S X H2O S 2 R N + S R1 8 h X X = S, O HOOH2CC = S R1 = H, CH3 S 21 a - c 21 a - c 22 23 a - c Các hợp chất đion (26a-g) chứa dị vòng thiazol được tổng hợp như sau:
  18. Cl H O O R3 R2 R2 O O R2 R1 R1 COCl u n e e an B 3S H + t kh COCl o Etylaxetat N 0 C N N 0oC Y Y Y 24 a - 25 a - g g 26 a - g Tiến hành phản ứng giữa các hợp chất (23a-c) và (26a-g) trong lò vi sóng, phản ứng cộng-tách xảy ra tại nhóm metylen của dị vòng 2-thioxo-4-thiazoliđin và cacbonyl của đion, thu được các sản phẩm (27a-w). O S Y N R1 X N S 23 a - c R2 H MW (250 psi/200W) R3 O O EtOH (2 mL) 90oC, 20' S = N Y H, CH3 R1 R2 = H, X CH3, OCH3 H S Cl, O COCH3 R2 = 27 a - w R3 H, CN O R1 N Y 26 a - g Hiệu suất phản ứng tạo thành các sản phẩm (27) được so sánh giữa 2 phương pháp: thực hiện bằng lò vi sóng và thực hiện bằng cách đun hồi lưu trong 3 giờ ở nhiệt độ 90oC được mô tả trong bảng sau:
  19. Bảng 1.1. So sánh hiệu suất phản ứng bằng 2 phương pháp Y Hiệu suất N Hiệu suất O H O R2 (thực hiện R2 H S O R3 (thực hiện R N R1 1 X O O bằng cách S S N R N bằng lò vi 1 X Y S đun hồi sóng) lưu) R1 = R2 = H, Z = R1 = H, Z = S S 96 66 Y = H a R1 = R2 = H, Z = R1 = H, Z = S S 95 56 Y = CH3 b R1 = CH3, Z = R1 = H, Z = S S 96 45 R2 = H, Y = H c R1 = OCH3, Z = R1 = H, Z = S R2 = H S 95 48 d Y = H R1 = Cl, R2 = Z = R1 = H, Z = S S 90 44 H, Y = H e R1=COCH3, Z = R1 = H, Z = S S 93 56 R2 = H, Y = H f R1=H, Z = R1 = H, Z = S S 85 43 R2=CN, Y=H g
  20. Như vậy, các dị vòng thiazoliđin thường có những hoạt tính sinh học nhất định. Trong đó, 2-thioxothiazoliđin-4-on có những hoạt tính nổi bật hơn hẳn thiazoliđin-4-on và thiazoliđin-2,4-đion. Các hợp chất của 2-thioxothiazoliđin-4-on được mô tả như là những hợp chất có hoạt tính sinh học như kháng khuẩn, kháng nấm, kháng ung thư rất mạnh. Mặt khác các phản ứng tạo thành những dẫn xuất rhođanin cũng dễ thực hiện và cho hiệu suất cũng rất cao. Tuy nhiên, các nghiên cứu cũng cho thấy việc có hay không có cũng như bản chất nhóm thế ở vị trí số 5 ảnh hưởng rất lớn tới hoạt tính của các hợp chất này [9]. Từ đó, tổng hợp 3-N-(4- metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4-on và ngưng tụ chất này với các anđehit thơm để tạo thành các dẫn xuất 5-benzyliđen-3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4- on đã thu hút sự chú ý của chúng tôi.
  21. CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM II.1. Sơ đồ thực nghiệm 3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on và các dẫn xuất của nó được tổng hợp từ p-toluidine theo sơ đồ tổng hợp sau: R H R H S S S - + O S O S NH2 HN S NH4 N N CS2 ClCH2COOH CHO NH4OH CH3 CH3 CH3 CH3 a- (1) (2) (3 d) (3a: R=Cl, 3b: R=OH 3c: R=OCH3, 3d: R=N(CH3)3) II.2. Tổng hợp các chất II.2.1. Tổng hợp 3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxo-1,3-thiazolidin-4-on (2) 3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on được tổng hợp từ p-toluidine dựa trên phương pháp tổng hợp các hợp chất 3-N-(2-ankyloxyphenyl)-2- thioxothiazolidin-4-on được mô tả trong tài liệu [9]. II.2.1.1. Phương trình phản ứng Giai đoạn 1:
  22. + H2O Giai đoạn 2: S S C S-NH + O S HN 4 N + ClCH2COOH + NH4Cl + H2O CH 3 CH3 II.2.1.2. Hóa chất - 25,68g p-toluidine - 25mL etanol tuyệt đối - 17,2mL cacbon đisunfua - 23,3g muối natri cloroaxetat II.2.1.3. Cách tiến hành Giai đoạn 1: Vừa khuấy vừa cho từ từ dung dịch của 25,68g (0,24 mol) p- toluiđin trong 25ml etanol vào hỗn hợp của 17,2 mL cacbon disunfua và 36 mL dung dịch amoniac 35% ở 0-10oC trong thời gian khoảng 20 phút. Tiếp tục khuấy
  23. hỗn hợp phản ứng trong 1 giờ sau đó để yên hỗn hợp phản ứng trong 30 phút ở nhiệt độ 10-150C sẽ xuất hiện tinh thể màu vàng (muối amoni p- tolylđithiocacbamat). Lọc tinh thể tạo ra, rửa bằng ete và dùng ngay muối này cho phản ứng sau tiếp sau để tổng hợp ra chất (2). Giai đoạn 2: Vừa khuấy vừa thêm từ từ 23,3 g (0,2 mol) muối natri cloroaxetat vào dung dịch chứa 38 g (0,19 mol) kết tủa vàng thu được ở trên trong 100 ml nước lạnh. Tiếp tục khuấy hỗn hợp phản ứng trong 2 giờ, sau đó axit hóa hỗn hợp phản ứng bằng axit clohidric đặc. Lọc lấy kết tủa màu trắng tách ra, rửa bằng nước rồi kết tinh lại trong etanol. Kết quả: Thu được 24,21 g tinh thể hình vảy, màu vàng xanh có nhiệt độ nóng chảy 167oC. Hiệu suất chung qua hai giai đoạn là 45,3%. II.2.2. Tổng hợp các dẫn xuất 5-arylidene-3-N-(4-methylphenyl)-2- thioxothiazolidin-4-one (3a-d) II.2.2.1. Phương trình phản ứng C6H4X S S O S O S N N CH COOH 3 + + XC6H4CH=O H2O CH3COONa H CH3 C 3 = - a - - c - X 4 Cl (3 ), 4 OH (3b), 4 OCH3 (3 ), 4 N(CH3)2 (3d) II.2.2.2. Hóa chất - 2,23g chất (2) (tương ứng 0,01 mol)
  24. - 1,06 – 1,85 g các andehit thơm (tương ứng 0,01 mol) - 30mL axit acetic băng - 1,23g natri acetat - Etanol - 1,4-Đioxan - Axeton II.2.2.3. Cách tiến hành Hòa tan 0,01 mol hợp chất (2) và 0,01 mol andehit thơm trong 30mL axit acetic băng, thêm 0,015 mol natri acetat rồi đun hồi lưu hỗn hợp phản ứng trong khoảng 4-7 giờ (tùy vào từng loại andehit). Để nguội rồi đổ hỗn hợp phản ứng vào nước đá vụn. Lọc lấy chất rắn, rửa bằng nước và kết tinh lại bằng dung môi thích hợp. Kết quả: Kết quả tổng hợp các dẫn xuất 5-arylidene-3-N-(4-methylphenyl)-2- thioxothiazolidin-4-one được trình bày trong bảng 2.1. Bảng 2.1. Kết quả tổng hợp các dẫn xuất 5-arylidene-3-N-(4-methylphenyl)-2- thioxothiazolidin-4-one (3a-d) t Trạng thái Hợp nc X DMKT Hiệu suất chất O ( C) Màu sắc Đioxan – 3a Cl 199 Tinh thể màu vàng 68,4% etanol 3b 4-OH Etanol 264 Tinh thể màu cam 62,5%
  25. Đioxan – 3c 4-OCH3 206 Tinh thể màu vàng 58,4% etanol Đioxan – 3d 4-N(CH3)2 204 Tinh thể màu đỏ máu 60,2% nước II.3. Xác định tính chất và một số tính chất vật lý II.3.1. Xác định nhiệt độ nóng chảy Các hợp chất đã tổng hợp đều là chất rắn. Nhiệt độ nóng chảy được đo trên máy FP62 Mettler Toledo tại phòng thí nghiệm Hoá hữu cơ – Khoa Hoá – Trường ĐH Sư phạm TP Hồ Chí Minh. II.3.2. Phổ hồng ngoại (IR) Phổ hồng ngoại của tất cả các hợp chất đã tổng hợp được ghi trên máy FTIR- 8400S SHIMADZU dưới dạng viên nén KBr, được thực hiện tại Khoa Hóa – Trường ĐH Sư phạm TP Hồ Chí Minh. II.3.3. Phổ cộng hưởng từ proton (1H-NMR) Phổ 1H-NMR của các chất được ghi trên máy Bruker AC 500 MHz trong dung môi DMSO được thực hiện tại Phòng cộng hưởng từ hạt nhân – Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội. II.3.4. Phổ khối lượng (HR-MS) Phổ HR-MS của các chất được đo trên máy Bruker micrOTOF-Q 10187 tại Trường Đại học Khoa học Tư nhiên – Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh.
  26. II.3.5. Hoạt tính kháng khuẩn Việc thăm dò hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất (3a-d) được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Vi sinh, Khoa Sinh học, Trường ĐH Sư phạm TP Hồ Chí Minh. Các thí nghiệm khảo sát tính kháng khuẩn với 2 loại khuẩn Echerichia coli và Bacillus subtilis được tiến hành như sau: o Nấu môi trường MPA với thành phần như sau: 5 g cao thịt, 5 g Peptone, 5 g NaCl khan, 20 g Agar, 1000 ml nước cất. Khuấy đều hỗn hợp đến khi hoà tan hoàn toàn, hấp vô trùng hỗn hợp trong nồi hấp áp suất. Đổ hỗn hợp lần lượt lên các đĩa petri trong tủ cấy vô trùng, để yên trong 24 giờ. o Cấy trải vi khuẩn Bacillus subtilis và Escherichia coli lên môi trường MPA trong đĩa petri. Dùng khoan nút chai khoan một lỗ giữa đĩa. o Hút 0,1ml chất ở các nồng độ với nồng độ 1%, 2% cho vào lỗ khoan. o Đặt mẫu trong tủ lạnh từ 4-8 giờ, ủ ở nhiệt độ phòng 24 giờ, sau đó đo đường kính vòng vô khuẩn D-d (mm). Trong đó: D là đường kính vòng vô khuẩn (mm), d là đường kính đường kính vòng vô khuẩn của dung môi (mm).
  27. CHƯƠNG III. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN III.1. Tổng hợp 3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on (2) III.1.1. Cơ chế phản ứng Hợp chất 3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on (2) được tổng hợp từ p-toluidine trên cơ sở quy trình tổng hợp các hợp chất 3-N-(2-ankyloxyaryl)-2- thioxothiazolidin-4-on được mô tả trong tài liệu [9]. Phản ứng xảy ra theo hai giai đoạn [5,8]: trước tiên, p-toluidine tác dụng với CS2 khi có mặt amoniac để tạo thành muối amoni p-tolyldithiocacbamat; sau đó muối này đóng vai trò tác nhân nucleophile thay thế nguyên tử clo trong axit monocloaxetic rồi vòng hóa để tạo thành sản phẩm (2). Giai đoạn 1: có lẽ đã xảy ra phản ứng cộng nucleophile với tác nhân nucleophile là nhóm amino trong phân tử p–toluidine như sau: S S HN S NH2 H2N S - H+ + S C S CH CH CH3 3 3 Giai đoạn 2: Do trong tài liệu [9] không mô tả cụ thể quy trình tổng hợp muối amoni (ankyloxyaryl)dithiocacbamat nên chúng tôi điều chế muối amoni p- tolyldithiocacbamat phỏng theo quy trình tổng hợp muối amoni phenyldithiocacbamat được mô tả trong tài liệu [6]. Tuy nhiên, do p-toluidine là chất rắn, ít tan trong nước nên thay vì cho trực tiếp chất này vào dung dịch CS2
  28. trong amoniac, chúng tôi hòa tan chất này trong etanol rồi nhỏ từ từ vào hỗn hợp phản ứng để phản ứng xảy ra thuận lợi hơn. Hợp chất (2) tạo thành có dạng hình vảy, màu vàng xanh có nhiệt độ nóng chảy 167oC, tan tốt trong etanol. III.1.2. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H- NMR) III.1.2.1. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của hợp chất (2) Trên phổ IR của hợp chất (2) xuất hiện một số hấp thụ tiêu biểu: • ν = 2849 – 2917 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C – H no. • ν = 1705 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C = O • ν = 1234 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C = S
  29. Từ kết quả phổ IR của (2), chúng tôi không thấy pic hấp thụ của liên kết N-H ở trên 3100cm-1 đồng thời thấy xuất hiện pic hấp thụ đặc trưng của liên kết C=O ở 1705 cm-1 và pic hấp thụ đặc trưng của liên kết C = S ở 1234 cm-1. Điều đó cho phép chúng tôi có thể kết luận phản ứng đã xảy ra và chất (2) đã được tổng hợp. III.1.2.2. Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR) Hình 3.2. Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR của hợp chất (2) Phổ 1H-NMR của hợp chất (2) (xem hình 3.2) cho thấy có tổng cộng 9 proton được tách thành các tín hiệu có cường độ tương đối 3 : 2 : 2 : 2 phù hợp với công thức dự kiến của hợp chất (2). Tín hiệu singlet với cường độ tương đối bằng 3 và độ dịch chuyển δ = 2,5 ppm được quy kết cho proton H4a của nhóm metyl ở vị trí số 4 của vòng benzen. Tiếp
  30. theo là tín hiệu singlet với cường độ tương đối bằng 2H ở độ chuyển dịch δ = 4,37 ppm được quy kết cho các proton H7 ở vòng thiazoliđin. Trên phổ đồ còn xuất hiên 2 tín hiệu doublet với cường độ tương đối bằng 2H trong khoảng 7,120 – 7,328 ppm là vùng tín hiệu đặc trưng của các proton trong vòng thơm chỉ có thể là tín hiệu của các cặp proton (H2, H6) và (H3, H5). Mà nhóm CH3 ở vị trí 4a gây ra hiệu ứng cảm ứng dương làm cho mật độ electron tại các vị trí 3, 5 tăng lên, do đó, tín hiệu của H3, H5 sẽ dịch chuyển về trường mạnh. Từ đó, tín hiệu doublet với độ chuyển dịch 7,12 ppm ứng với cường độ tương đối bằng 2 được quy kết cho H3, H5 (J = 8,5 Hz) và tín hiệu doublet còn lại có độ chuyển dịch 7,31 ppm cùng với cường độ tương đối bằng 2 được quy kết cho H2, H6 (J = 8,5 Hz) III.2. Tổng hợp 5-(4-clorobenzyliđen)-3-N-(4-metylphenyl)-2- thioxothiazoliđin-4-on (3a) III.2.1. Cơ chế Phản ứng của các anđehit thơm với hợp chất (2) để tạo thành các sản phẩm (3a-d) thuộc loại phản ứng ngưng tụ Knoevenagel giữa andehit với hợp chất có nhóm metylen linh động. Phản ứng có lẽ đã xảy ra qua các giai đoạn sau [9,10]:
  31. Cl H H H H H H C OH S S + Cl-C H CH=O H S S + Cl-C6H44CH=O H S O S O S O S O S O S O S + H+ - - H2O CH3 CH3 3 CH3 CH3 Cl CH O H S -H+ H C N H3C N O S S Cl S CH CH3
  32. III.2.2. Phân tích phổ III.2.2.1. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) S 3 2 12 3 2 Cl 4a 11 Cl 4 1 S 13 H3C N 8 10 5 6 6 7 9 O H Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của hợp chất (3a) Các dẫn xuất 5-benzyliđen-3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4-on (3a- d) được tổng hợp qua phản ứng ngưng tụ Knoevenagel giữa (2) với các anđehit thơm khác nhau. Trên phổ IR của hợp chất (3a) (xem hình 3.3) xuất hiện một số hấp thụ tiêu biểu: • ν = 3028 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết Csp2-H • ν = 2849 – 2917 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C – H no. • ν = 1711 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C = O • ν = 1250 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C = S • ν = 1602 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C = C
  33. III.2.2.2. Phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR) S 3 2 12 3 2 Cl 4a 11 Cl 4 1 S 13 H3C N 8 10 5 6 6 7 9 O H Hình 3.4. Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR của hợp chất (3a) Trên phổ xuất hiện 6 tín hiệu ứng với 6 loại proton như công thức dự kiến với cường độ tương đối là 3 : 2 : 2 : 2 : 2 : 1. Pic singlet cường độ tương đối bằng 3 nằm trong vùng 2 đến 3 ppm thuộc về proton ở nhóm C-H bão hòa. Vì vậy, ta quy kết pic singlet cường độ tương đối bằng 3 ở độ dịch chuyển 2,39 ppm cho H4a. Pic dạng singlet cường độ tương đối bằng 1 có δ = 7,85 ppm được quy kết cho proton H7. Vì H7 nằm gần dị tố lưu huỳnh chịu ảnh hưởng của hiệu ứng –I làm mật độ electron giảm vì thể tín hiệu sẽ dịch chuyển về trường yếu.
  34. Nhóm 4 tín hiệu cường độ tương đối bằng 2 từ 6,9 – 7,6 ppm thuộc về các proton của vòng benzen. Do các cặp proton (H3 và H5); (H2 và H6); (H9 và H13); (H10 và H12) có cấu tạo hóa học và vị trí không gian giống nhau nên thuộc loại proton tương đương về độ dịch chuyển hóa học. 3 5 Cặp proton H , H chịu ảnh hưởng bởi hiệu ứng +I từ nhóm –CH3 nên cặp proton này chuyển về trường mạnh vì thế ta quy kết pic dạng doublet có cường độ tương đối bằng 2, độ dịch chuyển 7,28 ppm cho cặp proton H3, H5. Do có sự ghép spin-spin với proton ở vị trí ortho (H2 tách H3, H6 tách H5) với hằng số ghép spin- spin 3J = 8,5 Hz tạo dạng doublet. Vì cặp proton (H10, H12) chịu ảnh hưởng của hiệu ứng +R và –I từ nhóm –Cl (trong đó hiệu ứng cảm ứng âm chiếm ưu thế hơn) làm mật độ electron giảm nên tín hiệu sẽ dịch chuyển về trường yếu nên ta quy kết pic doublet cường độ tương đối bằng 2 ở độ dịch chuyển 7.65 ppm cho cặp proton (H10, H12). Do có sự ghép spin- spin với proton ở vị trí ortho (H13 tách H12 , H9 tách H10) nên tạo dạng doublet với 3J = 8,5,0 Hz. Cặp proton (H9, H13) chịu ảnh hưởng hiệu ứng cộng hưởng trải dài đến nhóm cacbonyl trên vòng thiazoliđin, mật độ e giải tỏa đều làm mật độ e xung quanh hai proton H9 và H13 giảm mạnh nên dịch chuyển về trường yếu hơn so với các proton trên vòng benzen. Vì vậy, ta quy kết pic doublet có cường độ tương đối bằng 2 ở độ dịch chuyển 7,72 ppm cho cặp proton H9, H13. Do có sự ghép spin-spin với proton khác ở vị trí ortho với 3J=8.5,0 Hz nên tạo dạng doublet.Tín hiệu dạng doublet cường độ tương đối bằng 2 ở độ dịch chuyển 7,34 ppm còn lại thuộc về cặp proton H2,H6
  35. III.3. Tổng hợp 5-(4-hiđroxibenzyliđen)-3-N-(4-metylphenyl)-2- thioxothiazoliđin-4-on (3b) Phản ứng tạo thành 5-(4-hiđroxibenzyliđen)-3-N-(4-metylphenyl)-2- thioxothiazoliđin-4-on (3b) xảy ra theo cơ chế như sản phẩm (3a). III.3.1. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) S S 11a 3 2 12 3 2 OH 4a 11 OH 4 1 S 13 H3C N 8 10 5 6 6 7 9 O H Hình 3.5. Phổ hồng ngoại của hợp chất 3b Trên phổ IR của hợp chất (3b) xuất hiện một số hấp thụ tiêu biểu: • ν = 3374 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết O-H • ν = 2849 – 2918 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C – H no. • ν = 1684 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C = O • ν = 1242 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C = S
  36. Ta thấy sự khác biệt rõ ràng từ phổ hồng ngoại của hợp chất (3b) và phổ hồng ngoại từ hợp chất (2) đó là xuất hiện pic dao động hóa trị của liên kết O-H. Từ đó ta có thể kết luận dẫn xuất mới đã được tạo thành. Nhưng để chắc chắn hơn ta có thể xét đến phổ cộng hưởng từ hạt nhân. III.3.2. Phân tich phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR) S S 11a 3 2 12 3 2 OH 4a 11 OH 4 1 S 13 H3C N 8 10 5 6 6 7 9 O H Hình 3.6. Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR của hợp chất (3b) Trên phổ xuất hiện 7 tín hiệu ứng với 7 loại proton như công thức dự kiến với cường độ tương đối là 3 : 2 : 2 : 2 : 2 : 1 : 1.
  37. Pic dạng singlet, với cường độ là 1 ở trường yếu ứng với proton gắn trên dị tố. Vì vậy ta quy kết pic singlet cường độ bằng 1 ở độ dịch chuyển 10,49 ppm cho proton H11a. Pic singlet cường độ tương đối là 3 nằm trong vùng 2 đến 3 ppm thuộc về proton ở nhóm C-H bão hòa. Vì vậy, ta quy kết pic singlet cường độ tương đối là 3 ở độ dịch chuyển 2,38 ppm cho H4a. Pic dạng singlet cường độ tương đối bằng 1 có δ=7,74 ppm được quy kết cho proton H7. Vì H7 nằm gần dị tố lưu huỳnh chịu ảnh hưởng của hiệu ứng –I làm mật độ electron giảm vì thế tín hiệu sẽ dịch chuyển về trường yếu. Nhóm 4 tín hiệu cường độ tương đối bằng 2 tử 6,9 – 7,6 ppm thuộc về các proton của vòng benzen. Do các cặp proton (H3, H5); (H2, H6); (H9, H13); (H10, H12) có cấu tạo hóa học và vị trí không gian giống nhau nên thuộc loại proton tương đương về độ dịch chuyển hóa học.Vì cặp proton (H10, H12) chịu ảnh hưởng của hiệu ứng +R từ nhóm –OH làm mật độ electron tăng nên tín hiệu sẽ dịch chuyển về trường mạnh. Từ đó, ta quy kết pic doublet cường độ tương đối là 2 ở độ dịch chuyển 6,96 ppm cho cặp proton (H10, H12). Do có sự ghép spin-spin với proton ở vị trí ortho (H13 tách H12, H9 tách H10) nên tạo dạng doublet với 3J = 9,0 Hz. 3 5 Cặp proton H , H chịu ảnh hưởng đẩy electron +I từ nhóm –CH3 nên cặp proton này chuyển về trường mạnh (yếu hơn tín hiệu của cặp proton H12 và H10) nên ta quy kết pic dạng doublet có cường độ tương đối bằng 2 với độ dịch chuyển 7,26 ppm cho cặp proton H3, H5. Do có sự ghép spin-spin với proton ở vị trí ortho (H2 tách H3, H6 tách H5) với hằng số ghép spin-spin 3J = 8,5 Hz tạo dạng doublet. Cặp proton (H9, H13) chịu ảnh hưởng hiệu ứng cộng hưởng trải dài đền nhóm carbonyl trên vòng thiazoliđin, mật độ e giải tỏa đều làm mật độ e xung quang hai proton H9 và H13 giảm mạnh nên dịch chuyển về trường yếu hơn so với các proton trên vòng benzen. Vì vậy, ta quy kết pic doublet có cường độ tương đối bằng 2 ở độ
  38. dịch chuyển 7,56 ppm cho cặp proton H9, H13. Do có sự ghép spin-spin với proton khác ở vị trí ortho với 3J = 9,0 Hz nên tạo dạng doublet. Tín hiệu dạng doublet cường độ tương đối bằng 2 ở độ dịch chuyển 7,36 ppm còn lại thuộc về cặp proton H2, H6. III.4. Tổng hợp 5-(4-metoxibenzyliđen)-3-N-(4-metylphenyl)-2- thioxothiazoliđin-4-on (3c) Phản ứng tạo thành 5-(4-metoxibenzyliđen)-3-N-(4-metylphenyl)-2- thioxothiazoliđin-4-on (3c) xảy ra theo cơ chế như đói với sản phẩm (3a). III.4.1. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) Hình 3.7. Phổ hồng ngoại của hợp chất (3c) Trên phổ IR của hợp chất (3c) xuất hiện một số hấp thụ tiêu biểu: • ν = 3011 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết Csp2-H • ν = 2835-2922 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C – H no.
  39. • ν = 1717 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C = O • ν = 1244 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C = S III.4.2. Phân tích cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR) S 11a 3 2 12 3 2 OCH 4a 11 OCH3 4 1 S 13 H3C N 8 10 5 6 6 7 9 O H Hình 3.8. Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR của hợp chất (3c) Trên phổ xuất hiện 7 tín hiệu ứng với 7 loại proton như công thức dự kiến với cường độ tương đối là 3 : 3 : 2 : 2 : 2 : 2 : 1. Pic singlet cường độ tương đối là 3 nằm trong vùng 2 đến 3 ppm thuộc về proton ở nhóm C-H bão hòa. Vì vậy, ta quy kết pic singlet cường độ tương đối là 3 ở độ dịch chuyển 2,38 ppm cho H4a. Pic dạng singlet cường độ tương đối là 1 có δ = 7,81 ppm được quy kết cho proton H7. Vì H7 nằm gần dị tố lưu huỳnh chịu ảnh hưởng của hiệu ứng –I làm mật độ electron giảm vì thể tín hiệu sẽ dịch chuyển về trường yếu.
  40. Pic có cường độ tương đối là 3 có δ = 3,86 ppm được quy kết cho các proton 11a H . Vì ngoài nhóm CH3 ở vị trí 4a thì chỉ còn nhóm –O-CH3 có 3H tương đương nhau. Do ở gần dị tố oxi nên các proton H11a sẽ cho tín hiệu ở trường yếu hơn so với các proton H4a. Nhóm 4 tín hiệu cường độ tương đối là 2 tử 6,9 – 7,6 ppm thuộc về các proton của vòng benzen. Do các cặp proton (H3, H5); (H2, H6); (H9, H13); (H10, H12) có cấu tạo hóa học và vị trí không gian giống nhau nên thuộc loại proton tương đương về độ dịch chuyển hóa học.Vì cặp proton (H10, H12) chịu ảnh hưởng của hiệu ứng +R từ nhóm –OCH3 làm mật độ electron tăng nên tín hiệu sẽ dịch chuyển về trường mạnh nên ta quy kết pic doublet cường độ tương đối là 2 ở độ dịch chuyển 7,15 ppm cho cặp proton (H10, H12). Do có sự ghép spin-spin với proton ở vị trí ortho (H13 tách H12, H9 tách H10) nên tạo dạng doublet với 3J = 8,5 Hz. 3 5 Cặp proton H , H chịu ảnh hưởng siêu liên hợp dương từ nhóm –CH3 nên cặp proton này chuyển về trường mạnh (yếu hơn tín hiệu của cặp proton H12 và H10) nên ta quy kết pic dạng doublet có cường độ tương đối là 2 với độ dịch chuyển 7,27 ppm cho cặp proton H3, H5. Do có sự ghép spin-spin với proton ở vị trí ortho (H2 tách H3, H6 tách H5) với hằng số ghép spin-spin 3J = 8,5 Hz tạo dạng doublet. Cặp proton (H9, H13) chịu ảnh hưởng hiệu ứng cộng hưởng trải dài đền nhóm carbonyl trên vòng thiazolidine, mật độ e giải tỏa đều làm mật độ e xung quang hai proton H9 và H13 giảm mạnh nên dịch chuyển về trường yếu hơn so với các proton trên vòng benzen. Vì vậy, ta quy kết pic doublet có cường độ tương đối là 2 ở độ dịch chuyển 7,67 ppm cho cặp proton H9, H13. Do có sự ghép spin-spin với proton khác ở vị trí ortho với 3J = 8,5 Hz nên tạo dạng doublet. Tín hiệu dạng doublet cường độ tương đối là 2 ở độ dịch chuyển 7,35 ppm còn lại thuộc về cặp proton H2, H6. III.5. Tổng hợp 5-[4-(N,N-đimetylamino)benzyliđen]-3-N-(4-metylphenyl)-2- thioxothiazoliđin-4-on (3d)
  41. Phản ứng tạo thành 5-[4-(N,N-đimetylamino)benzyliđen]-3-N-(4- metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4-on (3d) xảy ra theo cơ chế như ở sản phẩm (3a). III.5.1. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) 11a S CH3 3 2 12 N 11a 4a 11 N 11a S 13 4 1 CH3 H3C N 8 10 5 6 6 7 9 O H Hình 3.9. Phổ hồng ngoại của hợp chất (3d) Trên phổ IR của hợp chất (3d) xuất hiện một số hấp thụ tiêu biểu: • ν = 2861 – 2918 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C – H no. • ν = 1713 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C = O • ν = 1232 cm-1: đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C = S Kết quả IR của hợp chất (3d) xuất hiện pic hấp thụ cường độ mạnh đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C=O ở tần số 1713 cm-1. Pic hấp thụ đặc trưng cho dao động liên kết C - H no ở tần số 2861 – 2918 cm-1, pic hấp thụ đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C = S ở = 1232 cm-1. Pic hấp thụ đặc trưng cho liên kết
  42. C=C thơm ở 1616 và 1577cm-1. Kết quả phổ IR cho thấy hợp chất tổng hợp có đầy đủ các nhóm chức theo công thức dự kiến. Để cụ thể hơn chúng tôi khảo sát phổ 1H- NMR của hợp chất (3d). III.5.2. Phân tích cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR) 11a S CH3 3 2 12 N 11a 4a 11 N 11a S 13 4 1 CH3 H3C N 8 10 5 6 6 7 9 O H Hình 3.10. Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR của hợp chất (3d) Trên phổ xuất hiện 8 tín hiệu ứng với 8 loại proton như công thức dự kiến với cường độ tương đối là 3 : 7 : 4 : 2 : 2 : 2 : 2 : 1. Ở vùng trường mạnh từ 2 đến 3 ppm xuất hiện pic singlet hấp thụ có cường độ tích phân là 3 được quy kết cho H4a vì proton đó ở nhóm C-H bão hoà.
  43. Pic dạng singlet cường độ tương đối là 1 có δ = 7,74 ppm được quy kết cho proton H7. Vì H7 nằm gần dị tố lưu huỳnh chịu ảnh hưởng của hiệu ứng –I làm mật độ electron giảm vì thể tín hiệu sẽ dịch chuyển về trường yếu. Nhóm 4 tín hiệu cường độ tương đối là 2 tử 6,9 – 7,6 ppm thuộc về proton của vòng benzen. Do các cặp proton (H3, H5); (H2, H6); (H9, H13); (H10, H12) có cấu tạo hóa học và vị trí không gian giống nhau nên thuộc loại proton tương đương về độ dịch chuyển hóa học. Cặp proton H3, H5 chịu ảnh hưởng bởi hiệu ứng cảm ứng dương từ nhóm – CH3 nên cặp proton này chuyển về trường mạnh nên ta quy kết pic dạng doublet có cường độ tương đối bằng 2 với độ dịch chuyển 7,24 ppm cho cặp proton H3, H5. Do có sự ghép spin-spin với proton ở vị trí ortho (H2 tách H3, H6 tách H5) với hằng số ghép spin-spin 3J = 8,5 Hz tạo dạng doublet. Vì cặp proton (H10, H12) chịu ảnh hưởng của hiệu ứng +R và –I từ nhóm (CH3)2N- (trong đó hiệu ứng +R chiếm ưu thế) làm mật độ electron tăng nên tín hiệu sẽ dịch chuyển về trường mạnh nên ta quy kết pic doublet cường độ tương đối bằng 2 ở độ dịch chuyển 6,86 ppm cho cặp proton (H10, H12). Do có sự ghép spin- spin với proton ở vị trí ortho (H13 tách H12, H9 tách H10) nên tạo dạng doublet với 3J= 8,5,0 Hz. Cặp proton (H9, H13) chịu ảnh hưởng hiệu ứng cộng hưởng trải dài đến nhóm cacbonyl trên vòng thiazolidine, mật độ e giải tỏa đều làm mật độ e xung quanh hai proton H9 và H13 giảm mạnh nên dịch chuyển về trường yếu hơn so với các proton trên vòng benzen. Vì vậy, ta quy kết pic doublet có cường độ tương đối bằng 2 ở độ dịch chuyển 7,52 ppm cho cặp proton H9, H13. Do có sự ghép spin-spin với proton khác ở vị trí ortho với 3J = 9,0 Hz nên tạo dạng doublet.Tín hiệu dạng doublet cường độ tương đối bằng 2 ở độ dịch chuyển 7,34 ppm còn lại thuộc về cặp proton H2,H6.
  44. Tại vị trí 3.57 ppm có xuất hiện pic có cường độ bằng 4H. Tuy nhiên nhìn vào công thức dự kiến ta không tìm ra nhóm 4 nguyên tử hidro phù hợp. Do đó có thể kết luận mẫu đo phổ rất có thể đã bị lẫn đioxan là dung môi kết tinh. Và cuối cùng là 6H ở nhóm –N(CH3)2 được quy kết cho pic có độ chuyển dịch 3,06 ppm. Tuy nhiên ta lại thấy cường độ của pic là 7H chứ không phải 6H. Điều này khiến chúng tôi hết sức bối rối. Nhưng như kết luận ở trên, có thể chất gửi mẫu đi đo phổ đã bị lẫn tạp chất nên số liệu đã có phần không được chính xác. Nhưng một điểm mà ta cũng cần nên lưu ý là cường độ pic ở nhóm C-H bão hòa 4a (H ) bằng một nửa cường độ pic ở nhóm C-H bão hòa ở nhóm –N(CH3)2 (theo số liệu là 3,5 : 7) điều này lại phù hợp với thực tế bằng 3 : 6H như trên công thức.
  45. III.6. Phân tích phổ HR-MS Cấu trúc của các hợp chất tổng hợp được cũng được xác nhận qua phổ MS của chúng. Với các hợp chất khảo sát là 3a (C17H12ClNOS2, M = 345,8663) và 3b (C17H13NO2S2, M = 327,4206), trên phổ HR-ESI MS đều xuất hiện các pic ion phân tử (M + 23) như dự kiến, cụ thể như sau: • (3a): 367,9941 (100%), 368,9971 (20,53%), 369,9913 (43,21. • (3b): 350,0278 (100%), 351,0309 (20,58%), 352,0259 (11,46%). Như vậy, qua các dữ liệu về phổ IR, H-NMR và HR-MS, công thức phân tử và cấu trúc các hợp chất đã được xác nhận. III.7 Bảng tóm tắt kết quả Bảng 3.1. Bảng tóm tắt phổ hồng ngoại (IR) của các hợp chất -1 Hợp Dung tnc Hiệu ν (cm ) chất môi kết O suất ( C) O-H Csp2-H Csp3-H C=O C=S tinh (%) 2 - - 2917 1705 1234 Etanol - - 2849 3a Dioxan – - 3028 2917 1711 1250 199 68,4% etanol 2849 3b 3374 - 2918 1684 1242 Etanol 264 62,5% 2849 3c Dioxan – - 3011 2922 1717 1244 206 58,4% etanol 2835 3d Dioxan – - - 2918 1713 1232 204 60,2% nước 2861
  46. Bảng 3.2. Bảng tóm tắt phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR của các hợp chất S 13 12 3 2 S 4a 4 1 7 8 11 CH3 N C X 5 6 H 9 10 O Chất 3a 3b 3c 3d X 4-Cl 4-OH 4-CH3O 4-(CH3)2N 7,36 (d) 7,34 (d) 7,35 (d) 7,34 (d) H2, H6 J = 8,5 J = 8,5 J = 8,5 J = 8,5 7,28 (d) 7,26 (d) 7,27 (d) 7,24 (d) H3, H5 J = 8,5 J = 8,5 J = 8,5 J = 8,5 H7 7,85 (s) 7,75 (s) 7,81 (s) 7,71 (s) 7,72 (d) 7,56 (d) 7,67 (d) 7,52 (d) H9 J = 8,5 J = 9,0 J = 8,5 J = 9,0 7,65 (d) 6,96 (d) 7,15 (d) 6,86 (d) H10 J = 8,5 J = 9,0 J = 8,5 J = 9,0 H11 - - - - 7,65 (d) 6,96 (d) 7,15 (d) 6,86 (d) H12 J = 8,5 J = 9,0 J = 8,5 J = 9,0 7,72 (d) 7,56 (d) 7,67 (d) 7,52 (d) H13 J = 8,5 J = 9,0 J = 8,5 J = 9,0 H4a 2,39 (s) 2,38 (s) 2,38 (s) 2,38 (s) 10,49 (s) 3,86 (s) 3,06 (s) H khác - (OH) (CH3O) (CH3N)
  47. III.8. Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn Tiến hành khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của (3a) và (3d) trên hai loại vi khuẩn Escherichia coli và Bacillus subtilis. Kết quả đường kính vô khuẩn được ghi trong bảng sau: Bảng 3.3. Đường kính vô khuẩn của các hợp chất Vi khuẩn Escherichia coli Bacillus subtilis Chất 1% 2% 1% 2% 3a 1,4 cm 1,3 cm 1,5 cm 1,6 cm 3d 1,2 cm 1,3 cm 1,5 cm 1,5 cm Qua kết quả thực nghiệm, chúng tôi nhận thấy hai hợp chất (3a) và (3d) có hoạt tính kháng khuẩn ở mức độ yếu và trung bình. Trong đó, hoạt tính kháng Bacillus subtilis mạnh hơn Escherichia coli.
  48. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Đi từ chất đầu là p-toluiđin, cacbon đisunfua và dung dịch ammoniac, chúng tôi đã tiến hành tổng hợp được 3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on (2). Phản ứng của (2) với các dẫn xuất của benzanđehit đã tạo thành 4 sản phẩm 5- aryliden-3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on tương ứng là: • 5-(4-clorobenzyliđen)-3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4-on • 5-(4-hiđroxibenzyliđen)-3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4-on • 5-(4-meoxibenzyliđen)-3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazoliđin-4-on • 5-[4-(N,N-đimetylamino)benzyliđen]-3-N-(4-metylphenyl)-2- thioxothiazoliđin-4-on Trong số 6 hợp chất đã tổng hợp, các hợp chất (2), (3a), (3b), (3c) và (3d) chưa thấy trong các tài liệu mà chúng tôi tham khảo. Cấu trúc của các sản phẩm tổng hợp được đã được xác nhận qua các phổ IR, 1H-NMR và phổ MS. Kết quả khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất (3a), (3d) cho thấy chúng có hoạt tính trung bình. Do đó, chúng tôi mong muốn tiến hành các phản ứng ngưng tụ với các dị vòng khác như thiazole, pyridazine, nhằm tìm ra các hợp chất có hoạt tính sinh học cao hơn. Ngoài ra, cũng tôi cũng mong muốn khảo sát thêm về điều kiện phản ứng để sản phẩm sinh ra đạt hiệu suất cao hơn.
  49. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà, Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB giáo dục, Hà Nội, (1999). [2]. Anna Pratima G Nikalje, Dipali Deshpande and Hemant D. Une (2012), “Facile synthesis and in vitro hypogly cemic activity of novel 2, 4-hiazolidinedione derivatives”, 2(2), 343-353. [3]. Chandra Kant Belwal, Kaushik A. Joshi (2012), “Synthesis and antifungal activity of some novel thiazolidinone derivatives of 4-(2-oxo-2-phenylthiazolidin-3- yl)benzoic acid”, International Journal of Chemtech Research, Vol.4, No.4, 1758- 1764. [4]. 3. D. V. Kaminskyy, R. B. Lesyk, “Structure–anticancer activity relationships among 4-azolidinone-3-carboxylic acids derivatives”, Biopolymers and Cell, Vol. 26, p. 136 – 145 (2010). [5] Fatehia K. Mohamed, Synthesis, reactions and antimicrobial activity on some novel phthalazinones derivatives, Der Chemica Sinica, Vol. 1(1), pp. 20-31 (2010). [6]. F. B. Dains, R. Q. Brewster, and C. P. Olander, Phenyl isothiocyanate, Organic Syntheses, Coll. Vol. 1, p.447 (1941). [7]. Hanimi Reddy Gangadasu, Himabindu V, Kalyan Chakravarthy Akula, Mahendra Shiradkar (2012), “Development of new molecular entities as potent antimycobacterial agents: synthesis of subtituted quinazolines-part-II”, Journal of Pharmacy Research, 5(5), 2618-2622. [8]. Kavya Ramkumar, Vladimir N. Yarovenko, Alexandra S. Nikitina, Igor
  50. V. Zavarzin, Mikhail M. Krayushkin, Leonid V. Kovalenko, Adrian Esqueda, Srinivas Odde (2010), “Design, Synthesis and Structure –activity Studies of Rhodanine Derivatives as HIV-1 Integrase Inhibitors“, Molecules, 15, 3958-3992. [9]. Khaled Toubal et al., Synthesis and Structural Determination of Novel 5- Arylidene-3-N-(2-alkyloxyaryl)-2-thioxothiazolidin-4-ones, Molecules, Vol. 17, p. 3501-3509 (2012). [10]. Ludmyna Mosula et al., Synthesis and antitumor activity of novel 2- thioxo-4-thiazolidinones with benzothiazole moieties, Farmacia, Vol. 57(3), p. 321- 330 (2009). [11]. Olexandra Roman, Roman Lesyk, Synthesis and anticancer activity in vitro of some 2-thioxo-4-thiazolidone derivatives, Farmacia, Vol.LV.6, p. 640 – 648 (2007) [12]. Pooja Mullick, Suroor A. Khan, Surajpal Verma and Ozair Alam (2011), “Thiadiazole Derivatives as Potential Anticonvulsant Agent”, Bull. Korean Chem. Soc, Vol. 32, No. 3, 1011-1016. [13]. Prajwal L. Lobo, Boja Poojary, Manjunatha K., Prathibha A., N, Sucheth (2012), “Novel thiazolidine-2,4-dione mannich bases: Snthesis, charaterization and antimicrobial activity”, Scholar Research Libabry, 4(3), 867-871. [14]. Ranjana Sharma, Devendra P. Nagda and Ganpat L. Talesara (2006), “Synthesis of various isoniazidothiazolidinones and their imidoxy derivatives of potential biological interest”, General Paper, 1-12. [15]. Rekha S, Shantharam U, Vineet Chandy (2011), “Synthesis and evaluation of novel thiazolidinediones for anti inflammatory activity”, International Research Journal of Pharmacy, 2(9), 81-84.
  51. [16]. Sambhaji P. Vartale, Yogesh D. Pawar, Nilesh K. Halikar (2011), “Synthesis and pharmacological evaluation of Novel 4-Thiazolidine derivatives as antimicrobial agents”, Journal of Pharmacy Research, 4(8), 2728-2731. [17]. Sukanta Kamila, Haribabu Ankati, Emily Harry, Edward R. Biehl (2012), “A facile synthesis of novel –(aryl.alkyl-2-ylmethyl)-2-thioxothiazolidin-2- ones using microwave heating”, Tetrahedron Letters, 53, 2195-2198. [18]. Vinata V Mulwad & Sagar A Mayekar (2008), “Synthesis of biological active 3-(2-oxo-2H-benzopyran-6-yl)-2-(2-oxo-2H-benzopyran-6-ylimino)- thiazolidin-4-one and its derivatives”, Indian Journal of Chemistry, Vol. 47B, 1397- 1401.
  52. PHỤ LỤC
  53. Phụ lục 1: Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR của hợp chất (3a)
  54. Phụ lục 2: Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR giãm rộng của hợp chất (3a)
  55. Phụ lục 3: Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR của hợp chất (3b) Phụ lục 4: Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR giãm rộng của hợp chất (3b)
  56. Phụ lục 5: Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR của hợp chất (3c)
  57. Phụ lục 6: Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR của hợp chất (3d)
  58. Phụ lục 7: Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất (3d)
  59. Phụ lục 8: Phổ hồng ngoại của hợp chất (3a)
  60. Phụ lục 9: Phổ hồng ngoại của hợp chất (3b)
  61. Phụ lục 10: Phổ hồng ngoại của hợp chất (3c) Phụ lục 11: Phổ hồng ngoại của hợp chất (3d)