MỞ ĐẦU Isatin (1H-Indole-2,3-dione) là một indole nội sinh được tìm thấy trong não của loài động vật có vú, mô ngoại biên và dịch của cơ thể [1]. Isatin và các dẫn xuất của nó là một trong rất nhiều dãy chất hữu cơ được nghiên cứu một cách hệ thống về mặt hóa học cũng như các tác dụng dược lí [2]. Các tài liệu tham khảo [3] chỉ ra rằng isatin và các dẫn xuất của nó thể hiện nhiều hoạt tính sinh học đáng chú ý, như hoạt tính chống ung thư [4, 5], kháng khuẩn [6], kháng nấm [7], chống co giật [8], chống lao [9], kháng HIV [10], chống oxy hoá [11, 12], chống viêm [13, 14], gây tê [14], chống trầm cảm [15], v.v…… Trong hóa học, isatin cũng là nguồn nguyên liệu để tổng hợp nên nhiều hợp chất dị vòng như quinoline, indole,… Vì thế, hiện nay hóa học về isatin là một lĩnh vực nghiên cứu phát triển, với nhiều dẫn xuất isatin đã được tổng hợp. Hoá học carbohydrate, đặc biệt là hoá học của các mono- và disaccharide, đã và đang được nghiên cứu một cách rộng rãi [16].
Nhiều kiểu chuyển hoá nhằm gắn các nhóm chìa khoá vào khung carbohydrate đã được phát triển khá mạnh mẽ. Nhiều loại phản ứng quan trọng của lớp hợp chất này được phát hiện và phát triển. Nhiều hợp chất của chúng đã được tổng hợp dựa trên các phản ứng này và trong số này có nhiều chất thể hiện hoạt tính sinh học rất đáng chú ý [17]. Việc gắn kết các dị vòng vào phân tử carbohydrate hứa hẹn mang lại nhiều tính chất mới, đặc biệt là các tính chất sinh học.
Các azide hữu cơ nhận được nhiều sự quan tâm đặc biệt trong việc tổng hợp và nghiên cứu, cùng với khả năng tiếp cận dễ dàng qua nhiều con đường tổng hợp [18]. Hơn nữa, các azide hữu cơ có thể dễ dàng chuyển hoá thành các amine, isocyanate và các phân tử chứa nhóm chức khác, gần đây chúng còn nhận được sự quan tâm ngày càng tăng như là tác nhân phản ứng có giá trị và linh hoạt trong khái niệm về “Hoá học click” (click chemistry) [19]. Sự cộng hợp vòng hoá 1,3-lưỡng cực theo Huisgen được xúc tác bằng Cu(I) (HDC, Huisgen 1,3-Dipolar Cycloaddition) của các azide và các alkyne cuối mạch để tạo thành các dẫn xuất 1,2,3-triazole được sử dụng rộng rãi để tổng hợp nhân dị vòng này [20]. Người ta đã thống kê rằng gần 100% các bài báo liên quan đến phản ứng click này có các ứng dụng trên nhiều lĩnh vực nghiên cứu đa dạng [21], như tổng hợp các phân tử sinh học (các amino acid không có nguồn gốc thiên nhiên), phân tách gel điện di hai 2 chiều, tổng hợp các triazole thế-1,4, biến đổi nhóm chức peptide với các triazole, biến đổi các sản phẩm thiên nhiên và dược phẩm thiên nhiên, khám phá các sản phẩm thiên nhiên, khám phá thuốc, tổng hợp các vòng lớn, biến đổi DNA và các nucleotide bằng nhóm kết nối triazole, sử dụng trong hoá học siêu phân tử (supramolecular chemistry) [22].
Các dẫn xuất của dị vòng 1,2,3-triazole được sử dụng rộng rãi trong chữa bệnh, và hiện nay, việc nghiên cứu tổng hợp và thăm dò hoạt tính sinh học của chúng là một trong những lĩnh vực quan trọng nhất trong nghiên cứu và phát triển thuốc [23, 24]. Có những công trình nghiên cứu đã chứng tỏ rằng, triazole có khả năng kháng lao và chống nấm rất tốt, đặc biệt khả năng chống nấm bội nhiễm [25], căn bệnh khá phổ biến ở những nước có khí hậu nóng ẩm như Việt Nam. Với mục đích đóng góp thêm vào việc nghiên cứu tạo ra những hợp chất mới có hoạt tính sinh học, chúng tôi đã tiến hành lựa chọn đề tài cho Luận án Tiến sĩ là “Nghiên cứu tổng hợp và tính chất của một số hợp chất 1,2,3-triazol có chứa đồng thời vòng isatin và hợp phần monosaccharide bằng phản ứng click”. Các nhiệm vụ chính của luận án tiến sĩ như sau: 1.
Tổng hợp một số các hợp phần monosaccharide chứa nhóm azide và 1- alkyne, như 1,2:3,4-di-O-isopropylidene-6-azido-6-deoxy-α-D-galactopyranose, 1,2:3,4-di-O-isopropylidene-6-O-(2-propynyl)-α-D-galactopyranose, 2,3,4,6-tetra- O-acetyl-β-D-glucopyranosyl azide, 6-azido-6-deoxy-1,2,3,4-tetra-O-acetyl-α-D- glucose và propargyl 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D-glucopyranoside. Tổng hợp các isatin thế bằng phản ứng Sandmeyer hoặc phản ứng thế electrophile vào vòng isatin và gắn nhóm cầu nối có độ dài mạch khác nhau vào vị trí N-1 của vòng isatin với nhóm 1-alkyne hoặc nhóm azido. Thực hiện phản ứng click giữa isatin có chứa các cầu nối với các nhóm alkynyl hoặc azido đầu mạch với các hợp phần monosaccharide thích hợp ở mục 1. Xác định cấu trúc của các hợp chất thu được bằng các phương pháp vật lí hiện đại như IR, NMR, MS.
Thử nghiệm hoạt tính sinh học của một số dãy hợp chất 1,2,3-triazole. Giới thiệu chung về isatin và dẫn xuất Isatin (1H-indol-2,3-dione) là một dẫn xuất của nhóm indoline, là những hợp chất chứa vòng pyrrolidine hợp nhất với benzene tạo thành 2,3-dihydroindole. Isatin được biết đến lần đầu tiên vào năm 1841 [26, 27]. Trong tự nhiên, isatin được tìm thấy trong cây thuộc chi Isatis trong một loài phong lan Clanthe discolor Lindl [28] và trong cây đầu lân Couroupita guianensis Aublet [29], là thành phần của chất bài tiết từ tuyến mang tai của ếch [24] và ở người là một dẫn xuất để dẫn truyền adrenaline.
Các isatin thế cũng được tìm thấy trong thực vật, như các alkaloid melosatin (các methoxy phenylpentyl isatin) ở loài Melochia tomentosa. Isatin cũng có mặt trong nhựa than đá [30]. Phương pháp tổng hợp các isatin thế 1. Phương pháp tổng hợp đi từ indigo Năm 1841, hai nhà khoa học Erdman [26] và Laurent [27] đã nhận được isatin khi oxy hoá indigo bằng acid nitric và acid cromic.
Đây là phương pháp đầu tiên được sử dụng để tổng hợp isatin : 1. Tổng hợp theo Sandmeyer Phương pháp Sandmeyer là phương pháp lâu đời nhất và thông dụng nhất để tổng hợp isatin, bao gồm phản ứng của aniline (thế) với chloral hydrate và hydroxylamine hydrochloride trong dung dịch natri sulfate và sự vòng hoá isonitrosoacetanilide nhận được bằng acid sulfuric đặc. Hiệu suất của quá trình tổng hợp isatin là >75% [31]. 4 Phương pháp được sử dụng phổ biến do các tác nhân phản ứng rẻ tiền, có sẵn, cho hiệu suất khá cao (với các aniline chứa nhóm chức đẩy electron).
Hiện nay, phương pháp Sandmeyer được cải tiến bằng sự kết hợp ethanol như là một đồng- dung môi. Việc sử dụng lò vi sóng trong quá trình tổng hợp isatin theo Sandmeyer cũng đã được nghiên cứu và cho thấy có thể sử dụng để tổng hợp convolutamydine A [32]. Phương pháp tổng hợp sử dụng nitroacetanilide Nitroacetanilide nhận được từ phản ứng thủy phân 1-arylamino-1- methylthio-2-nitroethene trong môi trường kiềm và được đóng vòng thành isatin-3- oxime bằng acid sulfuric đậm đặc hoặc acid trifluoromethansulfonic ở nhiệt độ phòng với hiệu suất khá cao [33]. Phương pháp gần giống với phương pháp Sandmeyer nhưng ít được sử dụng.
Phương pháp tổng hợp theo Martinet Việc tổng hợp isatin theo Martinet bao gồm phản ứng của amine thơm, ester oxomalonate hoặc hydrate của nó khi có mặt của acid để cho dẫn xuất của acid 3- (3-hydroxy-2-oxindole)-carboxylic, mà sau khi oxy hóa-decarboxy hoá sẽ cho isatin tương ứng. Phương pháp này được dùng để tổng hợp 5,6-dimethylisatin từ 4- aminoveratrole mà không nhận được khi đi từ 2,4-dimethoxyaniline. Phương pháp này cũng dễ dàng được áp dụng cho tổng hợp dẫn xuất benzoisatin từ các dẫn xuất napthylamine [34]. Phương pháp tổng hợp theo Stolle Đây là phương pháp quan trọng nhất để thay thế phương pháp Sandmeyer trong tổng hợp isatin.
Trong phương pháp này, các anilin phản ứng với oxalyl chloride để tạo thành chloro-oxalylanilide, sản phẩm trung gian này có thể được đóng vòng khi có mặt của acid Lewis, thường là AlCl 3, TiCl4 hoặc BF3. Phương pháp này được sử dụng để tổng hợp 1-aryl và isatin đa vòng có nguồn gốc từ phenoxazine, phenothiazine và dibenzoazepine cũng như indoline. Phương pháp tổng hợp theo Gassman Một phương pháp khác được phát triển bởi Gassman để tổng hợp isatin [35]. Phương pháp này bao gồm sự hình thành và oxy hóa tiếp theo của hợp chất trung gian 3-methylthio-2-oxindole hình thành isatin thế tương ứng với hiệu suất đạt từ 40-81% [36].
Wright và cộng sự đã mô tả phương pháp cải tiến của Gassman để tổng hợp oxindole khi sử dụng sulfoxide có thể thay thế cho việc sử dụng sulfenyl halide [37]. Phương pháp của Gassman có thể được ứng dụng với loại hợp chất N- alkylaniline. Phương pháp tổng hợp sử dụng phản ứng kim loại hóa dẫn xuất anilide Một phương pháp mới hiện nay được dùng để tổng hợp isatin trên cơ sở phản ứng ortho-kim loại trực tiếp N-pivaloyl- và N-(t-butoxycarbonyl)aniline. Các dianion tương ứng được xử lí với diethyl oxalate và isatin thu được sau khi loại bỏ 6 nhóm bảo vệ và đóng vòng chất trung gian α-ketoester.
Phương pháp này có ưu điểm là có tính chọn lọc để tổng hợp isatin thế ở vị trí 4 từ aniline thế meta [38]. Tổng hợp 5-azaisatin được thực hiện bằng phản ứng ortho-lithi hóa 4- aminopyridine t-butylcarbamate sau đó bằng phản ứng với lượng dư diethyl oxalate. Xử lý nhiệt ester glyoxylic dưới chân không thu được 5-azaisatin. Hiện nay, phương pháp trao đổi kim loại-halogen được mô tả để tổng hợp isatin bằng phản ứng lithi hóa ortho-bromophenylureas, carbonyl hóa và đóng vòng nội phân tử thu được sản phẩm với hiệu suất khá cao 71-79% [39].
O R Br R O Li 1 ) M eL i, 0 °C Li N N 2 ) t -B u L i, 0 °C N 3) C O H O N O R 1 )C O O 2) H 3O + N H 1. Tính chất vật lí của isatin Isatin kết tinh từ nước, rượu, hoặc acid acetic dưới dạng tinh thể hình kim màu đỏ, nóng chảy ở 200-201 oC [40]. Nó tan được trong ethanol, acid acetic và benzene khi đun nóng nhưng ít tan trong ether, và cũng tan trong được dung dịch acid chlohydric và acid sulfuric đậm đặc. Khi được hòa tan trong natri hydroxide hoặc dung dịch kali hydroxide thì muối natri hoặc kali của acid isatoic được tạo thành do sự mở vòng thành acid isatoic.
Sự đóng vòng xảy ra khi dung dịch được acid hóa và isatin kết tủa xuống. Tính chất hóa học của isatin và dẫn xuất Isatin có 3 trung tâm phản ứng: vị trí 1 (tấn công vào nguyên tử nitơ), vị trí C-5 và vị trí C-3. Nếu trong hệ vòng có chứa nhóm hút electron ở vòng benzene hoặc ở nguyên tử nitơ thì có thể tham gia phản ứng cả vào vị trí C-2. Phản ứng N-alkyl hóa Phản ứng N-alkyl hóa isatin thường được tổng hợp từ muối natri của isatin với alkyl halide hoặc sulfate [41].
Muối này được tổng hợp bằng phản ứng của isatin với NaH trong toluene hoặc DMF và đun hồi lưu [42], hoặc cũng có thể sử dụng kali carbonate khan trong DMF hoặc acetone [43]. Việc sử dụng CaH2 trong DMF đã được sử dụng để tổng hợp cả mono- và bis-N-alkylisatin [44, 45]. Các hợp chất này trước đó đã được tổng hợp sử dụng dihaloalkane và NaH trong dioxane [46, 47] hoặc DMF hoặc LiH.
