MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, cùng với sự gia tăng dân số ngày một cao, bệnh tật đang trở thành một vấn nạn trên khắp thế giới, con ngƣời phải đối mặt với sự lão hóa sớm, các loại bệnh tật nhƣ nhiễm khuẩn, chứng suy giảm trí nhớ… ngày một gia tăng. Việc tìm ra các loại thuốc mới trở thành một nhiệm vụ cấp bách. Chalcon, những chất thiên nhiên thuộc nhóm flavonoid, sở hữu một phổ rộng những hoạt tính sinh học nhƣ kháng vi sinh vật (kháng khuẩn, kháng nấm), kháng viêm, kháng acetylcholinesterase, chống oxy hóa, kháng ung thƣ, kháng virus và kháng k sinh trùng sốt rét… Vì vậy các nhà nghiên cứu đang có xu hƣớng quan tâm đến việc tổng hợp những dẫn chất chalcon để góp phần làm phong phú hơn về mặt cấu trúc cũng nhƣ về hoạt tính sinh học của nhóm hợp chất tiềm năng này. Mục đích nghiên cứu Tổng hợp các dẫn chất chalcon, chalcon dị vòng bằng phƣơng pháp ngƣng tụ Claisen- Schmidt và sàng lọc các hợp chất mới có tác dụng sinh học.
Các dẫn chất chalcon tổng hợp đƣợc s đƣợc khảo sát hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, thử nghiệm tác động hiệp đồng với kháng sinh và thử nghiệm khả năng gây độc trên tế bào Kết quả nghiên cứu còn có thể cung cấp thêm những hiểu biết về sự liên quan giữa cấu trúc và tác dụng sinh học giúp cho việc nghiên cứu phát triển hợp chất mới có tác dụng sinh học một cách nhanh chóng, thuận tiện, rút ngắn thời gian, và giảm thiểu kinh phí nghiên cứu. 1 Ý nghĩa và điểm mới của đề tài 1. Sử dụng các phƣơng pháp tổng hợp hữu cơ áp dụng vào các qui trình tổng hợp chalcon 2. Tổng hợp dãy hợp chất chalcon mới có tiềm năng tác dụng sinh học.
Sàng lọc đƣợc một số chất mới có hoạt tính sinh học phục vụ cho điều trị bệnh. Tìm đƣợc mối liên quan giữa cấu trúc và tác dụng sinh học, góp phần hỗ trợ cho việc phát triển tìm kiếm phân tử mới có hoạt tính sinh học. TỔNG QUAN VỀ CHALCON 1.1 Tổng quát về chalcon và dẫn chất 1.1 Danh pháp hóa học và cấu trúc chalcon Tên quốc tế: 1,3-diphenyl-2-propen-1-on. Tên khác: Chalcon, chalkon, benzylideneacetophenon, phenyl styryl keton.
Công thức phân tử: C15H12O Công thức cấu tạo: Hình 1. Công thức cấu tạo của chalcon Khối lƣợng phân tử: 208,26 g/mol. Nhiệt độ nóng chảy: 55-57°C.2 Giới thiệu về dẫn chất của chalcon Công thức chung của các dẫn chất chalcon: Hình 1. Công thức chung của các dẫn chất chalcon.
Trong nhóm dẫn chất chalcon có nguồn gốc thiên nhiên, vòng A, B là benzen có mang các nhóm thế R, R‟ phổ biến nhƣ CH3, OH, OCH3, isophenyl, phenyl… Trong nhóm dẫn chất chalcon tổng hợp, R, R‟ là các nhóm thế: NO2, halogen… Ngoài ra, còn có các dẫn chất chalcon có vòng A hoặc B có thể là các dị vòng (hình 1. Các dẫn chất này còn đƣợc gọi là chalcon dị vòng, hoặc like chalcon, hoặc heterochalcon[1]. Hầu hết các dẫn chất chalcon dị vòng đƣợc tổng hợp. Chalcon là một nhóm phụ (nhỏ) của họ flavonoid, nhƣng gần đây có nhiều chất đƣợc 3 báo cáo có tác dụng sinh học rất đa dạng.
Nhiều hợp chất trong nhóm này có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm, kháng ung thƣ, chống oxy hóa, kháng gốc tự do, kháng viêm, giảm đau. Chalcon còn là dẫn chất trung gian của quá trình sinh tổng hợp các flavonoid nhƣ auron, flavonon, flavanol…(Sơ đồ 1.1), vốn là những hợp chất rất phổ biến trong thiên nhiên và có nhiều tác dụng sinh học [5], [6]. Về mặt cấu trúc hóa học, chalcon có hai vòng A và B nối với nhau bởi một mạch hở 3 cacbon, không có dị vòng C nhƣ các flavonoid khác, số thứ tự cacbon bắt đầu đánh từ vòng B (Hình 1. Đây là những chất có màu vàng đến vàng cam (do chữ chalcos có nghĩa là đồng).
Trong tự nhiên, chalcon hiện diện chủ yếu trong một số hoa của họ cúc (Asteraceae). Chalcon cũng có thể hiện diện ở các bộ phận khác nhƣ vỏ, lá, quả, rễ [8] (isoliquiritigenin trong rễ cam thảo [8]). Ngoài họ cúc, chalcon còn đƣợc tìm thấy ở các họ Náng (Amarylliaceae), Ráy (Araceae), Dong riềng (Cannaceae), Hành (Liliaceae), La Dơn (Lay ơn) (Iridaceae) [7]. Hàm lƣợng chalcon trong thực vật phụ thuộc vào nơi mọc.
Cây mọc ở vùng nhiệt đới và núi cao thì hàm lƣợng cao hơn ở nơi cây thiếu ánh sáng. Tuy nhiên, lƣợng chalcon hiện diện trong tự nhiên rất ít.3 Cấu trúc của 2,3-dimethoxy-4‟- γ,γ -dimethylallyloxy-2‟-hydroxychalcon [9]. Các công trình nghiên cứu gần đây cho thấy các dẫn chất chalcon đã đƣợc tìm thấy trong thực vật. Một số flavonoid đã đƣợc cô lập từ vỏ rễ cây Cẩm lai Dalbergia sissoo: 2,3-dimethoxy-4‟-γ,γ-dimethylallyloxy-2‟-hydroxychalcon; 7-γ,γ-dimethyl-allyloxy-5- hydroxy-4‟-methoxyisoflavon;7-hydroxy-6-methoxyflavon [9].
Trong lá dâu tằm Morus alba L. có 02 dẫn chất chalcon đƣợc cô lập có tên là 4 morachalcons B và C có công thức cấu tạo nhƣ sau: Hình 1. Cấu trúc của morachalcons B và C [10]. Trong tự nhiên, chalcon là chất trung gian sinh tổng hợp các dẫn chất flavonoid khác.1 Các dẫn chất thuộc họ flavonoid tổng hợp qua trung gian chalcon.
Trong tổng hợp hữu cơ, chalcon còn là nguyên liệu tổng hợp các dẫn chất dị vòng nhƣ dẫn chất pyrazolin, isoxazolin, pyrimidinon[13], [14], [15].2 Các dẫn chất dị vòng tổng hợp qua trung gian chalcon.2 Các phƣơng pháp tổng hợp chalcon và dẫn chất 1.1 Phản ứng Suzuki C – C coupling Phản ứng cộng hợp giữa acid cinamyl clorid và acid phenylboronic đã hoạt hóa bằng Pd(PPh3)4 (Sơ đồ 1.3 Tổng hợp chacon theo phản ứng Suzuki Phản ứng cộng hợp giữa acid benzoic và acid phenylvinylboronic đã hoạt hóa bằng Pd(PPh3)4 (Sơ đồ 1.4 Tổng hợp chalcon theo phản ứng Suzuki 6 Cả hai phản ứng trên đều dùng Pd(PPh3)4 làm chất xúc tác và phản ứng xảy ra trong môi trƣờng kiềm. Eddarir và cộng sự đã khảo sát phản ứng cộng hợp giữa cinnamoyl clorid với nhiều acid phenylboronic khác nhau trong các điều kiện sau: THF, PdCl2(PPh3)4/PPh3, n - Bu4N+ HF2- s cho hỗn hợp các sản phẩm. Aceton-nƣớc (3:1), PdCl2, CaCO3 cho sản phẩm với hiệu suất trung bình. Phản ứng cộng hợp giữa benzoyl clorid và acid phenylvinylboronic sử dụng Pd(PPh3)4 s cho các chalcon với hiệu suất cao hơn [16].2 Phản ứng Heck Một vài chalcon hiện diện trong tự nhiên cũng đã đƣợc tổng hợp dựa trên phản ứng Heck.
Nguyên tắc cơ bản của phản ứng này là dựa trên sự cộng hợp giữa một aryl vinylceton với một aryl iodid (sơ đồ 1.5 Tổng hợp chalcon dựa vào phản ứng Heck.3 Phản ứng acyl hóa Friedel-Craft Các chalcon có thể đƣợc tổng hợp bằng cách acyl hóa trực tiếp nhân phenol. Trong trƣờng hợp này nhân phenol trở thành vòng A, trong khi tác nhân acyl hóa s trở thành vòng B và nhánh 3 cacbon. Ch ng hạn nhƣ acyl hóa trimethoxyphenol với cynamoyl clorid với sự hiện diện của BF3-Et2O làm chất xúc tác s cho ra 2‟-hydroxy-3‟,4‟,5‟- trimethoxy chalcon (Sơ đồ 1.6 Tổng hợp chalcon dựa vào phản ứng acyl hóa Friedel- Crafts.4 Phản ứng ngưng tụ Claisen-Schmidt Mặc dù có nhiều con đƣờng để tổng hợp chalcon nhƣng phƣơng pháp phổ biến nhất thƣờng hay sử dụng là dựa vào phản ứng ngƣng tụ Claisen-Schmidt giữa các dẫn chất của acetophenon và benzaldehyd thích hợp (Sơ đồ 1. Phản ứng đƣợc tiến hành tƣơng đối đơn giản nhƣng hiệu quả, cho phép tạo thành liên kết đôi cacbon-cacbon không phụ thuộc vào độ phức tạp trong cấu trúc các phân tử tham gia ngƣng tụ.
Vì vậy, phản ứng này vẫn đƣợc áp dụng rộng rãi để tổng hợp chalcon Phản ứng thƣờng đƣợc thực hiện ở nhiệt độ phòng hay gia nhiệt lên đến 50 oC, sử dụng dung dịch hydroxid kiềm hoặc natri ethoxid (C2H5ONa) nồng độ từ 10–60% (v/v) làm chất xúc tác. Các chất xúc tác khác nhƣ magie t - butoxid, kali carbonat, bari hydroxyd cũng đƣợc sử dụng trong nhiều nghiên cứu. Ngoài ra phản ứng ngƣng tụ này cũng có thể xúc tác bởi các acid nhƣ HCl, AlCl3, BF3, Na2Br2O7, TiCl4… ên cạnh chất xúc tác, diện tích bề mặt và nhiệt độ là các yếu tố ảnh hƣởng tới hiệu suất.7 Tổng hợp chalcon dựa vào phản ứng ngƣng tụ Claisen- Schmidt. Về bản chất, phản ứng ngƣng tụ Claisen-Schmidt là phản ứng ngƣng tụ chéo giữa 2 hợp chất cacbonyl khác nhau, trong đó acetophenon đóng vai trò tác nhân nucleophil dƣới dạng enol hoặc enolat, và benzaldehyd đóng vai trò tác nhân electrophil.
Đầu tiên 8 là sự tạo thành anion enolat dƣới tác dụng của kiềm (Sơ đồ 1. Mặc dù cả 2 loại hợp chất cacbonyl đều không đối xứng nhƣng chỉ có nhóm methyl của acetophenon còn proton α, và vì vậy chỉ có vị trí này xảy ra sự enol hóa: Sơ đồ 1. Sự tạo thành enolat trong môi trƣờng kiềm. Để tạo thành sản phẩm mong muốn, enolat tạo thành tấn công vào nhóm cacbonyl của aldehyd để tạo aldol.
Sản phẩm aldol này không bền, lập tức dehydrat hóa trong môi trƣờng kiềm theo cơ chế E1cb tạo chalcon (Sơ đồ 1. Cơ chế phản ứng tạo chalcon trong môi trƣờng kiềm. Trong trƣờng hợp này enolat tạo thành có thể tấn công vào nhóm carbonyl của một phân tử acetophenon khác chƣa đƣợc enol hóa tạo sản phẩm tự ngƣng tụ. Tuy nhiên điều này ít xảy ra hơn là do nhóm carbonyl của aldehyd có mật độ điện tích dƣơng cao hơn, vì vậy có tính electrophil mạnh hơn và ƣu tiên phản ứng với enolat hơn.
Phản ứng ngƣng tụ Claisen-Schmidt đôi khi đƣợc tiến hành với những thay đổi nhỏ về xúc tác, dung môi và loại kiềm sử dụng. Có thể thực hiện ngƣng tụ aldol khi có mặt hydroxid hay cacbonat của calci, bari và strongti trong một dung môi không proton có khả năng tạo với nƣớc hỗn hợp đ ng phí và điểm sôi thấp để tách nƣớc dễ dàng hơn. Khi đó có thể tổng hợp các chalcon với nhóm thế trifluoromethyl ở vị trí β của hệ thống không no (Sơ đồ 1. Tổng hợp chalcon trifluoromethylat với xúc tác kim loại kiềm thổ.
Năm 2013, sử dụng xúc tác chuyển pha tetrabutylamoni bromid trong dung dịch kiềm dƣới điều kiện vi sóng, Yang và các cộng sự đã tổng hợp thành công các dẫn xuất chalcon dị vòng mang khung cấu trúc 1-phenyl-3-arylpyrazol (Sơ đồ 1. Tổng hợp chalcon dị vòng sử dụng xúc tác chuyển pha. Hóa tổ hợp cũng đã ứng dụng phản ứng ngƣng tụ Claisen-Schmidt trong pha lỏng, dùng PEG (polyetylen glycol) làm chất mang để tổng hợp các dẫn xuất benzyloxy-2‟- hydroxychalcon để sau đó chuyển hóa thành hydroxyflavon tƣơng ứng (Sơ đồ 1. Tổng hợp chalcon trong pha lỏng sử dụng PEG làm chất mang.
Tổng hợp trong cùng bình phản ứng (one-pot synthesis) là phƣơng pháp tiện lợi để thực hiện một phản ứng hóa học, trong đó chất phản ứng tham gia nhiều phản ứng liên tiếp trong cùng một bình phản ứng.
