Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Hóa học các hợp chất dị vòng năm cạnh chứa các nguyên tử dị tố như nitơ, oxy và lưu huỳnh (các dị vòng azole gồm imidazole, thiazole, 1,3,4-oxadiazole cùng các dẫn xuất oxo và hydro hóa của chúng) giữ vai trò quan trọng trong hóa học hữu cơ và hóa dược. Các dị vòng này thường là trung tâm phát sinh hoạt tính sinh học đa dạng như kháng khuẩn, kháng vi-rút, kháng nấm, kháng viêm, chống ung thư, chống đái tháo đường, chống co giật và chống oxy hóa, đồng thời là khối phân tử trung gian (synthon) để tổng hợp các hợp chất có dược tính.

Các dẫn xuất chứa dị vòng imidazol-5(4H)-one (dẫn xuất của imidazole), thiazolidine-2,4-dione (dẫn xuất của thiazole) và 1,3,4-oxadiazoline (2,3-dihydro-1,3,4-oxadiazole) đã được ghi nhận có nhiều hoạt tính sinh học giá trị. Tuy nhiên, tại Việt Nam vào thời điểm thực hiện đề tài, số lượng công trình nghiên cứu về các dị vòng này còn rất khiêm tốn so với tiềm năng và sự phong phú của các hướng tổng hợp. Các nghiên cứu trong nước chỉ mới xuất hiện ở một số ít báo cáo về khung 2-thiazolidine-4-one, thiazolidine-2,4-dione và 1,3,4-oxadiazoline. Trên thế giới, mặc dù các dị vòng thơm cơ bản đã được nghiên cứu nhiều, các hướng nghiên cứu về những dẫn xuất mới mang đồng thời nhiều nhóm thế đa dạng trên khung imidazoline-5-one, thiazolidine-2,4-dione và 1,3,4-oxadiazoline vẫn chưa đầy đủ.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định các mục tiêu cụ thể gồm:

  1. Tổng hợp được 3 nhóm hợp chất hữu cơ mới chứa dị vòng imidazole-5-one, thiazolidine-2,4-dione và 1,3,4-oxadiazoline mang các nhóm thế khác nhau trong điều kiện cơ sở vật chất tại Việt Nam.
  2. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất của các hợp chất tổng hợp được bằng các phương pháp vật lý và phổ học hiện đại (xác định nhiệt độ nóng chảy, phổ hồng ngoại IR, phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR, phổ khối lượng phân giải cao HR-MS và phổ nhiễu xạ đơn tinh thể tia X).
  3. Thử nghiệm sàng lọc hoạt tính sinh học của các hợp chất tổng hợp được, bao gồm hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và hoạt tính gây độc tế bào ung thư in vitro.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu:
    • Nhóm 1 (Dãy A): Các dẫn xuất 1-arylideneamino-4-arylidene-2-methyl-1H-imidazolin-5(4H)-one gồm dãy A4a1–8 (chứa nhóm 4-chlorobenzylidene) và dãy A4b1–6 (chứa nhóm 4-methoxybenzylidene).
    • Nhóm 2 (Dãy B): Các hợp chất diester chứa dị vòng thiazolidine-2,4-dione gồm hai dãy B3a–e và B4a–e, được điều chế từ các dẫn xuất 5-(hydroxybenzylidene)thiazolidine-2,4-dione (B2a–e).
    • Nhóm 3 (Dãy C): Các hợp chất 2-(4-acetyl-5-methyl-5-aryl-4,5-dihydro-1,3,4-oxadiazol-2-yl)-4-halophenyl acetate gồm dãy C5a1–3 (chứa nhóm thế 4-bromo) và dãy C5b1–9 (chứa nhóm thế 4-iodo).
  • Phạm vi nghiên cứu: Thực nghiệm tổng hợp, đo đạc phổ và đánh giá hoạt tính sinh học in vitro được tiến hành tại các phòng thí nghiệm của Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Viện Kiểm nghiệm thuốc Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Vinh và Khoa Hóa học Đại học KU Leuven (Vương quốc Bỉ). Luận án được hoàn thành năm 2020.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước

Tác giả đã điểm luận các công trình nghiên cứu trên thế giới và trong nước liên quan đến ba hệ dị vòng:

  1. Hệ dị vòng imidazole-5-one:

    • Phương pháp tổng hợp từ 1,3-oxazol-5(4H)-one: Patel và cộng sự (2012) tổng hợp dãy 10 dẫn xuất 4-(2-chlorobenzylidene)-1-{4-[3-(phenyl thế)prop-2-enoyl]phenyl}-2-phenyl-imidazol-5-one (4a–j) có hoạt tính kháng E. coli và C. albicans; Christopher Voosala và cộng sự tổng hợp 1-(phenyl thế)-2-phenyl-4-(benzylidene thế)-imidazole-5-one (5a–e) có hoạt tính kháng nấm; Vikas G. Rajurkar và cộng sự sử dụng vi sóng tổng hợp 4-aryl/hetaryl-2-(pyrazin-2-yl)-1-(quinolin-8-yl)-1H-imidazol-5(4H)-one (6a–p); Selwan M. El-Sayed và cộng sự tổng hợp dãy 20 chất (Z)-4-arylidene-2-aryl-1-[4-phenyl thế-thiazol-2-yl]-1H-imidazol-5(4H)-one (7a–t); Khalifa và cộng sự tổng hợp các dẫn xuất imidazole-5-one (8, 13a–f, 16a–c) khảo sát hoạt tính chống co giật.
    • Phản ứng với amine, ammonia hoặc urea: S. Fozooni, Flavio Chavez sử dụng xúc tác K2CO3 hoặc than chì; Feng Shi và cộng sự tổng hợp dãy 4-arylidene-2-phenyl-1H-imidazol-5(4H)-one (10a–m) bằng vi sóng trong ethylene glycol; Al-Soodani và cộng sự tổng hợp 1-aminoimidazol-5-one (11a–b) qua phản ứng với hydrazine.
    • Phương pháp đóng vòng từ nitrile, isocyanate, amide: A. Clemenceau và cộng sự dùng xúc tác AgNO3 chuyển hóa α-isocyanoacetate; Ilia V. Yampolsky và cộng sự tổng hợp các dãy chất (18a–b, 19a–f); Alexander Yu. Smirnov và cộng sự tổng hợp 2-amino-4-arylidene-1H-imidazol-5(4H)-one (20a–g) từ isocyanate thơm và phosphazene; Snizhana O. Zaitseva và cộng sự tổng hợp hai dãy 2-alkyl-4-arylidene-1-methylimidazol-5(4H)-one (21a–l, 22a–e).

  2. Hệ dị vòng thiazolidine-2,4-dione (TZD):

    • Phương pháp tạo vòng TZD: Từ thiosemicarbazone của acetone với ethyl chloroacetate; từ natri/kali thiocyanate với chloroacetate; từ thiourea phản ứng với acid monochloroacetic đun hồi lưu hoặc chiếu xạ vi sóng.
    • Phản ứng chuyển hóa trên TZD: Ngưng tụ Knoevenagel tại vị trí C-5 với aldehyde thơm tạo dẫn xuất 5-arylidene bởi Young Mi Ha và cộng sự (30a–l), Angela J. Russell và cộng sự (31a–c), Ceylan Unlusoy và cộng sự (50a–f, 51a–f), G. Thirupathi và cộng sự (xúc tác L-tyrosine, 36a–k), Umesh R. Pratap và cộng sự (xúc tác men bánh mì, 37a–l); phản ứng ghép cặp muối diazonium bởi P. Bhargava và cộng sự (38a–c, 39a–h); phản ứng Mannich tại vị trí N-3 bởi Mohammad Shahnaz và cộng sự (40a–e), Nguyễn Quang Đạt và cộng sự (42a–d); phản ứng alkyl hóa và aryl hóa nhóm >NH bởi Santosh L. Gaonkar và cộng sự (43a–i), Prasanna A. Datar và cộng sự (44a–d), Faiyazalam M. Shaikh và cộng sự (45a–n), Bojan Bozic và cộng sự (46a–f, 47a–f).
    • Dược tính của TZD: Được ứng dụng trong các thuốc điều trị đái tháo đường typ 2 như Ciglitazone, Englitazone, Pioglitazone, Troglitazone.

  3. Hệ dị vòng 1,3,4-oxadiazoline (2,3-dihydro-1,3,4-oxadiazole):

    • Phương pháp đóng vòng hydrazone: Sử dụng anhydride acetic đóng vòng hydrazone được thực hiện bởi Phạm Ngọc Nam và cộng sự (64a–f), Harish Rajak và cộng sự (65a–e), Jumbad H. Tomma và cộng sự (67a–f, 68a–f), Shaoyong Ke và cộng sự (69a–j, 70a–j), Amer và cộng sự (dẫn xuất gắn hợp phần đường 75a–d).
    • Sử dụng tác nhân khác: Đóng vòng bằng acid chloride bởi Anas Rasras (76a–p), Mohammed A.S. Shaban (77a–r, 78a–r), Yunyun Zhou và cộng sự (84a–n, 85a–f), Maria Grazia Mamolo và cộng sự (86a–k, 87a–k); đóng vòng bằng chloramine T bởi Vaishali và cộng sự (88a–f); oxy hóa khép vòng 1,4-disubstituted thiosemicarbazide bằng AgNO3 bởi Dexin Feng và cộng sự (89a–k).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Luận án tập trung giải quyết việc thiết kế lộ trình tổng hợp, kiểm soát cấu trúc và xác lập dữ liệu hóa lý - sinh học cho 3 họ dẫn xuất mới chưa từng được công bố:

  • Chuyển hóa 1-aminoimidazol-5-one thành các dẫn xuất azomethine chứa đồng thời hai nhóm thế arylidene (dãy A).
  • Chuyển hóa các 5-(hydroxybenzylidene)thiazolidine-2,4-dione thành các dẫn xuất diester đối xứng hoặc bất đối xứng (dãy B).
  • Chuyển hóa methyl salicylate qua halogen hóa, hydrazin phân, tạo hydrazone và đóng vòng 1,3,4-oxadiazoline đi kèm phản ứng O-acetyl hóa bảo vệ nhóm phenol (dãy C).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

Luận án dựa trên các nguyên lý cơ bản của hóa học hữu cơ thực nghiệm và hóa học dị vòng:

  • Phản ứng ngưng tụ Erlenmeyer-Plöchl giữa aldehyde thơm và acetylglycine tạo oxazol-5(4H)-one.
  • Phản ứng mở vòng và tái đóng vòng của oxazol-5(4H)-one dưới tác dụng của hydrazine hydrate tạo 1-aminoimidazolin-5(4H)-one, tiếp tục ngưng tụ với aldehyde thơm tạo liên kết azomethine (-N=CH-).
  • Phản ứng ngưng tụ Knoevenagel giữa nhóm methylene linh động của TZD với hydroxybenzaldehyde, tiếp theo là phản ứng acyl hóa/alkyl hóa chọn lọc tạo diester.
  • Phản ứng thế ái điện tử halogen hóa nhân thơm của methyl salicylate, phản ứng thế nucleophil tạo benzohydrazide, tạo hydrazone và phản ứng đóng vòng nội phân tử tạo nhân 2,3-dihydro-1,3,4-oxadiazole dưới tác dụng của acetic anhydride.

Phương pháp nghiên cứu thực tế và trang thiết bị

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp phân tích hóa lý và thực nghiệm sinh học:

  • Đo nhiệt độ nóng chảy: Thực hiện trên máy Gallenkamp (Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh).
  • Phổ hồng ngoại (FT-IR): Ghi trên máy Shimadzu FTIR 8400S, mẫu đo ở dạng viên nén KBr trong dải sóng 400–4000 cm⁻¹ (Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh).
  • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR): Ghi trên máy Bruker Avance ở tần số 500 MHz đối với ¹H-NMR và 125 MHz đối với ¹³C-NMR cùng các phổ hai chiều (HSQC, HMBC), sử dụng dung môi DMSO-d₆ (Phòng NMR, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG Hà Nội).
  • Phổ khối lượng phân giải cao (HR-MS): Đo trên máy Bruker micrOTOF-Q 10187 (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG TP. Hồ Chí Minh) và máy Bruker micrOTOF-Q II (Viện Kiểm nghiệm thuốc TP. Hồ Chí Minh).
  • Phổ nhiễu xạ tia X đơn tinh thể (SC-XRD): Đo trên máy APEX2 (Bruker, 2014) tại Khoa Hóa học, Đại học KU Leuven (Vương quốc Bỉ). Thu thập dữ liệu ô mạng bằng SAINT; giải cấu trúc bằng phần mềm SHELXS97, SHELXT, SHELXL2014; tinh chỉnh cấu trúc bằng SHELXL2014 và đồ họa phân tử bằng OLEX2.
  • Phương pháp thử hoạt tính sinh học:
    • Kháng khuẩn, kháng nấm: Xác định nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) trên các chủng vi khuẩn (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus) và nấm (Aspergillus niger, Fusarium oxysporum, Saccharomyces cerevisiae, Candida albicans).
    • Gây độc tế bào ung thư: Thử nghiệm in vitro đánh giá giá trị IC₅₀ hoặc phần trăm ức chế trên các dòng tế bào: ung thư vú (MCF-7), ung thư biểu mô (KB), ung thư gan (HepG2).
Nhóm phương pháp Thiết bị / Phần mềm Thông số / Điều kiện Cơ sở thực hiện
Đo nhiệt độ nóng chảy Máy Gallenkamp Thang nhiệt độ phòng – 350 °C ĐH Sư phạm TP.HCM
Phổ hồng ngoại (IR) Shimadzu FTIR 8400S Viên nén KBr ĐH Sư phạm TP.HCM
Phổ NMR (1D, 2D) Bruker Avance 500 MHz (¹H), 125 MHz (¹³C), DMSO-d₆ ĐH Khoa học Tự nhiên Hà Nội
Phổ khối lượng (HR-MS) Bruker micrOTOF-Q / Q-II Phân giải cao ESI-MS ĐH KHTN TP.HCM, Viện KN Thuốc
Nhiễu xạ tia X đơn tinh thể Bruker APEX2, SHELX, OLEX2 Bức xạ Mo-Kα, tinh chỉnh SHELXL2014 ĐH KU Leuven (Bỉ)

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết và tổng quan các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về ba lớp dị vòng:

  • Dị vòng imidazole-5-one: Cấu trúc synthon, phương pháp tổng hợp từ oxazol-5-one, chuyển hóa bằng amine/hydrazine, phản ứng của nitrile/isocyanate/amide, và hoạt tính kháng khuẩn, chống co giật, kháng viêm, gây độc tế bào.
  • Dị vòng thiazolidine-2,4-dione: Phản ứng đóng vòng TZD từ thiourea/thiosemicarbazone/thiocyanate, các phản ứng chuyển hóa nhóm methylene linh động (Knoevenagel, diazonium) và nhóm >NH (Mannich, alkyl hóa, acyl hóa), cùng hoạt tính trị đái tháo đường và ức chế men khử aldose.
  • Dị vòng 1,3,4-oxadiazoline: Phương pháp khép vòng hydrazone bằng acid anhydride, acid chloride, chloramine T, oxy hóa thiosemicarbazide, và hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, kháng lao (M. tuberculosis), gây độc tế bào ung thư.

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

Trình bày chi tiết quy trình tổng hợp 3 họ hợp chất và các bước phân tích:

  1. Tổng hợp dãy dẫn xuất 1-arylideneamino-4-(4-benzylidene thế)-2-methyl-1H-imidazolin-5(4H)-one (Dãy A):
    • Tổng hợp acetylglycine: Cho 3,75 g (0,075 mol) glycine phản ứng với 10,20 g (0,10 mol) anhydride acetic trong 50 mL nước cất, khuấy 20 phút ở nhiệt độ phòng, để lạnh 24 giờ, thu được 4,39 g sản phẩm dạng bột trắng (hiệu suất 75,04%).
    • Tổng hợp oxazol-5(4H)-one (A2a–b): Đun hồi lưu hỗn hợp 0,05 mol aldehyde thơm (4-chlorobenzaldehyde A1a hoặc 4-methoxybenzaldehyde A1b), 5,85 g acetylglycine, 4,10 g natri acetate khan và 20,50 g anhydride acetic trong 3,0 giờ.
    • Tổng hợp 1-aminoimidazolin-5(4H)-one (A3a–b): Phản ứng giữa oxazol-5-one A2a–b với hydrazine hydrate.
    • Tổng hợp các azomethine (A4a1–8 và A4b1–6): Ngưng tụ A3a hoặc A3b với các aldehyde thơm R-C₆H₄-CHO khác nhau.
  2. Tổng hợp các dẫn xuất diester chứa dị vòng thiazolidine-2,4-dione (Dãy B):
    • Tổng hợp TZD từ thiourea và acid monochloroacetic trong nước.
    • Ngưng tụ Knoevenagel giữa TZD với hydroxybenzaldehyde (chứa nhóm 2-OH, 3-OH, 4-OH, 5-Br, 3-OMe) tạo các hợp chất 5-(hydroxybenzylidene)thiazolidine-2,4-dione (B2a–e).
    • Phản ứng ester hóa tạo hai dãy diester B3a–e và B4a–e.
  3. Tổng hợp các hợp chất chứa dị vòng 1,3,4-oxadiazoline (Dãy C):
    • Halogen hóa methyl 2-hydroxybenzoate (C1) bằng Br₂/CCl₄ hoặc NaOCl/KI thu được methyl 5-bromo-2-hydroxybenzoate (C2a) và methyl 5-iodo-2-hydroxybenzoate (C2b).
    • Hydrazin phân C2a–b bằng N₂H₄.H₂O thu được 5-halo-2-hydroxybenzohydrazide (C3a–b).
    • Ngưng tụ C3a–b với các acetophenone thế R-C₆H₄COCH₃ tạo hydrazide N-thế (C4a1–3 và C4b1–10).
    • Đun hồi lưu các hydrazone trong (CH₃CO)₂O để đóng vòng 1,3,4-oxadiazoline đồng thời acetyl hóa nhóm phenolic OH tạo sản phẩm cuối C5a1–3 và C5b1–9.
  4. Quy trình đo đạc cấu trúc tinh thể tia X (C5b3–5) và quy trình thử nghiệm vi sinh vật, độc tế bào ung thư.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả tổng hợp, biện giải phổ và đánh giá hoạt tính sinh học:

  • Dãy hợp chất chứa dị vòng imidazole-5-one (A4a1–8 và A4b1–6):
    • Biện giải chi tiết dữ liệu phổ IR, HR-MS, ¹H-NMR, ¹³C-NMR và các phổ 2D-NMR (HSQC, HMBC) của hợp chất đại diện A4a7. Chứng minh cấu hình hình học ngoại vòng dạng (4Z).
    • Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của dãy A4a1–8: xác định giá trị MIC trên 4 chủng vi khuẩn và 4 chủng nấm.
    • Hoạt tính gây độc tế bào ung thư vú MCF-7 của dãy A4b1–6.
  • Dãy hợp chất diester chứa dị vòng thiazolidine-2,4-dione (B3a–e và B4a–e):
    • Khảo sát cơ chế hình thành TZD, cơ chế ngưng tụ Knoevenagel tạo B2a–e và phản ứng tổng hợp diester B3a–e, B4a–e.
    • Phân tích chi tiết dữ liệu phổ IR, MS, ¹H-NMR, ¹³C-NMR của các hợp chất trung gian (B2e) và sản phẩm cuối (B3d, B4d).
    • Hoạt tính gây độc tế bào ung thư vú MCF-7 của các dẫn xuất diester B3a–e và B4a–e.
  • Dãy hợp chất chứa dị vòng 1,3,4-oxadiazoline (C5a1–3 và C5b1–9):
    • Biện giải phổ NMR, IR, MS của các hydrazide C4a1–3, C4b1–9 và các hợp chất đóng vòng C5a1–3, C5b1–9.
    • Nghiên cứu cấu trúc tinh thể tia X của 3 hợp chất C5b3, C5b4 và C5b5: Xác định các thông số ô mạng tinh thể, độ dài liên kết, góc liên kết và liên kết hydro nội/liên phân tử.
    • Hoạt tính sinh học của dãy C5b1–9: Đánh giá độc tính tế bào ung thư trên các dòng MCF-7, KB, HepG2 (giá trị IC₅₀ tính bằng µM).
Dãy chất Ký hiệu Số lượng Cấu trúc đặc trưng / Nhóm thế Dữ liệu cấu trúc và hoạt tính sinh học
Imidazole-5-one (Nhóm Cl) A4a1–8 8 X = Cl; R = 4-OCH₃, 4-CH₃, 2-F, 4-F, H, 2-NO₂, 3-NO₂, 4-NO₂ IR, HR-MS, NMR, HSQC, HMBC; MIC kháng 4 chủng khuẩn và 4 chủng nấm
Imidazole-5-one (Nhóm OMe) A4b1–6 6 X = OCH₃; R = 4-Cl, 2-NO₂, 3-NO₂, 4-NO₂, 3-CH₃-4-OH, 3,4-(-OCH₂O-) IR, HR-MS, NMR; Độc tính tế bào ung thư vú MCF-7
Diester TZD (Loại 1) B3a–e 5 Dẫn xuất OCO₂Et ở vị trí 2, 3, 4; R = H, 5-Br, 3-OMe IR, HR-MS, NMR; Độc tính tế bào ung thư vú MCF-7
Diester TZD (Loại 2) B4a–e 5 Dẫn xuất OCH₂CO₂Et ở vị trí 2, 3, 4; R = H, 5-Br, 3-OMe IR, HR-MS, NMR; Độc tính tế bào ung thư vú MCF-7
1,3,4-Oxadiazoline (Nhóm Br) C5a1–3 3 X = Br; R = 3-Br, 3-OCH₃, 3-NO₂ IR, MS, ¹H-NMR, ¹³C-NMR
1,3,4-Oxadiazoline (Nhóm I) C5b1–9 9 X = I; R = 3-NO₂, 4-NO₂, H, 4-F, 4-Cl, 3-Br, 4-Br, 4-CH₃, 4-NHCOCH₃ IR, MS, NMR; Nhiễu xạ tia X (C5b3–5); IC₅₀ trên tế bào MCF-7, KB, HepG2

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

  1. Tổng hợp hữu cơ: Đã xây dựng và thực hiện thành công quy trình tổng hợp 36 hợp chất hữu cơ mới thuộc 3 hệ dị vòng 5 cạnh trong điều kiện phòng thí nghiệm tại Việt Nam:
    • 14 dẫn xuất 1-arylideneamino-4-arylidene-2-methyl-1H-imidazolin-5(4H)-one (A4a1–8 và A4b1–6).
    • 10 dẫn xuất diester chứa dị vòng thiazolidine-2,4-dione (B3a–e và B4a–e).
    • 12 dẫn xuất 2-(4-acetyl-5-methyl-5-aryl-4,5-dihydro-1,3,4-oxadiazol-2-yl)-4-halophenyl acetate (C5a1–3 và C5b1–9).
  2. Cấu trúc hóa học: Đã xác định đầy đủ thành phần và cấu trúc không gian của toàn bộ các hợp chất mới tổng hợp bằng sự kết hợp các phương pháp phổ học hiện đại (IR, HR-MS, 1D- và 2D-NMR). Đặc biệt, đã giải đoán cấu trúc đơn tinh thể tia X (SC-XRD) của 3 chất C5b3, C5b4 và C5b5, cung cấp các thông số tinh thể học chính xác về ô mạng cơ sở và mạng lưới liên kết hydro.
  3. Cơ chế phản ứng: Đã làm rõ quy luật chuyển hóa và cơ chế của phản ứng tạo khung imidazol-5-one qua trung gian amino, phản ứng ngưng tụ Knoevenagel trên TZD, và phản ứng đóng vòng tạo nhân 1,3,4-oxadiazoline đi kèm sự acetyl hóa bảo vệ nhóm phenol.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Dữ liệu hoạt tính sinh học: Cung cấp hệ thống dữ liệu thực nghiệm về hoạt tính kháng khuẩn (chống E. coli, P. aeruginosa, B. subtilis, S. aureus), kháng nấm (chống A. niger, F. oxysporum, S. cerevisiae, C. albicans) và hoạt tính gây độc tế bào ung thư (dòng MCF-7, KB, HepG2) của các dẫn xuất tổng hợp được.
  2. Định hướng ứng dụng: Bổ sung các dẫn xuất dị vòng mới có hoạt tính sinh học vào ngân hàng hợp chất hữu cơ, phục vụ định hướng sàng lọc và phát triển các hoạt chất hóa dược trong tương lai.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Các phản ứng tổng hợp và tinh chế mới được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm (gam và miligam).
  • Đánh giá hoạt tính sinh học mới chỉ dừng lại ở thử nghiệm in vitro trên một số chủng vi sinh vật và ba dòng tế bào ung thư (MCF-7, KB, HepG2); chưa đánh giá trên các mô hình in vivo hoặc khảo sát chi tiết cơ chế phân tử tác động lên enzym/thụ thể mục tiêu.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Tối ưu hóa điều kiện phản ứng (nhiệt độ, dung môi, chất xúc tác) nhằm nâng cao hiệu suất tổng hợp của các giai đoạn đóng vòng và ngưng tụ.
  • Mở rộng tổng hợp các dẫn xuất mới mang các nhóm thế đa dạng khác trên nhân phenyl hoặc thay đổi dị vòng để thiết lập mối quan hệ cấu trúc - hoạt tính (SAR).
  • Mở rộng thử nghiệm hoạt tính sinh học chuyên sâu, nghiên cứu cơ chế tác dụng dược lý ở mức độ phân tử và tiến hành thử nghiệm tiền lâm sàng trên động vật.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên ngành Hóa hữu cơ, Hóa dược: Luận án cung cấp quy trình thực nghiệm chi tiết về tổng hợp các hệ dị vòng 5 cạnh (imidazole-5-one, thiazolidine-2,4-dione, 1,3,4-oxadiazoline), phương pháp tinh chế, cũng như kỹ năng phân tích, giải đoán phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1D/2D (¹H, ¹³C, HSQC, HMBC) và phổ khối lượng phân giải cao HR-MS.
  • Đối với giảng viên và nhà nghiên cứu cấu trúc tinh thể: Phần phân tích dữ liệu nhiễu xạ tia X đơn tinh thể của các hợp chất C5b3, C5b4, C5b5 (sử dụng phần mềm SHELX, OLEX2) là tài liệu tham khảo cho việc giải và tinh chỉnh cấu trúc tinh thể phân tử hữu cơ.
  • Đối với các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực sàng lọc thuốc: Hệ thống số liệu về MIC kháng khuẩn, kháng nấm và IC₅₀ gây độc tế bào ung thư cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm phục vụ việc định hướng thiết kế các phân tử mang hoạt tính sinh học.

Câu hỏi thường gặp

1. Ba hệ dị vòng chính được tổng hợp và nghiên cứu trong luận án là gì?

Luận án tập trung tổng hợp và nghiên cứu 3 hệ dị vòng 5 cạnh gồm: dị vòng 1H-imidazol-5(4H)-one (dãy A gồm 14 chất A4a1–8 và A4b1–6), dị vòng thiazolidine-2,4-dione (dãy B gồm 10 hợp chất diester B3a–e và B4a–e), và dị vòng 1,3,4-oxadiazoline (dãy C gồm 12 hợp chất C5a1–3 và C5b1–9).

2. Các phương pháp phổ học và vật lý nào đã được sử dụng để xác định cấu trúc các hợp chất?

Tác giả đã sử dụng các phương pháp: xác định nhiệt độ nóng chảy (máy Gallenkamp), phổ hồng ngoại FT-IR (máy Shimadzu FTIR 8400S, dạng viên nén KBr), phổ cộng hưởng từ hạt nhân ¹H-NMR (500 MHz), ¹³C-NMR và 2D-NMR gồm HSQC, HMBC (125 MHz) trên máy Bruker Avance (dung môi DMSO-d₆), phổ khối lượng phân giải cao HR-MS trên máy Bruker micrOTOF-Q, và phổ nhiễu xạ tia X đơn tinh thể (SC-XRD) trên máy Bruker APEX2.

3. Những hợp chất nào đã được giải cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ đơn tinh thể tia X và được thực hiện ở đâu?

Ba hợp chất thuộc dãy 1,3,4-oxadiazoline gồm C5b3, C5b4 và C5b5 đã được đo và giải cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể tại Khoa Hóa học, Đại học KU Leuven (Vương quốc Bỉ), sử dụng các chương trình giải đoán và tinh chỉnh SHELXS97, SHELXL2014, SHELXT và OLEX2.

4. Quy trình điều chế dãy dẫn xuất 1,3,4-oxadiazoline (dãy C) xuất phát từ nguyên liệu ban đầu nào?

Dãy C được tổng hợp từ nguyên liệu ban đầu là methyl 2-hydroxybenzoate (methyl salicylate C1). Quy trình gồm 4 bước chính: (1) Halogen hóa C1 tạo methyl 5-halo-2-hydroxybenzoate (C2a: X = Br; C2b: X = I); (2) Phản ứng hydrazin phân tạo 5-halo-2-hydroxybenzohydrazide (C3a–b); (3) Ngưng tụ với acetophenone thế tạo các hydrazone (C4a1–3, C4b1–10); (4) Đun hồi lưu trong anhydride acetic (Ac₂O) để đóng vòng 1,3,4-oxadiazoline đồng thời acetyl hóa nhóm -OH phenolic tạo sản phẩm C5a1–3 và C5b1–9.

5. Hoạt tính sinh học của các hợp chất tổng hợp được thử nghiệm trên những chủng vi sinh vật và dòng tế bào nào?

  • Hoạt tính kháng khuẩn thử nghiệm trên: Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus.
  • Hoạt tính kháng nấm thử nghiệm trên: Aspergillus niger, Fusarium oxysporum, Saccharomyces cerevisiae, Candida albicans.
  • Hoạt tính gây độc tế bào ung thư in vitro thử nghiệm trên: dòng ung thư vú (MCF-7), ung thư biểu mô (KB) và ung thư gan (HepG2).

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Văn Thìn đã hoàn thành việc tổng hợp 36 hợp chất hữu cơ mới chứa các dị vòng 1H-imidazol-5(4H)-one, thiazolidine-2,4-dione và 1,3,4-oxadiazoline mang nhiều nhóm thế khác nhau. Cấu trúc của tất cả các hợp chất tổng hợp đã được xác định bằng các phương pháp phổ học hiện đại (IR, HR-MS, 1D/2D-NMR) và nhiễu xạ tia X đơn tinh thể cho 3 cấu trúc đại diện. Kết quả thử nghiệm sinh học in vitro đã xác lập dữ liệu thực nghiệm về hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và gây độc tế bào ung thư (MCF-7, KB, HepG2) của các dãy chất. Công trình đóng góp dữ liệu cấu trúc và thực nghiệm vào lĩnh vực hóa học dị vòng và hóa dược tại Việt Nam.