MỞ ĐẦU Carbohydrat là những hợp chất giữ chức năng chìa khoá trong việc nhận diện tế bào, phát triển tế bào, phân biệt và báo hiệu sự truyền tính trạng của tế bào [81]. Bên cạnh đó, carbohydrat còn là những đơn vị cấu trúc quan trọng trong nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học. Mặt khác, các hợp chất isocyanat của các mono- và disaccaride đã đƣợc nghiên cứu nhiều. Các hợp chất thiosemicarbazon có nhiều tính chất hóa học và dƣợc lý quan trọng nhƣ khả năng tạo phức, hoạt tính sinh học.
Ngoài ra chúng còn là chất đầu trong tổng hợp các nhân dị vòng và các dẫn xuất khác nhau. Các hợp chất thuộc nhóm glycoside đƣợc biết đến với nhiều hoạt tính sinh học đáng quý nhƣ kháng vi rút, viêm gan, HIV, chống ung thƣ… Do đó việc nghiên cứu và tổng hợp các hợp chất glycoside mới và nâng cao hoạt tính sinh học của chúng đang là vấn đề rất đƣợc quan tâm hiện nay [58,87]. Nhằm góp phần vào việc nghiên cứu trong lĩnh vực hoá học của các monosaccaride và disaccaride [1,4], chúng tôi đã tiến hành lựa chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp và tính chất của các glycopyranosyl)thiosemicarbazon chứa vòng thơm”. Trong luận án này, chúng tôi đã đƣa ra mục đích nghiên cứu tổng hợp và chuyển hoá một số thiosemicarbazon có chứa hợp phần monosaccaride, nhƣ D- glucose và D-galactose, với hy vọng rằng, một hợp chất thiosemicarbazon có chứa hợp phần monosaccaride trong phân tử thì sẽ cho nhiều tính chất hóa học và hoạt tính sinh học mới, đồng thời góp phần vào các nghiên cứu trong lĩnh vực các hợp chất monosaccaride.
Để hoàn thành mục đích của luận án Tiến sĩ, các nhiệm vụ đƣợc thực hiện nhƣ sau: 1. Tổng hợp một số glycosylthiosemicarbazid từ một số dẫn xuất isothiocyanat của D-glucose và D-galactose và chuyển hoá chúng thành các hợp chất glycosylthiosemicarbazon với một số benzaldehyd và acetophenon thế. Nghiên cứu phản ứng chuyển hóa các glycosylthiosemicarbazon nhận đƣợc với ethyl bromoacetat, anhydrid acetic và -bromoacetophenon. Nghiên cứu một số tính chất phổ 1H NMR,và 13C NMR và mối tƣơng quan 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com cấu trúc-tính chất phổ (mối tƣơng quan cấu trúc-tính chất).
Thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và hoạt tính chống oxy hóa của các thiosemicarbazon thu đƣợc. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1. TỔNG QUAN VỀ ISOTHIOCYANAT Isothiocyanat là những hợp chất có khả năng chống nấm và diệt khuẩn [16,101]. Do có khả năng hoạt động hóa học cao nên isothiocyanat đƣợc dùng làm chất đầu để điều chế nhiều hợp chất hữu cơ khác nhau, trong đó có các dị vòng chứa lƣu huỳnh [16,32-34,44,75,76].
Isothiocyanat là nhóm chức có dạng R–N=C=S. Phản ứng của nhóm isothiocyanat với các tác nhân nucleophil tỏ ra khá mạnh do đặc tính electrophil của nhóm –NCS. Đặc tính này có đƣợc là do trong nhóm –NCS, nguyên tử nitrogen có độ âm điện cao và sẽ mang điện tích âm phần và nguyên tử carbon sẽ mang điện tích dƣơng phần [16,101]. Khi tác nhân nucleophil có nguyên tử hydro linh động tấn công vào phân tử isothiocyanat, nó sẽ proton hóa nguyên tử nitrogen trong khi đó phần điện âm cũng lại sẽ liên kết với nguyên tử carbon trong nhóm –NCS.
R N C S R N C S R N C S Ngƣợc lại, sự cộng hợp vòng của isothiocyanat trong phản ứng với một tác nhân thích hợp sẽ tạo thành các vòng 1,2-, 1,3-, 1,4-thiazol. Do cấu trúc cộng hƣởng của nhóm NCS nên sự ghép vòng bị ảnh hƣởng lớn và chúng có thể phản ứng ở liên kết C=S hoặc C=N [101]. R N C S R N C S R N C S Chính nhờ khả năng đó của nhóm isothiocyanat mà đã mở ra một hƣớng nghiên cứu về loại hợp chất chứa nhóm nitrogen và lƣu huỳnh. Để tổng hợp đƣợc những hợp chất đó, các glycosyl isothiocyanat đƣợc sử dụng nhƣ là chất khởi đầu và bằng hàng loạt các phản ứng khác nhau, ngƣời ta đã tổng hợp đƣợc một số dẫn xuất thiosemicarbazon có chứa hợp phần monosaccaride [87,101].
3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phương pháp tổng hợp glycosyl isocyanat và glycosyl isothiocyanat Lần đầu tiên Fischer đã tổng hợp dẫn xuất isothiocyanat của monosaccaride bằng cách xử lí các (tetra-O-acetyl glycosyl)halide với thiocyanat vô cơ trong dung môi không phân cực. Phụ thuộc vào khả năng phản ứng của halide và điều kiện phản ứng, nhận đƣợc hoặc thiocyanat hoặc isothiocyanat [16,18,101]. Glycosyl thiocyanat có thể đồng phân hoá ở mức độ nào đó thành isothiocyanat tƣơng ứng.
Phản ứng giữa acetylglycosyl halide với thiocyanat vô cơ có thể chạy theo cơ chế SN1 hay SN2. Cơ chế SN1 tạo điều kiện cho sự tạo thành thiocyanat, hợp chất này có thể bị đồng phân hoá thành isothiocyanat. Chẳng hạn, (2,3,4,6-tetra-O-acetyl--D-glucopyranosyl)isothiocyanat đƣợc điều chế bằng cách cho (2,3,4,6-tetra-O-acetyl--D-glucopyranosyl)bromide phản ứng với bạc thiocyanat trong xylen khan hoặc bằng cách đồng phân hoá nhiệt hợp chất thiocyanat tƣơng ứng nhận đƣợc từ (2,3,4,6-tetra-O-acetyl--D-glucopyranosyl)- bromide và kali thiocyanat trong aceton [64]: OAc AcO O AcO N=C=S OAc AgSCN OAc O AcO AcO OAc OAc AcO O Br KSCN AcO S C N OAc Đáng chú ý là 1,3,4,6-tetra-O-acetyl-2-amino-2-deoxy--D-glucopyranose hydrohalide (bromide hoặc cloride) phản ứng với bạc thiocyanat tạo thành sản phẩm (2-acetamido-3,4,6-tri-O-acetyl-2-deoxy--D-glucopyranosyl)isothiocyanat, trong phản ứng này xảy ra sự chuyển dịch O-acetyl N-acetyl [16]: OAc OAc OAc AcO O O O AgXCN AcO AgXCN AcO AcO AcO N=C=X AcO OAc NHAc OAc NH3 Br NH3 Cl Một phƣơng pháp khác để tổng hợp glycosyl isothiocyanat là bằng cách sử 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com dụng phản ứng chuyển vị allylic ở các hợp chất thiocyanat không no [16,101]: OMs OMs N C S NCS O O H OEt OEt Ta cũng có thể xuất phát từ 2,3,4-tri-O-acyl(benzoyl)-6-O-triphenyl-N-(2,2- diethoxycarbonylvinyl)--D-glucopyranosylamin để điều chế glycosyl isothiocyanat. Bƣớc đầu ngƣời ta thực hiện phản ứng với brom (với R = Ac) hoặc clor (với R = Bz), sau đó xử lí sản phẩm phản ứng với phosgen hoặc thiophosgen trong môi trƣờng base, với sự có mặt của CaCO3 trong CH2Cl2 [101].
OPh 3 OAc O Br 2 (hay Cl 2) RO O + - - CXCl2/OH RO NH CH C(OEt) 2 RO RO NH 3Br CH 2Cl 2 OR OR OAc RO O RO NCX OR Khi sử dụng muối kim loại kiềm, ngƣời ta thƣờng dùng các xúc tác chuyển pha, nếu không sản phẩm của phản ứng chỉ là các dẫn xuất cyanat hay thiocyanat thông thƣờng [101]. OAc OAc AcO O KSCN O AcO AcO xt AcO N=C=S AcO Br OAc Ở đây, xúc tác chuyển pha có vai trò trong việc đồng phân hoá dẫn xuất cyanat hay thiocyanat thành dẫn xuất isocyanat và isothiocyanat. Các xúc tác chuyển pha thƣờng dùng là dialkyl ether của polyethylen glycol, các ether vòng, các muối tetraalkyl halide bậc 4. Các muối kim loại kiềm thƣờng đƣợc sử dụng là natri thiocyanat, kali thiocyanat và amoni thiocyanat.
Hiệu suất phản ứng này khá cao, thƣờng từ 70-80% [16,101]. Tính chất hoá học của glycosyl isocyanat và glucosyl isothiocyanat 1.1 Phản ứng với amoniac và amin Tƣơng tự nhƣ các aryl isocyanat và isothiocyanat, các glucosyl isocyanat và 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com isothiocyanat khi tác dụng với các amin bậc 1 (amin béo, thơm hay dị vòng…) trong các dung môi trơ (nhƣ xylen, toluen, benzen, cloroform,…) hay amoniac trong alcohol tạo thành các ure và thioure N,N’-thế, phản ứng này xảy ra dễ dàng mà không cần sử dụng xúc tác [16,46,49,100,101]. OAc OAc AcO O R-NH 2 O AcO AcO N=C=S AcO NH NHR OAc OAc S 1. Phản ứng với aminoacid D-Glucosylure hoặc thioure của protein có thể tổng hợp tƣơng tự bằng phản ứng (tetra-O-acetyl--D-glucopyranosyl)isocyanat hoặc isothiocyanat với D,L- alanine methyl ester clorohydrat [16,101]: OAc OAc O C6H6 khan O CH3 RO + H C CH COOMe RO RO NCX 3 RO NH C NH CH + OR NH3 OR X COOMe X= S, O 1.
Phản ứng với amid 1-(2,3,4-Tri-O-acyl--D-glucopyranosyl)-3-phenacylure hoặc thioure cũng đƣợc điều chế từ phenaxylamin hydrocloride trong môi trƣờng khí trơ [16,101]. OAc OAc PhCONH2. HCl O RO O RO RO NCX RO NH C NH CO-Ph dung dÞch OR OR X NaHCO3 X= S, O 1. Phản ứng với aminoaceton clorohydrat Phản ứng đƣợc tiến hành trong môi trƣờng khí trơ với dẫn xuất của glucopyranosyl)isothiocyanat [16]: OH OH Me RO O O RO CH 3COCH 2NH 2.HCl RO N=C=S RO N NH OR OR S 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Phản ứng với 2-cloroethylamin clorohydrat Phản ứng đƣợc tiến hành trong dung dịch hỗn hợp nƣớc-diethyl ether, tuỳ theo tỷ lệ có thể cho ta hai loại sản phẩm [101]: OBz S N O BzO BzO N NH OBz OBz BzO OBz O N S O OBz BzO H2O-ether BzO O OBz BzO N=C=S BzO NH S + OBz OBz HOH 2C 0 t , 12h + ClCH 2CH 2NH 2. Phản ứng với diamin và diazomethan Các diamin nhƣ o-phenylendiamin; 2,3-diaminopiridin dễ dàng phản ứng với các isothiocyanat cho các thioure tƣơng ứng. Sự vòng hoá kèm theo desulfide hoá của các thioure này bằng cách dùng methyl iodua trong THF cho các glycosyl aminobenzimidazol và N-glycosyl-3-deazapurin tƣơng ứng [101]: S H2N NH C NH R N H2N NH2 N NHR H R N C S S H2N NH C NH R N H2N N NH2 N N NHR H R = 2,3,4,6-tetra-O-axetyl--D-glucopyranozyl 1. TỔNG QUAN VỀ THIOSEMICARBAZID VÀ CÁC THIOSEMICARBAZON 1.
Các phương pháp tổng hợp thiosemicarbazid 1. Phản ứng của isothiocyanat và hydrazin R4 R3 R5 S R1 N C S + N N N R1 R4 N N R5 R2 R3 R2 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đây là phƣơng pháp thông dụng nhất để tổng hợp các thiosemicarbazid, nhƣng hợp chất isothiocyanat lại dễ bị thuỷ phân do vậy rất khó bảo quản [36,95]. Phản ứng khử thiosemicarbazon bằng NaBH4 S H N NaBH 4 S N R1 R4 N NH R4 N N R3 R1 R3 H Phản ứng này chỉ dùng để tổng hợp các dẫn xuất mono, di hoặc tri của thiosemicarbazid [95]. Phản ứng của hydrazin với các dẫn xuất của acid thiocarbamic Các hydrazin thế phản ứng với các dẫn xuất của acid thiocarbamic cho các thiosemicarbazid tƣơng ứng.
Hiệu suất của phản ứng này dao động từ 66–73% phụ thuộc vào ảnh hƣởng của các phản ứng phụ [16]: S R5 R3 R5 R1 S N NH +X N N N R1 R4 N R4 R2 R3 R2 X= Cl; OAnk; SAnk; NH2(C=S)S; (ROOC)S 1. Phản ứng của cyanohydrazin với hydro sulfide Phản ứng này cho ta dẫn xuất mono- hoặc dithiosemicarbazid [16]. Phản ứng tổng hợp các thiosemicarbazid thế di và tri từ amin Phản ứng tổng hợp các thiosemicarbazid thế di và tri xuất phát từ amin bao gồm hai bƣớc. Bƣớc đầu tiên là phản ứng của amin với 1,2,4-triazolyl- hoặc bis(imidazoyl)methylthion trong dung môi dicloromethan ở nhiệt độ phòng.
Ở bƣớc 2, sản phẩm tạo ra ở bƣớc một đƣợc cho tác dụng với dẫn xuất của hydrazin trong dung môi dicloromethan, khi đó thiosemicarbazid sẽ đƣợc tạo thành [36,97]. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com S R1 R5 R3 R5 S + NH + N NH N R1 X X R2 R4 R4 N N R3 R2 X= Cl; OAnk; SAnk; NH2(C=S)S; (ROOC)S 1. Tính chất của thiosemicarbazid và thiosemicarbazon 1.