ĐẶT VẤN ĐỀ Từ khi penicillin ra đời cho đến nay, hàng trăm loại kháng sinh và các thuốc tƣơng tự đã đƣợc phát minh và đƣa vào sử dụng. Sự ra đời của kháng sinh đã đánh dấu kỷ nguyên phát triển mới của y học về điều trị các bệnh nhiễm khuẩn. Đặc biệt, các bệnh nhiễm khuẩn đƣờng tiêu hoá, đƣờng hô hấp, các bệnh lây truyền qua đƣờng tình dục và nhiễm khuẩn bệnh viện, là các nguyên nhân hàng đầu có tỉ lệ mắc và tỉ lệ tử vong cao ở các nƣớc đang phát triển. Việc kiểm soát các loại bệnh này đã và đang chịu sự tác động bất lợi của sự phát triển và lan truyền tình trạng kháng kháng sinh của vi khuẩn.
Hiện nay, sự xuất hiện của các vi khuẩn siêu kháng thuốc đã và đang là nổi kinh hoàng của giới chức y tế. Các kháng sinh thế hệ mới đắt tiền, thậm chí cả một số kháng sinh thuộc nhóm “lựa chọn cuối cùng” cũng đang mất dần hiệu lực. Bằng chứng mới đây nhất là sự lây lan của chủng vi khuẩn kháng carbapenem ở một số quốc gia Châu Âu và Châu Á [9],[20][50]. Có thể nói rằng, vi khuẩn càng phơi nhiễm nhiều với kháng sinh thì “sức ép về thuốc” càng lớn, các chủng kháng thuốc càng có nhiều cơ hội để phát triển và lây lan.
Kháng kháng sinh xuất hiện rất sớm, gần nhƣ song hành với sự xuất hiện kháng sinh, nên số lƣợng kháng sinh hiện nay khá nhiều nhƣng vẫn chƣa đáp ứng nhu cầu điều trị. Việc sử dụng kháng sinh bất hợp lý của bác sĩ lâm sàng đã làm cho việc kháng thuốc ngày càng trầm trọng hơn. Chính vì lý do đó, bên cạnh việc sử dụng kháng sinh một cách hợp lý, an toàn và hiệu quả thì công tác nghiên cứu và phát triển tìm ra loại kháng sinh mới là nhu cầu cần thiết để đáp ứng nhu cầu điều trị. Các nhà khoa học đang nghiên cứu hàng loạt các hợp chất có hoạt tính kháng khuẩn, một trong số đó là 1,3-benzoxazin.
Đây là nhóm hợp chất có nhiều ứng dụng rộng rãi trong ngành Dƣợc nhƣ: trị các bệnh an thần, tim mạch, thần kinh, kháng virus…[26], [29], [37], [40], [43], [46]. Nhóm này còn có tác dụng tốt trên các chủng vi khuẩn phổ biến: Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium kanasii, 2 Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Candida ablicans…[13], [22], [38], [43], [42], [48], [49]. Hàng loạt nghiên cứu đã chứng minh hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm của dẫn chất 1,3-benzoxazin [12],[13]. Từ những kết quả này, nhóm nghiên cứu tiếp tục nghiên cứu và phát triển dẫn chất của 1,3-benzoxazin, hy vọng sẽ tìm ra chất có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm mạnh để phục cho công tác chữa bệnh nâng cao sức khoẻ.
Với những lý do đó, nhóm nghiên cứu lựa chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm của các dẫn chất 3-phenyl-3H-benzo[e][1,3]oxazin-2,4-dion”. Đề tài đƣợc thực hiện với các mục tiêu sau: Tổng hợp các dẫn chất 1,3-benzoxazin thế từ acid 5-clorosalicylic và anilin, các dẫn chất anilin. Tinh chế, xác định độ tinh khiết, xác định cấu trúc hoá học cùng các thông số lý hóa đặc trƣng của các sản phẩm thu đƣợc. Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của các hợp chất tổng hợp nhằm chọn ra những chất có tác dụng kháng nấm và kháng khuẩn tốt.
3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Công thức chung Benzoxazin là những hợp chất mà phân tử có sự ngƣng tụ giữa nhân benzen và dị vòng oxazin. Vị trí của nguyên tử O và N trong dị vòng và vị trí ngƣng tụ giữa hai vòng tạo nên các dẫn chất benzoxazin khác nhau. 1 O1 3 O O N N N 3 4 1 1,4-benzoxazin 3,1-benzoxazin 1,3-benzoxazin 1.
Một số phƣơng pháp tổng hợp benzoxazin 1. Từ dẫn chất của acid salicylic, aldehyd salicylic và các amin thơm Karel W. và cộng sự đã cho các anilin khác nhau tác dụng với dẫn chất của acid salicylic trong toluen với sự hiện diện của phosphortriclorid thu đƣợc các salicylanilid. Sản phẩm tiếp tục phản ứng với methylcloroformat trong pyridin khô để thu đƣợc dẫn chất 1,3-benzoxazin [48].
R' NH2 O OH R PCl3 N H R COOH OH R' O pyridin CH3 Cl O O O N R O R' 4 Trong khi đó, Zilong T. và các cộng sự cho salicylaldehyd tác dụng với p-toluidin, sản phẩm sinh ra đƣợc phản ứng ngay với natri tetrahydroborat. Sau đó, sản phẩm thu đƣợc tác dụng với fluorobenzaldehyd. Tỷ lệ số mol của aldehyd thơm và số mol của o-aminomethyl phenol luôn là 1,3:1 để phản ứng đạt hiệu suất cao [47].
CHO H R1 C N 1 C2H5OH NaBH4 NH2 R OH OH CH3OH R R 1 R H2 N C R1 xúc tác N H O R2 CHO OH R R R2 A. Gabbas và các cộng sự đã dùng CH2Br2 trong ethanol để ngƣng tụ với o-aminomethyl phenol để tạo vòng 1,3-benzoxazin. Phản ứng đƣợc đun hồi lƣu trong 5 giờ và đạt hiệu suất 84% [28]. O R H N EtOH H2N R OH OH NaBH4 EtOH R R N CH2Br2 N H EtOH O OH Từ 2-hydroxy-3,5-diiodo benzaldehyd và 4-cloro-3-fluoroanilin, để tổng hợp các dẫn chất 3,4-dihydro-1,3-benzoxazin, Archana Y.cùng các cộng sự đã dùng một tác nhân đóng vòng khác là formaldehyd, dung môi sử dụng là ethanol, phản ứng đƣợc thực hiện trong 3 giờ [23].
5 CHO H HO ArN C I EtOH Ar NH2 AcOH I I HO I NaBH4 H MeOH H H CH I ArN CH I Ar N HCHO O EtOH HO I I 1. Từ 3,1-benzothiazin-4-thion Để chuyển các dẫn chất 3,1-benzothiazin-4-thion thành 3,1-benzoxazin-4-on, 3,1-benzothiazin-4-thion đƣợc đun sôi với dung dịch kalihydroxid trong ethanol, chất trung gian hình thành không ổn định, tiếp tục đun nóng với acid acetic cho ra dẫn chất 3,1-benzoxazin-4-on [27]. S O O SH S KOH O O X X CH3COOH X xúc tác N R N R N R H 1. Từ triphosgen và các base Schiff Ali Abdullah A.
và các cộng sự đã cho triphosgen [bis(tricloromethyl)-carbonat] ngƣng tụ với các base Schiff để tổng hợp các dẫn chất 2H-1,3-benzoxazin-2,4-dion. Phản ứng xảy ra ở nhiệt phòng trong 2 giờ với xúc tác triethylamin [22]. O X Z X Z N (Cl3CO)2CO N OH DCM, Et3N Y O O Y 6 1. Từ ester của acid salicylic Pinmanee B.
đã tổng hợp các dẫn chất 1,3-benzoxazin-2,4-dion bằng phản ứng giữa ester của salicylic với isocyanat với xúc tác kiềm là triethylamin và 4-dimethylaminopyridin. Phản ứng đạt hiệu suất cao ngay ở nhiệt độ phòng nhƣng thời gian phản ứng khá dài [36][25]. O O OPh R Et3N/DMAP N RNCO DMF OH O O 1.5 Từ acid anthranilic Các acid anthranilic khi phản ứng với 2-aminothiophenol, xúc tác là hỗn hợp triphenylphosphat-pyridin sinh ra hỗn hợp 2-phenyl-(4H)-3,1-benzoxazin-4-on và 2-phenyl benzothiazol [27]. O O HS OH O N NH2 H2N N Ph Ph S Zumuretiguli A.
và các cộng sự đã tổng hợp nên 2-phenoxy-4H-3,1-benzoxazin- 4-on theo phản ứng sau [21]. O O O OK OH OK K2CO3 -HCl O O NH2 N O NH2 O H Cl R R O O OH O- -H2O O N O O N R R 7 Mặt khác, nếu cho acid anthranilic phản ứng với acyl clorid trong môi trƣờng pyridin khan, cũng sinh ra các dẫn chất 2-aryl-3,1-benzoxazin-4-on [27]. O O COOH OCOR 2RCOCl O -RCOOH O pyridin NH2 N R N R H Phản ứng của acid anthranilic với lƣợng thừa ethylcloroformat trong dung môi tetrahydrofuran với sự hiện diện của kali carbonat thu đƣợc acid 2-carboalkoxyamino benzoic, sau đó tham gia đóng vòng nội phân tử để thu đƣợc dẫn chất 3,1-benzoxazin [27]. O COOH COOH ClCOOEt -H2O O THF NH2 N C O H N OEt OEt 1.
Một số phƣơng pháp tổng hợp khác Liu C. và các cộng sự đã dùng natri hydrid trong DMF ở 150 oC để ngƣng tụ vòng benzoxazin [26]. R1 OH N O NHR1 NaH Cl O DMF O2N O O2N Cl Từ muối 2-nitrophenolat, Seckin Ozden cùng với các cộng sự đã tổng hợp nên 4-hydroxy-2H-1,4-benzoxazin bằng cách kết hợp với ethyl 2-alkylbromoacetat [41]. OH OK R1 O R1 R K R Br COOEt MeOH R NO2 NO2 COOEt NO2 O R1 Zn/NH4Cl O R1 R R COOEt NO2 N O OH 8 Iminophosphoran tác dụng với benzoyl clorua trong acetonitril với sự hiện diện của trietylamin cho 7-nitro-2-phenyl benzoxazinon [27].
O COOMe PhOCOCl O O2N N=PPh3 Et3N O2N N Ph Dẫn chất 1,4-benzodiazepin-2,5-dion-7-cloro-1,4-benzodiazepin-2,5-dion đƣợc tái phân bố sắp xếp lại các nguyên tử nhờ sự có mặt với acetic anhydrid trong pyridin sinh ra dẫn chất 6-cloro-2-methyl-(4H)-3,1-benzoxazin-4-on [27]. O COOH O OHC R N3 N R Tại trƣờng Đại học Chiết Giang Thƣợng Hải, Qunxian Hu và các cộng sự đã tổng hợp 2H-1,4-benzoxazin-3-(4H)-on từ 2-(o-iodophenoxy)acylclorid và các amin nhờ xúc tác CuI [32]. O O O R1 Cl CuI R1 R2NH2 I O R2 9 1. Hoạt tính sinh học của dẫn chất benzoxazin 1.
Tác dụng kháng khuẩn Karel W. và các cộng sự đã tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học của các dẫn chất 1,3-benzoxazin. Kết quả thu đƣợc các chất 6-bromo-3-(4- ethoxycarbonylphenyl)-2H-1,3-benzoxazin-2,4(3H)-dion; 6-cloro-3-(4-ethoxycarbo nylphenyl)-2H-1,3-benzoxazin-2,4(3H)-dion;6-methyl-3-(4-ethoxycarbonylphenyl)- 2H-1,3-benzoxazin-2,4(3H)-dion; 3(4ethoxycarbonylphenyl)-6-methoxy-2H-1,3- benzoxazin-2,4(3H)-dion có hoạt tính kháng Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium kansaii và Mycobacterium avicum [48]. O O N R O O O C2H5 Năm 2006, tại Việt Nam, Trƣơng Phƣơng và cộng sự đã thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của các dẫn chất: (4a) 3-phenyl-2H-1,3-benzoxazin-2,4- (3H)-dion; (4b) 6-cloro-4-bromo-3-phenyl-2H-1,3-benzoxazin-2,4-(3H)-dion; (4c) 6-cloro-3-cloro-3-phenyl-2H-1,3-benzoxazin-2(3H)-dion;(4d) 6-cloro-3,4-dicloro -3-phenyl-2H-1,3-benzoxazin-2(3H)-dion; (4e) 6-cloro-2-fluoro-3-phenyl-2H-1,3- benzoxazin-2,4(3H)-dion; (4f) 6-cloro-4-fluoro-3-phenyl-2H-1,3-benzoxazin-2,4 (3H)-dion.
Kết quả, chỉ có 4e cho khả năng kháng khuẩn tốt [13]. F O Cl N O O Seckin Odzen và các cộng sự nhận thấy 4-hydroxy-2H-1,4-benzoxazin-3(4H)-on có tác dụng tốt trên S. Tuy nhiên, khi thế vào vị trí 2 10 của vòng benzoxazin nguyên tử cloro lại cho tác dụng kháng khuẩn tốt hơn, nếu gắn tại đó dây ankyl dài thì lại cho tác dụng kháng nấm tốt [41]. OH N O O Các dẫn chất 1,3-benzoxazin đƣợc tổng hợp và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn invitro bởi Beson và các cộng sự cho kết quả khả quan, đều kháng tốt trên cả gram (-) và gram (+) [43].
Tác dụng kháng nấm Năm 2006, sau khi đã khảo sát hoạt tính kháng khuẩn, Trƣơng Phƣơng cùng các cộng sự tiếp tục khảo sát hoạt tính kháng nấm của các sản phẩm tổng hợp đƣợc. Đến năm 2009, Trƣơng Phƣơng tiếp tục khảo sát hoạt tính của các dẫn chất 1,3-benzoxazin với các nhóm thế halogen khác nhƣng các chất tổng hợp đƣợc thể hiện tính kháng yếu đối với C. O O X N X O Dẫn chất 3,4-dihydro-2H-1,3-benzoxazin cho tác dụng tốt Phytophythora capsici, Gibberella zeae, Sclerotonia sclerotiorum, Alternaria alternata, Rhizoctonia solani [47]. Tác dụng khác Các dẫn chất 8-amino-1,4-benzoxazin đƣợc Martine L.
và các cộng sự tổng hợp và đánh giá invitro về khả năng chống oxi hóa bảo vệ thần kinh. Kết quả cho thấy dẫn chất 8-benzylamino-3-ankyl-1,4-benzoxazin cho tác dụng bảo vệ thần kinh tốt và khá an toàn [35]. Khả năng làm giảm đƣờng huyết và hạ lipid máu của 5-[4-[2-[2, 3-benzoxazin-4- on-2-yl]ethoxy]phenyl methyl]thiazolidin-2,4-dion đã đƣợc Madhavan khảo sát và chứng minh. Sau đó, dẫn chất của 1,3-benzoxazin-on là 2,4-thiazolidinedion đƣợc tổng hợp và chứng tỏ tiềm năng trong điều trị bệnh đái tháo đƣờng và tăng lipid máu [43].