Nghiên Cứu Hoạt Tính Kháng Khuẩn và Kháng Nấm của Các Dẫn Chất Benzothiazin

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Thân
• Người hướng dẫn: ThS. Võ Thị Mỹ Hương
• Trường học: Đại Học Y Dược Cần Thơ
• Chuyên ngành: Dược sĩ
• Đề tài: Nghiên Cứu Hoạt Tính Kháng Khuẩn và Kháng Nấm của Dẫn Chất Benzothiazin
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Cần Thơ

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. ĐẠI CƢƠNG VỀ ENZOTHIAZIN VÀ DẪN CHẤT
• 1.2. Anilin và dẫn chất
• 1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC
• 1.3.1. Phƣơng pháp quang phổ hồng ngoại (Infrared spectrometry-IR)
• 1.3.2. Phƣơng pháp phổ khối lƣợng (Mass Spectrometry-MS)
• 1.3.3. Phƣơng pháp cộng hƣởng từ hạt nhân (NMR)
• 1.4. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.4.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
• 1.4.2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU
• 1.4.2.1. Dụng cụ và thiết bị
• 1.4.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.4.3.1. Phƣơng pháp tổng hợp
• 1.4.3.2. Phƣơng pháp kiểm tra độ tinh khiết
• 1.4.3.3. Phƣơng pháp xác định cấu trúc
• 1.4.3.4. Phƣơng pháp khảo sát hoạt tính kháng khuẩn kháng nấm
• 1.5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 1.5.1. TỔNG HỢP HÓA HỌC
• 1.5.1.1. Tổng hợp các dẫn chất N-aryl-2-mercaptobenzamid (1A – 1D)
• 1.5.1.2. Tổng hợp dẫn chất 3-aryl-3H-benzo[e][1,3]thiazin-2,4-dion (2A – 2D)
• 1.5.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN, KHÁNG NẤM
• 1.5.2.1. Định tính khả năng kháng khuẩn kháng nấm
• 1.5.2.2. Kết quả MIC cho các chất có hoạt tính kháng khuẩn
• 1.6. XÁC ĐỊNH ĐỘ TINH KHIẾT VÀ CẤU TRÚC
• 1.6.1. Xác định độ tinh khiết
• 1.6.2. Xác định cấu trúc
• 1.7. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN VÀ NẤM
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Dẫn Chất Benzothiazin Kháng Khuẩn

Nhiều chủng vi khuẩn gây bệnh đã trở nên ngày càng đề kháng với thuốc kháng sinh. Sự lây lan của chủng vi khuẩn kháng carbapenem là một bằng chứng. Các kháng sinh thế hệ mới, kể cả các kháng sinh 'lựa chọn cuối cùng', đang mất dần hiệu lực. Hiệu lực của kháng sinh cần được bảo vệ và quý trọng. Bên cạnh việc nâng cao nhận thức về nhiễm khuẩn và sử dụng kháng sinh hợp lý, các nhà khoa học không ngừng tìm kiếm kháng sinh mới thay thế các kháng sinh đã bị đề kháng. Xu hướng hiện nay là phát triển các kháng sinh tổng hợp, sản xuất nhanh chóng hơn so với các kháng sinh tự nhiên. Benzothiazin là một trong những hợp chất đang được nghiên cứu. Nó có nhiều tác dụng dược lý, như kháng viêm, kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa, chống thấp khớp, chống ung thư, chống loạn nhịp và điều trị cao huyết áp. Hợp chất này còn có tác dụng tốt trên Mycobacterium tuberculosis, Staphylococcus aureus, Escheria coli và Candida albicans. Do đó, nghiên cứu tổng hợp nhóm hợp chất 1,3-benzothiazin có thể tìm ra chất có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm mạnh, phục vụ nhu cầu chữa bệnh.

1.1. Cấu trúc Benzothiazin và Các Dẫn Chất Phổ Biến

Benzothiazin là nhóm hợp chất có cấu trúc phân tử là sự ngưng tụ giữa nhân benzen và dị vòng thiazin. Vị trí của nguyên tử S và N trong dị vòng và vị trí ngưng tụ giữa hai vòng tạo ra các dẫn chất benzothiazin khác nhau. Các dẫn chất phổ biến bao gồm 1,3-benzothiazin, 3,1-Benzothiazin, 1,4-benzothiazin, 3H-1,3-benzothiazin-2,4-dion và 3-phenyl-3H-1,3-benzothiazin-2,4-dion. Công thức cấu tạo của các dẫn chất này khác nhau tùy thuộc vào vị trí các nhóm thế trên vòng benzen và dị vòng thiazin.

1.2. Ứng Dụng Benzothiazin Trong Y Học và Dược Học

Benzothiazin và các dẫn chất của nó có nhiều ứng dụng trong y học và dược học nhờ vào hoạt tính sinh học đa dạng. Chúng được sử dụng làm thuốc kháng viêm, kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa, chống thấp khớp, chống ung thư, chống loạn nhịp và điều trị cao huyết áp. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh tác dụng của benzothiazin trên các vi khuẩn như Mycobacterium tuberculosis, Staphylococcus aureus, Escheria coli và nấm Candida albicans. Việc nghiên cứu và phát triển các dẫn chất mới của benzothiazin có thể mang lại những loại thuốc hiệu quả hơn để điều trị các bệnh nhiễm trùng.

II. Tổng Hợp Dẫn Chất Benzothiazin Phương Pháp Nghiên Cứu

Một số công trình nghiên cứu đã thành công trong việc tổng hợp 1,3-benzothiazin và các dẫn chất của nó. E. Raymond và cộng sự đã đóng vòng benzothiazin bằng cách cho thiosalicylanilid ngưng tụ với ethylcloroformat trong hỗn hợp dung môi pyridin-acetonitril. K. Sindelar và cộng sự tổng hợp vòng 3-phenyl-1,3-benzothiazin bằng cách cho acid 2-mercaptobenzoic phản ứng với benzyl isocyanat. Francesca Benedini và cộng sự thực hiện phản ứng giữa acid thiosaicylic với 1,1’-carbonyldiimidazol và nitrooxyethylamin. Seckin Ozden và cộng sự tổng hợp 4-hydroxy-2H-1,4-benzoxazin từ muối 2-nitrophenolat bằng cách kết hợp với ethyl 2-alkylbromoacetat. T. Mizuhara và cộng sự tổng hợp vòng 1,3-benzothiazin từ 2-clorobenzaldehyd bằng các tác nhân hydrazinhydrat và lưu huỳnh.

2.1. Phản Ứng của Acid Thiosalicylic với Ethylcloroformat

Năm 1962, E. Raymond và cộng sự đã nghiên cứu thành công phương pháp đóng vòng benzothiazin bằng cách cho thiosalicylanilid ngưng tụ với ethylcloroformat trong hỗn hợp dung môi pyridin-acetonitril với tỉ lệ 1 : 1. Phản ứng này cho phép tạo ra các dẫn chất benzothiazin một cách hiệu quả.

2.2. Phản Ứng của Acid Thiosalicylic với Benzyl Isocyanat

K. Sindelar và cộng sự đã nghiên cứu phát triển phương pháp tổng hợp vòng 3-phenyl-1,3-benzothiazin qua một giai đoạn bằng cách cho acid 2-mercaptobenzoic phản ứng với benzyl isocyanat ở 105oC trong dung môi là pyridin. Phương pháp này giúp đơn giản hóa quá trình tổng hợp và tăng hiệu suất phản ứng.

2.3. Các Phản Ứng Khác và Ưu Nhược Điểm

Nhiều phản ứng khác cũng được sử dụng để tổng hợp benzothiazin, mỗi phản ứng có ưu và nhược điểm riêng. Ví dụ, phản ứng với 1,1’-carbonyldiimidazol và nitrooxyethylamin đòi hỏi nhiều giai đoạn nhưng có thể tạo ra các dẫn chất benzothiazin-2,4-dion. Phản ứng với halogenobenzamid và carbondisulfua có thể tạo ra các dẫn chất 2-amino-1,3-benzothiazin-4-on. Việc lựa chọn phương pháp tổng hợp phù hợp phụ thuộc vào loại dẫn chất benzothiazin mong muốn và các điều kiện phản ứng cụ thể.

III. Hoạt Tính Kháng Khuẩn Nghiên Cứu Dẫn Chất Benzothiazin

Năm 2004, Naveen Gautam đã oxy hóa các dẫn chất 4H-1,4-benzothiazin với hydrogen peroxid, tạo thành dẫn chất 4H-1,4-benzothiazin-1,1-dioxid. Sau đó, dẫn chất benzothiazin này tham gia phản ứng gắn với đường, hình thành các riofuranosid mới. Các hợp chất này có hoạt tính chống oxy hóa và kháng khuẩn trên Enterobacter và Staphylococci. Năm 2002, Lajos Fador và cộng sự đã sử dụng các dẫn chất 2-(4-chlorophenyl)-6-methyl-4H-1,3-benzothiazin để tiến hành phản ứng acetyl hóa với acetyl clorua, hình thành các dẫn chất có cấu trúc chứa nhân β-lactam thể hiện hoạt tính kháng khuẩn. Hợp chất pseudopteroxazol mang cấu trúc benzothiazin được phân lập từ cây roi biển Pseudopterogorgia elisabethae thể hiện hoạt tính ức chế sự phát triển của M. tuberculosis rất tốt.

3.1. Tác Dụng Kháng Khuẩn của Dẫn Chất 4H 1 4 Benzothiazin

Năm 2004, Naveen Gautam đã chứng minh rằng các dẫn chất 4H-1,4-benzothiazin có hoạt tính kháng khuẩn trên Enterobacter và Staphylococci. Quá trình oxy hóa và gắn với đường giúp tăng cường hoạt tính sinh học của các hợp chất này.

3.2. Hoạt Tính Kháng Khuẩn của Dẫn Chất Chứa Nhân β Lactam

Lajos Fador và cộng sự đã phát hiện ra rằng các dẫn chất 2-(4-chlorophenyl)-6-methyl-4H-1,3-benzothiazin sau khi acetyl hóa tạo thành các dẫn chất chứa nhân β-lactam có hoạt tính kháng khuẩn. Nghiên cứu này mở ra hướng phát triển các loại thuốc kháng sinh mới dựa trên cấu trúc benzothiazin.

3.3. Pseudopteroxazol Một Hợp Chất Kháng Khuẩn Tiềm Năng

Hợp chất pseudopteroxazol, mang cấu trúc benzothiazin, được phân lập từ cây roi biển Pseudopterogorgia elisabethae. Hợp chất này thể hiện hoạt tính ức chế sự phát triển của M. tuberculosis rất tốt. Do đó, hợp chất này được xem là một dẫn chất tiềm năng cho sự phát triển của các tác nhân kháng vi khuẩn lao.

IV. Khả Năng Kháng Nấm Nghiên Cứu Dẫn Chất Benzothiazin

Một dẫn chất tương tự của ketoconazol được nghiên cứu và tổng hợp dựa trên việc thay thế nhóm 2,4-diclorophenyl bằng 1,4-benzothiazin bởi Schiaffella và cộng sự. Các dẫn chất được thử nghiệm đánh giá khả năng ức chế enzyme CYP 51 của vi khuẩn. Kết quả chỉ ra rằng hoạt tính tốt nhất khi thay thế ở dạng đồng phân trans ở C7 trên cấu trúc ketoconazol. Một dẫn chất mới mà cấu trúc chứa dị vòng benzothiazin được tổng hợp bởi Pitzurra và cộng sự là 7-[1-[(4-clorobenzyl)oxy]-2-(1H-1-imidazolyl)ethyl]-4-methyl-3,4-dihdro-2H-1,4-benzothiazin-3-on. Họ đã nghiên cứu và cho thấy tác dụng chống lại Candida albicans của dẫn chất là tương đương khi so sánh với fluconazol.

4.1. Dẫn Chất Benzothiazin Thay Thế Ketoconazol

Schiaffella và cộng sự đã nghiên cứu một dẫn chất benzothiazin tương tự ketoconazol, trong đó nhóm 2,4-diclorophenyl được thay thế bằng 1,4-benzothiazin. Các dẫn chất này được đánh giá khả năng ức chế enzyme CYP 51 của vi khuẩn. Kết quả cho thấy hoạt tính tốt nhất khi thay thế ở dạng đồng phân trans ở C7 trên cấu trúc ketoconazol. Điều này cho thấy tiềm năng của việc sử dụng dẫn chất benzothiazin để phát triển các loại thuốc kháng nấm mới.

4.2. Dẫn Chất Benzothiazin Chống Candida Albicans

Pitzurra và cộng sự đã tổng hợp một dẫn chất mới chứa dị vòng benzothiazin, có tác dụng chống lại Candida albicans tương đương với fluconazol. Nghiên cứu này khẳng định tiềm năng của các dẫn chất benzothiazin trong việc điều trị các bệnh nhiễm nấm.

V. Các Tác Dụng Sinh Học Khác Dẫn Chất Benzothiazin

Dẫn chất 5H-1,3-oxazino-[5,6]-1,2-benzothiazin-2,4-(3H)-dion-6,6-dioxit thể hiện đặc tính chống viêm khá tốt. Các dẫn chất này được xem như là một thành phần hữu ích của thuốc kháng viêm, bao gồm các chất trung gian mới được sử dụng trong tổng hợp dioxit benzothiazin. Các dẫn chất 4-hydroxy-2-methyl-2H-1,2-benzothiazin-3-carboxamid, ví dụ như piroxicam, là thuốc chống viêm đang được sử dụng rộng rãi. Các dẫn chất 1,2-benzothiazin như droxicam, ampiroxicam, meloxicam và lornoxicam đã và đang được sử dụng như kháng viêm không steroid (NSAIDs). Shahwar Durre và cộng sự đã nghiên cứu các dẫn chất benzothiazin được tổng hợp từ 2-aminothiophenol và sacharin có tiềm năng ức chế chọn lọc các enzym và chống oxy hóa.

5.1. Tác Dụng Chống Viêm của Dẫn Chất Benzothiazin

Dẫn chất 5H-1,3-oxazino-[5,6]-1,2-benzothiazin-2,4-(3H)-dion-6,6-dioxit thể hiện đặc tính chống viêm tốt. Các dẫn chất 4-hydroxy-2-methyl-2H-1,2-benzothiazin-3-carboxamid, như piroxicam, là thuốc chống viêm đang được sử dụng rộng rãi. Các dẫn chất 1,2-benzothiazin như droxicam, ampiroxicam, meloxicam và lornoxicam được sử dụng như kháng viêm không steroid (NSAIDs).

5.2. Tác Dụng Ức Chế Enzym và Chống Oxy Hóa

Shahwar Durre và cộng sự đã nghiên cứu các dẫn chất benzothiazin được tổng hợp từ 2-aminothiophenol và sacharin có tiềm năng ức chế chọn lọc các enzym và chống oxy hóa. Các dẫn chất này thể hiện hoạt tính kháng lại tác dụng của enzym acetylcholine esterase một cách đáng kể.

VI. Kết Luận Nghiên Cứu Dẫn Chất Benzothiazin Tiềm Năng

Các nghiên cứu về benzothiazin và các dẫn chất của nó đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc phát triển các loại thuốc mới. Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, chống viêm và chống oxy hóa của các hợp chất này mở ra nhiều hướng nghiên cứu và ứng dụng trong y học. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các dẫn chất mới của benzothiazin có thể giúp giải quyết các vấn đề về kháng kháng sinh và các bệnh nhiễm trùng khác. Đồng thời, việc tìm kiếm các ứng dụng mới của benzothiazin trong điều trị các bệnh lý khác như ung thư và các bệnh tim mạch cũng là một hướng đi đầy hứa hẹn.

6.1. Hướng Nghiên Cứu và Phát Triển Trong Tương Lai

Trong tương lai, các nghiên cứu về benzothiazin cần tập trung vào việc phát triển các dẫn chất mới có hoạt tính sinh học mạnh hơn và độ an toàn cao hơn. Cần tiến hành các thử nghiệm lâm sàng để đánh giá hiệu quả của các dẫn chất này trong điều trị các bệnh nhiễm trùng và các bệnh lý khác. Việc kết hợp các phương pháp tổng hợp hóa học và sinh học có thể giúp tạo ra các dẫn chất benzothiazin có cấu trúc phức tạp và hoạt tính sinh học đa dạng hơn.

6.2. Ứng Dụng Tiềm Năng Trong Điều Trị Bệnh

Các dẫn chất benzothiazin có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong điều trị nhiều loại bệnh, bao gồm các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn và nấm, các bệnh viêm nhiễm, các bệnh ung thư và các bệnh tim mạch. Việc phát triển các loại thuốc mới dựa trên cấu trúc benzothiazin có thể giúp cải thiện chất lượng cuộc sống của bệnh nhân và giảm gánh nặng cho hệ thống y tế.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh toàn cầu, sự gia tăng nhanh chóng của các chủng vi khuẩn đề kháng kháng sinh đã trở thành một thách thức nghiêm trọng đối với y học hiện đại. Theo ước tính, nhiều chủng vi khuẩn như Staphylococcus aureus kháng Methicillin (MRSA) và các chủng vi khuẩn kháng carbapenem đang lan rộng tại nhiều quốc gia châu Á và châu Âu, làm giảm hiệu quả của các loại kháng sinh thế hệ mới và cả nhóm kháng sinh "lựa chọn cuối cùng". Trước tình hình này, việc nghiên cứu và phát triển các hợp chất kháng khuẩn mới, đặc biệt là các kháng sinh tổng hợp, được xem là hướng đi chiến lược nhằm khắc phục tình trạng thiếu hụt thuốc điều trị hiệu quả.

Luận văn tập trung nghiên cứu tổng hợp và khảo sát hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của các dẫn chất 3-phenyl-3H-benzo[e][1,3]thiazin-2,4-dion, một nhóm hợp chất thuộc họ benzothiazin có tiềm năng dược lý đa dạng như kháng viêm, chống oxy hóa, chống ung thư và đặc biệt là kháng khuẩn, kháng nấm. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn năm 2014-2015 tại Trường Đại học Y Dược Cần Thơ, với mục tiêu tổng hợp các dẫn chất từ acid thiosalicylic và các dẫn chất anilin, xác định cấu trúc hóa học, độ tinh khiết và khảo sát hoạt tính sinh học nhằm tìm ra hợp chất có hiệu quả kháng khuẩn, kháng nấm cao.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc mở rộng kho tàng các hợp chất kháng sinh tổng hợp mà còn góp phần giải quyết vấn đề kháng thuốc đang ngày càng nghiêm trọng, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển thuốc mới trong tương lai. Các chỉ số đánh giá như nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) và khả năng tạo vòng ức chế trên môi trường thạch được sử dụng làm metrics chính để đánh giá hiệu quả sinh học của các hợp chất tổng hợp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên nền tảng lý thuyết về hóa học hữu cơ và dược lý học, tập trung vào nhóm hợp chất benzothiazin, đặc biệt là 3-phenyl-3H-benzo[e][1,3]thiazin-2,4-dion. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Lý thuyết cấu trúc và phản ứng hóa học của benzothiazin: Giải thích cơ chế tổng hợp vòng benzothiazin qua các phản ứng acyl hóa, đóng vòng và các phản ứng thế nhóm chức, dựa trên tính chất hóa học của acid thiosalicylic và các dẫn chất anilin. Các khái niệm chính bao gồm phản ứng tạo liên kết amid, phản ứng đóng vòng với ethylcloroformat, và các nhóm chức đặc trưng như -SH, -NH, -CO-NH-.

2. Lý thuyết hoạt tính sinh học kháng khuẩn, kháng nấm: Dựa trên cơ chế tác động của các hợp chất benzothiazin lên vi khuẩn và nấm, bao gồm khả năng ức chế enzyme, phá vỡ cấu trúc tế bào vi sinh vật. Khái niệm MIC (Minimum Inhibitory Concentration) và phương pháp khuếch tán trên thạch được sử dụng để đánh giá hiệu quả kháng sinh.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: phổ hồng ngoại (IR), phổ khối lượng (MS), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), sắc ký lớp mỏng (TLC), và các chỉ số nhiệt độ nóng chảy, độ tinh khiết.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu hợp chất tổng hợp từ acid thiosalicylic và các dẫn chất anilin (2-cloroanilin, 3-cloroanilin, 4-cloroanilin), được thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa Dược và Vi sinh của Trường Đại học Y Dược Cần Thơ.

Phương pháp tổng hợp gồm hai giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Tổng hợp dẫn chất N-aryl-2-mercaptobenzamid bằng phản ứng acyl hóa acid thiosalicylic với anilin trong toluen, sử dụng thionyl clorid (SOCl2) làm tác nhân halogen hóa, duy trì nhiệt độ 120-125°C trong 3 giờ.

• Giai đoạn 2: Tổng hợp dẫn chất 3-aryl-3H-benzo[e][1,3]thiazin-2,4-dion bằng phản ứng đóng vòng với ethylcloroformat trong pyridin ở 10-20°C trong 24 giờ.

Phương pháp xác định cấu trúc và độ tinh khiết bao gồm:

• Sắc ký lớp mỏng (TLC) với nhiều hệ dung môi khác nhau để kiểm tra độ tinh khiết.

• Phổ UV-Vis, IR, NMR (^1H, ^13C, DEPT), và phổ khối lượng (ESI-MS) để xác định cấu trúc hóa học.

Phương pháp khảo sát hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm:

• Sử dụng phương pháp khuếch tán trên thạch với môi trường Mueller-Hinton Agar (MHA) cho vi khuẩn và Sabouraud Dextrose Agar (SDA) cho vi nấm.

• Vi khuẩn thử nghiệm gồm Escherichia coli ATCC 25922, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Streptococcus faecalis ATCC 29212, Staphylococcus aureus ATCC 29213, và MRSA ATCC 43300.

• Vi nấm thử nghiệm gồm Candida albicans và Aspergillus niger.

• Xác định nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) bằng phương pháp pha loãng bán định lượng trong môi trường lỏng.

Cỡ mẫu gồm 4 dẫn chất tổng hợp (ký hiệu 2A – 2D), mỗi dẫn chất được thử nghiệm ít nhất 3 lần để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất tổng hợp: Các dẫn chất N-aryl-2-mercaptobenzamid (1A – 1D) được tổng hợp với hiệu suất dao động từ 56,23% đến 71,15%, trong đó dẫn chất 1D đạt hiệu suất cao nhất 71,15%. Các dẫn chất 3-aryl-3H-benzo[e][1,3]thiazin-2,4-dion (2A – 2D) có hiệu suất thấp hơn, khoảng 17,5% đến 22,74%, phản ánh tính phức tạp của phản ứng đóng vòng.

2. Đặc tính vật lý và hóa học: Tất cả các sản phẩm đều là tinh thể hình kim màu trắng, không tan trong nước nhưng tan tốt trong các dung môi hữu cơ như ethanol, methanol, DMSO. Nhiệt độ nóng chảy của các sản phẩm 1A – 1D nằm trong khoảng 220,6°C đến 248,2°C, cao hơn so với nguyên liệu acid thiosalicylic (162-165°C), chứng tỏ sự hình thành sản phẩm mới.

3. Xác định cấu trúc: Kết quả phổ IR cho thấy các đỉnh hấp thu đặc trưng của nhóm amid (-NH, -C=O) và nhóm thiol (-SH) được xác nhận rõ ràng. Phổ NMR (^1H, ^13C, DEPT) và phổ khối lượng ESI-MS phù hợp với cấu trúc dự kiến của các dẫn chất, với ion phân tử [M-H]^+ hoặc [M+Na]^+ tương ứng với công thức phân tử.

4. Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm: Các dẫn chất 2A – 2D thể hiện khả năng ức chế sự phát triển của nhiều chủng vi khuẩn và nấm thử nghiệm. Đặc biệt, dẫn chất 2A có MIC thấp nhất đối với Staphylococcus aureus và MRSA, với giá trị MIC khoảng 32 µg/ml, trong khi các dẫn chất khác có MIC dao động từ 64 đến 128 µg/ml. Hoạt tính kháng nấm trên Candida albicans và Aspergillus niger cũng được ghi nhận với vòng ức chế rõ rệt trên môi trường thạch.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất tổng hợp các dẫn chất cho thấy quy trình tổng hợp hai giai đoạn là khả thi và ổn định, tuy nhiên hiệu suất phản ứng đóng vòng thấp hơn phản ứng acyl hóa, có thể do điều kiện phản ứng và tính kém bền của vòng benzothiazin trong môi trường pyridin. Việc sử dụng các dung môi và điều kiện nhiệt độ được tối ưu hóa nhằm tăng hiệu suất và độ tinh khiết sản phẩm.

Kết quả phổ phân tích xác nhận cấu trúc hóa học của các dẫn chất, đồng thời chứng minh sự thành công của quá trình tổng hợp. Đặc biệt, phổ NMR cung cấp thông tin chi tiết về vị trí và môi trường hóa học của các proton và carbon trong phân tử, giúp khẳng định cấu trúc vòng benzothiazin.

Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của các dẫn chất phù hợp với các nghiên cứu trước đây về benzothiazin và các dẫn chất liên quan, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong phát triển thuốc kháng sinh tổng hợp mới. Giá trị MIC thấp của dẫn chất 2A đối với MRSA là một điểm sáng, góp phần giải quyết vấn đề kháng thuốc đang gia tăng. Kết quả này có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh vòng ức chế và MIC giữa các dẫn chất và chủng vi khuẩn/nấm thử nghiệm.

So sánh với các nghiên cứu khác, hoạt tính của các dẫn chất này tương đương hoặc vượt trội hơn một số hợp chất benzothiazin đã được báo cáo, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tác động và khả năng phát triển thuốc.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa quy trình tổng hợp: Cần nghiên cứu điều chỉnh điều kiện phản ứng đóng vòng (nhiệt độ, dung môi, thời gian) nhằm nâng cao hiệu suất sản phẩm 3-aryl-3H-benzo[e][1,3]thiazin-2,4-dion lên trên 30% trong vòng 6 tháng, do nhóm nghiên cứu hóa dược thực hiện.

2. Mở rộng khảo sát hoạt tính sinh học: Thực hiện các thử nghiệm in vitro và in vivo trên nhiều chủng vi khuẩn đa kháng thuốc khác nhau, đặc biệt là các chủng Gram âm, trong vòng 12 tháng để đánh giá phổ tác dụng và độc tính, do phòng thí nghiệm vi sinh phối hợp với trung tâm nghiên cứu dược lý.

3. Nghiên cứu cơ chế tác động: Áp dụng các kỹ thuật phân tử và sinh học phân tử để làm rõ cơ chế kháng khuẩn, kháng nấm của các dẫn chất, tập trung vào tương tác với enzyme CYP51 và các mục tiêu sinh học khác, dự kiến hoàn thành trong 18 tháng, do nhóm nghiên cứu hóa sinh và dược lý thực hiện.

4. Phát triển dạng bào chế và thử nghiệm tiền lâm sàng: Thiết kế các dạng bào chế phù hợp (viên nén, dung dịch tiêm) và tiến hành thử nghiệm tiền lâm sàng về dược động học, dược lực học, an toàn trong vòng 24 tháng, do phòng nghiên cứu phát triển thuốc và trung tâm thử nghiệm lâm sàng phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu hóa dược và dược lý: Có thể ứng dụng quy trình tổng hợp và phương pháp phân tích cấu trúc để phát triển các hợp chất kháng sinh tổng hợp mới, đồng thời tham khảo kết quả hoạt tính sinh học để lựa chọn hợp chất tiềm năng.

2. Bác sĩ và chuyên gia y tế: Hiểu rõ về các hợp chất kháng khuẩn mới, đặc biệt là các dẫn chất benzothiazin, giúp cập nhật kiến thức về thuốc kháng sinh thế hệ mới và các lựa chọn điều trị thay thế cho các bệnh nhiễm khuẩn kháng thuốc.

3. Sinh viên và học viên cao học ngành dược học, hóa học: Tham khảo phương pháp nghiên cứu tổng hợp, phân tích cấu trúc và đánh giá hoạt tính sinh học, từ đó nâng cao kỹ năng nghiên cứu khoa học và áp dụng vào các đề tài tương tự.

4. Doanh nghiệp dược phẩm: Có thể khai thác kết quả nghiên cứu để phát triển sản phẩm thuốc kháng sinh tổng hợp mới, đồng thời áp dụng quy trình tổng hợp và kiểm nghiệm để tối ưu hóa quy trình sản xuất và kiểm soát chất lượng.

Câu hỏi thường gặp

1. Các dẫn chất benzothiazin có ưu điểm gì so với kháng sinh truyền thống?
   Các dẫn chất benzothiazin có cấu trúc dị vòng đặc biệt giúp tăng khả năng tương tác với các mục tiêu sinh học của vi khuẩn và nấm, đồng thời có thể tổng hợp quy mô lớn với chi phí thấp hơn so với kháng sinh tự nhiên. Ví dụ, dẫn chất 3-phenyl-3H-benzo[e][1,3]thiazin-2,4-dion thể hiện hoạt tính kháng MRSA với MIC thấp.

2. Phương pháp tổng hợp có thể áp dụng cho các hợp chất khác không?
   Quy trình tổng hợp hai giai đoạn (acyl hóa và đóng vòng) có thể điều chỉnh để tổng hợp các dẫn chất benzothiazin khác nhau bằng cách thay đổi nhóm thế trên anilin hoặc acid thiosalicylic, giúp mở rộng phạm vi nghiên cứu và ứng dụng.

3. Kết quả hoạt tính kháng khuẩn được đánh giá như thế nào?
   Hoạt tính được đánh giá bằng phương pháp khuếch tán trên thạch và xác định MIC, trong đó MIC là nồng độ thấp nhất ức chế hoàn toàn sự phát triển của vi khuẩn hoặc nấm. Ví dụ, dẫn chất 2A có MIC khoảng 32 µg/ml đối với MRSA, cho thấy hiệu quả sinh học đáng kể.

4. Có những hạn chế nào trong nghiên cứu này?
   Hiệu suất tổng hợp dẫn chất cuối còn thấp, chưa khảo sát đầy đủ cơ chế tác động và độc tính của các hợp chất, cũng như chưa thực hiện thử nghiệm in vivo. Đây là những điểm cần được tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện.

5. Nghiên cứu này có thể hỗ trợ phát triển thuốc mới như thế nào?
   Kết quả cung cấp cơ sở khoa học về cấu trúc và hoạt tính của các dẫn chất benzothiazin, giúp lựa chọn hợp chất tiềm năng để phát triển thuốc kháng sinh tổng hợp mới, đồng thời đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm tối ưu hóa hiệu quả và an toàn.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công 4 dẫn chất 3-aryl-3H-benzo[e][1,3]thiazin-2,4-dion với hiệu suất từ 17,5% đến 22,74%, đồng thời xác định cấu trúc và độ tinh khiết bằng các phương pháp phổ hiện đại.
• Các dẫn chất thể hiện hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm đáng kể, đặc biệt là dẫn chất 2A với MIC thấp đối với MRSA và Candida albicans.
• Nghiên cứu góp phần mở rộng kho tàng hợp chất kháng sinh tổng hợp, hỗ trợ giải quyết vấn đề kháng thuốc hiện nay.
• Cần tiếp tục tối ưu hóa quy trình tổng hợp, mở rộng khảo sát hoạt tính sinh học và nghiên cứu cơ chế tác động trong các giai đoạn tiếp theo.
• Khuyến khích các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp dược phẩm và chuyên gia y tế ứng dụng kết quả để phát triển thuốc mới, nâng cao hiệu quả điều trị các bệnh nhiễm khuẩn và nấm.

Hành động tiếp theo là triển khai các đề xuất nghiên cứu mở rộng trong vòng 1-2 năm tới nhằm hoàn thiện và ứng dụng thực tiễn các dẫn chất tiềm năng này. Độc giả và các bên liên quan được mời tham khảo chi tiết luận văn để khai thác tối đa giá trị khoa học và ứng dụng.