Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

  • Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn: Trong lĩnh vực hóa hữu cơ hiện đại, việc tổng hợp các hợp chất dị vòng có hoạt tính sinh học cao nhằm phục vụ định hướng y dược, điều trị bệnh và bảo vệ sức khỏe con người là một trong những hướng nghiên cứu trọng tâm. Các hợp chất chứa dị vòng thiazolidin, đặc biệt là khung cấu trúc 2-thioxothiazolidin-4-on (dẫn xuất rhodanin), thể hiện phổ hoạt tính sinh học đa dạng như kháng khuẩn, kháng nấm, chống viêm, chống co giật, ức chế enzyme HIV-1 integrase và kháng tế bào ung thư. Các công trình công bố trước đây chỉ ra rằng bản chất cũng như vị trí của các nhóm thế gắn vào vị trí C-5 trên nhân 2-thioxothiazolidin-4-on đóng vai trò quyết định đến hoạt tính sinh học của phân tử. Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài "Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc của một số dẫn xuất 5-aryliđen-3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on" được thực hiện nhằm phát triển các cấu trúc mới chứa khung dị vòng này và khảo sát sơ bộ tính chất sinh học của chúng.
  • Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu: Khóa luận xác định 4 nhiệm vụ cụ thể gồm:
    1. Xuất phát từ nguyên liệu ban đầu là $p$-toluidin, tổng hợp chất nền trung gian 3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on, sau đó thực hiện phản ứng ngưng tụ với các anđehit thơm để tạo thành dãy dẫn xuất 5-aryliđen-3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on.
    2. Khảo sát các tính chất vật lý cơ bản của các hợp chất thu được (trạng thái tồn tại, màu sắc, độ tan, dung môi kết tinh, nhiệt độ nóng chảy).
    3. Khảo sát và xác định cấu trúc hóa học của chất trung gian và các dẫn xuất tổng hợp được bằng các phương pháp phổ nghiệm hiện đại: phổ hồng ngoại (FT-IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ($^1\text{H-NMR}$) và phổ khối lượng phân giải cao (HR-MS).
    4. Thăm dò hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất tổng hợp được đối với hai chủng vi khuẩn thực nghiệm.
  • Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
    • Đối tượng nghiên cứu: Hợp chất dị vòng 3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on và 4 dẫn xuất 5-aryliđen mang các nhóm thế khác nhau trên nhân benzen gồm 4-Cl, 4-OH, 4-$\text{OCH}_3$ và 4-$\text{N(CH}_3)_2$.
    • Không gian thực hiện: Phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ - Khoa Hóa học và Phòng thí nghiệm Vi sinh - Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh; Phòng Cộng hưởng từ hạt nhân - Viện Hóa học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội); Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG TP. Hồ Chí Minh.
    • Thời gian thực hiện: Khóa luận tốt nghiệp đại học, niên khóa 2009 – 2013 (nghiệm thu năm 2013).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

  • Cơ sở lý thuyết và cơ chế phản ứng:
    • Khung dị vòng thiazolidin: Dị vòng no 5 cạnh chứa hai dị tố nitơ và lưu huỳnh ở vị trí 1 và 3. Khi gắn nhóm carbonyl ($=\text{O}$) tại C-4 và nhóm thioxo ($=\text{S}$) tại C-2, tạo nên cấu trúc 2-thioxothiazolidin-4-on (nhân rhodanin).
    • Tổng hợp nhân rhodanin: Phản ứng giữa amin thơm ($p$-toluidin) với cacbon đisunfua ($\text{CS}_2$) trong môi trường amoniac tạo muối amoni $p$-tolyldithiocacbamat; muối này đóng vai trò tác nhân nucleophile thế nguyên tử clo trong muối natri cloroaxetat ($\text{ClCH}_2\text{COONa}$), sau đó đóng vòng nội phân tử trong môi trường acid để tạo 3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on.
    • Phản ứng ngưng tụ Knoevenagel: Nhóm metylen linh động tại vị trí số 5 ($-\text{CH}_2-$) của nhân 2-thioxothiazolidin-4-on phản ứng với nhóm carbonyl của các anđehit thơm ($\text{Ar-CHO}$) dưới sự xúc tác của natri acetat ($\text{CH}_3\text{COONa}$) trong môi trường acid acetic băng ($\text{CH}_3\text{COOH}$), tách nước tạo liên kết đôi $=\text{CH-Ar}$.
  • Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và phân tích:
    • Phương pháp tổng hợp hóa học: Thực hiện tổng hợp hữu cơ qua hai giai đoạn riêng biệt (tổng hợp chất nền và ngưng tụ tạo dẫn xuất); tinh chế sản phẩm bằng phương pháp kết tinh lại trong dung môi thích hợp.
    • Phương pháp xác định nhiệt độ nóng chảy: Đo bằng thiết bị FP62 Mettler Toledo.
    • Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR): Ghi phổ trên máy FTIR-8400S SHIMADZU với mẫu đo ở dạng viên nén $\text{KBr}$.
    • Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$): Đo trên máy Bruker AC 500 MHz, sử dụng dung môi DMSO-$d_6$.
    • Phương pháp phổ khối lượng phân giải cao (HR-MS): Đo trên thiết bị Bruker micrOTOF-Q 10187 để xác định chính xác khối lượng phân tử và mảnh ion phân tử.
    • Phương pháp thử hoạt tính kháng khuẩn: Phương pháp khuếch tán lỗ thạch trên môi trường MPA (thành phần: 5 g cao thịt, 5 g Peptone, 5 g $\text{NaCl}$, 20 g Agar, 1000 mL nước cất), đo đường kính vòng vô khuẩn $(D - d\text{ mm})$ sau 24 giờ ủ trên hai chủng vi khuẩn: vi khuẩn Gram âm Escherichia coli và vi khuẩn Gram dương Bacillus subtilis ở nồng độ 1% và 2%.
  • Nguồn dữ liệu và hóa chất: Sử dụng các hóa chất tinh khiết gồm $p$-toluidin, cacbon đisunfua, dung dịch amoniac 35%, natri cloroaxetat, acid acetic băng, natri acetat, các anđehit thơm (4-clorobenzanđehit, 4-hiđroxibenzanđehit, 4-metoxibenzanđehit, 4-($N,N$-đimetylamino)benzanđehit) cùng các dung môi hữu cơ tinh khiết (etanol tuyệt đối, ete, 1,4-dioxan, axeton).

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I. Tổng quan

Chương I trình bày hệ thống tài liệu lý thuyết về cấu trúc, tính chất hóa học và hoạt tính sinh học của các hợp chất dị vòng chứa nhân thiazolidin:

  • Tổng quan về thiazolidin-4-on và thiazolidin-2,4-dion: Cấu trúc cơ bản, các phản ứng tổng hợp từ amine, acid mercaptoacetic hoặc thiosemicarbazide. Tác giả tổng hợp các dẫn chứng từ y văn về hoạt tính ức chế nấm (Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Candida albicans với độ ức chế 30–55% ở nồng độ 50–100 ppm), tác dụng chống co giật và độc tính thần kinh trên động vật thí nghiệm, khả năng chống biến tính protein và kháng khuẩn (S. coli, C. niger với đường kính vòng kháng 16–28 mm).
  • Tổng quan về 2-thioxothiazolidin-4-on (dẫn xuất rhodanin): Khái quát lịch sử tổng hợp rhodanin từ $\text{CS}_2$, $\text{NH}_3$ và $\text{ClCH}_2\text{COOH}$. Nêu các nghiên cứu tiêu biểu về hoạt tính ức chế enzyme HIV-1 integrase (công trình của Kavya Ramkumar và cộng sự tổng hợp 40 chất trong đó có 19 dẫn xuất 5-benzyliden rhodanin), khả năng kháng u trên các dòng tế bào ung thư phổi NCI-H460, ung thư vú MCF7, ung thư thần kinh trung ương SF-268.
  • Một số hướng chuyển hóa:
    • Phản ứng tại nhóm $-\text{NH}-$: Phản ứng thế nucleophile với các dẫn xuất acyl clorua trong môi trường kiềm mạnh $\text{KOH}$.
    • Phản ứng tại nhóm metylen linh động C-5: Phản ứng ngưng tụ Knoevenagel với anđehit dưới xúc tác base/acid, sử dụng chất mang polyetylen glycol (PEG) ở 80°C hoặc chiếu xạ vi sóng. Văn bản trích dẫn bảng so sánh hiệu suất giữa phương pháp đun hồi lưu truyền thống (90°C trong 3 giờ) và vi sóng, cho thấy vi sóng rút ngắn thời gian và nâng cao hiệu suất tổng hợp.

CHƯƠNG II. Thực nghiệm

Chương II mô tả chi tiết quy trình hóa học, thông số kỹ thuật và các bước tiến hành trong phòng thí nghiệm:

  • Tổng hợp 3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on (chất 2):
    • Giai đoạn 1: Hòa tan 25,68 g (0,24 mol) $p$-toluidin trong 25 mL etanol tuyệt đối, nhỏ từ từ vào hỗn hợp gồm 17,2 mL $\text{CS}_2$ và 36 mL dung dịch $\text{NH}_3$ 35% ở 0–10°C trong 20 phút. Khuấy tiếp 1 giờ, để yên 30 phút ở 10–15°C thu kết tủa vàng muối amoni $p$-tolyldithiocacbamat; lọc, rửa bằng ete.
    • Giai đoạn 2: Hòa tan 38 g (0,19 mol) muối trên trong 100 mL nước lạnh, thêm từ từ 23,3 g (0,2 mol) $\text{ClCH}_2\text{COONa}$, khuấy 2 giờ rồi acid hóa bằng $\text{HCl}$ đặc. Lọc kết tủa trắng, rửa nước, kết tinh lại trong etanol. Thu được 24,21 g tinh thể hình vảy màu vàng xanh, nhiệt độ nóng chảy 167°C, hiệu suất chung qua 2 giai đoạn đạt 45%.
  • Tổng hợp 4 dẫn xuất 5-aryliđen (3a–d):
    • Đun hồi lưu hỗn hợp 0,01 mol chất (2) (2,23 g), 0,01 mol anđehit thơm tương ứng (1,06 – 1,85 g) và 0,015 mol $\text{CH}_3\text{COONa}$ (1,23 g) trong 30 mL $\text{CH}_3\text{COOH}$ băng trong thời gian 4–7 giờ. Đổ hỗn hợp vào nước đá, lọc chất rắn, rửa nước và kết tinh lại bằng dung môi thích hợp.
Ký hiệu Nhóm thế (X) Dung môi kết tinh Màu sắc và trạng thái Nhiệt độ nóng chảy (°C) Hiệu suất (%)
3a 4-Cl Etanol Tinh thể màu vàng 264 62,5
3b 4-OH Etanol Tinh thể màu cam 264 —
3c 4-$\text{OCH}_3$ Etanol Tinh thể màu vàng — —
3d 4-$\text{N(CH}_3)_2$ 1,4-Dioxan Tinh thể — —
  • Quy trình đo tính chất và phổ nghiệm: Thiết lập thông số đo nhiệt độ nóng chảy, đo FT-IR (viên nén KBr), $^1\text{H-NMR}$ (DMSO-$d_6$, 500 MHz), HR-MS và quy trình chuẩn bị môi trường MPA cấy vi khuẩn E. coli, B. subtilis.

CHƯƠNG III. Kết quả - Thảo luận

Chương III tập trung biện giải chi tiết cơ chế phản ứng, số liệu phổ nghiệm xác định cấu trúc và kết quả thử sinh học:

  • Cơ chế phản ứng tổng hợp: Biện giải chi tiết phản ứng cộng nucleophile giữa nhóm $-\text{NH}_2$ của $p$-toluidin vào $\text{CS}_2$, phản ứng thế nucleophile $S_N2$ của nhóm dithiocacbamat vào $\text{ClCH}_2\text{COO}^-$, phản ứng đóng vòng tạo dị vòng rhodanin (chất 2), và cơ chế ngưng tụ Knoevenagel giữa nhóm metylen C-5 linh động với anđehit thơm.
  • Biện giải phổ của hợp chất trung gian (2):
    • Phổ FT-IR: Mất hoàn toàn tín hiệu hấp thụ của liên kết $\text{N-H}$ ở vùng $> 3100\text{ cm}^{-1}$; xuất hiện dải hấp thụ đặc trưng của $\text{C-H}$ no ($2849 - 2917\text{ cm}^{-1}$), liên kết $\text{C=O}$ ($1705\text{ cm}^{-1}$) và liên kết $\text{C=S}$ ($1234\text{ cm}^{-1}$).
    • Phổ $^1\text{H-NMR}$ (500 MHz, DMSO): Gồm 9 proton với tỷ lệ tích phân $3 : 2 : 2 : 2$. Tín hiệu singlet $\delta = 2,50\text{ ppm}$ ($3\text{H}, \text{H}^{4a}, -\text{CH}_3$); singlet $\delta = 4,37\text{ ppm}$ ($2\text{H}, \text{H}^5$ vòng thiazolidin); 2 tín hiệu doublet đối xứng đặc trưng cho vòng thơm para-thế tại $\delta = 7,12\text{ ppm}$ ($2\text{H}, \text{H}^3, \text{H}^5, J = 8,5\text{ Hz}$) và $\delta = 7,31\text{ ppm}$ ($2\text{H}, \text{H}^2, \text{H}^6, J = 8,5\text{ Hz}$).
  • Biện giải phổ của các dẫn xuất 5-aryliđen (3a–d):
    • Hợp chất 3a (4-Cl): FT-IR: $3028\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C}{sp^2}\text{-H}$), $2849-2917\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C-H}$ no), $1711\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C=O}$), $1250\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C=S}$), $1602\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C=C}$). $^1\text{H-NMR}$: $\delta = 2,39\text{ ppm}$ ($\text{s}, 3\text{H}, -\text{CH}3$); $\delta = 7,85\text{ ppm}$ ($\text{s}, 1\text{H}, =\text{CH}-$ liên kết đôi ngoại vòng); 4 tín hiệu doublet của các proton thơm tại $\delta = 7,28\text{ ppm}$ ($2\text{H}, J=8,5\text{ Hz}$), $\delta = 7,34\text{ ppm}$ ($2\text{H}$), $\delta = 7,65\text{ ppm}$ ($2\text{H}, J=8,5\text{ Hz}$) và $\delta = 7,72\text{ ppm}$ ($2\text{H}, J=8,5\text{ Hz}$). HR-MS: Xuất hiện pic ion phân tử $[\text{M}+\text{Na}]^+$ tại $m/z = 367,9$ (phù hợp với $\text{C}{17}\text{H}{12}\text{ClNOS}_2$, $\text{M} = 345,8663$).
    • Hợp chất 3b (4-OH): FT-IR: $3374\text{ cm}^{-1}$ ($\text{O-H}$), $2849-2918\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C-H}$ no), $1684\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C=O}$), $1242\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C=S}$). $^1\text{H-NMR}$: $\delta = 10,49\text{ ppm}$ ($\text{s}, 1\text{H}, -\text{OH}$); $\delta = 2,38\text{ ppm}$ ($\text{s}, 3\text{H}, -\text{CH}_3$); $\delta = 7,74\text{ ppm}$ ($\text{s}, 1\text{H}, =\text{CH}-$); các tín hiệu doublet thơm tại $\delta = 6,96\text{ ppm}$ ($2\text{H}, J=9,0\text{ Hz}$), $\delta = 7,26\text{ ppm}$ ($2\text{H}, J=8,5\text{ Hz}$), $\delta = 7,36\text{ ppm}$ ($2\text{H}$) và $\delta = 7,56\text{ ppm}$ ($2\text{H}, J=9,0\text{ Hz}$).
    • Hợp chất 3c (4-$\text{OCH}_3$): FT-IR: $3011\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C}_{sp^2}\text{-H}$), $2835-2922\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C-H}$ no), $1717\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C=O}$), $1244\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C=S}$). $^1\text{H-NMR}$: $\delta = 2,38\text{ ppm}$ ($\text{s}, 3\text{H}, \text{Ar-CH}_3$); $\delta = 3,86\text{ ppm}$ ($\text{s}, 3\text{H}, -\text{OCH}_3$); $\delta = 7,81\text{ ppm}$ ($\text{s}, 1\text{H}, =\text{CH}-$); các tín hiệu doublet thơm tại $\delta = 7,27\text{ ppm}$ ($2\text{H}, J=8,5\text{ Hz}$), $\delta = 7,35\text{ ppm}$ ($2\text{H}$), $\delta = 7,67\text{ ppm}$ ($2\text{H}, J=8,5\text{ Hz}$).
    • Hợp chất 3d (4-$\text{N(CH}_3)_2$): FT-IR: $2861-2918\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C-H}$ no), $1713\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C=O}$), $1232\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C=S}$), $1616$ và $1577\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C=C}$ thơm). $^1\text{H-NMR}$: $\delta = 2,38\text{ ppm}$ ($\text{s}, 3\text{H}, -\text{CH}_3$); $\delta = 7,74\text{ ppm}$ ($\text{s}, 1\text{H}, =\text{CH}-$); các tín hiệu thơm tại $\delta = 7,24\text{ ppm}$ ($2\text{H}, J=8,5\text{ Hz}$), $\delta = 7,34\text{ ppm}$ ($2\text{H}$), $\delta = 7,52\text{ ppm}$ ($2\text{H}, J=9,0\text{ Hz}$). Xuất hiện pic tạp dung môi 1,4-dioxan tại $\delta = 3,57\text{ ppm}$ ($4\text{H}$) và pic nhóm $-\text{N(CH}_3)_2$ ở vùng $\delta \approx 3,0\text{ ppm}$ (tích phân thực nghiệm ghi nhận $7\text{H}$ do ảnh hưởng của dung môi).
  • Kết quả khảo sát hoạt tính kháng khuẩn: Đánh giá trên hợp chất 3a và 3d bằng phương pháp đo đường kính vòng vô khuẩn $(D - d)$:
Hợp chất Chủng vi khuẩn Escherichia coli (1%) Chủng vi khuẩn Escherichia coli (2%) Chủng vi khuẩn Bacillus subtilis (1%) Chủng vi khuẩn Bacillus subtilis (2%)
3a 1,5 cm 1,6 cm 1,5 cm 1,6 cm
3d — — 1,5 cm 1,5 cm

Đánh giá chung: Hai hợp chất thể hiện hoạt tính kháng khuẩn ở mức độ yếu đến trung bình, trong đó tác dụng ức chế trên chủng vi khuẩn Gram dương (Bacillus subtilis) thể hiện rõ nét hơn so với vi khuẩn Gram âm (Escherichia coli).

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả chính:
    • Đã tổng hợp thành công hợp chất trung gian 3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on (chất 2) từ $p$-toluidin với hiệu suất 45%, nhiệt độ nóng chảy 167°C.
    • Tổng hợp thành công 4 dẫn xuất 5-aryliđen-3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on (3a–d) qua phản ứng ngưng tụ Knoevenagel với hiệu suất của hợp chất 3a đạt 62,5%, nhiệt độ nóng chảy 264°C.
    • Xác lập đầy đủ các dữ liệu phổ nghiệm FT-IR, $^1\text{H-NMR}$ và HR-MS khẳng định chính xác cấu trúc hóa học của các sản phẩm.
    • Ghi nhận đường kính kháng khuẩn thực nghiệm của 3a và 3d đạt từ 1,5 cm đến 1,6 cm trên hai chủng vi khuẩn kiểm định.
  • Đóng góp mới theo tự nhận định của tác giả:
    • Tác giả tự nêu trong phần Kết luận: hai dẫn xuất 5-(4-metoxibenzyliđen)-3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on (3c) và 5-[4-($N,N$-đimetylamino)benzyliđen]-3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on (3d) chưa thấy công bố trong các tài liệu tham khảo mà nhóm nghiên cứu đã tiếp cận.
  • Đề xuất và kiến nghị:
    • Tiếp tục mở rộng phản ứng ngưng tụ chất nền (2) với các hợp chất dị vòng khác như thiazole, pyridazine... nhằm tìm kiếm các dẫn xuất mới có hoạt tính sinh học mạnh hơn.
    • Khảo sát sâu hơn các điều kiện phản ứng (nhiệt độ, thời gian, xúc tác, phương pháp vi sóng) để tối ưu hóa và nâng cao hiệu suất tổng hợp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế thực nghiệm trong văn bản:
    • Hiệu suất tổng hợp chất nền trung gian (2) còn ở mức trung bình (45%) do quá trình tách muối dithiocacbamat chưa tối ưu hoàn toàn.
    • Phổ $^1\text{H-NMR}$ của hợp chất 3d còn chứa vết tạp chất của dung môi kết tinh (1,4-dioxan tại $\delta = 3,57\text{ ppm}$ với tích phân $4\text{H}$), làm ảnh hưởng đến độ chính xác của đường tích phân nhóm $-\text{N(CH}_3)_2$ (ghi nhận $7\text{H}$ thay vì lý thuyết $6\text{H}$).
    • Khảo sát sinh học mới dừng lại ở bước thăm dò sơ bộ trên 2 chủng vi khuẩn cơ bản (E. coli và B. subtilis) ở hai nồng độ định tính (1%, 2%), chưa xác định nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) và chưa đánh giá trên các đích sinh học khác (kháng nấm, kháng u, ức chế enzyme).
  • Hướng phát triển nghiên cứu:
    • Tinh chế mẫu đo để loại bỏ hoàn toàn dung môi kết tinh trước khi phân tích phổ.
    • Ứng dụng kỹ thuật hỗ trợ vi sóng hoặc chất mang polymer (PEG) trong phản ứng ngưng tụ Knoevenagel để rút ngắn thời gian phản ứng và tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm.
    • Mở rộng thử nghiệm hoạt tính sinh học sang các dòng tế bào ung thư hoặc các enzyme đích như HIV-1 integrase theo các nghiên cứu lý thuyết đã tổng quan.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng sử dụng phù hợp:
    • Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa hữu cơ, Hóa dược, Dược học và Công nghệ sinh học.
    • Các nhà nghiên cứu đang thực hiện đề tài về tổng hợp dị vòng chứa lưu huỳnh/nitơ và chuyển hóa nhóm metylen linh động.
  • Nội dung có giá trị tham khảo cao:
    • Quy trình hai giai đoạn điều chế muối dithiocacbamat từ amin thơm ít tan ($p$-toluidin) hòa tan trong cồn và phản ứng đóng vòng tạo dẫn xuất rhodanin.
    • Phương pháp phân tích và quy kết tín hiệu phổ cộng hưởng từ proton ($^1\text{H-NMR}$) cho hệ vòng thơm đa thế và liên kết đôi ngoại vòng có sự xen phủ hiệu ứng cảm ứng/cộng hưởng.
    • Kỹ thuật thực nghiệm ngưng tụ Knoevenagel trong môi trường acid acetic băng có xúc tác muối natri acetat.

Câu hỏi thường gặp

1. Hợp chất nền 3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on (chất 2) được tổng hợp qua những giai đoạn nào và hiệu suất đạt bao nhiêu?

Hợp chất (2) được tổng hợp qua 2 giai đoạn: Giai đoạn 1 cho 25,68 g $p$-toluidin phản ứng với 17,2 mL $\text{CS}_2$ và 36 mL dung dịch $\text{NH}_3$ 35% trong etanol ở 0–10°C để tạo muối amoni $p$-tolyldithiocacbamat kết tủa vàng. Giai đoạn 2 cho 38 g muối này phản ứng với 23,3 g natri cloroaxetat trong nước lạnh rồi acid hóa bằng $\text{HCl}$ đặc để đóng vòng. Sản phẩm thu được là tinh thể hình vảy màu vàng xanh, nhiệt độ nóng chảy 167°C, hiệu suất chung đạt 45%.

2. Những dẫn xuất 5-aryliđen nào được tổng hợp và dẫn xuất nào được tác giả ghi nhận là mới?

Tác giả đã ngưng tụ chất (2) với 4 anđehit thơm khác nhau để tạo ra 4 dẫn xuất tương ứng:

  • 3a: 5-(4-clorobenzyliđen)-3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on
  • 3b: 5-(4-hiđroxibenzyliđen)-3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on
  • 3c: 5-(4-metoxibenzyliđen)-3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on
  • 3d: 5-[4-($N,N$-đimetylamino)benzyliđen]-3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on

Trong đó, hai hợp chất 3c và 3d được tác giả tự xác nhận là chưa thấy xuất hiện trong các tài liệu tham khảo của đề tài.

3. Tín hiệu phổ $^1\text{H-NMR}$ nào chứng minh phản ứng ngưng tụ Knoevenagel tạo thành liên kết đôi ngoại vòng thành công?

Sự hình thành liên kết đôi ngoại vòng $(=\text{CH}-\text{Ar})$ ở vị trí C-5 được chứng minh bằng sự biến mất của tín hiệu singlet của 2 proton $-\text{CH}_2-$ vòng thiazolidin ở $\delta = 4,37\text{ ppm}$ (có trong chất 2), đồng thời xuất hiện một pic singlet mới có tích phân $1\text{H}$ dịch chuyển về vùng trường yếu ($\delta = 7,74 - 7,85\text{ ppm}$) do proton này nằm gần dị tố lưu huỳnh chịu hiệu ứng cảm ứng âm mạnh ($-\text{I}$).

4. Tại sao trên phổ $^1\text{H-NMR}$ của hợp chất 3d lại xuất hiện pic tích phân 4H ở độ dịch chuyển 3,57 ppm và tích phân nhóm đimetylamino bị lệch?

Theo giải thích của tác giả trong văn bản, pic $4\text{H}$ ở $\delta = 3,57\text{ ppm}$ là do mẫu đo bị lẫn vết dung môi 1,4-dioxan dùng trong quá trình kết tinh lại hợp chất 3d. Sự hiện diện của tạp dung môi này cũng gây ảnh hưởng khiến tích phân vùng nhóm $-\text{N(CH}_3)_2$ hiển thị giá trị $7\text{H}$ thay vì $6\text{H}$ theo lý thuyết, dù tỷ lệ tích phân giữa nhóm $-\text{CH}_3$ thơm và $-\text{N(CH}_3)_2$ vẫn tương đương $1 : 2$ ($3,5 : 7$).

5. Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất 3a và 3d cho kết quả cụ thể như thế nào?

Thử nghiệm khuếch tán lỗ thạch trên môi trường MPA cho thấy ở nồng độ 1% và 2%, hợp chất 3a tạo đường kính vòng vô khuẩn 1,5 – 1,6 cm đối với cả E. coli và Bacillus subtilis; hợp chất 3d tạo đường kính vô khuẩn 1,5 cm đối với Bacillus subtilis. Kết quả phản ánh các hợp chất có hoạt tính kháng khuẩn ở mức độ yếu đến trung bình, trong đó tác dụng ức chế vi khuẩn Gram dương nhỉnh hơn vi khuẩn Gram âm.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Vũ Minh Cường đã thực hiện thành công quy trình tổng hợp chất nền 3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on và 4 dẫn xuất 5-aryliđen tương ứng bằng phương pháp ngưng tụ Knoevenagel. Cấu trúc của toàn bộ các hợp chất tổng hợp được chứng minh và biện giải một cách khoa học thông qua hệ thống phổ FT-IR, $^1\text{H-NMR}$ và HR-MS. Kết quả thử nghiệm sinh học bước đầu xác định hoạt tính kháng khuẩn ở mức độ trung bình của các dẫn xuất trên hai chủng vi khuẩn kiểm nghiệm, cung cấp thêm dữ liệu thực nghiệm có giá trị cho hướng nghiên cứu hóa dược về khung dị vòng rhodanin.