Giới thiệu dự án

Bối cảnh và cơ sở thực tiễn

Trong bối cảnh y học hiện đại đối mặt với tình trạng kháng kháng sinh (Antimicrobial Resistance - AMR) ngày càng gia tăng, việc nghiên cứu và phát triển các khung phân tử dị vòng mới có hoạt tính sinh học cao đang là trọng tâm mũi nhọn của ngành Hóa dược. Theo thống kê từ Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và các nghiên cứu dược phẩm toàn cầu, hơn 60% các hoạt chất phân tử nhỏ được FDA phê duyệt đều chứa nhân dị vòng có chứa dị tố nitơ (N) và lưu huỳnh (S).

Trong số các khung dị vòng năm cạnh, cấu trúc thiazolidin và đặc biệt là hệ dị vòng 2-thioxothiazolidin-4-on (khung rhodanin) thể hiện phổ hoạt tính sinh học đặc biệt phong phú: kháng khuẩn, kháng nấm, chống co giật, ức chế enzyme tích hợp vi-rút HIV-1 (HIV-1 Integrase) và ức chế các dòng tế bào ung thư (như ung thư phổi NCI-H460, ung thư vú MCF7). Hoạt tính sinh học của dẫn xuất rhodanin phụ thuộc mạnh mẽ vào bản chất của nhóm thế gắn tại vị trí $N-3$ và liên kết ngoại vòng tại vị trí $C-5$.

         O
         ||
     4 /   \ 3
     HC --- N - (4-CH3-C6H4)
     ||     |
     C == S 2
     1\    /
        S 
   [Khung 5-aryliden-3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on]

Phát biểu bài toán nghiên cứu

Việc tổng hợp các dẫn xuất rhodanin mang nhóm thế thơm tại vị trí số 3 ($N-3$) thường gặp trở ngại lớn do tính tan kém của các amin thơm ban đầu trong môi trường nước, dẫn đến hiệu suất tạo muối dithiocacbamat trung gian thấp. Đồng thời, việc gắn kết chọn lọc các nhóm aryliđen tại vị trí metylen linh động $C-5$ đòi hỏi điều kiện xúc tác tối ưu để đảm bảo tính đồng nhất cấu hình hình học ($Z/E$) và độ tinh khiết phân tích mà không cần qua các bước tinh chế cột sắc ký tốn kém.

Mục tiêu dự án

  1. Tổng hợp hóa học: Điều chế thành công hợp chất trung gian cốt lõi 3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on (hợp chất 2) từ tiền chất $p$-toluidin, carbon disunfua ($CS_2$) và natri cloroaxetat.
  2. Biến tính cấu trúc vị trí C-5: Thực hiện phản ứng ngưng tụ Knoevenagel giữa hợp chất 2 với 4 anđehit thơm mang các nhóm thế điện tử khác nhau ($-Cl$, $-OH$, $-OCH_3$, $-N(CH_3)_2$) để tạo ra dãy 4 dẫn xuất 5-aryliden-3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on (3a–d).
  3. Xác định cấu trúc phân tử: Khảo sát tính chất vật lý (nhiệt độ nóng chảy, độ tan, màu sắc tinh thể) và chứng minh cấu trúc hóa học tuyệt đối thông qua hệ phổ: Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR), Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ($^1H$-NMR 500 MHz), và Phổ khối lượng phân giải cao (HR-MS).
  4. Khảo sát hoạt tính sinh học: Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn in vitro của các dẫn xuất tổng hợp trên hai chủng vi khuẩn chuẩn: vi khuẩn Gram âm (Escherichia coli) và vi khuẩn Gram dương (Bacillus subtilis).

Hướng tiếp cận giải pháp

  • Cải tiến quy trình tổng hợp muối amoni $p$-tolyldithiocacbamat bằng cách đồng dung môi hóa $p$-toluidin trong ethanol trước khi đưa vào hệ phản ứng $CS_2/NH_3$ ở nhiệt độ thấp ($0-10^\circ C$).
  • Thực hiện phản ứng ngưng tụ Knoevenagel chọn lọc trong môi trường acid acetic băng ($CH_3COOH$) với xúc tác natri acetat khan ($CH_3COONa$), kích hoạt proton nhóm metylen tại vị trí $C-5$.

Kết quả kỳ vọng và chỉ số đo lường

  • Hiệu suất tổng hợp: Hợp chất trung gian 2 đạt hiệu suất $\ge 45%$; các dẫn xuất ngưng tụ 3a–d đạt hiệu suất từ $60% - 80%$.
  • Độ chính xác phổ học: Độ dịch chuyển hóa học ($\delta$), hằng số ghép spin-spin ($J$) và pic ion phân tử $[M+Na]^+$ trên HR-MS khớp hoàn toàn với cấu trúc lý thuyết.
  • Hoạt tính sinh học: Tạo vòng vô khuẩn có đường kính $D-d \ge 15\text{ mm}$ trên thạch đĩa petri.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Phương pháp tổng hợp Ưu điểm Nhược điểm Đánh giá khả thi trong nghiên cứu
Gia nhiệt hồi lưu cổ điển (AcOH / NaOAc) Dễ thực hiện, thiết bị đơn giản, kiểm soát nhiệt độ tốt, độ lặp lại cao. Thời gian phản ứng kéo dài ($4 - 7\text{ giờ}$). Lựa chọn chính: Thích hợp tổng hợp định lượng và thu hồi sản phẩm độ sạch cao.
Tổng hợp hỗ trợ vi sóng (Microwave-assisted) Thời gian phản ứng cực ngắn ($3 - 10\text{ phút}$), hiệu suất cao ($85 - 95%$). Yêu cầu thiết bị vi sóng chuyên dụng chịu áp suất cao, khó mở rộng quy mô phòng thí nghiệm tiêu chuẩn. Tham chiếu đối chứng hiệu suất.
Xúc tác trên chất mang Polyetylen glycol (PEG) Phản ứng êm dịu ở $80^\circ C$, thân thiện môi trường, hiệu suất tốt. Quy trình tách phân đoạn sau phản ứng phức tạp hơn. Hướng tối ưu hóa giai đoạn tiếp theo.

Yêu cầu hệ thống và vật liệu (Phân loại MoSCoW)

  • Must-have (Bắt buộc): Tiền chất $p$-toluidin tinh khiết phân tích, hệ thống ngưng tụ hồi lưu chuẩn, dung môi DMSO-$d_6$ phân tích phổ NMR, hệ thống đo điểm nóng chảy FP62 Mettler Toledo.
  • Should-have (Cần có): Máy đo FT-IR dạng viên nén KBr độ phân giải cao ($4\text{ cm}^{-1}$), máy đo HR-MS ESI-TOF độ phân giải $0.0001\text{ Da}$.
  • Could-have (Có thể thêm): Phương pháp khuếch tán đục lỗ khảo sát nồng độ ức chế tối thiểu (MIC).
  • Won't-have (Chưa thực hiện kỳ này): Thử nghiệm in vivo trên mô hình động vật và nghiên cứu độc tính cấp LD50.

Sơ đồ quy trình tổng hợp hóa học

graph TD
    A["p-Toluidin + CS2 + NH3 (35%)"] -->|0 - 10°C, 1h| B["Muối amoni p-tolyldithiocacbamat (kết tủa vàng)"]
    B -->|ClCH2COONa, H2O, 2h| C["Dung dịch trung gian"]
    C -->|Acid hóa bằng HCl đặc| D["Hợp chất 2: 3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on"]
    D -->|Tái kết tinh Ethanol| E["Chất tinh khiết 2 (H = 45%, Ts = 167°C)"]
    E --> F["Phản ứng Knoevenagel: + Ar-CHO"]
    F -->|AcOH băng, CH3COONa khan, Hồi lưu 4-7h| G["Hỗn hợp phản ứng đổ vào nước đá"]
    G -->|Lọc, rửa nước, tái kết tinh| H["Dãy sản phẩm 3a-d (H = 62.5% - 78.5%)"]

Danh mục thiết bị phân tích và thông số công nghệ

1. Máy đo điểm nóng chảy:
   - Model: Mettler Toledo FP62
   - Độ chính xác: ± 0.1 °C
2. Thiết bị phân tích Phổ Hồng ngoại (FT-IR):
   - Model: FTIR-8400S SHIMADZU
   - Dạng mẫu: Viên nén KBr (tỷ lệ 1:100)
   - Dải quét: 4000 - 400 cm⁻¹
3. Thiết bị Phổ Cộng hưởng từ hạt nhân (¹H-NMR):
   - Model: Bruker AC 500 MHz
   - Dung môi đo: DMSO-d₆ (Chuẩn nội TMS, δ = 0.00 ppm)
4. Thiết bị Phổ Khối lượng phân giải cao (HR-MS):
   - Model: Bruker micrOTOF-Q 10187
   - Kỹ thuật ion hóa: ESI (Electrospray Ionization), chế độ Positive Ion

Implementation và kết quả thực nghiệm

Quy trình tổng hợp chi tiết

Giai đoạn 1: Tổng hợp 3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on (Hợp chất 2)

Phản ứng diễn ra theo cơ chế cộng nucleophile của nhóm amin bậc 1 vào carbon mang điện tích dương của $CS_2$, tạo muối dithiocacbamat, sau đó thế nucleophile vào muối natri monocloroaxetat và đóng vòng ngưng tụ tách nước:

Phương trình phản ứng:
(1) CH3-C6H4-NH2 + CS2 + 2 NH4OH --(0-10°C)--> CH3-C6H4-NH-CSS-NH4 + 2 H2O
(2) CH3-C6H4-NH-CSS-NH4 + Cl-CH2-COONa --(H2O, HCl)--> [Vòng hóa] 
    --> 3-N-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on + NH4Cl + NaCl + H2O
  • Thực nghiệm: Hòa tan $25.68\text{ g}$ ($0.24\text{ mol}$) $p$-toluidin trong $25\text{ mL}$ ethanol tuyệt đối. Nhỏ từ từ vào hỗn hợp gồm $17.2\text{ mL}$ $CS_2$ và $36\text{ mL}$ dung dịch $NH_3\ 35%$ ở $0 - 10^\circ C$ trong $20\text{ phút}$. Khuấy tiếp $1\text{ giờ}$, để yên $30\text{ phút}$ ở $10 - 15^\circ C$. Lọc thu muối kết tủa vàng.
  • Hòa tan $38\text{ g}$ ($0.19\text{ mol}$) muối kết tủa vào $100\text{ mL}$ nước lạnh, thêm từ từ $23.3\text{ g}$ ($0.2\text{ mol}$) natri cloroaxetat, khuấy $2\text{ giờ}$, acid hóa bằng $HCl$ đặc. Thu hồi $24.21\text{ g}$ kết tủa tinh thể hình vảy, màu vàng xanh, nhiệt độ nóng chảy $167^\circ C$, hiệu suất đạt $45.0%$.

Giai đoạn 2: Phản ứng ngưng tụ Knoevenagel tạo các dẫn xuất (3a–d)

Phương trình tổng quát:
Hợp chất (2) + Ar-CHO --(CH3COOH băng, CH3COONa khan, t°)--> Hợp chất (3a-d) + H2O
Trong đó:
- 3a: Ar = 4-Cl-C6H4
- 3b: Ar = 4-OH-C6H4
- 3c: Ar = 4-OCH3-C6H4
- 3d: Ar = 4-N(CH3)2-C6H4
  • Thực nghiệm: Lấy $0.01\text{ mol}$ chất 2 ($2.23\text{ g}$) và $0.01\text{ mol}$ anđehit thơm tương ứng hòa tan trong $30\text{ mL}$ acid acetic băng, thêm $1.23\text{ g}$ ($0.015\text{ mol}$) natri acetat khan. Đun hồi lưu $4 - 7\text{ giờ}$. Đổ vào nước đá vụn, lọc lấy kết tủa thô, rửa sạch bằng nước cất và kết tinh lại trong dung môi thích hợp.

Kết quả phân tích phổ học và giải thích tín hiệu

Hợp chất trung gian 2

  • FT-IR ($\nu, \text{cm}^{-1}$): $2849 - 2917\ (\text{C-H no})$, $1705\ (\text{C=O lactam})$, $1234\ (\text{C=S thioxo})$. Sự biến mất hoàn toàn của dải hấp thụ $\nu_{\text{N-H}} > 3100\text{ cm}^{-1}$ chứng minh quá trình tạo vòng dị vòng 5 cạnh thành công.
  • $^1H$-NMR ($500\text{ MHz, DMSO-}d_6, \delta\text{ ppm}$):
    • $\delta = 2.50\text{ ppm}$ ($s, 3H, -CH_3$ tại $C_{4a}$).
    • $\delta = 4.37\text{ ppm}$ ($s, 2H, -CH_2-$ tại vị trí $C-5$ vòng thiazolidin).
    • $\delta = 7.12\text{ ppm}$ ($d, 2H, J = 8.5\text{ Hz}, H^3, H^5$ vòng tolyl).
    • $\delta = 7.31\text{ ppm}$ ($d, 2H, J = 8.5\text{ Hz}, H^2, H^6$ vòng tolyl).
Dữ liệu quy kết phổ ¹H-NMR chi tiết cho dãy 3a-d (DMSO-d₆, 500 MHz, δ ppm):
--------------------------------------------------------------------------------------
Hợp chất   -CH₃(s)   =CH-(s)   Tolyl-H (d,d)       Ar-H (d,d)          Nhóm thế khác
--------------------------------------------------------------------------------------
3a (4-Cl)   2.39      7.85     7.28 (d); 7.34 (d)  7.65 (d); 7.72 (d)  -
3b (4-OH)   2.38      7.74     7.26 (d); 7.36 (d)  6.96 (d); 7.56 (d)  10.49 (s, 1H, -OH)
3c (4-OCH₃) 2.38      7.81     7.27 (d); 7.35 (d)  7.67 (d); 7.81 (d)  3.86 (s, 3H, -OCH₃)
3d (4-NMe₂) 2.38      7.74     7.24 (d); 7.34 (d)  7.52 (d); 7.34 (d)  3.06 (s, 6H, -N(CH₃)₂)
--------------------------------------------------------------------------------------
Ghi chú: Tất cả các vân pic doublet nhân thơm đều có hằng số tách J = 8.5 - 9.0 Hz (ghép ortho).
  • HR-MS xác nhận phân tử:
    • Hợp chất 3a ($C_{17}H_{12}ClNOS_2$): Khối lượng phân tử tính toán $M = 345.8663\text{ Da}$. Pic ion $[M+Na]^+$ đo được trên phổ ESI-MS là $m/z = 367.9941$, sai số tuyệt đối $< 2\text{ ppm}$, khẳng định tính chính xác của công thức nguyên.

Bảng tổng hợp tính chất hóa lý của các sản phẩm

Hợp chất Nhóm thế $X$ Dung môi kết tinh Nhiệt độ nóng chảy ($^\circ C$) Trạng thái - Màu sắc Hiệu suất tổng hợp ($%$)
3a $4\text{-Cl}$ 1,4-Dioxan $215 - 217$ Tinh thể hình kim, màu vàng $78.5%$
3b $4\text{-OH}$ Ethanol $264$ Tinh thể mịn, màu cam $62.5%$
3c $4\text{-OCH}_3$ Aceton $238$ Tinh thể hình vảy, màu vàng $71.2%$
3d $4\text{-N(CH}_3)_2$ 1,4-Dioxan $248$ Tinh thể màu đỏ cam $68.4%$

Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn (In Vitro)

Thử nghiệm được tiến hành bằng phương pháp đục lỗ khuếch tán trên môi trường thạch MPA ($5\text{ g Peptone}, 5\text{ g cao thịt}, 5\text{ g NaCl}, 20\text{ g Agar} / 1000\text{ mL } H_2O$), ủ ở $37^\circ C$ trong $24\text{ giờ}$:

Bảng đường kính vòng kháng khuẩn vô khuẩn (D - d, đơn vị: mm):
+-------------------------------------------------------------------+
| Hợp chất  | Nồng độ khảo sát | E. coli (Gram -) | B. subtilis (Gram +)|
+-------------------------------------------------------------------+
| 3a (4-Cl) |       1%         |      15.0 mm     |       16.0 mm       |
|           |       2%         |      15.0 mm     |       16.0 mm       |
+-------------------------------------------------------------------+
| 3d (4-NMe₂)|      1%         |      15.0 mm     |       15.0 mm       |
|           |       2%         |      15.0 mm     |       15.0 mm       |
+-------------------------------------------------------------------+
  • Nhận xét hoạt tính: Cả hai hợp chất 3a và 3d đều thể hiện hoạt tính kháng khuẩn ở mức độ trung bình đối với cả hai chủng vi khuẩn khảo sát. Trong đó, dẫn xuất chứa nhóm hút electron halogen 3a ($4\text{-Cl}$) cho hoạt tính ức chế trên chủng vi khuẩn Gram dương (Bacillus subtilis) mạnh hơn chủng Gram âm (Escherichia coli).

Đổi mới và đóng góp khoa học

Cải tiến kỹ thuật thực nghiệm

  1. Khắc phục trở ngại pha phản ứng của amin thơm rắn: Thay vì phân tán trực tiếp $p$-toluidin rắn vào môi trường kiềm phân cực gây vón cục và tạo sản phẩm phụ thioure, việc hòa tan tiền chất trong lượng nhỏ ethanol tuyệt đối trước khi phản ứng với $CS_2$ đã nâng hiệu suất tạo muối dithiocacbamat lên trên $85%$, giúp hiệu suất tinh chế hợp chất cốt lõi 2 đạt $45.0%$.
  2. Kiểm soát chọn lọc đồng phân lập thể ($Z$-isomer): Phản ứng Knoevenagel trong môi trường acid acetic băng/natri acetat cho duy nhất một pic cộng hưởng của proton liên kết đôi $=\text{CH}-$ ở vùng trường yếu ($\delta = 7.74 - 7.85\text{ ppm}$). Hiệu ứng che chắn từ nhóm carbonyl vòng $C=O$ khẳng định các dẫn xuất tạo thành đều có cấu hình $(Z)$ bền vững về mặt nhiệt động học.
So sánh hiệu suất và điều kiện kỹ thuật với các công trình công bố:
--------------------------------------------------------------------------------------
Thông số kỹ thuật        Nghiên cứu này          Công trình [9] (Khaled)  Công trình [17] (Kamila)
--------------------------------------------------------------------------------------
Khung cốt lõi            3-N-(4-metylphenyl)     3-N-(2-alkyloxyaryl)     Thiazolidin-2,4-dion
Nhiệt độ phản ứng        Hồi lưu (110 - 118°C)   80 - 90°C                Vi sóng (120 - 140°C)
Thời gian phản ứng       4 - 7 giờ               8 - 12 giờ               5 - 15 phút
Hiệu suất dẫn xuất C-5   62.5% - 78.5%           55.0% - 68.0%            75.0% - 88.0%
Độ tinh khiết phân tích  Tái kết tinh trực tiếp  Qua cột sắc ký           Tái kết tinh
--------------------------------------------------------------------------------------

Đóng góp cấu trúc mới cho ngân hàng dữ liệu hóa dược

Hai dẫn xuất 3c [$5\text{-(4-metoxibenzyliden)-3-}N\text{-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on}$] và 3d [$5\text{-[4-(}N,N\text{-dimetylamino)benzyliden]-3-}N\text{-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on}$] là các cấu trúc dẫn xuất hoàn toàn mới, chưa từng được công bố trong các cơ sở dữ liệu hóa học tại thời điểm bảo vệ đề tài, làm phong phú thêm thư viện phân tử của hệ dị vòng thioxothiazolidinon.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp Hóa Dược

  • Khung cấu trúc dẫn đường (Lead Scaffolds): Khung $3\text{-}N\text{-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on}$ có thể đóng vai trò tiền chất để biến tính sâu hơn qua các phản ứng thế tại nguyên tử lưu huỳnh vị trí $C=S$ bằng các amin dị vòng (như morpholin, piperazin) nhằm tìm kiếm các hoạt chất kháng virus HIV-1 hoặc ức chế enzyme kinase trong điều trị ung thư.
  • Quy trình tổng hợp thân thiện và tiết kiệm chi phí: Không yêu cầu xúc tác kim loại chuyển tiếp đắt tiền (như $Pd, Pt$), không sử dụng dung môi độc hại thuộc nhóm 1 (theo phân loại ICH), sản phẩm dễ dàng cô lập bằng phương pháp kết tủa trong nước lạnh với độ tinh khiết cao.

Lộ trình tối ưu hóa và chuyển giao kỹ thuật

[Quy mô PTN (0.01 - 0.2 mol)] ---> [Tối ưu hóa xanh (Microwave / Siêu âm)] 
---> [Mở rộng thư viện dẫn xuất (Heteroaryl-CHO)] ---> [Sàng lọc Bioassay chuyên sâu (MIC, IC50, MTT)]

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật ghi nhận

  1. Dấu vết dung môi kết tinh: Trên phổ $^1H$-NMR của hợp chất 3d, xuất hiện tín hiệu phụ ở $\delta = 3.57\text{ ppm}$ ($4H$) và tích phân nhóm metyl $-N(CH_3)_2$ bị sai lệch nhẹ do mẫu phân tích còn giữ vết dung môi 1,4-dioxan trong mạng tinh thể.
  2. Phạm vi thử nghiệm vi sinh: Thử nghiệm kháng khuẩn dừng lại ở phương pháp đục lỗ khuếch tán định tính ($1%$ và $2%$), chưa xác định được giá trị nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) và nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (MBC).

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Ứng dụng hóa học xanh: Nghiên cứu tổng hợp hỗ trợ bằng lò vi sóng hoặc vi âm để rút ngắn thời gian phản ứng từ $4 - 7\text{ giờ}$ xuống dưới $15\text{ phút}$.
  • Biến tính dị vòng bậc cao: Mở rộng phản ứng ngưng tụ Knoevenagel với các anđehit dị vòng (như furan-2-carboxaldehyd, thiophen-2-carboxaldehyd, pyridin-4-carboxaldehyd).
  • Mô phỏng phân tử (Molecular Docking): Thực hiện mô phỏng tương tác kết nối phân tử (in silico docking) trên protein đích của vi khuẩn (ví dụ: DNA Gyrase B, D-Alanine-D-Alanine Ligase) để định hướng thiết kế cấu trúc tối ưu.

Đối tượng hưởng lợi

1. Sinh viên và Học viên Cao học ngành Hóa học / Hóa Dược

  • Tài liệu thực nghiệm chuẩn mực về phương pháp phân tích, quy kết cấu trúc phổ chi tiết ($^1H$-NMR 500 MHz, FT-IR, HR-MS) cho hợp chất dị vòng chứa lưu huỳnh và nitơ.
  • Nắm vững kỹ thuật xử lý phản ứng nhiều pha và kỹ thuật tái kết tinh tinh chế mẫu.

2. Các nhà nghiên cứu Hóa học Hữu cơ & Dược học

  • Cung cấp dữ liệu phổ và hằng số vật lý chính xác của các dẫn xuất 5-aryliden rhodanin mới phục vụ tra cứu và đối chiếu.
  • Cơ sở thực nghiệm để phát triển các cấu trúc phối tử mới cho phức chất kim loại có hoạt tính sinh học.

3. Phòng thí nghiệm R&D Dược phẩm

  • Cung cấp quy trình công nghệ 2 bước đơn giản, chi phí thấp, nguyên liệu ban đầu phổ thông ($p$-toluidin, $CS_2$) để tổng hợp hàng loạt hoạt chất sàng lọc thông lượng cao (High-Throughput Screening - HTS).

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phản ứng tạo muối dithiocacbamat phải khống chế nhiệt độ ở 0 – 10°C?

Phản ứng giữa $p$-toluidin, $CS_2$ và $NH_3$ là phản ứng tỏa nhiệt mạnh. Ở nhiệt độ cao ($> 20^\circ C$), muối amoni dithiocacbamat kém bền, dễ bị phân hủy giải phóng khí độc $H_2S$ hoặc chuyển hóa tạo sản phẩm phụ thiocarbanilid không mong muốn, làm giảm nghiêm trọng hiệu suất tạo vòng ở bước sau.

2. Căn cứ nào để khẳng định hợp chất (2) đã tạo vòng thiazolidinon thành công?

  • Trên phổ FT-IR: Không còn dải hấp thụ dao động hóa trị của nhóm $-\text{NH}_2$ tự do ($> 3300\text{ cm}^{-1}$), xuất hiện đỉnh hấp thụ mạnh của nhóm $C=O$ lactam ở $1705\text{ cm}^{-1}$ và nhóm $C=S$ ở $1234\text{ cm}^{-1}$.
  • Trên phổ $^1H$-NMR: Xuất hiện pic cộng hưởng singlet đặc trưng của 2 proton nhóm metylen vòng ($-CH_2-$ tại vị trí $C-5$) ở $\delta = 4.37\text{ ppm}$.

3. Phản ứng ngưng tụ Knoevenagel tạo ra đồng phân hình học Z hay E?

Theo dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân $^1H$-NMR, proton trên liên kết đôi exo ($=\text{CH}-$) có độ dịch chuyển dịch chuyển mạnh về vùng trường yếu ($\delta = 7.74 - 7.85\text{ ppm}$) do chịu ảnh hưởng trực tiếp của hiệu ứng phi đẳng hướng từ nhóm carbonyl $C=O$ liền kề. Điều này chứng minh cấu hình không gian ưu thế tuyệt đối là đồng phân $(Z)$, trong đó vòng phenyl của nhóm aryliden và nhóm carbonyl nằm cùng phía.

4. Tại sao trên phổ ¹H-NMR của hợp chất 3d xuất hiện pic ở 3.57 ppm?

Tín hiệu singlet tích phân tương đương $4H$ ở $\delta = 3.57\text{ ppm}$ là pic đặc trưng của các proton methylene trong phân tử dung môi 1,4-dioxan. Do 1,4-dioxan được sử dụng làm dung môi tái kết tinh sản phẩm 3d, các phân tử dung môi đã bị giữ lại một phần trong mạng lưới tinh thể phân tử hữu cơ.

5. Khả năng kháng khuẩn của các chất này có thể được nâng cao bằng cách nào?

Có thể đưa thêm các nhóm thế hút electron mạnh hơn (như $-NO_2, -CF_3, -F$) vào nhân thơm ở vị trí $C-5$, hoặc ngưng tụ với các dị vòng có tính kháng sinh sẵn có (như quinolin, benzothiazol) để tăng ái lực liên kết với màng tế bào vi khuẩn và ribosome đích.

Kết luận

Đề tài khóa luận tốt nghiệp của tác giả Vũ Minh Cường (hướng dẫn bởi TS. Nguyễn Tiến Công, Khoa Hóa học - ĐH Sư phạm TP.HCM) đã thực hiện thành công quy trình tổng hợp 2 giai đoạn điều chế hợp chất cốt lõi 3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on và dãy 4 dẫn xuất 5-aryliden-3-$N$-(4-metylphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-on (3a–d) với hiệu suất tổng hợp cao ($62.5% - 78.5%$).

Toàn bộ cấu trúc hóa học của các sản phẩm được chứng minh một cách tường minh và khoa học bằng sự kết hợp chặt chẽ của các phương pháp quang phổ hiện đại (FT-IR, $^1H$-NMR 500 MHz, HR-MS). Kết quả sàng lọc hoạt tính sinh học bước đầu cho thấy các dẫn xuất tổng hợp thể hiện khả năng kháng khuẩn rõ rệt trên cả vi khuẩn Gram âm và Gram dương (vòng vô khuẩn đạt $15 - 16\text{ mm}$). Đây là tiền đề khoa học quan trọng, mở ra hướng nghiên cứu sâu hơn về việc gắn kết các khung dị vòng hoạt tính nhằm tìm kiếm các ứng viên thuốc kháng sinh và kháng ung thư tiềm năng trong tương lai.