Nghiên Cứu Tổng Hợp Dẫn Xuất Chứa Dị Vòng Benzo[d]Thiazole Qua Phản Ứng Ghép Chéo Suzuki

• Tác giả: Vũ Thị Ánh Tuyết
• Trường học: Trường Cao Đẳng Sư Phạm
• Chuyên ngành: Khoa Học Công Nghệ
• Đề tài: Tổng Hợp Dẫn Xuất Chứa Dị Vòng Benzo[d]Thiazole Qua Phản Ứng Ghép Chéo Suzuki
• Loại tài liệu: Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học
• Năm xuất bản: 2021 - 2022
• Địa điểm: Lạng Sơn

• MỞ ĐẦU
• 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Cấu tạo và tính chất của dị vòng benzo[d]thiazole
• 1.2. Sơ lược về lịch sử nghiên cứu dị vòng benzo[d]thiazole
• 1.2.1. Trong nước
• 1.2.2. Trên thế giới
• 1.2.2.1. Phương pháp tổng hợp
• 1.2.2.1.1. Tổng hợp dị vòng benzo[d]thiazole từ o-aminothiphenol
• 1.2.2.1.2. Tổng hợp dị vòng benzo[d]thiazole từ o-aminohalogenbenzen
• 1.2.2.2. Tổng hợp dị vòng benzo[d]thiazole có sử dụng lò vi sóng
• 1.2.2.3. Tổng hợp dị vòng benzo[d]thiazole thông qua phản ứng ghép chéo Suzuki
• 1.3. Hoạt tính sinh học của dẫn xuất chứa dị vòng benzo[d]thiazole
• 1.3.1. Hoạt tính chống ung thư
• 2. THỰC NGHIỆM HÓA CHẤT, THIẾT BỊ VÀ SƠ ĐỒ TỔNG HỢP
• 2.1. Hóa chất, thiết bị và sơ đồ tổng hợp
• 2.1.1. Hóa chất và thiết bị sử dụng để tổng hợp
• 2.1.2. Tổng hợp dẫn xuất (1)
• 2.1.3. Tổng hợp dẫn xuất (2a-2m)
• 2.2. Nghiên cứu cấu trúc
• 2.2.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
• 2.2.2. Phổ khối lượng
• 2.3. Hoạt tính oxy hóa
• 2.4. Hoạt tính huỳnh quang
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tổng hợp dẫn xuất 1
• 3.2. Tổng hợp dẫn xuất 2
• 3.3. Xác định cấu trúc bằng phổ cộng hưởng từ proton
• 3.4. Xác định cấu trúc bằng phổ khối lượng MS
• 3.5. Thử hoạt tính chống oxy hóa
• 3.6. Hoạt tính huỳnh quang
• 3.7. Xử lý số liệu và công bố trên tạp chí chuyên ngành
• 3.8. Hướng nghiên cứu tiếp theo
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Tổng Hợp Dẫn Xuất Benzo d Thiazole

Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp hữu cơ các dẫn xuất chứa dị vòng Benzo[d]thiazole thông qua phản ứng ghép chéo Suzuki. Phản ứng Suzuki coupling là một công cụ mạnh mẽ trong hóa học hữu cơ, cho phép tạo liên kết C-C một cách hiệu quả. Các dẫn xuất Benzo thiazole có nhiều ứng dụng quan trọng trong hóa dược, làm thuốc và vật liệu. Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp tổng hợp mới, hiệu quả hơn cho các hợp chất này là vô cùng cần thiết. Đề tài này, với mã số LCE.Đ01, được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu tại Trường Cao đẳng Sư phạm Lạng Sơn trong năm học 2021-2022, cho thấy sự quan tâm và đầu tư vào lĩnh vực hóa học dị vòng trong nước.

1.1. Tầm Quan Trọng của Phản Ứng Ghép Chéo Suzuki

Phản ứng Suzuki đóng vai trò then chốt trong việc tạo liên kết carbon-carbon, một kỹ thuật quan trọng trong tổng hợp hữu cơ. Theo nghiên cứu, phản ứng này có khả năng tạo ra các hệ dị vòng liên hợp π một cách hiệu quả. Sự linh hoạt và khả năng thích ứng với nhiều loại dẫn xuất halogen và axit arylboronic khiến nó trở thành một phương pháp tổng hợp được ưa chuộng. Nghiên cứu của Suzuki A. về phản ứng ghép chéo đã được ghi nhận bằng giải thưởng Nobel Hóa học năm 2010.

1.2. Ứng Dụng Đa Dạng của Dẫn Xuất Benzo d thiazole

Các dẫn xuất Benzo[d]thiazole được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Theo tài liệu, chúng có hoạt tính chống khối u, chống ung thư, kháng khuẩn, và điều hòa tăng trưởng thực vật. Gần đây, các dẫn xuất này còn được nghiên cứu ứng dụng trong các lĩnh vực như sắc tố quang học phi tuyến tính, đầu dò huỳnh quang, và chất cảm ứng hữu cơ cho OLED. Điều này cho thấy tiềm năng to lớn của các hợp chất này trong cả y học và công nghệ.

II. Thách Thức và Vấn Đề Khi Tổng Hợp Benzo d Thiazole

Mặc dù có nhiều phương pháp tổng hợp hữu cơ Benzo[d]thiazole, vẫn còn tồn tại những thách thức nhất định. Các phương pháp truyền thống thường đòi hỏi thời gian phản ứng dài, sử dụng lượng lớn xúc tác, và điều kiện phản ứng khắc nghiệt. Điều này có thể dẫn đến hiệu suất thấp, lãng phí tài nguyên, và ảnh hưởng đến môi trường. Việc tìm kiếm các phương pháp tổng hợp thuôc mới, hiệu quả hơn, thân thiện với môi trường là một yêu cầu cấp thiết. Nghiên cứu này hướng đến giải quyết những thách thức này bằng cách sử dụng phản ứng ghép chéo Suzuki và lò vi sóng gia đình.

2.1. Hạn Chế của Các Phương Pháp Tổng Hợp Truyền Thống

Các phương pháp tổng hợp Benzo[d]thiazole truyền thống thường gặp phải những hạn chế đáng kể. Theo tài liệu, những phương pháp này có thể đòi hỏi thời gian phản ứng kéo dài, sử dụng lượng lớn chất xúc tác, và điều kiện phản ứng khắc nghiệt. Ví dụ, một số phản ứng cần thời gian từ 2 đến 12 giờ để hoàn thành. Điều này không chỉ làm tăng chi phí sản xuất mà còn có thể gây ra các vấn đề về môi trường do lượng chất thải hóa học lớn.

2.2. Tìm Kiếm Giải Pháp Hóa Học Xanh trong Tổng Hợp Hữu Cơ

Việc tìm kiếm các giải pháp hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ là một xu hướng tất yếu. Tài liệu nhấn mạnh rằng các phương pháp truyền thống thường gây lãng phí và ảnh hưởng đến môi trường. Do đó, việc phát triển các phương pháp mới, sử dụng ít chất xúc tác, điều kiện phản ứng nhẹ nhàng hơn, và thời gian phản ứng ngắn hơn là vô cùng quan trọng. Sử dụng lò vi sóng gia đình là một hướng đi tiềm năng trong việc giải quyết vấn đề này.

III. Phương Pháp Ghép Chéo Suzuki và Lò Vi Sóng Gia Đình

Nghiên cứu này sử dụng phản ứng ghép chéo Suzuki, một trong những phản ứng hiệu quả nhất để tạo liên kết C-C, kết hợp với lò vi sóng gia đình để tổng hợp hữu cơ các dẫn xuất chứa dị vòng Benzo[d]thiazole. Việc sử dụng lò vi sóng gia đình giúp giảm thời gian phản ứng, tiết kiệm năng lượng, và giảm thiểu tác động đến môi trường. Phương pháp này hứa hẹn mang lại hiệu quả cao, chi phí thấp, và thân thiện với môi trường. Nghiên cứu này khai thác ưu điểm của phản ứng Suzuki coupling trong hóa học dị vòng.

3.1. Ưu Điểm Của Phản Ứng Suzuki Coupling Trong Hóa Học Dị Vòng

Phản ứng Suzuki cho phép tạo liên kết carbon-carbon một cách hiệu quả. Nghiên cứu của Hayashi đã chỉ ra phản ứng đóng vòng Benzo[d]thiazole bằng phản ứng giữa 2-aminobenzenethiol với các dẫn xuất halogen benzaldehyt có sử dụng xúc tác than hoạt tính trong môi trường oxy. Yeon Heo và cộng sự đã thực hiện phản ứng giữa 2,6-dichlorobenzothiazole với axit arylboronic để tổng hợp 2-aryl-6-chlorobenzothiazoles thông qua phản ứng ghép chéo Suzuki và được xúc tiến bằng lò vi sóng.

3.2. Ứng Dụng Lò Vi Sóng Gia Đình Để Tăng Tốc Phản Ứng Hóa Học

Lò vi sóng có khả năng gia nhiệt nhanh chóng và đồng đều, giúp tăng tốc độ phản ứng và giảm thời gian phản ứng. Kỹ thuật này có thể áp dụng cho nhiều loại phản ứng khác nhau như tạo dị vòng và chuyển vị. Raun và cộng sự thực hiện phản ứng ngưng tụ giữa o-aminothiophenol và axit thơm cũng tạo thành dị vòng Benzo[d]thiazole với hiệu suất 99% trong thời gian 4 phút.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Tổng Hợp và Xác Định Cấu Trúc

Nghiên cứu đã thành công trong việc tổng hợp một số dẫn xuất chứa dị vòng Benzo[d]thiazole thông qua phản ứng ghép chéo Suzuki sử dụng lò vi sóng gia đình. Cấu trúc của các hợp chất tổng hợp được xác định bằng các phương pháp phổ hiện đại như ¹H NMR, ¹³C NMR, MS, HSQC, và HMBC. Kết quả cho thấy phương pháp này có hiệu quả trong việc tổng hợp hữu cơ các dẫn xuất Benzo[d]thiazole với hiệu suất tương đối cao. Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích sản phẩm phản ứng chi tiết.

4.1. Sử Dụng Phổ NMR Để Xác Định Cấu Trúc Dẫn Xuất Benzo d thiazole

Phổ NMR (¹H NMR, ¹³C NMR, HSQC, và HMBC) là công cụ mạnh mẽ để xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ. Các dữ liệu phổ NMR cung cấp thông tin chi tiết về các nhóm chức, liên kết, và môi trường xung quanh các nguyên tử trong phân tử. Nghiên cứu đã sử dụng các dữ liệu này để xác nhận cấu trúc của các dẫn xuất Benzo[d]thiazole đã được tổng hợp.

4.2. Ứng Dụng Phổ Khối Lượng MS Để Xác Nhận Phân Tử Lượng

Phổ khối lượng (MS) được sử dụng để xác định phân tử lượng của các hợp chất. Dữ liệu phổ MS cung cấp thông tin về khối lượng của ion phân tử và các mảnh vỡ, giúp xác nhận công thức phân tử của hợp chất. Nghiên cứu đã sử dụng phổ MS để xác nhận phân tử lượng của các dẫn xuất Benzo[d]thiazole đã được tổng hợp, ví dụ phổ +MS của dãy chất 2a-2m. Cần phải có HR-MS High Resolution Mass Spectrometry (Phổ khối có độ phân giải cao) để có thể xác định một cách chính xác nhất.

V. Hoạt Tính Sinh Học Khảo Sát Hoạt Tính Huỳnh Quang và Chống Oxy Hóa

Nghiên cứu cũng khảo sát hoạt tính huỳnh quang và hoạt tính chống oxy hóa của một số hợp chất tổng hợp. Kết quả cho thấy một số dẫn xuất Benzo[d]thiazole có khả năng phát huỳnh quang và có hoạt tính chống oxy hóa. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng của các hợp chất này trong các lĩnh vực như y học, hóa sinh, và vật liệu. Ứng dụng của Benzo[d]thiazole trong lĩnh vực y sinh được đặc biệt quan tâm.

5.1. Đánh Giá Hoạt Tính Huỳnh Quang của Các Dẫn Xuất Benzo d thiazole

Hoạt tính huỳnh quang là một đặc tính quan trọng của một số hợp chất, cho phép chúng phát ra ánh sáng khi được kích thích bởi ánh sáng khác. Các hợp chất có hoạt tính huỳnh quang có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm cảm biến, hình ảnh y học, và vật liệu phát quang.Nghiên cứu khảo sát khả năng phát huỳnh quang của các chất ở 3 nồng độ khác nhau.

5.2. Thử Nghiệm Hoạt Tính Chống Oxy Hóa của Dẫn Xuất

Hoạt tính chống oxy hóa là khả năng của một hợp chất để ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình oxy hóa, một quá trình có thể gây hại cho tế bào và mô. Các hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa có thể được sử dụng để bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do các gốc tự do và các tác nhân oxy hóa khác.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo về Benzo d Thiazole

Nghiên cứu đã thành công trong việc tổng hợp hữu cơ một số dẫn xuất chứa dị vòng Benzo[d]thiazole thông qua phản ứng ghép chéo Suzuki sử dụng lò vi sóng gia đình. Các hợp chất tổng hợp có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là y học và vật liệu. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa điều kiện phản ứng Suzuki, khảo sát hoạt tính sinh học của các hợp chất tổng hợp thuôc một cách chi tiết hơn, và phát triển các ứng dụng cụ thể cho các hợp chất này.

6.1. Tối Ưu Hóa Điều Kiện Phản Ứng Suzuki để Tăng Hiệu Suất

Việc tối ưu hóa các điều kiện phản ứng Suzuki có thể giúp tăng hiệu suất phản ứng và giảm thiểu lượng chất thải hóa học. Nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như xúc tác, dung môi, nhiệt độ, và thời gian phản ứng đến hiệu suất và độ chọn lọc phản ứng.

6.2. Nghiên Cứu Sâu Hơn về Hoạt Tính Sinh Học và Ứng Dụng

Nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc khảo sát hoạt tính sinh học của các hợp chất tổng hợp thuôc một cách chi tiết hơn, bao gồm hoạt tính chống ung thư, kháng khuẩn, kháng viêm, và các hoạt tính khác. Ngoài ra, cần nghiên cứu phát triển các ứng dụng cụ thể cho các hợp chất này trong các lĩnh vực như y học, hóa sinh, và vật liệu.