MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay có rất ít phản ứng góp phần nâng cao hiệu quả tổng hợp hữu cơ như các phản ứng ghép chéo có xúc tác paladi. Các phản ứng ghép chéo này được sử dụng trong nghiên cứu trên toàn thế giới cũng như được sử dụng trong nghiên cứu sản xuất thương mại dược phẩm và nhiều loại sản phẩm được sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử, trong một số ngành khác. Do những đóng góp quan trọng vào nâng cao hiệu quả tổng hợp hữu cơ, phản ứng ghép chéo Suzuki đã được các nhà khoa học ghi nhận bằng giải thưởng Nobel Hóa học năm 2010 dành cho nhà Hoá học Suzuki A.
Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của phản ứng Suzuki là đưa ra một cách hiệu quả nhất để điều chế hệ dị vòng liên hợp π thông qua việc hình thành liên kết cacbon - cacbon. Do đó “khớp nối Suzuki” là một phương pháp tổng hợp linh hoạt, có nhiều ưu điểm như thích ứng với nhiều dẫn xuất halogen cũng như dẫn xuất arylboronic acid. Trong những năm gần đây, hóa học các hợp chất dị vòng đã phát triển một cách mạnh mẽ. Số lượng các hợp chất dị vòng được tổng hợp ngày càng nhiều, những đặc tính cũng như tính chất của chúng cũng được nghiên cứu ngày một đầy đủ và hệ thống.
Nhiều đặc tính quý báu của các hợp chất dị vòng được khám phá và được ứng dụng vào các lĩnh vực của đời sống, sản xuất ngày một phong phú, đa dạng. Các hợp chất dị vòng thơm như oxazole, imidazole, thiazole… đang nhận được rất nhiều sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học vì những ứng dụng của chúng trong các ngành sản xuất như: hóa dược, phẩm nhuộm… ngoài ra nó còn được ứng dụng trong trong y học do các hợp chất này có hoạt tính sinh học cao. Trong số đó thì dị vòng thiazole thể hiện là một trung tâm mang dược tính đáng để chúng ta quan tâm nghiên cứu. Một số hợp chất chứa dị vòng thiazole được dùng làm thuốc như vitamin B1 (thiamine), Peniciline, Ritonavir.
Theo nghiên cứu của nhiều tác giả thì dị vòng thiazole có khả năng chống nấm [18], kháng viêm, chống co giật [44], chống ung thư [5], gây ức chế sự phân chia tế bào [9]. Các dẫn xuất có chứa dị vòng benzo[d]thiazole đã được nghiên cứu rộng rãi cho các hoạt tính chống khối u [32], chống ung thư [6], kháng khuẩn [24], điều hòa tăng trưởng thực vật [28, 35, 52]. Gần đây việc ứng dụng của các dẫn xuất có chứa dị vòng benzo[d]thiazole đã được nghiên cứu. Chẳng hạn như sắc tố quang 1 học phi tuyến tính mới làm đầu dò huỳnh quang [25, 54], chất cảm ứng hữu cơ để phát sáng điot hữu cơ (OLED) [7], … Do vậy, với mong muốn tổng hợp được những chất mới chứa dị vòng thiazole, đặc biệt là dị vòng chứa benzo[d]thiazole, nhằm góp phần vào việc nghiên cứu dị vòng thiazole nên chúng tôi quyết định chọn đề tài: “Tổng hợp dẫn xuất chứa dị vòng benzo[d]thiazole thông qua phản ứng ghép chéo Suzuki”.
Mục đích nghiên cứu - Tổng hợp và xác định cấu trúc một số dẫn xuất chứa dị vòng benzo[d]thiazole. - Khảo sát hoạt tính huỳnh quang và hoạt tính chống oxy hóa của một số hợp chất chọn lọc. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất chứa dị vòng benzo[d]thiazole. - Xác định cấu trúc của các hợp chất tổng hợp được bằng các phương pháp phổ hiện đại như: 1H NMR, 13C NMR, MS, HSQC, HMBC.
- Khảo sát hoạt tính huỳnh quang, tính chống oxy hóa của một số hợp chất chọn lọc. Phạm vi nghiên cứu Thông qua phản ứng ghép chéo Suzuki kết hợp với sử dụng lò vi sóng gia đình để tổng hợp dẫn xuất chứa dị vòng benzo[d]thiazole. Phương pháp nghiên cứu - Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm: sử dụng lò vi sóng gia đình, phản ứng ghép chéo Suzuki với xúc tác paradin và các phương pháp tinh chế trong tổng hợp hữu cơ như chạy sắc ký lớp mỏng (TLC), sắc ký cột silicagel,… - Xác định cấu trúc bằng các phương pháp phổ hiện đại. + Phổ cộng hưởng từ một chiều (1H NMR, 13C NMR).
+ Phổ hai chiều (HSQC, HMBC) + Phổ khối lượng MS - Đo hoạt tính huỳnh quang, thử hoạt tính chống oxy hóa của một số dẫn xuất tổng hợp được. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Cấu tạo và tính chất của dị vòng benzo[d]thiazole 1. Cấu tạo Benzo[d]thiazole là hợp chất dị vòng ngưng tụ gồm dị vòng 5 cạnh 1,3- azole được kết hợp với vòng benzene thuộc họ benzo-1,3-azole… Trong phân tử của dị vòng 5 cạnh có một nguyên tử N và một nguyên tử S ở vị trí 1, 3 với nhau.
Công thức phân tử là C7H5NS. Tính chất Benzo[d]thiazole có khối lượng phân tử là 135,19 g/mol, chất lỏng không màu và hơi nhớt, nhiệt độ nóng chảy 20C, nhiệt độ sôi 227-2280C, khối lượng riêng là 1,238 g/mL. Benzothiazole không được sử dụng trong đời sống mà chỉ sử dụng trong công nghiệp và trong nghiên cứu. Sơ lược về lịch sử nghiên cứu dị vòng benzo[d]thiazole 1.
Trong nước Dị vòng benzo[d]thiazole lần đầu tiên được nghiên cứu tổng hợp ở Việt Nam vào năm 1995 do PGS. TS Trấn Thị Tửu công bố [4]. Tuy nhiên, mãi đến 2009, PGS. TS Hồ Xuân Đậu và cộng sự mới công bố nghiên cứu về tổng hợp một vài dẫn xuất chứa dị vòng benzo[d]thiazole [1].
Tuy nhiên những công trình trên chỉ dừng lại ở tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc mà chưa quan tâm đến hoạt tính sinh học của chúng. Đến năm 2010, dẫn xuất chứa dị vòng benzo[d]thiazole được quan tâm và nghiên cứu nhiều hơn. Ví dụ, nhóm nghiên cứu của GS. Nguyễn Hải Nam (ĐH Dược Hà Nội) đã phát hiện một số dẫn xuất chứa dị vòng benzo[d]thiazole có hoạt tính mạnh với ba dòng tế bào ung thư phổi A549, ung thư vú MCF7-MDR và tế bào ung thư sợi ở người HT1080.
Ngoài ra hầu hết các dẫn xuất chứa dị vòng benzo[d]thiazole thể hiện kháng khuẩn ở mức trung bình với vi khuẩn Staphyllococcus aureus và một số nấm khác [40]. Nguyễn Hải Nam và cộng sự tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu này khi phát triển dãy dẫn xuất có chứa dị vòng benzo[d]thiazole có nhóm thế ở vị trí 6. Nhóm tác giả đã nghiên cứu tác dụng của chúng trên nhiều dòng tế bào ung thư như: tế bào ung thư phổi A549, ung thư buồng trứng Hela, ung thư vú MCF7. Kết quả cho thấy nồng độ ức chế vào khoảng 0,66 µg/mL.
Dãy dẫn xuất này cũng thể hiện hoạt tính kháng nấm Apergillus niger ở mức độ trung bình [41]. Khi nghiên cứu 3 các nhóm thế ở vị trí khác nhau trong nhân dị vòng benzo[d]thiazole như vị trí số 2, 4 nhóm nghiên cứu đã khảo sát khả năng kháng ung thư trên các tế bào ung thư phổ biến, kháng khuẩn và kháng nấm. Kết quả của nhóm tác giả thu được cho thấy đây là những dẫn xuất có tiềm năng lớn. Chẳng hạn có 02 dẫn xuất thể hiện hoạt tính kháng nấm A.
Dẫn xuất có chứa brom thể hiện hoạt tính kháng khuẩn tốt hơn. Về kết quả thử trên các tế bào ung thư A549, HT1080, MCF7-MDR chỉ ra rằng 03 dẫn xuất có khả năng ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư ở mức tốt. IC50 của chúng trong khoảng 10,07-13,21ug/ml. dẫn xuất chứa brom đã thể hiện khả năng ức chế tế bào ung thư tốt hơn.
Năm 2013, tác giả Oanh và cộng sự đã tổng hợp 12 dẫn xuất chứa dị vòng benzo[d]thiazole và thử khả năng ức chế enzym histone deacetylases (HDAC) có so sánh với SAHA-hợp chất được công nhận là thuốc chữa nhiều bệnh ung thư liên quan đến hạch bạch huyết. Từ kết quả nghiên cứu tác giả nhận thấy nhân benzen của SAHA không có tương tác đáng kể với enzym HDAC8, tương tự khi thay nhân benzen bằng dị vòng benzo[d]thiazole, dị vòng này có khả năng liên kết với HDAC8 khá yếu và tương đồng như nhân thơm benzen của SAHA. Điều này giúp nghiên cứu cơ chế sinh ra hoạt tính sinh học của nhiều dẫn xuất tương tự, Hình 1.1: SAHA và hợp chất 1, 2 tương tác với HDAC8 4 1. Trên thế giới 1.
Phương pháp tổng hợp Trên thế giới, dị vòng benzo[d]thiazole được nghiên cứu tổng hợp rất sớm bởi Hofmann từ axit formic và o-aminothiphenol [26]. Sau đó các phương pháp tổng hợp dị vòng này phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây do hoạt tính sinh học đa dạng của nó. Trên cơ sở chất phản ứng, các phương pháp tổng hợp dị vòng benzo[d]thiazole được phân loại theo các phản ứng cơ bản sau: 1. Tổng hợp dị vòng benzo[d]thiazole từ o-aminothiphenol Nghiên cứu của Gorepatil và các cộng cho thấy samarium triflate là một xúc tác hữu hiệu đã giúp phản ứng xảy ra trong điều kiện nhẹ nhàng trong không khí với hỗn hợp dung môi etanol và nước.
Hiệu suất phản ứng từ 72 đến 96 %, thời gian hoàn thành phản ứng từ 2 đến 12 giờ. Điều thú vị là tác giả đã nghiên cứu tái sử dụng xúc tác và cho hiệu suất tương tự như xúc tác mới [22]. Nguyễn và cộng sự đã sử dụng lưu huỳnh để đóng vòng benzo[d]thiazole từ o-aminohiphenol và amin. Khi dùng amin có lợi thế tạo thành dẫn xuất chứa benzo[d]thiazole chứa “R” là ankyl.
Mặc dù phản ứng này cho phép tổng hợp lượng lớn tuy nhiên thời gian phản ứng này dài và chỉ đạt hiệu suất trung bình từ 43 đến 83% [42]. Bastug và cộng sự sử dụng axit Lewis BF3.OEt2 xúc tác cho phản ứng khép vòng của dẫn xuất anilin với các orthoeste tạo dị vòng benzoxazole, benzo[d]thiazole, và benzimidazole. Hiệu suất của phản ứng rất cao khoảng 95% và thực hiện ở ngay nhiệt phòng [10]. Tổng hợp dị vòng benzo[d]thiazole từ o-aminohalogenbenzen Phản ứng oxy hóa khép vòng tách nhóm cacboxylic giữa o-chloronitroaren và axit arylacetic có mặt lưu huỳnh và N-methylmorpholine (NMM) theo cơ chế 5 gốc khá thú vị.
Tuy nhiên phản ứng cần thời gian dài và nhiệt độ cao, tinh chế khá phức tạp [23]. Những phương pháp này có nhược điểm như: thời gian phản ứng dài, sử dụng chất xúc tác dư thừa gây lãng phí và ảnh hưởng đến môi trường, điều kiện phản ứng khắc nghiệt, hiệu suất thấp… 1. Tổng hợp dị vòng benzo[d]thiazole có sử dụng lò vi sóng Gần đây lò vi sóng được sử dụng khá nhiều trong phản ứng đóng vòng benzothiazole do có nhiều lợi ích. Thời gian của phản ứng ngắn hơn rất nhiều, thậm chí chỉ cần vài chục giây.
Do khả năng gia nhiệt bất ngờ nên dẫn đến làm tăng tốc độ phản ứng. Đồng thời dùng lò vi sóng hạn chế sự ảnh hưởng của thành bình phản ứng nên làm cho việc làm nóng phản ứng nhanh hơn và tránh được các điểm quá nhiệt dẫn tới các phản ứng phụ.