Chương 1. Sơ lược về eugenolxyacetic acid và các dẫn xuất 1. Eugenoxyacetic acid Eugenoxyacetic acid (2-methoxy-4-(prop-1-enyl)phenoxyacetic acid) là chất rắn màu trắng tinh thể hình kim, có công thức cấu tạo: OCH3 CH2=CHCH2 OCH2COOH 1 Eugenoxyacetic acid là chất có tác dụng kích thích sự nảy mầm của hạt lúa, ngô, đỗ xanh, khoai tây, kích thích sự phát triển rễ và chồi non một số loài cây trồng như cà chua, dưa chuột, dưa hấu,. Eugenoxyaxetic acid có tác dụng kích thích nảy mầm tốt ở thời điểm 24 giờ kể từ khi ngâm hạt đối với đỗ xanh, còn với hạt lúa CR203 trong 24 giờ đầu tiên [2, 11].
Ngoài ra, nhiều nghiên cứu cho thấy eugenoxyacetic acid có tác dụng diệt vi khuẩn, vi rút [61, 54, 64]. Khi clo hóa eugenoxyacetic acid với sulfuryl clorua SO2Cl2 trong CCl4 thì thu được sản phẩm là trichloeugenoxyacetic acid, sau đó chuyển hóa thành hydrazide, rồi ngưng tụ với các aldehyde và ketone thơm được dãy các hydrazide-hidrazone. Trichloeugenoxyacetic acid và các hydrazide thế có hoạt tính ức chế trung bình với một số khuẩn Gram (+). Một số dẫn xuất của eugenolxyacetic acid Một đồng phân quan trọng của eugenoxyacetic acid là isoeugenoxyacetic acid, có công thức cấu tạo: CH3-CH=CH OCH2COOH OCH3 2 Isoeugenoxyacetic acid thường được tổng hợp từ eugenol trong tinh dầu hương nhu nên không gây hại đến môi trường và sức khỏe con người.
4 Các hydrazide, amide và hydrazide-hydrazone của eugenoxyacetic acid đã được điều chế và thử hoạt tính sinh học được công bố trong công trình [8]. OCH3 CH2=CHCH2 OCH2CO - NH -C6H4R -p R: H, CH3-, CH3O-, C2H5O- 3 1. Tình hình tổng hợp và chuyển hóa dị vòng furoxan những năm gần đây 1. Cấu tạo của vòng furoxan Dị vòng 5 cạnh oxadiazole chứa 2 dị tử là oxigen và nitrogen thuộc nhóm dị vòng thơm.
Dị vòng 1,2,5-oxadiazole có tên thông thường là furazan, N- oxide của furazan, hay dị vòng 1,2,5-oxadiazole-2-oxide được gọi là furoxan. Các hợp chất furazan và furoxan lần lượt có cấu tạo như sau: 4 3 4 3 2 5N N2 5N N O hoÆc N N O O1 O1 O Furazan Furoxan Trong công trình này chúng tôi sử dụng công thức của furoxan là: Thực nghiệm cho thấy, các nguyên tử cấu tạo vòng 1,2,5-oxadiazol đều ở trạng thái lai hoá sp2, Hai cặp electron của 2 liên kết C=N cùng với cặp electron chưa liên kết của nguyên tử oxygen hình thành hệ liên hợp kín, đảm bảo quy tắc Hulken (4n+2) nên vòng 1,2,5-oxadiazol có tính thơm. Tính chất phổ của vòng furoxan a. Phổ hồng ngoại (Phổ IR) Trên phổ IR: trong vùng 400-3300 cm-1 có các vân phổ xác nhận sự có mặt của vòng 1,2,5-oxadiazole-2-oxide.
Vân ở 1625 – 1600 cm-1 có cường độ mạnh và được sử dụng nhiều để nhận biết dị vòng furoxan. Phổ UV Phổ hấp thụ tử ngoại được nghiên cứu đầu tiên bởi Milone và nhiều công trình khác sau đó. Dialkyl furoxan hấp thụ cực đại ở 258nm (trong ethanol). Vân này chuyển dịch về phía sóng dài khi chuyển sang dung môi không proton.
Các aryl furoxan hấp thụ bước sóng dài hơn (255- 285 nm). Phổ NMR Đối với các dị vòng furoxan có chứa nhóm thế methyl, tín hiệu CH3 của nhóm methyl khi ở gần nhóm NO (-CH3 ở carbon số 3) xuất hiện ở trường cao hơn với khi ở xa nhóm NO (-CH3 ở carbon số 4). Điều này được khẳng định khi so sánh phổ 1H NMR của hai đồng phân N-oxide với hợp chất furazan tương ứng, cho thấy độ chuyển dịch hóa học của các proton nhóm methyl ở vị trí 3 là vào khoảng 2,31 – 2,33 ppm thấp hơn so với proton nhóm methyl ở furazan, trong khi đó độ chuyển dịch hóa học các proton nhóm methyl ở vị trí 4 là vào khoảng 2,5 – 2,53 ppm, xấp xỉ với furazan. CH3 R N N O O Phổ 13C NMR của các hợp chất furoxan còn ít được nghiên cứu, một số công trình cho thấy vòng furazan có độ chuyển dịch hoá học của C3 và C4 là như nhau còn ở furoxan thì (C3) < (C4).
Phổ MS Các nghiên cứu về hệ thống phổ khối lượng của dãy furoxan còn hạn chế. Khác với các hợp chất thơm có nhóm N-oxide, ở các furoxan píc ứng với sự 6 mất một nguyên tử oxigen (M-16)+ thường là pic yếu, hiếm khi là pic mạnh. Sự phân mảnh của vòng furoxan được đặc trưng bởi các pic (M-NO)+ và (M- N2O2)+. Nguyên nhân của sự bất thường trên là sự mở vòng tạo ra hợp chất dinitroso, sau đó mất đi một hoặc hai phân tử NO.
R1 R2 R1 R2 R1 R2 - NO - NO N N R2 C C R1 ON NO N O O O 1. Một số phương pháp tổng hợp vòng furoxan Dị vòng furoxan là dị vòng được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu do có khả năng đặc biệt giải phóng NO. Do đó, các phương pháp tổng hợp và chuyển hóa dị vòng furoxan được nghiên cứu nhiều. Điển hình là các phương pháp tổng hợp từ nitrile oxide, nitro hóa các olefin, oxi hóa 1,2-dioxime hay đề hiđrat hóa các α-nitroketoxime… a.
Tổng hợp dị vòng furoxan từ nitrile oxide Phương pháp đime hoá nitrile oxide bằng cách đun nóng nitrile oxide thu được các diaryl- và dialkylfuroxan đối xứng [15]. Cơ chế phản ứng đime hoá nitrile oxide đã được xác định bằng thực nghiệm qua ba giai đoạn. R C N O R R R NO R R C C C C R NO N N O R C N=O ON ON O Ngoài ra, nitrile oxide còn là chất trung gian để tổng hợp furoxan khi cho fulminates tác dụng với halogens là chlorine, bromine, iodine. Tổng hợp dị vòng furoxan từ olefin Olefin và dẫn xuất là chất đầu dễ kiếm, thường chứa sẵn các nhóm chức, đồng thời phản ứng thường đạt hiệu suất cao.
Do đó, đây là phương pháp phổ biến thường được dùng trong tổng hợp vòng furoxan. R' N O R R' R R' 2 3 -H2O R HON NO2 N N O O R, R' = Me, Et, Ar, Pr, CH2OH 6 Me COOR ROOC COOR HNO3 Me N N O O 7 Các dẫn xuất của olefin chứa sẵn nhóm chức hoạt động như CHO, COOH hoặc các olefin có nguồn gốc thực vật thường được sử dụng để tổng hợp vòng furoxan [60, 48, 9]. Tổng hợp vòng furoxan từ 1,2-dioxime Phương pháp tổng hợp vòng furoxan từ 1,2-dioxime được thực hiện khi cho glyoxime tác dụng với N2O4 trong dung môi CH2Cl2 ở 35-38 0C, thu được dị vòng furoxan 6 với hiệu suất 45%. 8 Sheremmetev và Cerecetto cũng đã thực hiện phản ứng oxi hoá dioxime bằng HNO3(N2O4) hay MnO2 với hiệu suất cao thu được sản phẩm là hỗn hợp các đồng phân N-oxide [34, 16].
Tổng hợp và chuyển hóa hợp chất chứa dị vòng furoxan trên thế giới Các dẫn xuất chứa dị vòng furoxan có nhiều ứng dụng, đặc biệt ứng dụng trong y dược do có phổ hoạt tính sinh học rộng. Do đó được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tổng hợp và chuyển hóa với hi vọng thu được các hợp chất có hoạt tính cao. Phương pháp được các nhà khoa học trên thế giới sử dụng nhiều nhất là phương pháp tổng hợp từ các alkene. Nhóm tác giả Mu và cộng sự đã tổng hợp dị vòng furoxan từ crotonaldehyde và chuyển hóa thành nhiều dãy hợp chất theo sơ đồ 1.
Tổng hợp furoxan và chuyển hóa từ aldehyde không no Nhóm nghiên cứu của Serafim cũng tổng hợp vòng furoxan từ 3- methylprop-2-enal và 3-phenylprop-2-enal sau đó chuyển hóa thành các dãy hydrazone theo sơ đồ 1. Tổng hợp và chuyển hóa dị vòng furoxan từ aldehyde không no 9 Dị vòng furoxan cũng đã được tổng hợp từ methacrylic acid và styrene bởi Fernandes và cộng sự, sau đó chuyển hóa thành các dãy hợp chất hydrazone, các hợp chất được nghiên cứu hoạt động chống vi khuẩn Mycobacterium tuberculosis (vi khuẩn lao), nhiều hợp chất có hoạt tính cao với loại vi khuẩn này [30]. Tổng hợp furoxan và chuyển hóa từ methacrylic acid Sơ đồ 1. Tổng hợp furoxan và chuyển hóa từ styrene Nhóm nghiên cứu Dutra và cộng sự đã tổng hợp được hợp chất Furoxan, Benzofuroxan Derivative và chuyển hóa thành các hydrazone sau đó nghiên cứu hoạt động chống ký sinh trùng Leishmania theo sơ đồ 1.
Tổng hợp furoxan và chuyển hóa từ alkene chứa vòng thơm Từ một số dẫn xuất của benzanedehyde, năm 2016 nhóm tác giả S. Kumar đã tổng hợp dãy các hợp chất chứa dị vòng furoxan, sau đó chuyển hóa thành dãy các hợp chất thú vị chứa đồng thời dị vòng furoxan và dị vòng thiazolidinone theo sơ đồ 1. O O b OH c O R R R R OH R d CHO N O N O N O 25 N O 24 O NH2 R R S CHO e N R' + HS-CH2-COOH + R' N O N O N O N O 26 Sơ đồ 1. Tổng hợp dị vòng furoxan từ dẫn xuất của benzanedehyde Nhóm nghiên cứu của Li đã tổng hợp chất chìa khóa chứa dị vòng furoxan xuất phát từ các hợp chất aldehyde chứa dị vòng pyridine.
Dãy các dẫn xuất furoxan mới được nghiên cứu hoạt tính kháng Schistosoma gây bệnh sán máng [33]. Tổng hợp dị vòng furoxan từ dẫn xuất của benzanedehyde 1. Tổng hợp và chuyển hóa dị vòng furoxan ở Việt Nam Việt Nam là nước nhiệt đới nên có nguồn tinh dầu thực vật phong phú. Với nguồn nguyên liệu đầu sẵn có, dễ kiếm và chứa sẵn nhiều nhóm thế hữu ích, những năm gần đây việc tổng hợp các hợp chất chứa dị vòng furoxan xuất phát từ tinh dầu thực vật đã và đang được các nhà khoa học Việt Nam quan tâm nghiên cứu nhiều.
Các tinh dầu được sử dụng tổng hợp dị vòng furoxan như eugenol trong tinh dầu hương nhu, anethole trong tinh dầu hồi, safrole trong tinh dầu xá xị. Từ eugenol trong tinh dầu hương nhu qua ba giai đoạn: methyl hóa, đồng phân hóa và đóng vòng furoxan đã thu được hợp chất chứa dị vòng furoxan, sau đó thực hiện nitro hóa trong acetic acid thu được mononitro, vị trí của các nhóm nitro ở các hợp chất đã được nhóm nghiên cứu xác định nhờ phổ 1H NMR và phổ HMBC. Khử hợp chất nitro bằng Na2S2O4 trong môi trường pH = 8-9 đã thu được chất chìa khóa 3-methyl-4-(2-amino-4,5-dimethoxyphenyl)furoxan. Trong đó, hợp chất furoxan từ eugenol ức chế P.
albicans ở MIC = 50 µg/ml, hợp chất 3-methyl-4-(2- amino-4,5-dimethoxyphenyl)furoxan ức chế P.oxysprorum ở MIC = 25 µg/ml [6, 57]. Tổng hợp dị vòng furoxan từ eugenol Từ hợp chất 3-methyl-4-(2-amino-4,5-dimethoxyphenyl)furoxan nhóm tác giả đã chuyển hóa thành các dãy hợp chất azo, azomethine [6, 57]. Tổng hợp các dãy hợp chất azo, azomethine và amide Cũng từ eugenol trong tinh dầu hương nhu, nhóm tác giả [9] đã tổng hợp eugenoxyacetic acid, đồng phân hóa được isoeugenoxyacetic acid sau đó tổng hợp các hợp chất chứa vòng 1,2,5-oxadiazole-2-oxide (vòng furoxan) và các dẫn xuất nitro của chúng theo sơ đồ 1.