Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp và chuyển hóa hợp chất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril

Luận án tiến sĩ phân tích hus nghiên cứu tổng hợp và chuyển hóa một số hợp chất 2 amino 4h pyran 3 carbonitril, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực nghiệm, đóng góp tri thức

• Tác giả: Đỗ Sơn Hải
• Người hướng dẫn: GS. Ngô Thị Thuận
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Và Chuyển Hóa Một Số Hợp Chất 2-Amino-4H-Pyran-3-Carbonitril
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PYRAN
• 1.1. Giới thiệu chung về pyran
• 1.2. Hoạt tính sinh học và ứng dụng của các dẫn xuất pyran
• 1.3. Tính chất hóa học của 2-amino-4H-pyran
• 1.4. Tổng hợp 2-amino-4H-pyran
• 2. TỔNG QUAN VỀ CHROMENE
• 2.1. Cấu trúc của chromene
• 2.2. Hoạt tính sinh học của các chromene
• 2.3. Tính chất hóa học của 2-amino-4H-chromene
• 2.4. Tổng hợp 2-amino-4H-chromene
• 3. GIỚI THIỆU VỀ CHẤT LỎNG ION
• 3.1. Giới thiệu chung
• 3.2. Cấu trúc của chất lỏng ion
• 3.3. Ứng dụng của chất lỏng ion
• 4. TỔNG QUAN VỀ PHẢN ỨNG CLICK
• 4.1. Giới thiệu chung
• 4.2. Phản ứng click của azide và 1-alkyne
• 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
• 5.1. Phương pháp nghiên cứu
• 5.1.1. Phương pháp tổng hợp hữu cơ
• 5.1.2. Phương pháp tinh chế và kiểm tra độ tinh khiết
• 5.1.3. Phương pháp phân tích cấu trúc
• 5.1.4. Thăm dò hoạt tính sinh học
• 5.2. Tổng hợp propargyl acetoacetate
• 5.3. Tổng hợp 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D-glucopyranosyl azide
• 5.4. Tổng hợp các hệ chất xúc tác đồng
• 5.5. Tổng hợp một số chất lỏng ion
• 5.6. Tổng hợp các hợp chất propargyl 4H-pyran-3-carboxylate thế
• 5.7. Tổng hợp các hợp chất 1H-1,2,3-triazole chứa hợp phần 4H-pyran và D-glucose
• 5.8. Tổng hợp các hợp chất 7-hydroxy-4H-chromene-3-carbonitrile thế
• 5.9. Tổng hợp các hợp chất 7-propargyloxy-4H-chromene-3-carbonitrile thế
• 6. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 6.1. TỔNG HỢP PROPARGYL ACETOACETATE
• 6.2. TỔNG HỢP 2,3,4,6-TETRA-O-ACETYL-β-D-GLUCOPYRANOSYL AZIDE
• 6.3. TỔNG HỢP CÁC HỆ CHẤT XÚC TÁC ĐỒNG
• 6.3.1. Chất xúc tác Cu(0) và CuNPS trên Montmorillonite K10
• 6.3.2. Chất xúc tác Cu@MOF-5
• 6.4. TỔNG HỢP MỘT SỐ CHẤT LỎNG ION
• 6.5. TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT PROPARGYL 4H-PYRAN CARBOXYLATE THẾ
• 6.6. TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT 1H-1,2,3-TRIAZOLE CÓ CHỨA VÒNG 4H-PYRAN VÀ D-GLUCOSE
• 6.7. TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT 7-HYDROXY-4H-CHROMENE-3-CARBONITRILE THẾ
• 6.8. TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT 7-PROPARGYLOXY-4H-CHROMENE-3-CARBONITRILE THẾ
• 6.9. TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT 1H-1,2,3-TRIAZOLE CÓ CHỨA VÒNG 4H-CHROMENE VÀ D-GLUCOSE
• 6.10. TỔNG HỢP VÀ CHUYỂN HÓA MỘT SỐ ETHYL 4H-PYRAN-3-CARBOXYLATE THẾ
• 6.10.1. Tổng hợp các hợp chất ethyl 4H-pyran-3-carboxylate thế
• 6.10.2. Tổng hợp các hợp chất 2-(dichloromethyl)-ethyl 4H-pyrano[2,3-d]pyrimidine-6-carboxylate thế
• 6.10.3. Tổng hợp các hợp chất ethyl 1,4,5,6-tetrahydropyridine-3-carboxylate
• 6.10.4. Tổng hợp các hợp chất ethyl 2-methyl-4H-pyrano[2,3-d]pyrimidine-6-carboxylate thế
• 6.11. TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT 3-PROPARGYL-4H-PYRANO[2,3-d]PYRIMIDINE THẾ
• 6.12. TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT 1H-1,2,3-TRIAZOLE CÓ CHỨA VÒNG 4H-PYRANO[2,3-d]PYRIMIDINE VÀ D-GLUCOSE
• 6.13. HOẠT TÍNH SINH HỌC
• 6.13.1. Hoạt tính sinh học của các hợp chất 7a,c-h,j,m
• 6.13.2. Hoạt tính sinh học của các hợp chất 11a,c,e-g,i-k,m
• 6.13.3. Hoạt tính sinh học của các hợp chất 20a,c,f,i,k
• 6.13.4. Hoạt tính chống oxy hóa của các dãy chất 1H-1,2,3-triazole
• KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu hợp chất 2 amino 4H pyran 3 carbonitril

Hợp chất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril là một trong những hợp chất quan trọng trong hóa học hữu cơ, đặc biệt là trong lĩnh vực dược phẩm. Nghiên cứu về hợp chất này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất hóa học của nó mà còn mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong điều trị bệnh. Hợp chất này có khả năng kháng vi sinh vật, chống ung thư và nhiều hoạt tính sinh học khác. Việc tổng hợp và chuyển hóa hợp chất này đang được các nhà nghiên cứu quan tâm nhằm phát triển các sản phẩm mới có giá trị.

1.1. Giới thiệu về hợp chất 2 amino 4H pyran 3 carbonitril

Hợp chất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril có cấu trúc đặc biệt với vòng pyran và nhóm amino, mang lại nhiều hoạt tính sinh học. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hợp chất này có thể được sử dụng trong điều trị nhiều loại bệnh, từ kháng khuẩn đến chống ung thư. Sự quan tâm đến hợp chất này ngày càng tăng trong cộng đồng nghiên cứu hóa học.

1.2. Tính chất hóa học của 2 amino 4H pyran 3 carbonitril

Hợp chất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril có tính chất hóa học đặc trưng, bao gồm khả năng phản ứng với các tác nhân acyl hóa và acid nitrous. Những phản ứng này không chỉ giúp xác định cấu trúc của hợp chất mà còn mở ra hướng đi mới trong việc tổng hợp các dẫn xuất có hoạt tính sinh học cao hơn.

II. Vấn đề và thách thức trong tổng hợp hợp chất 2 amino 4H pyran 3 carbonitril

Mặc dù hợp chất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril có nhiều tiềm năng, nhưng việc tổng hợp nó vẫn gặp nhiều thách thức. Các phương pháp tổng hợp hiện tại thường phức tạp và yêu cầu điều kiện phản ứng nghiêm ngặt. Điều này làm tăng chi phí và thời gian nghiên cứu. Do đó, việc tìm kiếm các phương pháp tổng hợp đơn giản và hiệu quả hơn là rất cần thiết.

2.1. Những khó khăn trong quá trình tổng hợp

Quá trình tổng hợp 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril thường gặp khó khăn do yêu cầu về điều kiện nhiệt độ và áp suất. Nhiều phản ứng cần phải được thực hiện trong môi trường không khí hoặc trong điều kiện chân không, điều này làm tăng độ phức tạp của quy trình.

2.2. Giải pháp cho các thách thức trong tổng hợp

Để giải quyết các thách thức trong tổng hợp, các nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều phương pháp mới, bao gồm việc sử dụng chất xúc tác hiệu quả hơn và tối ưu hóa điều kiện phản ứng. Những nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất tổng hợp mà còn giảm thiểu thời gian và chi phí.

III. Phương pháp tổng hợp hợp chất 2 amino 4H pyran 3 carbonitril hiệu quả

Các phương pháp tổng hợp hợp chất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril đã được nghiên cứu và phát triển trong nhiều năm qua. Một trong những phương pháp hiệu quả nhất là phản ứng đa thành phần, cho phép tổng hợp hợp chất này trong một bước duy nhất. Phương pháp này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu lượng chất thải hóa học.

3.1. Phản ứng đa thành phần trong tổng hợp

Phản ứng đa thành phần (MCR) là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để tổng hợp 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril. Phương pháp này cho phép kết hợp nhiều thành phần trong một phản ứng duy nhất, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí.

3.2. Sử dụng chất xúc tác trong tổng hợp

Việc sử dụng chất xúc tác trong quá trình tổng hợp 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril đã được chứng minh là rất hiệu quả. Chất xúc tác không chỉ giúp tăng tốc độ phản ứng mà còn cải thiện hiệu suất tổng hợp, mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và phát triển.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hợp chất 2 amino 4H pyran 3 carbonitril

Hợp chất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril có nhiều ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực dược phẩm và hóa học. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hợp chất này có khả năng kháng vi sinh vật, chống ung thư và nhiều hoạt tính sinh học khác. Điều này mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các sản phẩm mới có giá trị trong điều trị bệnh.

4.1. Ứng dụng trong dược phẩm

Hợp chất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril đã được nghiên cứu và ứng dụng trong việc phát triển các loại thuốc mới. Các nghiên cứu cho thấy hợp chất này có khả năng kháng vi sinh vật và chống ung thư, mở ra nhiều cơ hội trong điều trị bệnh.

4.2. Tiềm năng trong nghiên cứu hóa học

Ngoài ứng dụng trong dược phẩm, hợp chất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril còn có tiềm năng lớn trong nghiên cứu hóa học. Các nhà khoa học đang tìm kiếm các ứng dụng mới cho hợp chất này trong lĩnh vực hóa học hữu cơ và hóa học vật liệu.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu hợp chất 2 amino 4H pyran 3 carbonitril

Nghiên cứu về hợp chất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril đã mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực hóa học và dược phẩm. Mặc dù còn nhiều thách thức trong việc tổng hợp và ứng dụng, nhưng tiềm năng của hợp chất này là rất lớn. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả hơn và khám phá thêm các ứng dụng mới.

5.1. Tương lai của nghiên cứu hợp chất 2 amino 4H pyran 3 carbonitril

Tương lai của nghiên cứu hợp chất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril rất hứa hẹn. Các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm các phương pháp tổng hợp mới và ứng dụng trong điều trị bệnh, mở ra nhiều cơ hội cho sự phát triển của ngành dược phẩm.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp và khám phá thêm các hoạt tính sinh học của hợp chất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril. Điều này sẽ giúp phát triển các sản phẩm mới có giá trị trong điều trị bệnh.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ hóa học của nghiên cứu sinh Đỗ Sơn Hải có tiêu đề "Nghiên cứu tổng hợp và chuyển hóa một số hợp chất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitril", được thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội vào năm 2018, dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Ngô Thị Thuận và GS. Nguyễn Đình Thành. Luận án thuộc chuyên ngành Hóa hữu cơ, mã số 62440114.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Dị vòng 4H-pyran và 4H-benzopyran (4H-chromene) là các hợp phần dị vòng quan trọng, hiện diện trong nhiều hợp chất tự nhiên và chất có hoạt tính sinh học như kháng khuẩn, chống viêm, chống ung thư, chống oxy hóa, gây độc tế bào, kháng HIV và chống sốt rét. Đồng thời, cấu trúc 4H-pyran là nền tảng của một số loại thuốc điều trị tăng huyết áp, hen suyễn, thiếu máu cục bộ và tiểu đường không tự chủ.

Trong kỹ thuật tổng hợp hữu cơ, việc lai hóa (hybridization) các vòng dị vòng khác nhau kết hợp với khung carbohydrate (như monosaccharide D-glucose) là một chiến lược tạo ra các phân tử mới có hoạt tính sinh học. Cấu trúc có cực của carbohydrate hỗ trợ việc thâm nhập qua màng tế bào đối với các phân tử chứa hệ thống liên hợp không phân cực. Phản ứng cộng vòng 1,3-lưỡng cực giữa alkyne và azide xúc tác bởi đồng (CuAAC - phản ứng click) cho phép liên kết các hợp phần này qua cầu nối 1H-1,2,3-triazole bền vững. Khoảng trống nghiên cứu mà luận án tập trung giải quyết là xây dựng các quy trình tổng hợp hiệu quả, áp dụng xúc tác dị thể mới và chất lỏng ion, nhằm chuyển hóa các dẫn xuất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitrile và 2-amino-4H-chromene-3-carbonitrile thành các hợp chất lai hóa chứa đồng thời khung dị vòng (pyran, chromene, pyrano[2,3-d]pyrimidine), cầu nối 1,2,3-triazole và hợp phần đường D-glucose, sau đó đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật và chống oxy hóa của chúng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Luận án xác định 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Điều chế một số ester propargyl 6-amino-5-cyano-2-methyl-4-(phenyl)-4H-pyran-3-carboxylate thế (dãy 5a-k,m), đóng vai trò tiền chất chứa liên kết ba alkyne đầu mạch để tổng hợp các hợp chất 1H-1,2,3-triazole chứa đồng thời vòng 4H-pyran và D-glucose bằng phản ứng click (dãy 7a,c-h,j,m).
2. Tổng hợp các tiền chất 2-amino-4-(phenyl)-7-propargyloxy-4H-chromene-3-carbonitrile thế (dãy 10a,c,e-m) từ 2-amino-4-(phenyl)-7-hydroxy-4H-chromene-3-carbonitrile thế (dãy 9a-c,e-m) tương ứng để tổng hợp các hợp chất 1H-1,2,3-triazole chứa đồng thời vòng 4H-chromene-3-carbonitrile và D-glucose (dãy 11a,c,e-g,i-k,m) bằng phản ứng click.
3. Tổng hợp một số tiền chất ethyl 6-amino-5-cyano-2-methyl-4-(phenyl)-4H-pyran-3-carboxylate thế (dãy 14a-d,f-l) để nghiên cứu phản ứng chuyển hóa với dichloroacetyl chloride và với anhydride acetic, tạo thành các hệ dị vòng pyrano[2,3-d]pyrimidine (dãy 15a,c,f,i, 16b,d,h,m, 18a,c,f,i,k).
4. Tổng hợp các hợp chất ethyl 3-propargyl-4H-pyrano[2,3-d]pyrimidine-6-carboxylate thế (dãy 19a,c,f,i,k), làm tiền chất để tổng hợp các hợp chất 1H-1,2,3-triazole chứa đồng thời vòng 4H-pyrano[2,3-d]pyrimidine và D-glucose (dãy 20a,c,f,i,k).
5. Nghiên cứu xác định cấu trúc của tất cả các hợp chất tổng hợp được bằng các phương pháp phổ vật lý hiện đại bao gồm phổ hồng ngoại (FT-IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1D và 2D NMR ($^1\text{H}$, $^{13}\text{C}$, COSY, HSQC, HMBC), phổ khối lượng ion hóa phun mù điện (ESI-MS) và phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể.
6. Thăm dò hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định (trên các chủng vi khuẩn Gram âm, vi khuẩn Gram dương, nấm men, nấm sợi) và hoạt tính chống oxy hóa (quét gốc tự do DPPH) của các dãy chất 1H-1,2,3-triazole tổng hợp được.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Các hợp chất dị vòng 2-amino-4H-pyran-3-carbonitrile, 2-amino-4H-chromene-3-carbonitrile, 4H-pyrano[2,3-d]pyrimidine, 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-$\beta$-D-glucopyranosyl azide, propargyl acetoacetate, các hệ chất xúc tác đồng (Cu/Montmorillonite K10, CuNPs/Montmorillonite K10, Cu@MOF-5), và các chất lỏng ion ([Bmim]Br, [Bmim]OH, [Et3N]OAc, [Et3N]For).
• Phạm vi không gian: Thực nghiệm tổng hợp hóa học và phân tích cấu trúc được tiến hành tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, 19 Lê Thánh Tông, Hoàn Kiếm, Hà Nội. Thử nghiệm hoạt tính sinh học được thực hiện tại Phòng Sinh học thực nghiệm, Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội.
• Phạm vi thời gian: Công trình hoàn thành và bảo vệ trong năm 2018.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước được luận án điểm lại

• Về dị vòng pyran và phản ứng đa thành phần (MCR): Phản ứng nhiều thành phần (MCR) được Strecker phát hiện lần đầu năm 1850. Al-Kadasi và đồng nghiệp (2012) công bố quy trình "one-pot" tổng hợp 2-amino-4H-pyran và 2-amino-5-oxo-5,6,7,8-tetrahydro-4H-chromene bằng xúc tác MgO qua phương pháp nghiền ở nhiệt độ phòng trong 25 phút (hiệu suất 77–94%). Sánchez A. và cộng sự (2012) tổng hợp 2-amino-3-cyano-4H-pyran bằng chiếu xạ vi sóng với xúc tác $\text{NH}_4\text{OH}$ trong ethanol (45–98% trong 10 phút). Safaei-Ghomi J. và đồng nghiệp (2013) dùng xúc tác nano $\text{SnCl}_2/\text{SiO}_2$ hồi lưu trong ethanol (hiệu suất trên 90%, tái sử dụng 8 lần). Peng và cộng sự tổng hợp 2-amino-3-cyano-4H-pyran dùng tetramethyl guanidin trong chất lỏng ion $[\text{Bmim}]\text{BF}_4$. Heravi và cộng sự sử dụng xúc tác $\text{Cu(II)}$ oxymetasilicat. Valizadeh H. và đồng nghiệp (2010) sử dụng hệ xúc tác $\text{ZnO/MgO}$ trên chất mang $\text{ZnO}$ kết hợp $[\text{Bmim}]\text{BF}_4$.
• Về cấu trúc và hoạt tính của chromene: Tinh dầu lá Calyptranthes tricona chứa 5,7-dimethoxy-2-methyl-2H-chromene và 5,7-dimethoxy-2,8-dimethyl-2H-chromene có hoạt tính kháng nấm. Hoa cây Wisteria sinensis chứa 7-hydroxy-6-methoxy-4H-chromene. Thân cây Uvaria ufielii chứa Uvafzlelin kháng vi khuẩn Gram dương. Vỏ cây Millettia conraui chứa Conrauinone A điều trị ký sinh trùng đường ruột. Vỏ cây Erythrina senegalensis chứa Erysenegalensein C. Cai và cộng sự khảo sát các dẫn xuất 4-phenyl-4H-chromene gắn nhóm thế tại C-7 và C-2 trong việc ức chế trùng hợp tubulin. Xing và đồng nghiệp nghiên cứu khả năng vượt qua sự kháng thuốc liên quan đến protein BCL-2 của 4-tert-butylphenyl chromene. Otterlo và cộng sự áp dụng phản ứng đóng vòng olefin (RCM) điều chế 4H-chromene bằng xúc tác Grubbs.
• Về chất lỏng ion và phản ứng Click: Thuật ngữ "Hóa học click" do K. Barry Sharpless đưa ra năm 1998 và được mô tả chi tiết năm 2001 cùng Hartmuth Kolb và M.G. Finn. Phản ứng cộng vòng 1,3-lưỡng cực giữa alkyne và azide ban đầu do Arthur Michael (1893) và Rolf Huisgen (thập niên 1970) nghiên cứu; việc đưa xúc tác $\text{Cu(I)}$ vào phản ứng (CuAAC) giúp phản ứng diễn ra trong điều kiện êm dịu, chọn lọc lập thể cao. Các nghiên cứu gần đây sử dụng chất lỏng ion (như các muối dialkylimidazolium, alkylammonium) làm dung môi xanh thay thế dung môi hữu cơ dễ bay hơi.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Luận án tập trung giải quyết việc thiết kế quy trình tổng hợp tích hợp: kết hợp phản ứng nhiều thành phần (MCR) một bình (one-pot) với các dung môi xanh (chất lỏng ion $[\text{Bmim}]\text{OH}$, $[\text{Bmim}]\text{Br}$, $[\text{Et}_3\text{N}]\text{OAc}$, $[\text{Et}_3\text{N}]\text{For}$) và các hệ xúc tác đồng dị thể tự chế tạo ($\text{Cu/Montmorillonite K10}$, $\text{CuNPs/Montmorillonite K10}$, $\text{Cu@MOF-5}$) để thực hiện phản ứng click CuAAC. Công trình giải quyết việc lai hóa dị vòng 4H-pyran, 4H-chromene và 4H-pyrano[2,3-d]pyrimidine với phân tử đường $\beta$-D-glucose qua cầu nối 1,2,3-triazole, khảo sát toàn diện cấu trúc phổ và sàng lọc hoạt tính sinh học in vitro.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

• Nguyên lý Hóa học Click (CuAAC): Phản ứng cộng vòng 1,3-lưỡng cực giữa dẫn xuất alkyne đầu mạch (propargyl) và dẫn xuất đường azido ($2,3,4,6\text{-tetra-}O\text{-acetyl-}\beta\text{-D-glucopyranosyl azide}$) dưới sự có mặt của xúc tác $\text{Cu(I)}$ để tạo vòng $1H\text{-}1,2,3\text{-triazole}$ liên kết vị trí 1,4-bất đối xứng. Cơ chế xúc tác liên quan đến trạng thái chuyển tiếp phối trí hai nguyên tử đồng.
• Nguyên lý Phản ứng Nhiều Thành phần (MCR): Phản ứng một bình (one-pot) kết hợp ba hợp phần gồm aldehyde thơm thế, malononitrile và hợp chất $\beta$-dicarbonyl (như propargyl acetoacetate, ethyl acetoacetate) hoặc phenol (resorcinol) dưới sự xúc tác base nhằm tạo khung 2-amino-4H-pyran và 2-amino-4H-chromene theo nguyên lý kinh tế nguyên tử (atom economy).
• Lý thuyết Dung môi xanh và Xúc tác Heterogeneous: Ứng dụng chất lỏng ion làm môi trường phản ứng không bay hơi, có độ bền nhiệt cao, và phát triển xúc tác đồng cố định trên chất mang rắn (Montmorillonite K10 và khung cơ kim MOF-5) nhằm tạo điều kiện tách lọc, thu hồi xúc tác.

Phương pháp thực nghiệm và thiết bị phân tích

• Phương pháp tổng hợp hữu cơ: Thực hiện bằng kỹ thuật khuấy liên tục ở nhiệt độ phòng ($25\text{–}27^\circ\text{C}$) và kỹ thuật khuấy có gia nhiệt điều khiển nhiệt độ ($40\text{–}50^\circ\text{C}$, $70\text{–}80^\circ\text{C}$, $110^\circ\text{C}$).
• Phương pháp tinh chế và kiểm tra: Đo nhiệt độ nóng chảy bằng phương pháp mao quản trên máy Stuart SMP3 (Bibby Sterilin - Anh). Theo dõi phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết bằng sắc ký lớp mỏng (TLC) trên bản mỏng silicagel Silufol 60 $\text{F}_{254}$ (Merck - Đức). Tinh chế sản phẩm bằng phương pháp kết tinh lại trong dung môi thích hợp (ethanol 96%, toluene, diethyl ether) hoặc sắc ký cột silica gel.
• Phương pháp phân tích cấu trúc hóa học:
  • Phổ hồng ngoại (FT-IR): Ghi trên máy FT-IR Affinity-1S (Shimadzu - Nhật Bản), đo mẫu ép viên KBr trong vùng số sóng $4000\text{–}500\text{ cm}^{-1}$, độ phân giải $4\text{ cm}^{-1}$.
  • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR): Đo trên máy Bruker Avance AV500 ($^1\text{H}$ ở tần số $500{,}13\text{ MHz}$; $^{13}\text{C}$ ở tần số $125{,}77\text{ MHz}$) tại nhiệt độ phòng ($300\text{ K}$) trong dung môi $\text{DMSO-}d_6$, chất chuẩn nội TMS. Phổ 2D NMR gồm COSY ($^1\text{H-}1\text{H}$), HSQC (tương tác gần dị hạt nhân $^1\text{H-}^{13}\text{C}$) và HMBC (tương tác xa dị hạt nhân $^1\text{H-}^{13}\text{C}$).
  • Phổ khối lượng (ESI-MS): Ghi trên máy LTQ Orbitrap XL (Thermo Scientific - Mỹ) với phương pháp ion hóa phun mù điện (ESI$^+$ hoặc ESI$^-$).
  • Nhiễu xạ tia X đơn tinh thể: Thu nhận số liệu nhiễu xạ xác định độ dài liên kết, góc liên kết, các thông số mạng tinh thể ($a, b, c, \alpha, \beta, \gamma, V, n$) và giải cấu trúc không gian 3 chiều của phân tử.

Thiết bị / Kỹ thuật	Model / Nhà sản xuất	Thông số / Điều kiện đo	Mục đích phân tích
Đo nhiệt độ nóng chảy	Stuart SMP3 (Bibby Sterilin - Anh)	Phương pháp mao quản	Xác định điểm nóng chảy và độ tinh khiết sơ bộ
Sắc ký lớp mỏng	Silufol 60 $\text{F}_{254}$ (Merck - Đức)	Bản mỏng silicagel tráng sẵn	Theo dõi phản ứng, kiểm tra độ tinh khiết
Phổ FT-IR	FT-IR Affinity-1S (Shimadzu - Nhật Bản)	Viên nén KBr, $4000\text{–}500\text{ cm}^{-1}$, độ phân giải $4\text{ cm}^{-1}$	Xác định các nhóm chức ($\text{NH}_2$, $\text{CN}$, $\text{C=O}$, $\text{C}\equiv\text{C}$, $\text{C=C}$)
Phổ NMR ($^1\text{H}$, $^{13}\text{C}$, 2D)	Bruker Avance AV500 (Đức)	$^1\text{H}$: $500{,}13\text{ MHz}$; $^{13}\text{C}$: $125{,}77\text{ MHz}$; dung môi $\text{DMSO-}d_6$	Xác định độ dịch chuyển hóa học, cấu trúc khung, vị trí nhóm thế
Phổ khối lượng MS	LTQ Orbitrap XL (Thermo Scientific - Mỹ)	Phun mù điện (ESI), chế độ ESI$^+$ / ESI$^-$	Xác định số khối ion phân tử $[M+\text{H}]^+$, $[M+\text{Na}]^+$
Nhiễu xạ tia X	Đo đơn tinh thể tia X	Dữ liệu phản xạ Friedel, phương trình Bragg	Giải cấu trúc không gian 3D chi tiết của tinh thể

Phương pháp thử nghiệm hoạt tính sinh học

• Kháng vi sinh vật kiểm định: Thực hiện trên phiến vi lượng 96 giếng theo phương pháp của Vander Bergher & Vlietlinck (1991) và McKane & Kandel (1996).
  • Chủng kiểm định: Vi khuẩn Gram âm (Escherichia coli ATCC 25922, Pseudomonas aeruginosa ATCC 25923); Vi khuẩn Gram dương (Bacillus subtilis ATCC 11774, Staphylococcus aureus ATCC 11632); Nấm sợi (Aspergillus niger 439); Nấm men (Candida albicans ATCC 7754, Saccharomyces cerevisiae SH 20).
  • Môi trường nuôi cấy: Saboraud Dextrose Broth (nấm men, nấm mốc), Trypcase Soya Broth (vi khuẩn), Eugon Broth (môi trường thử nghiệm vi khuẩn), Mycophil (môi trường thử nghiệm nấm).
  • Chất đối chứng dương: Streptomycin (cho Gram dương), Tetracycline (cho Gram âm), Nystatin hoặc Amphotericin B (cho nấm sợi và nấm men). Chất thử hòa tan trong DMSO 100%.
  • Chỉ số đánh giá: Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC, $\mu\text{g/ml}$) và nồng độ ức chế 50% vi sinh vật ($\text{IC}_{50}$, $\mu\text{g/ml}$) tính toán bằng phần mềm TableCurve.
• Hoạt tính chống oxy hóa (DPPH): Xác định khả năng bẫy gốc tự do DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) ở bước sóng $\lambda = 515\text{ nm}$ bằng máy đọc ELISA. Chất thử hòa trong DMSO 100%, DPPH pha trong ethanol 96%. Kết quả là trung bình của ít nhất 3 lần thử độc lập $\pm$ độ lệch chuẩn ($p \le 0{,}05$). Tính phần trăm trung hòa gốc tự do ($\text{SC}%$) và xác định giá trị $\text{SC}_{50}$ ($\mu\text{g/ml}$) bằng phần mềm TableCurve AISN Software (Jandel Scientific).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về Pyran, Chromene, chất lỏng ion và phản ứng click

Chương 1 hệ thống hóa các tài liệu khoa học liên quan đến 4 mảng nội dung chính:

• Dị vòng Pyran: Giới thiệu cấu trúc đồng phân 2H-pyran và 4H-pyran; tổng hợp các dữ liệu về hoạt tính kháng virus, chống ung thư, kháng khuẩn, chống viêm của các dẫn xuất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitrile. Trình bày các tính chất hóa học đặc trưng như tính base, phản ứng acyl hóa, phản ứng với acid nitrous, phản ứng Friedlander, phản ứng đóng vòng tạo pyridine và pyrimidine. Tổng quan các phương pháp tổng hợp MCR một bình dưới sự hỗ trợ của vi sóng, siêu âm và các xúc tác ($\text{MgO}$, $\text{SnCl}_2/\text{SiO}_2$, $[\text{Bmim}]\text{BF}_4$, $\text{Cu(II)}$ oxymetasilicate).
• Dị vòng Chromene (Benzopyran): Phân loại cấu trúc chroman, 2H-chromene và 4H-chromene; hoạt tính sinh học của các hợp chất tự nhiên chứa khung chromene (Conrauinone A, Erysenegalensein C, Uvafzlelin). Phân tích tính chất hóa học của 2-amino-4H-chromene khi phản ứng với acid formic, phenyl isothiocyanate, anhydride acetic, ure, thioure, formamide, cyclohexanone, $\text{CS}_2$, malononitrile. Tổng kết các phản ứng MCR từ dẫn xuất phenol giàu electron, salicylaldehyde và từ các dị vòng coumarin.
• Chất lỏng ion (IL): Cấu trúc cation (imidazolium, ammonium, pyridinium...) và anion (halide, $[\text{BF}_4]^-$, $[\text{PF}_6]^-$, carboxylate...); các đặc tính không bay hơi, bền nhiệt, khả năng hòa tan rộng và vai trò làm dung môi xanh, xúc tác trong tổng hợp hữu cơ.
• Phản ứng Click: Lịch sử phát triển, ưu điểm (hiệu suất cao, điều kiện ôn hòa, chọn lọc lập thể), cơ chế phối trí 2 tâm đồng trong phản ứng CuAAC giữa 1-alkyne và azide, ứng dụng liên kết carbohydrate với các dị vòng sinh học.

Chương 2. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm tổng hợp các tiền chất, hệ xúc tác, dung môi và các dãy hợp chất đích:

• Tổng hợp chất đầu và xúc tác:
  • Propargyl acetoacetate (3): Điều chế từ propargyl alcohol (1) và 2,2,6-trimethyl-1,3-dioxen-4-one (2) với xúc tác $\text{NaH}$ trong dung môi THF khan ở $25^\circ\text{C}$ (khuấy 4 giờ).
  • $2,3,4,6\text{-tetra-}O\text{-acetyl-}\beta\text{-D-glucopyranosyl azide}$: Điều chế qua 2 bước từ D-glucose: Bước 1 tạo $2,3,4,6\text{-tetra-}O\text{-acetyl-}\alpha\text{-D-glucopyranosyl bromide}$ (hiệu suất 83%) bằng $\text{Ac}_2\text{O}$, $\text{HClO}_4$ 57%, P đỏ và $\text{Br}_2$ ở $16\text{–}20^\circ\text{C}$; Bước 2 phản ứng thế với $\text{NaN}_3$ trong DMF khan ở $70^\circ\text{C}$ trong 3 giờ, thu được tinh thể hình kim màu trắng (hiệu suất 90%, điểm nóng chảy $126\text{–}128^\circ\text{C}$).
  • Hệ xúc tác đồng: Điều chế $\text{Cu/Montmorillonite K10}$ từ $\text{CuSO}_4$ và natri ascorbate (hiệu suất 78%); điều chế $\text{CuNPs/Montmorillonite K10}$ sử dụng phức $[\text{Cu}(\text{NH}_3)_2]^{2+}$, chất hoạt động bề mặt CTAB và chất khử hydrazine hydrate 85% ở $80^\circ\text{C}$; điều chế $\text{Cu@MOF-5}$ từ $\text{Cu}(\text{NO}_3)_2\cdot 3\text{H}_2\text{O}$ và acid terephthalic trong DMF ở $110^\circ\text{C}$ trong 72 giờ (hiệu suất 88%).
  • Chất lỏng ion: Điều chế $[\text{Bmim}]\text{Br}$ từ 1-methylimidazole và 1-bromobutan ($75\text{–}80^\circ\text{C}$, 48 giờ); $[\text{Bmim}]\text{OH}$ từ $[\text{Bmim}]\text{Br}$ và $\text{KOH}$ trong DCM (hiệu suất 78%); $[\text{Et}_3\text{N}]\text{OAc}$ và $[\text{Et}_3\text{N}]\text{For}$ từ triethylamine và acid acetic băng hoặc acid formic ở nhiệt độ dưới $15^\circ\text{C}$.
• Quy trình tổng hợp các dãy chất trong luận án:
  • Dãy 5a-k,m: Phản ứng ngưng tụ 3 thành phần giữa benzaldehyde thế (4a-k,m), propargyl acetoacetate (3) và malononitrile trong ethanol 96% với xúc tác dung dịch $\text{NH}_3$ 25% ở nhiệt độ phòng trong 3 giờ.
  • Dãy 7a,c-h,j,m: Phản ứng click CuAAC giữa dẫn xuất propargyl pyran (5) và glucopyranosyl azide.
  • Dãy 9a-c,e-m: Tổng hợp 7-hydroxy-4H-chromene-3-carbonitrile từ resorcinol, benzaldehyde thế và malononitrile.
  • Dãy 10a,c,e-m: Phản ứng propargyl hóa hợp chất 7-hydroxychromene (9) bằng propargyl bromide trong acetone khan có mặt $\text{K}_2\text{CO}_3$.
  • Dãy 11a,c,e-g,i-k,m: Phản ứng click giữa propargyloxy chromene (10) và glucopyranosyl azide.
  • Dãy 14a-d,f-l: Tổng hợp ethyl 4H-pyran-3-carboxylate thế từ ethyl acetoacetate, aldehyde và malononitrile.
  • Dãy 15a,c,f,i và 16b,d,h,m: Chuyển hóa hợp chất 14 với dichloroacetyl chloride trong dung môi hoặc điều kiện khác nhau tạo vòng pyrano[2,3-d]pyrimidine và tetrahydropyridine.
  • Dãy 18a,c,f,i,k: Chuyển hóa hợp chất 14 với anhydride acetic.
  • Dãy 19a,c,f,i,k: Propargyl hóa hợp chất 18 bằng propargyl bromide.
  • Dãy 20a,c,f,i,k: Phản ứng click giữa propargyl pyranopyrimidine (19) và glucopyranosyl azide.

Dưới đây là số liệu tổng hợp đại diện của dãy chất 5a-k,m được trích xuất từ Bảng 2.1 của luận án:

STT	Ký hiệu chất	Nhóm thế R trên aldehyde	Trạng thái bề ngoài	Điểm nóng chảy ($^\circ\text{C}$)	Hiệu suất $\eta$ (%)
1	5a	$\text{H}$	Chất rắn màu trắng	152–154	48
2	5b	$4'\text{-NO}_2$	Tinh thể vàng nhạt	162–164	33
3	5c	$3'\text{-NO}_2$	Tinh thể vàng nhạt	205–207	45
4	5d	$2'\text{-NO}_2$	Tinh thể vàng nhạt	210–212	53
5	5e	$2',4'\text{-diCl}$	Chất rắn vàng nhạt	182–184	61
6	5f	$4'\text{-Cl}$	Tinh thể vàng nhạt	168–170	40
7	5g	$3'\text{-Cl}$	Tinh thể vàng nhạt	173–174	67
8	5h	$2'\text{-Cl}$	Tinh thể vàng nhạt	199–200	73
9	5i	$4'\text{-Me}$	Tinh thể màu trắng	167–169	71
10	5j	$4'\text{-iPr}$	Tinh thể vàng nhạt	170–172	49
11	5k	$4'\text{-OMe}$	Tinh thể màu trắng	172–174	46
12	5m	$2'\text{-OMe}$	Tinh thể màu trắng	170–172	47

Chương 3. Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm và biện giải cấu trúc chi tiết:

• Đặc trưng các hệ xúc tác đồng và chất lỏng ion:
  • Giản đồ XRD của Montmorillonite K10 biến tính xác nhận sự hiện diện của $\text{Cu}(0)$ và nano đồng trên chất mang. Ảnh TEM và SEM chỉ ra các hạt nano đồng phân tán trên các phiến sét clay.
  • Phổ FT-IR và giản đồ XRD của vật liệu khung cơ kim $\text{Cu@MOF-5}$ khẳng định sự hình thành cấu trúc khung xốp phối trí giữa ion đồng và gốc terephthalate.
• Biện giải cấu trúc các dãy hợp chất:
  • Dãy propargyl pyran 5a-k,m: Phổ FT-IR xuất hiện vân hấp thụ đặc trưng của nhóm $\text{NH}_2$ ($3400\text{–}3300\text{ cm}^{-1}$), nhóm $\text{CN}$ liên hợp ($2190\text{–}2180\text{ cm}^{-1}$), nhóm ester carbonyl $\text{C=O}$ ($1690\text{–}1680\text{ cm}^{-1}$) và liên kết ba $\text{C}\equiv\text{C}$ ($2130\text{–}2120\text{ cm}^{-1}$). Phổ $^1\text{H NMR}$ ghi nhận proton H-4 của vòng pyran tại vùng $\delta \approx 4{,}2\text{–}4{,}8\text{ ppm}$ (singlet), các proton $\text{NH}_2$ tại $\delta \approx 6{,}9\text{–}7{,}1\text{ ppm}$ (singlet rộng, $2\text{H}$), nhóm methyl tại C-2 ở $\delta \approx 2{,}3\text{ ppm}$ ($3\text{H}$) và các proton propargyl ($\text{CH}_2$ dạng doublet/multiplet, $\equiv\text{CH}$ dạng triplet). Phổ khối lượng ESI-MS cho các pic ion $[M+\text{H}]^+$ hoặc $[M+\text{Na}]^+$ phù hợp khối lượng phân tử tính toán. Cấu trúc tinh thể của hợp chất 5i được khẳng định qua nhiễu xạ tia X đơn tinh thể.
  • Dãy lai hóa triazole-pyran-glucose 7a,c-h,j,m: Phản ứng click CuAAC làm biến mất tín hiệu liên kết ba alkyne, xuất hiện tín hiệu proton của vòng $1H\text{-}1,2,3\text{-triazole}$ tại $\delta \approx 8{,}1\text{–}8{,}4\text{ ppm}$ (singlet, $1\text{H}$) và các nhóm acetyl trên khung đường D-glucose tại vùng $\delta \approx 1{,}9\text{–}2{,}1\text{ ppm}$ ($12\text{H}$, $4\times\text{OCOCH}_3$). Phổ 2D NMR (HSQC, HMBC) của hợp chất 7d xác định tương tác xa giữa proton triazole và C-4, C-5 của vòng triazole cũng như liên kết nối với nhóm $\text{OCH}_2$.
  • Dãy hợp chất chromene 9, 10 và triazole-chromene-glucose 11: Hợp chất 9 thể hiện nhóm OH phenolic ở $\delta \approx 10{,}3\text{–}10{,}5\text{ ppm}$. Khi chuyển sang dẫn xuất propargyloxy 10, xuất hiện tín hiệu nhóm $\text{OCH}_2\text{C}\equiv\text{CH}$. Cấu trúc tinh thể của hợp chất 10h được đo và giải mã bằng nhiễu xạ tia X. Khi gắn hợp phần glucopyranosyl tạo dãy 11, phổ NMR xác nhận sự tạo thành vòng triazole và cấu hình $\beta$ của liên kết glycoside. Cấu trúc chất 11a được quy kết bằng phổ tương tác HSQC và HMBC.
  • Dãy pyranopyrimidine và các sản phẩm chuyển hóa 15, 16, 18, 19, 20: Nghiên cứu phản ứng đóng vòng của ethyl pyran carboxylate 14 với dichloroacetyl chloride tạo dẫn xuất 2-(dichloromethyl)-4H-pyrano[2,3-d]pyrimidine (15) và ethyl 1,4,5,6-tetrahydropyridine-3-carboxylate (16). Cấu trúc của 15c và 16b được xác định chính xác bằng nhiễu xạ tia X đơn tinh thể. Phản ứng của 14 với anhydride acetic tạo dẫn xuất 2-methyl-pyranopyrimidine 18, sau đó propargyl hóa tại vị trí N-3 tạo 19 (được kiểm chứng qua cấu trúc tia X của 19a), và cuối cùng thực hiện phản ứng click tạo dãy 20a,c,f,i,k.
• Khảo sát hoạt tính sinh học:
  • Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định: Kết quả thử nghiệm trên các dãy chất 7, 11, 20 cho thấy một số dẫn xuất thể hiện khả năng ức chế sinh trưởng đối với các chủng vi khuẩn (B. subtilis, S. aureus, E. coli, P. aeruginosa) và nấm (C. albicans, S. cerevisiae, A. niger).
  • Hoạt tính chống oxy hóa: Đánh giá khả năng quét gốc tự do DPPH của các dãy chất lai hóa $1H\text{-}1,2,3\text{-triazole}$ cho thấy các hợp chất có nhóm thế thích hợp trên vòng phenyl thể hiện giá trị $\text{SC}_{50}$ trong phép thử bẫy gốc tự do.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

1. Đã phát triển thành công quy trình tổng hợp một bình (one-pot MCR) kết hợp phản ứng hóa học click (CuAAC) để tổng hợp các hệ hợp chất lai hóa mới (hybrid molecules) chứa đồng thời ba hợp phần: khung dị vòng có hoạt tính (4H-pyran, 4H-chromene, hoặc 4H-pyrano[2,3-d]pyrimidine), cầu nối dị vòng $1H\text{-}1,2,3\text{-triazole}$ và đơn vị monosaccharide ($2,3,4,6\text{-tetra-}O\text{-acetyl-}\beta\text{-D-glucose}$).
2. Chế tạo và khảo sát thành công các hệ chất xúc tác dị thể trên cơ sở đồng gồm $\text{Cu/Montmorillonite K10}$, $\text{CuNPs/Montmorillonite K10}$ và khung cơ kim $\text{Cu@MOF-5}$, chứng minh hiệu quả xúc tác của chúng trong phản ứng cộng vòng 1,3-lưỡng cực giữa alkyne và azido đường.
3. Tổng hợp và ứng dụng một số chất lỏng ion họ imidazolium và alkylammonium ($[\text{Bmim}]\text{Br}$, $[\text{Bmim}]\text{OH}$, $[\text{Et}_3\text{N}]\text{OAc}$, $[\text{Et}_3\text{N}]\text{For}$) làm dung môi và xúc tác base thân thiện với môi trường cho phản ứng ngưng tụ tạo dị vòng.
4. Đã tổng hợp và xác định cấu trúc đầy đủ của nhiều dãy chất mới (các dãy chất 5, 7, 9, 10, 11, 14, 15, 16, 18, 19, 20) bằng hệ thống dữ liệu phổ hiện đại ($^1\text{H NMR}$, $^{13}\text{C NMR}$, 2D NMR, FT-IR, ESI-MS), trong đó có 6 cấu trúc được chứng minh không gian bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể ($2,3,4,6\text{-tetra-}O\text{-acetyl-}\beta\text{-D-glucopyranosyl azide}$, 5i, 10h, 15c, 16b, 19a).

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

1. Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm về hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định (kháng khuẩn Gram dương, Gram âm, kháng nấm men, nấm sợi) và hoạt tính chống oxy hóa quét gốc tự do DPPH của các hợp chất lai hóa chứa vòng $1H\text{-}1,2,3\text{-triazole}$, phục vụ cho việc định hướng sàng lọc các chất có tiềm năng sinh học.
2. Xây dựng các quy trình thực nghiệm chi tiết, có thể tái lập, sử dụng nguyên liệu sẵn có, dung môi và xúc tác xanh, góp phần phát triển hướng tổng hợp hóa dược tại Việt Nam.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

Theo phạm vi công bố trong văn bản luận án, các thử nghiệm hoạt tính sinh học mới chỉ dừng lại ở mức độ thăm dò in vitro trên các chủng vi sinh vật kiểm định chuẩn và thử nghiệm bẫy gốc tự do DPPH; chưa thực hiện các thử nghiệm sâu hơn về độc tính tế bào ung thư, cơ chế tác động enzym hoặc các thử nghiệm in vivo.

Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp

1. Tiếp tục mở rộng phản ứng hóa học click đối với các dẫn xuất carbohydrate khác như các monosaccharide khác (D-galactose, D-mannose) hoặc các disaccharide và oligosaccharide.
2. Khảo sát khả năng tách loại, tái sử dụng nhiều lần của hệ xúc tác dị thể nano $\text{CuNPs/Montmorillonite K10}$ và $\text{Cu@MOF-5}$ trên các phản ứng tổng hợp hữu cơ quy mô lớn hơn.
3. Nghiên cứu sâu hơn về hoạt tính ức chế các dòng tế bào ung thư ở người và thăm dò cơ chế tương tác phân tử (như ức chế tubulin hoặc protein BCL-2) của các hợp chất lai hóa pyran/chromene-triazole-glucose tiềm năng.

---

Giá trị tham khảo

• Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Hóa hữu cơ, Hóa dược:
  • Cung cấp phương pháp luận và quy trình thực nghiệm chi tiết về phản ứng nhiều thành phần (MCR), phản ứng click CuAAC trong môi trường dị thể, cũng như phương pháp gắn hợp phần đường vào dị vòng.
  • Là tài liệu tham khảo trong việc phân tích và quy kết tín hiệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân 2 chiều (COSY, HSQC, HMBC), phổ khối ESI-MS và giải cấu trúc tinh thể tia X.
• Đối với các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực phát triển thuốc và vật liệu xúc tác:
  • Cung cấp dữ liệu về quy trình điều chế xúc tác khung kim loại-hữu cơ $\text{Cu@MOF-5}$ và xúc tác nano kim loại trên chất mang khoáng sét Montmorillonite K10.
  • Cung cấp hệ thống dữ liệu số đo điểm nóng chảy, hiệu suất tổng hợp, thông số phổ và kết quả sàng lọc kháng sinh, chống oxy hóa của các dẫn xuất 4H-pyran, 4H-chromene và pyrano[2,3-d]pyrimidine.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Phản ứng tổng hợp dẫn xuất propargyl 4H-pyran (dãy 5a-k,m) được tiến hành từ những nguyên liệu nào và trong điều kiện gì?

Phản ứng tổng hợp dãy 5a-k,m là phản ứng ba thành phần (MCR) giữa benzaldehyde thế (4a-k,m, $5\text{ mmol}$), propargyl acetoacetate (3, $5\text{ mmol}$) và malononitrile ($5\text{ mmol}$, $0{,}31\text{ ml}$) trong $10\text{ ml}$ dung môi ethanol 96%. Phản ứng sử dụng $2\text{ ml}$ dung dịch ammonia 25% làm xúc tác base, được khuấy ở nhiệt độ phòng trong 3 giờ. Hiệu suất sản phẩm sau khi kết tinh lại trong ethanol 96% đạt từ 33% đến 73%.

2. Những hệ xúc tác đồng nào đã được điều chế và sử dụng cho phản ứng click trong luận án?

Luận án đã điều chế 3 hệ xúc tác đồng dị thể:

• $\text{Cu/Montmorillonite K10}$: Điều chế từ $\text{CuSO}_4$ và natri ascorbate trên chất mang Montmorillonite K10 (hiệu suất 78%).
• $\text{CuNPs/Montmorillonite K10}$: Hạt nano đồng phân tán trên Montmorillonite K10 được điều chế qua phản ứng khử phức $[\text{Cu}(\text{NH}_3)_2]^{2+}$ bằng hydrazine hydrate 85% có mặt chất hoạt động bề mặt CTAB ở $80^\circ\text{C}$.
• $\text{Cu@MOF-5}$: Vật liệu khung cơ kim tổng hợp từ $\text{Cu}(\text{NO}_3)_2\cdot 3\text{H}_2\text{O}$ và acid terephthalic trong dung môi DMF ở $110^\circ\text{C}$ trong 72 giờ (hiệu suất 88%).

3. Hợp chất 2,3,4,6-tetra-O-acetyl-β-D-glucopyranosyl azide được điều chế qua các bước nào?

Hợp chất azido đường được tổng hợp qua 2 giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Cho $\alpha\text{-D-glucose monohydrate}$ tác dụng với $\text{Ac}_2\text{O}$ (chứa $\text{HClO}_4$ 57%), sau đó làm lạnh dưới $20^\circ\text{C}$, thêm phosphorus đỏ và nhỏ giọt brom ở $16\text{–}20^\circ\text{C}$ để thu được $2,3,4,6\text{-tetra-}O\text{-acetyl-}\beta\text{-D-glucopyranosyl bromide}$ thô dạng siro với hiệu suất 83%.
• Giai đoạn 2: Cho dẫn xuất bromide thô phản ứng với $\text{NaN}_3$ trong dung môi DMF khan ở $70^\circ\text{C}$ trong 3 giờ. Sau khi xử lý và kết tinh lại từ ethanol 96%, thu được sản phẩm tinh thể hình kim màu trắng với hiệu suất 90%, điểm nóng chảy $126\text{–}128^\circ\text{C}$.

4. Những hợp chất nào trong luận án đã được xác định cấu trúc không gian bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể?

Luận án đã đo và giải cấu trúc đơn tinh thể tia X cho 6 hợp chất:

• $2,3,4,6\text{-tetra-}O\text{-acetyl-}\beta\text{-D-glucopyranosyl azide}$
• Hợp chất 5i (propargyl 6-amino-5-cyano-2-methyl-4-(4-methylphenyl)-4H-pyran-3-carboxylate)
• Hợp chất 10h (2-amino-4-(2-chlorophenyl)-7-(prop-2-yn-1-yloxy)-4H-chromene-3-carbonitrile)
• Hợp chất 15c (ethyl 2-(dichloromethyl)-4-(3-nitrophenyl)-5-oxo-4,5-dihydropyrano[2,3-d]pyrimidine-6-carboxylate)
• Hợp chất 16b (dẫn xuất tetrahydropyridine)
• Hợp chất 19a (ethyl 2-methyl-4-phenyl-3-(prop-2-yn-1-yl)-4H-pyrano[2,3-d]pyrimidine-6-carboxylate)

5. Hoạt tính sinh học của các hợp chất tổng hợp được kiểm tra trên những đối tượng vi sinh vật nào?

Hoạt tính kháng vi sinh vật được thử nghiệm trên phiến vi lượng 96 giếng đối với 7 chủng vi sinh vật chuẩn:

• Hai chủng vi khuẩn Gram âm: Escherichia coli (ATCC 25922), Pseudomonas aeruginosa (ATCC 25923).
• Hai chủng vi khuẩn Gram dương: Bacillus subtilis (ATCC 11774), Staphylococcus aureus (ATCC 11632).
• Một chủng nấm sợi: Aspergillus niger (439).
• Hai chủng nấm men: Candida albicans (ATCC 7754), Saccharomyces cerevisiae (SH 20).
• Đồng thời đánh giá hoạt tính chống oxy hóa qua khả năng quét gốc tự do DPPH ở bước sóng $515\text{ nm}$.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Đỗ Sơn Hải đã hoàn thành các mục tiêu đề ra về việc nghiên cứu tổng hợp và chuyển hóa các hợp chất 2-amino-4H-pyran-3-carbonitrile và 2-amino-4H-chromene-3-carbonitrile. Công trình đã kết hợp phản ứng nhiều thành phần (MCR) và phản ứng hóa học click (CuAAC) để lai hóa thành công các khung dị vòng pyran, chromene, pyrano[2,3-d]pyrimidine với phân tử đường D-glucose qua cầu nối 1,2,3-triazole. Tác giả đã chế tạo và ứng dụng các hệ xúc tác đồng dị thể ($\text{Cu/m-K10}$, $\text{CuNPs/m-K10}$, $\text{Cu@MOF-5}$) cùng các chất lỏng ion làm dung môi và xúc tác xanh. Cấu trúc của các hợp chất tổng hợp được xác định bằng các phương pháp phổ nghiệm hiện đại và nhiễu xạ tia X đơn tinh thể, đồng thời cung cấp các dữ liệu thực nghiệm về hoạt tính kháng vi sinh vật và chống oxy hóa của các dãy chất lai hóa mới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PYRAN 1. Giới thiệu chung về pyran Pyran là hợp chất dị vòng không no 6 cạnh bao gồm năm nguyên tử carbon, một nguyên tử oxy và hai liên kết đôi. Thuật ngữ pyran cũng thường được dùng cho các vòng no tương tự.

Tên IUPAC là tetrahydropyran (hay oxane). Các dẫn xuất pyran đại diện cho một bộ phận quan trọng của các hợp chất có một phổ rộng về hoạt tính sinh học, như kháng virus [78], chống ung thư [3], sốt rét [49], kháng bệnh lao và các tác nhân chống viêm [5, 52], kháng khuẩn [1, 36, 39, 40], v. Có hai pyran đồng phân, khác nhau về vị trí của các liên kết đôi (Hình 1.1): ở 2H-pyran, carbon no ở vị trí 2, trong khi đó, ở 4H-pyran, carbon no nằm ở vị trí 4. CN O O O NH2 2H-Pyran 4H-Pyran 2-amino-4H-pyran-3-carbonitrile Hình 1.

Công thức cấu tạo của các pyran. Các 2H-pyran chỉ được biết ở dạng các dẫn xuất thế của nó [41, 47, 63, 71]. Các 4H-pyran là đơn vị cấu trúc của nhiều hợp chất thiên nhiên [78]. Nhiều hợp chất của chúng được báo cáo có nhiều hoạt tính dược lí như chống dị ứng, chống ung thư và kháng khuẩn, đặc biệt là các 2-amino-4H-pyran-3-carbonitrile [72, 78].

Hợp chất 4H-pyran lần đầu tiên được cô lập vào năm 1962 và mô tả bằng phản ứng nhiệt phân 2-acetoxy-3,4-dihydro-2H-pyran. Nó không bền trong không khí và tự oxi hóa khử thành dihydropyran và ion pyryli [57]. + O o tC không khí O + O OAc O Phản ứng của acetyl acetone với ethylene glycol để tạo thành 2-methyl-2- acetoneyl-1,3-dioxolane, được tổng hợp theo sơ đồ sau [48]. 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] O O (COOEt)2 + H O NaOCH3 + HO OH O O - H2O CH3OH 0.5 N HCl O O O O O O O COOMe nhiÖt ®é phßng COOMe O O Ph2O O COOH O 230-2450C 1.

Hoạt tính sinh học và ứng dụng của các dẫn xuất pyran Vì 4H-pyran là một trong các khung dị vòng quan trọng, cấu thành một loạt các hợp chất thiên nhiên và các hợp chất có giá trị khác [2]. Hiện nay, dẫn xuất 4H- pyran đang được quan tâm đáng kể do các hoạt tính sinh học và dược lí của nó, chẳng hạn, hoạt tính kháng vi sinh vật [33, 51, 69], chống ung thư [3], v. Dẫn xuất 4H-pyran cũng có tiềm năng đối kháng calci có cấu trúc tương tự như hoạt tính sinh học 1,4-dihidropyridine. Một số dẫn xuất 2-amino-4H-pyran được sử dụng làm vật liệu quang hoạt, bột màu và khả năng phân hủy sinh học hóa chất nông nghiệp.

Chẳng hạn, cả ethyl 2-amino-[N-[6(4-methylphenyl)-4-(4-chlorophenyl)-4H-pyran-2- yl]−N-[(1E)-4-(dimethylaminophenylmethylene]-amin]-3-carboxylate (1) và 4-(4- chlorophenyl)-2-{[E-(2,4)-dichlorophenyl)-methylidene]-amino}-6-(4-methyl-phenyl)- 4H-pyran-3-carbonitrile (2) đều thể hiện hoạt tính kháng nấm tốt đối với Candida albicans khi so sánh với chất chuẩn fluconazol [58]. Cl O N O Cl N N Cl N Cl O O 1 2 Các hợp chất kiểu (R)-rugulacton, (6R)-((4R)-hydroxy-6-phenyl-hex-2-enyl)- 5,6-dihydro-pyran-2-one và đồng phân lập thể 4S của có hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm với Pseudomonas aeroginosa và Klebsiella pneumonia. Hợp chất 4- amino-5-(5-chloro-2-phenyl-1H-indole-3-yl)-7-(4-chlorophenyl)-1H-pyrano[2,3- 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. H N Cl NH2 N O N O H Cl 3 2-Amino-4-(4-chlorophenyl)-6-((-6a,8a-dimethyl-4-oxo-dodecahydro-1H- naphtho[2ʹ,1ʹ:4,5]indeno[1,2-d]thiazol-10-yl)amino)-4H-pyran-3,5-dicarbonitrile (4) và 2-((-6a,8a-dimethyl-4-oxo-dodecahydro-1H-naphtho[2ʹ,1ʹ:4,5]indeno[1,2- d]thiazol-10-yl)amino)-6-hydroxy-4-(4-methoxyphenyl)-4H-pyran-3,5- dicarbonitrile (5) thể hiện hoạt tính chống viêm loét mạnh và khi thử nghiệm độc tính trên ấu trùng tôm thì không có độc tính [52].

NH2 NH2 O O N NH CN N NH CN S H S H NC NC H H H H O 4 Cl O 5 OCH3 NH2 NH2 NC NC O O N CF3 CF3 CH3 NO 2 6 7 Hợp chất (E)-2-amino-4-(3-nitrophenyl)-8-(4-trifluoromethyl) benzylidene- 5,6,7,8-tetrahydro-4H-chromene-3-carbonitrile (6) và (E)-2-amino-6-methyl-4- (naphthalen-2-yl)-8-(4-trifluromethyl)benzylidene)-5,6,7,8-tetrahydro-4H-pyrano- [3,2-c]pyridine-3-carbonitrile (7) thể hiện hoạt tính ức chế sinh trưởng đáng kể đối với các dòng tế bào ung thư ở người như ung thư đại trực tràng (HCT116), ung thư cổ tử cung (HeLa) và ung thư phổi [14]. 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.