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 luanvanchat@agmail.com 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. Tính chất hóa học của 2-amino-4H-pyran Các 4H-pyran là dị vòng không no, không thơm (số electron π bằng 3), nên chúng có đầy đủ tính chất của một dị vòng không no. Tính chất base 2-Amino-4H-pyran phản ứng với acid tạo thành muối [36, 40].
Phản ứng acyl hóa Khi cho 2-amino-4H-pyran có nhóm amino bậc một hoặc bậc hai thì có khả năng phản ứng với các tác nhân acyl hóa như (CH3CO)2O, R-CO-X. tạo thành hợp chất amide [36, 40, 42]. Phản ứng với acid nitrous Việc phản ứng với acid nitrous dẫn đến việc chuyển đổi nhóm amino thành nhóm carbonyl thông qua muối diazoni [36, 40]: 1. Phản ứng Friedlander Phản ứng giữa 2-amino-3-cyano-4H-pyran A với hợp chất cycloalkanone B khi sử dụng chất xúc tác AlCl3 trong 1,2-dichloroethan ở điều kiện hồi lưu dẫn đến hợp chất C với hiệu suất ~63% [48].
15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phản ứng tạo hợp chất pyridine Việc đun nóng 2-amino-4H-pyran với acid acetic khi có mặt của ammoni acetate trong 4 giờ sẽ chuyển hoá nó thành các hợp chất của pyridine [36, 40]. Phản ứng tạo hợp chất pyrimidine Phản ứng giữa 2-amino-3-cyano-4H-pyran với chloroacetyl chloride trong 15 giờ sẽ thu được các pyrimidine [36, 40]. Tổng hợp 2-amino-4H-pyran 1.
Giới thiệu về phản ứng đa thành phần Phản ứng nhiều thành phần (multi-component reaction, MCR) có thể được phân loại là một phản ứng đơn giản, trong đó ba hay nhiều thành phần kết hợp lại với nhau trong một hệ phản ứng duy nhất của một quá trình (one-pot operation) gồm nhiều giai đoạn để tạo thành sản phẩm cuối cùng chứa đựng hầu hết các nguyên tử của các nguyên liệu ban đầu [16, 43, 47]. Phản ứng này do Strecker tìm ra đầu tiên vào năm 1850, thông qua việc tổng hợp các amino acid, bằng cách hỗn hợp aldehyde, hydro cyanide và ammonia theo một phương pháp đơn giản dẫn đến một loạt các amino acid. Với hơn 150 năm lịch sử và phát triển, gần đây, MCR được nghiên cứu và phát triển sâu hơn, một phần là do sự dễ dàng của phản ứng để tạo ra một loạt các hợp chất đa dạng về các nhóm chức hữu ích, đặc biệt là các dị vòng quan trọng trong tổng hợp hữu cơ [16]. 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Tổng hợp 2-amino-4H-pyran Có một số phương pháp tổng hợp các dẫn xuất 2-amino-3-cyano-4H-pyran khác nhau, trong đó phải kể đến phương pháp tổng hợp MCR với các phương thức như nghiền, khuấy hay sử dụng lò vi sóng, với nhiều loại chất xúc tác rắn, lỏng hay hỗn hợp lỏng rắn đã được ứng dụng phổ biến [68]. và đồng nghiệp [40] đã đưa ra qui trình “one-pot” để tổng hợp các dẫn xuất của 2-amino-4H-pyran và 2-amino-5-oxo-5,6,7,8-tetrahydro- 4H-chromene với chất xúc tác MgO bằng phương pháp nghiền ở nhiệt độ phòng trong vòng 25 phút, với hiệu suất 77−94%. Các hợp chất này có hoạt tính kháng khuẩn tốt với E. và cộng sự [93, 94] đã đưa ra qui trình để tổng hợp 4H-pyran bằng phương pháp khuấy trong môi trường nước-ethanol ở nhiệt độ 55°C.
Bằng cách chiếu xạ vi sóng, năm 2012, Sánchez A. và các đồng nghiệp [68] đã đề xuất qui trình tổng hợp 2-amino-3-cyano-4H-pyran sử dụng chất xúc tác NH4OH trong ethanol. Sản phẩm thu được có hiệu suất 45−98% trong 10 phút: 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Năm 2013, Safaei-Ghomi J. và đồng nghiệp [66] đã đưa ra phương pháp tổng hợp 4H-pyran khi sử dụng chất xúc tác SnCl2/SiO2 nano trong điều kiện hồi lưu trong dung môi ethanol với hiệu suất trên 90%.
Chất xúc tác có thể tái sử dụng với 8 lần thu hồi và tái sử dụng, hiệu suất giảm không đáng kể và vẫn đạt trên 90%. Bằng phản ứng “one-pot” của hỗn hợp bao gồm aldehyde, malononitrile và methyl acetoacetate (hoặc ethyl benzoylacetate) với chất xúc tác dibutylamin (2,5 mol%) và được khuấy ở nhiệt độ phòng. Sản phẩm thu được không cần tách bằng cột sắc kí [38]: Phương pháp tổng hợp khác cũng sử dụng phản ứng “one-pot” là việc trộn lẫn aldehyde, malononitrile và methylene diketone với hệ chất xúc tác base MgO/La2O3. Phản ứng cho hiệu suất cao, thời gian phản ứng ngắn, điều kiện êm dịu và khả năng tái sinh cao của chất xúc tác [37, 38].
Peng và cộng sự [60] đã đưa ra phương pháp “one-pot” để điều chế các 2- amino-3-cyano-4H-pyran bằng phản ứng của aldehyde thơm, malononitrile và hợp chất β-dicacbonyl khi sử dụng tetramethyl guanidin trong chất lỏng ion [Bmim]BF4. 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. và các đồng nghiệp [42] đã đề xuất phương pháp tổng hợp sử dụng chất xúc tác [Bmim]OH, khá tương đồng với phương pháp tổng hợp của tác giả Peng: Một phản ứng “one-pot” khác sử dụng Cu(II) oxymetasilicat làm chất xúc tác được Heravi và cộng sự đề xuất [24]: Năm 2010, H. Valizadeh và đồng nghiệp [82] đưa ra phương pháp tổng hợp các 4H-pyran bằng hệ chất xúc tác ZnO/MgO trên chất mang ZnO và được khuấy cùng với chất lỏng ion [Bmim]BF4.
TỔNG QUAN VỀ CHROMENE 1. Cấu trúc của chromene Chromene (hay benzopyran) cũng là một trong các thành phần cấu trúc quan trọng trong các hợp chất thiên nhiên, và được đặc biệt quan tâm bởi nhiều hoạt tính sinh học hữu ích của nó [1, 6, 9, 15]. Đây là một hệ thống dị vòng bao gồm một 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vòng benzene gắn với một vòng pyran. Benzopyran bao gồm một số khung cấu trúc như chroman, 2H-chromene và 4H-chromene (Hình 1.
O O O Chroman 2H-Chromene 4H-Chromene Hình 1. Một số khung cấu trúc của benzopyran. Mặc dù bản thân các chromene ít có ý nghĩa trong hóa học, song nhiều dẫn xuất của chúng lại là các phân tử sinh học quan trọng, chẳng hạn như các pyranoflavonoid [86]. Hoạt tính sinh học của các chromene Việc phân lập 2H-chromene trong tự nhiên đã được công bố trong rất nhiều công trình nghiên cứu.
Gần đây, các hợp chất được công bố bao gồm 5,7- dimethoxy-2-methyl-2H-chromene (8) và 5,7-dimethoxy-2,8-dimethyl-2H- chromene (9). Cả hai hợp chất này đều được phân lập từ tinh dầu lá Calyptranthes tricona, có hoạt tính kháng nấm mạnh [50]. CH3 CH3 CH3 O O CH3 O O CH3 O O H3C H3C 9 8 H3C CH3 H3C CH3 O O O H3C CH3 HO O H3C CH3 O O O H3C O 10 11 Trái ngược với 2H-chromene, chỉ có một vài hợp chất thiên nhiên có chứa cấu trúc 4H-chromene được phân lập, chẳng hạn, 7-hydroxy-6-methoxy-4H- chromene (10) là một ví dụ về 4H-chromene thiên nhiên, từ hoa của cây Wisteria sinensis [11]. Ngoài ra, trong tự nhiên còn có 4H-chromene là Uvafzlelin (11) được 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phân lập từ thân cây Uvaria ufielii, có phổ kháng khuẩn rộng chống lại vi khuẩn Gram dương.
Hợp chất Conrauinone A (12) là một vòng chromene thiên nhiên, đã được phân lập từ vỏ của cây Millettia conraui và có khả năng được sử dụng để điều trị kí sinh trùng đường ruột [19]. Một hợp chất tự nhiên khác là Erysenegalensein C (13) đã được phân lập từ vỏ cây Erythrina senegalensis và có tiềm năng sử dụng trong điều trị đau dạ dày, vô sinh ở nữ và bệnh lậu [84].