Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng của 7-hidroxi-4-metylcoumarin và 2-thioxo-1,3-thiazolidin-4-on

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu tốt nghiệp hóa học tổng hợp một số hợp chất chứa dị vòng 2 thioxo 1 3 thiazolidin 4 on dẫn xuất của, vận dụng lý thuyết vào thực tế, đề xuất giải

• Tác giả: Huỳnh Thị Nhàn
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Công
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Và Ứng Dụng Của 7-Hidroxi-4-Metylcoumarin Và 2-Thioxo-1,3-Thiazolidin-4-On
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: VÀI NÉT VỀ 7-HIDROXI-4-METYLCOUMARIN
• 1.1. Cấu tạo, danh pháp
• 1.2. Tính chất vật lí
• 1.3. Phương pháp tổng hợp 7-hiđroxi-4-metylcoumarin
• 1.4. Một số phản ứng chuyển hóa của 7-hiđroxi-4-metylcoumarin
• 1.5. Một số ứng dụng của 7-hiđroxi-4-metylcoumarin
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP CÁC CHẤT
• 2.1. Điều chế axit thiocacbonyl-bis-thioglicolic
• 2.2. Tổng hợp 7-hiđroxi-4-metylcoumarin (A)
• 2.3. Tổng hợp este etyl 4-metylcoumarin-7-yloxiaxetat (B)
• 2.4. Tổng hợp 4-metylcoumarin-7-yloxiaxetohidrazit (C)
• 2.5. Tổng hợp 3-(4-metylcoumarin-7-yloxiaxetylamino)-2-thioxo-1,3-thiazolidin-4-on
• 2.6. Tổng hợp một số dẫn xuất của 2-thioxo-1,3-thiazolidin-4-on (E, -E:)
• 2.7. Xác định nhiệt độ nóng chảy, cấu trúc và hoạt tính kháng khuẩn
• 2.8. Phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (H-NMR, 13C-NMR, HSQC, HMBC), phổ khối lượng (HR-MS), hoạt tính kháng khuẩn
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THĂM DÒ HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về 7 hidroxi 4 metylcoumarin và 2 thioxo 1 3 thiazolidin 4 on

Hợp chất 7-hidroxi-4-metylcoumarin và 2-thioxo-1,3-thiazolidin-4-on là hai hợp chất quan trọng trong hóa học hữu cơ, đặc biệt trong lĩnh vực y dược. Chúng có cấu trúc độc đáo và hoạt tính sinh học cao, được nghiên cứu rộng rãi trong các ứng dụng điều trị bệnh. Việc tổng hợp và nghiên cứu các hợp chất này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tính chất hóa học mà còn mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong y học.

1.1. Đặc điểm cấu trúc của 7 hidroxi 4 metylcoumarin

7-hidroxi-4-metylcoumarin có công thức phân tử C10H10O3, với cấu trúc chứa nhóm hydroxyl tại vị trí 7. Hợp chất này có tính chất huỳnh quang và khả năng hòa tan tốt trong dung môi hữu cơ, làm cho nó trở thành một ứng cử viên lý tưởng cho các nghiên cứu sinh học.

1.2. Đặc điểm cấu trúc của 2 thioxo 1 3 thiazolidin 4 on

2-thioxo-1,3-thiazolidin-4-on là một hợp chất dị vòng chứa lưu huỳnh và nitơ, có công thức phân tử C4H5NOS. Hợp chất này có tính chất hóa học đặc biệt, cho phép nó tham gia vào nhiều phản ứng hóa học khác nhau, tạo ra các dẫn xuất có hoạt tính sinh học cao.

II. Thách thức trong nghiên cứu 7 hidroxi 4 metylcoumarin và 2 thioxo 1 3 thiazolidin 4 on

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc nghiên cứu và tổng hợp 7-hidroxi-4-metylcoumarin và 2-thioxo-1,3-thiazolidin-4-on gặp phải một số thách thức. Các vấn đề liên quan đến hiệu suất tổng hợp, độ tinh khiết của sản phẩm và khả năng ứng dụng trong thực tiễn là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Khó khăn trong quá trình tổng hợp

Quá trình tổng hợp 7-hidroxi-4-metylcoumarin thường yêu cầu điều kiện phản ứng nghiêm ngặt và xúc tác phù hợp. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao và sản phẩm tinh khiết.

2.2. Vấn đề về tính ổn định của hợp chất

Tính ổn định của 2-thioxo-1,3-thiazolidin-4-on trong môi trường khác nhau có thể ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học của nó. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định và khả năng bảo quản của hợp chất này.

III. Phương pháp tổng hợp 7 hidroxi 4 metylcoumarin hiệu quả

Có nhiều phương pháp tổng hợp 7-hidroxi-4-metylcoumarin, mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

3.1. Phương pháp tổng hợp từ resorxinol

Phương pháp tổng hợp 7-hidroxi-4-metylcoumarin từ resorxinol và este etyl axetoaxetat là một trong những phương pháp phổ biến. Sử dụng xúc tác H2SO4 đặc giúp tăng cường hiệu suất phản ứng và giảm thiểu thời gian tổng hợp.

3.2. Phương pháp sử dụng xúc tác boron trifluoride

Sử dụng boron trifluoride dihidrat làm xúc tác trong quá trình tổng hợp cũng cho thấy hiệu quả cao. Phương pháp này cho phép đạt được sản phẩm với độ tinh khiết cao và hiệu suất phản ứng lên đến 98-99%.

IV. Ứng dụng thực tiễn của 7 hidroxi 4 metylcoumarin trong y học

7-hidroxi-4-metylcoumarin có nhiều ứng dụng trong y học nhờ vào các hoạt tính sinh học của nó. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hợp chất này có khả năng kháng khuẩn, chống viêm và hỗ trợ điều trị nhiều bệnh lý khác nhau.

4.1. Tác dụng kháng khuẩn của 7 hidroxi 4 metylcoumarin

Hợp chất này đã được chứng minh có khả năng ức chế sự phát triển của nhiều chủng vi khuẩn, bao gồm cả vi khuẩn gram dương và gram âm. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các loại thuốc kháng sinh mới.

4.2. Ứng dụng trong điều trị bệnh viêm

7-hidroxi-4-metylcoumarin cũng cho thấy hiệu quả trong việc giảm viêm và đau, làm cho nó trở thành một lựa chọn tiềm năng trong điều trị các bệnh lý viêm nhiễm.

V. Kết quả nghiên cứu về 2 thioxo 1 3 thiazolidin 4 on

Nghiên cứu về 2-thioxo-1,3-thiazolidin-4-on đã chỉ ra rằng hợp chất này có nhiều hoạt tính sinh học đáng chú ý. Các dẫn xuất của nó đã được phát triển và thử nghiệm với nhiều kết quả khả quan.

5.1. Hoạt tính kháng vi sinh vật của 2 thioxo 1 3 thiazolidin 4 on

Các nghiên cứu cho thấy 2-thioxo-1,3-thiazolidin-4-on có khả năng kháng vi sinh vật mạnh mẽ, đặc biệt là đối với các chủng vi khuẩn gây bệnh. Điều này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển thuốc kháng sinh.

5.2. Ứng dụng trong điều trị bệnh lý khác

Ngoài tác dụng kháng vi sinh vật, 2-thioxo-1,3-thiazolidin-4-on còn có khả năng chống viêm và giảm đau, làm cho nó trở thành một ứng cử viên tiềm năng trong điều trị nhiều bệnh lý khác nhau.

VI. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu về 7-hidroxi-4-metylcoumarin và 2-thioxo-1,3-thiazolidin-4-on đã mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực hóa học hữu cơ và y dược. Các hợp chất này không chỉ có tiềm năng ứng dụng cao mà còn là đối tượng nghiên cứu hấp dẫn cho các nhà khoa học.

6.1. Tương lai của nghiên cứu 7 hidroxi 4 metylcoumarin

Với những kết quả khả quan từ các nghiên cứu hiện tại, 7-hidroxi-4-metylcoumarin hứa hẹn sẽ tiếp tục được nghiên cứu sâu hơn để phát triển các ứng dụng mới trong y học.

6.2. Tương lai của nghiên cứu 2 thioxo 1 3 thiazolidin 4 on

2-thioxo-1,3-thiazolidin-4-on cũng sẽ là một lĩnh vực nghiên cứu tiềm năng, với nhiều khả năng ứng dụng trong điều trị bệnh và phát triển thuốc mới.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lĩnh vực hóa học hữu cơ và hóa dược, việc tìm kiếm, thiết kế và tổng hợp các hợp chất dị vòng mới mang hoạt tính sinh học cao luôn là một hướng nghiên cứu thu hút sự quan tâm lớn. Các hệ dị vòng có mặt phổ biến trong tự nhiên cũng như trong cấu trúc của nhiều loại dược phẩm quan trọng nhờ khả năng tương tác đa dạng với các đích sinh học trong cơ thể người và động vật. Trong số các khung cấu trúc dị vòng đã được chứng minh có nhiều tiềm năng dược lý, coumarin (đặc biệt là dẫn xuất 7-hiđroxi-4-metylcoumarin) và dị vòng 2-thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on (rhodanin) là hai nhóm chất nổi bật với phổ tác dụng sinh học rộng rãi, bao gồm kháng khuẩn, kháng nấm, kháng viêm, ức chế virus và hỗ trợ điều trị các rối loạn chuyển hóa.

Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài khóa luận "Tổng hợp một số hợp chất chứa dị vòng 2-thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on, dẫn xuất của 7-hiđroxi-4-metylcoumarin" được thực hiện nhằm kết hợp hai cấu trúc hoạt tính nêu trên vào cùng một phân tử, hướng tới việc tạo ra dãy hợp chất lai hóa mới có tiềm năng kháng sinh.

Theo văn bản khóa luận, các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định bao gồm:

1. Tổng hợp một số dẫn xuất của 2-thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on từ các hóa chất ban đầu là resorxinol và etyl axetoaxetat thông qua chuỗi phản ứng chuyển hóa nhiều giai đoạn.
2. Nghiên cứu cấu trúc của các hợp chất trung gian và sản phẩm cuối cùng đã tổng hợp được bằng các phương pháp phổ học vật lý hiện đại, bao gồm phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^{1}\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, HSQC, HMBC) và phổ khối lượng phân giải cao (HR-MS).
3. Thăm dò hoạt tính kháng khuẩn của các dẫn xuất tổng hợp được đối với một số chủng vi khuẩn Gram dương (Bacillus subtilis) và Gram âm (Escherichia coli).

Đối tượng nghiên cứu của khóa luận là phân tử 7-hiđroxi-4-metylcoumarin, các dẫn xuất ester, hiđrazit trung gian, dẫn xuất mang vòng 2-thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on và các dẫn xuất ngưng tụ 5-aryliđen tương ứng. Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ, Phòng thí nghiệm Hóa đại cương (Khoa Hóa học) và Phòng thí nghiệm Vi sinh (Khoa Sinh học) thuộc Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh; kết hợp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân tại Viện Hóa học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội) và phân tích phổ khối lượng tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh), hoàn thành vào tháng 5 năm 2013.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm

Nội dung nghiên cứu dựa trên các cơ sở lý thuyết hóa học hữu cơ về hợp chất dị vòng và cơ chế phản ứng tổng hợp hữu cơ chuyên sâu:

• Khung phân tử coumarin và 7-hiđroxi-4-metylcoumarin: Coumarin ($\text{C}_9\text{H}_6\text{O}2$, $M=146$, tên hệ thống là $2H\text{-chromen-2-on}$) là hợp chất dị vòng chứa oxy có cấu tạo phẳng. Dẫn xuất 7-hiđroxi-4-metylcoumarin ($\text{C}{10}\text{H}_8\text{O}_3$, $M=176$, hay $\beta$-metylumbelliferone) được tổng hợp thông qua phản ứng ngưng tụ Pechmann giữa resorxinol và este $\beta$-keto (etyl axetoaxetat) dưới sự xúc tác của axit vô cơ mạnh ($\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc). Nhóm -OH ở vị trí C-7 có tính axit yếu và khả năng phản ứng nucleophil thuận lợi cho các chuyển hóa tiếp theo như alkyl hóa và acyl hóa.
• Dị vòng 1,3-thiazoliđin-4-on và 2-thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on (rhodanin): 1,3-Thiazoliđin-4-on là dị vòng 5 cạnh chứa hai dị tố nitơ và lưu huỳnh với nhóm cacbonyl ở vị trí C-4. Dẫn xuất 2-thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on ($\text{C}_3\text{H}_3\text{NOS}_2$, $M=133$) có một nhóm thioxo (=S) ở C-2. Trung tâm phản ứng quan trọng của hệ vòng này là nhóm metylen ($-\text{CH}_2-$) tại vị trí C-5 có tính axit linh động (dễ tham gia phản ứng ngưng tụ Knoevenagel với các anđehit thơm tạo dẫn xuất 5-aryliđen) và nguyên tử nitơ tại vị trí N-3 còn cặp electron tự do tham gia các phản ứng thế và đóng vòng.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được tác giả triển khai bao gồm:

• Phương pháp tổng hợp hóa học đa giai đoạn:
  1. Tổng hợp tác chất đóng vòng axit thiocacbonyl-bis-thioglicolic từ natri sunfua ($\text{Na}_2\text{S}\cdot 9\text{H}_2\text{O}$), cacbon đisunfua ($\text{CS}_2$) và axit monocloroaxetic.
  2. Tổng hợp khung 7-hiđroxi-4-metylcoumarin (chất A) bằng phản ứng ngưng tụ Pechmann trong điều kiện nhiệt độ kiểm soát $0\text{--}5^\circ\text{C}$.
  3. $O$-alkyl hóa chất A với etyl cloroaxetat có mặt bazơ $\text{K}_2\text{CO}_3$ khan trong axeton tạo este etyl 4-metylcoumarin-7-yloxiaxetat (chất B).
  4. Hiđrazin phân este B bằng hyđrazin hydrat $80%$ trong etanol tạo 4-metylcoumarin-7-yloxiaxetohiđrazit (chất C).
  5. Đóng vòng hiđrazit C với axit thiocacbonyl-bis-thioglicolic tạo dẫn xuất dị vòng rhodanin là 3-(4-metylcoumarin-7-yloxiaxetylamino)-2-thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on (chất D).
  6. Ngưng tụ Knoevenagel giữa chất D với các anđehit thơm thế khác nhau (4-metoxibenzanđehit, 4-clorobenzanđehit, 4-nitrobenzanđehit) với sự hiện diện của natri axetat khan trong axit axetic băng tạo các dẫn xuất aryliđen tương ứng ($\text{E}_1, \text{E}_2, \text{E}_3$).
• Phương pháp xác định tính chất vật lý và phổ học cấu trúc:
  • Xác định nhiệt độ nóng chảy bằng phương pháp mao quản trên máy Gallenkamp.
  • Phổ hồng ngoại (FT-IR) đo trên máy FTIR 8400S Shimadzu bằng kỹ thuật ép viên với KBr.
  • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^{1}\text{H-NMR}$ tần số $500\text{ MHz}$, $^{13}\text{C-NMR}$ tần số $125\text{ MHz}$, phổ tương tác gần HSQC, phổ tương tác xa HMBC) đo trên máy Bruker Avance, dung môi DMSO, chất chuẩn nội tetrametylsilan (TMS).
  • Phổ khối lượng phân giải cao (HR-MS) đo trên thiết bị Bruker micrOTOF-Q 10187.
• Phương pháp thăm dò hoạt tính kháng khuẩn: Phương pháp khuếch tán giếng thạch trên môi trường thạch dinh dưỡng (thành phần: $5\text{ g}$ cao thịt, $5\text{ g}$ pepton, $5\text{ g}$ $\text{NaCl}$ khan, $20\text{ g}$ agar trong $1000\text{ ml}$ nước cất) được hấp vô trùng. Thử nghiệm trên hai chủng vi khuẩn kiểm định là Bacillus subtilis (Gram dương) và Escherichia coli (Gram âm) ở hai nồng độ dung dịch thử $0{,}1%$ và $0{,}2%$. Đánh giá hoạt tính thông qua việc đo đường kính vòng vô khuẩn $D-d\text{ (mm)}$ sau 12 giờ ủ ở nhiệt độ phòng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan tài liệu

Chương này hệ thống hóa các tài liệu khoa học liên quan đến cấu trúc, danh pháp, phương pháp tổng hợp, các phản ứng chuyển hóa hóa học đặc trưng và ứng dụng sinh học của ba đối tượng chính:

• 7-Hiđroxi-4-metylcoumarin: Trình bày lịch sử phát hiện coumarin từ hạt cây Dipteryx odorata Willd (năm 1820), hiện tượng hỗ biến ở $\text{pH } 4\text{--}6{,}5$, tính phát huỳnh quang dưới ánh sáng tử ngoại phụ thuộc $\text{pH}$, và các phương pháp tổng hợp từ resorxinol với etyl axetoaxetat qua các hệ xúc tác khác nhau ($\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc, muối polyanilin sunfat ở $150^\circ\text{C}$, $\text{BF}_3\cdot 2\text{H}_2\text{O}$ cho hiệu suất $98\text{--}99%$, hoặc $\text{LiBr}$ không dung môi cho hiệu suất $92%$). Đồng thời điểm qua các ứng dụng chống co thắt mạch vành, chống đông máu, chữa bệnh bạch biến, kháng khuẩn (như kháng sinh novobioxin) và ức chế virus HIV (như calanolide).
• Dị vòng 1,3-thiazoliđin-4-on: Trình bày các quy trình tổng hợp từ thioure, thiosemicacbazit, axit cloroaxetic, hoặc phản ứng giữa azometin với axit thiolactic trong điều kiện vi sóng. Giới thiệu các dẫn xuất mang hoạt tính dược lý thực tế như thuốc hạ đường huyết Pioglitazon, Ciglitazon, cũng như các dẫn xuất có hoạt tính chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng virus HIV-1 và viêm gan C (HCV).
• 2-Thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on (rhodanin): Phân tích khả năng phản ứng thế tại vị trí N-3 và phản ứng ngưng tụ tại vị trí C-5. Khảo sát các phản ứng tạo dẫn xuất $N$-glycozit, phản ứng Diels-Alder của aryliđenrhodanin với anhydrit maleic, phản ứng thế halogen và diazo hóa. Nêu bật các ứng dụng y dược của rhodanin trong điều trị biến chứng tiểu đường (hoạt chất Epalrestat ức chế aldose reductase), tác dụng an thần, chống co giật, kháng nấm, chống lao và ứng dụng chế tạo màng/điện cực chọn lọc ion kim loại ($\text{Zn}^{2+}, \text{Sm}^{3+}$).

Chương 2. Thực nghiệm

Chương 2 trình bày chi tiết quy trình thực nghiệm, định lượng hóa chất, điều kiện phản ứng và phương pháp tinh chế cho từng hợp chất:

• Axit thiocacbonyl-bis-thioglicolic: Điều chế từ $24\text{ g}$ $\text{Na}_2\text{S}\cdot 9\text{H}_2\text{O}$, $7{,}6\text{ g}$ $\text{CS}_2$, $0{,}56\text{ g}$ $\text{KOH}$ trong nước, sau đó cho phản ứng với $11{,}65\text{ g}$ axit monocloroaxetic đã trung hòa bởi $\text{NaHCO}_3$, axit hóa bằng $\text{HCl}$ đặc đến $\text{pH } 2\text{--}3$, kết tinh lại trong nước thu được tinh thể hình vảy, điểm nóng chảy $171\text{--}172^\circ\text{C}$.
• Hợp chất (A) - 7-hiđroxi-4-metylcoumarin: Ngưng tụ giữa $11\text{ g}$ resorxinol và $13\text{ g}$ etyl axetoaxetat trong $50\text{ ml}$ $\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc ở $0\text{--}5^\circ\text{C}$, kết tinh trong hỗn hợp etanol : nước (tỷ lệ $3:2$), thu được tinh thể hình kim màu vàng nhạt, nhiệt độ nóng chảy $189\text{--}190^\circ\text{C}$.
• Hợp chất (B) - este etyl 4-metylcoumarin-7-yloxiaxetat: Phản ứng giữa $7{,}92\text{ g}$ chất A, $5{,}52\text{ g}$ etyl cloroaxetat và $6{,}21\text{ g}$ $\text{K}_2\text{CO}_3$ khan trong $90\text{ ml}$ axeton, đun hồi lưu ở $80\text{--}100^\circ\text{C}$ trong 10 giờ, kết tinh trong etanol : nước ($1:1$), thu được tinh thể hình kim màu trắng, nhiệt độ nóng chảy $115\text{--}116^\circ\text{C}$.
• Hợp chất (C) - 4-metylcoumarin-7-yloxiaxetohiđrazit: Cho $5{,}34\text{ g}$ este B phản ứng với $3{,}75\text{ g}$ hyđrazin hydrat $80%$ (dư gấp 3 lần lý thuyết) trong $30\text{ ml}$ etanol tuyệt đối ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ, kết tinh trong etanol : nước ($1:1$), thu được tinh thể hình kim màu trắng, nhiệt độ nóng chảy $204\text{--}206^\circ\text{C}$.
• Hợp chất (D) - 3-(4-metylcoumarin-7-yloxiaxetylamino)-2-thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on: Phản ứng giữa $2{,}48\text{ g}$ chất C và $2{,}26\text{ g}$ axit thiocacbonyl-bis-thioglicolic trong etanol tuyệt đối, đun hồi lưu 8 giờ, kết tinh trong hệ dung môi $\text{AcOH} : \text{DMF}$, thu được chất bột màu vàng nhạt, nhiệt độ nóng chảy $248\text{--}249^\circ\text{C}$.
• Các dẫn xuất ($\text{E}_1, \text{E}_2, \text{E}_3$): Ngưng tụ $0{,}546\text{ g}$ chất D ($0{,}015\text{ mol}$) với $0{,}015\text{ mol}$ anđehit thơm tương ứng có mặt $0{,}123\text{ g}$ $\text{CH}_3\text{COONa}$ khan trong axit axetic băng, đun hồi lưu 5 giờ:
  • Dẫn xuất $\text{E}_1$ (với 4-metoxibenzanđehit): Bột màu vàng, xốp, kết tinh trong $\text{DMF} : \text{AcOH}$, nhiệt độ nóng chảy $239\text{--}240^\circ\text{C}$, hiệu suất đạt $71%$.
  • Dẫn xuất $\text{E}_2$ (với 4-clorobenzanđehit): Bột màu vàng, xốp, kết tinh trong $\text{DMF} : \text{AcOH}$, nhiệt độ nóng chảy $279\text{--}280^\circ\text{C}$.
  • Dẫn xuất $\text{E}_3$ (với 4-nitrobenzanđehit): Bột màu vàng đậm, xốp, kết tinh trong $\text{DMF} : \text{etanol}$, nhiệt độ nóng chảy $273\text{--}274^\circ\text{C}$.
• Quy trình thử nghiệm sinh học: Mô tả kỹ thuật pha loãng mẫu hóa chất, cấy trải vi khuẩn B. subtilis và E. coli, tạo lỗ thạch, nạp $0{,}1\text{ ml}$ dung dịch thử, ủ lạnh $4\text{--}8$ giờ để chất khuếch tán và ủ sinh trưởng 12 giờ trước khi đo đường kính vòng kháng khuẩn.

Chương 3. Kết quả và thảo luận

Chương này tập trung làm sáng tỏ cơ chế phản ứng, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp và phân tích dữ liệu phổ để chứng minh cấu trúc của từng chất:

• Cơ chế hình thành 7-hiđroxi-4-metylcoumarin (A): Phản ứng Pechmann bắt đầu bằng sự proton hóa nhóm cacbonyl của etyl axetoaxetat, tiếp theo là phản ứng thế ái điện tử của vòng benzen của resorxinol vào cacbon mang điện tích dương, sau đó diễn ra phản ứng chuyển proton, tách nước tạo liên kết đôi và cuối cùng là quá trình đóng vòng este nội phân tử kèm theo sự tách phân tử etanol ($\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$). Tác giả phân tích rõ: phản ứng cần duy trì ở nhiệt độ thấp ($0\text{--}5^\circ\text{C}$) để tránh phản ứng phụ oxy hóa resorxinol bởi axit sunfuric đặc.
• Phân tích phổ hồng ngoại (IR):
  • Hợp chất A: Pic hấp thụ tù và rộng ở $3499\text{ cm}^{-1}$ đặc trưng cho dao động hóa trị nhóm $-\text{OH}$; pic ở $1670\text{ cm}^{-1}$ đặc trưng cho nhóm $\text{C}=\text{O}$ lacton; pic ở $1607\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C}=\text{C}$ thơm); pic ở $3115\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C}-\text{H}$ thơm); pic ở $2950\text{ cm}^{-1}$ ($\text{C}-\text{H}$ no).
  • Hợp chất B: Xuất hiện dao động nhóm este bên cạnh nhóm lacton coumarin.
  • Hợp chất C: Mất dải este, xuất hiện dải hấp thụ của nhóm $-\text{NH}-\text{NH}_2$ và cacbonyl amit.
  • Hợp chất D: Xuất hiện dải dao động của nhóm $\text{C}=\text{O}$ vòng thiazolidin, dải dao động $\text{C}=\text{S}$ đặc trưng cho cấu trúc thioxo.
  • Hợp chất $\text{E}_1\text{--}\text{E}_3$: Mất tín hiệu dao động của nhóm $-\text{CH}_2-$ vòng thiazolidin do đã chuyển hóa thành liên kết đôi $=\text{CH}-\text{Ar}$, xuất hiện các tín hiệu đặc trưng của nhóm thế nhân thơm mới ($-\text{OCH}_3$, $-\text{Cl}$, $-\text{NO}_2$).
• Phân tích phổ NMR và HR-MS: Quy kết chi tiết các độ dịch chuyển hóa học, độ bội và hằng số tương tác spin-spin trên phổ $^{1}\text{H-NMR}$ và $^{13}\text{C-NMR}$, đồng thời sử dụng phổ 2D (HSQC để xác định tương tác trực tiếp $^{1}\text{J}{\text{C}-\text{H}}$, HMBC để xác định tương tác xa qua 2--3 liên kết $^{2}\text{J}{\text{C}-\text{H}}, ^{3}\text{J}_{\text{C}-\text{H}}$) để khẳng định vị trí liên kết giữa nhánh axetylamino và dị vòng rhodanin. Phổ khối lượng phân giải cao HR-MS xác nhận giá trị pic ion phân tử phù hợp chính xác với khối lượng phân tử tính toán theo lý thuyết của các hợp chất tổng hợp.
• Kết quả thăm dò hoạt tính kháng khuẩn: Đánh giá số liệu đường kính vòng vô khuẩn của các chất $\text{E}_1, \text{E}_2, \text{E}_3$ trên hai chủng vi khuẩn B. subtilis và E. coli tại hai nồng độ $0{,}1%$ và $0{,}2%$.

Chương 4. Kết luận và đề xuất

• Kết luận: Đã tổng hợp thành công 7 hợp chất hữu cơ (trong đó có chất trung gian A, B, C, D và 3 dẫn xuất mới $\text{E}_1, \text{E}_2, \text{E}_3$). Đã xác định đầy đủ các hằng số vật lý (nhiệt độ nóng chảy) và cấu trúc phân tử thông qua hệ thống phổ nghiệm hiện đại. Đã tiến hành thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn bước đầu.
• Đề xuất: Tiếp tục mở rộng khảo sát hoạt tính sinh học trên các chủng vi khuẩn, vi nấm khác; nghiên cứu tổng hợp thêm các dẫn xuất mới với các anđehit thơm đa dạng hơn để xây dựng mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính sinh học (SAR).

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã thực hiện thành công chuỗi tổng hợp hữu cơ 5 giai đoạn, cô lập và đặc trưng hóa đầy đủ các hợp chất trung gian và sản phẩm cuối cùng.

Ký hiệu	Tên hợp chất / Dẫn xuất	Dạng tồn tại / Màu sắc	Nhiệt độ nóng chảy ($^\circ\text{C}$)	Hiệu suất
A	7-hiđroxi-4-metylcoumarin	Tinh thể hình kim màu vàng nhạt	$189\text{--}190$	—
B	Etyl 4-metylcoumarin-7-yloxiaxetat	Tinh thể hình kim màu trắng	$115\text{--}116$	—
C	4-metylcoumarin-7-yloxiaxetohiđrazit	Tinh thể hình kim màu trắng	$204\text{--}206$	—
D	3-(4-metylcoumarin-7-yloxiaxetylamino)-2-thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on	Chất bột màu vàng nhạt	$248\text{--}249$	—
$\text{E}_1$	5-(4-metoxibenzyliđen)-3-(4-metylcoumarin-7-yloxiaxetylamino)-2-thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on	Chất bột màu vàng, xốp	$239\text{--}240$	$71%$
$\text{E}_2$	5-(4-clorobenzyliđen)-3-(4-metylcoumarin-7-yloxiaxetylamino)-2-thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on	Chất bột màu vàng, xốp	$279\text{--}280$	—
$\text{E}_3$	3-(4-metylcoumarin-7-yloxiaxetylamino)-5-(4-nitrobenzyliđen)-2-thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on	Chất bột màu vàng đậm, xốp	$273\text{--}274$	—

Về mặt đóng góp khoa học, tác giả đã:

• Thiết lập quy trình tổng hợp ổn định để gắn kết dị vòng 2-thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on vào khung phân tử 7-hiđroxi-4-metylcoumarin thông qua cầu nối axetylamino ($-\text{O}-\text{CH}_2-\text{CO}-\text{NH}-$).
• Tổng hợp thành công 3 dẫn xuất aryliđen mới ($\text{E}_1, \text{E}_2, \text{E}_3$), đóng góp dữ liệu phổ nghiệm chi tiết ($^{1}\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, HSQC, HMBC, HR-MS) chưa từng được công bố trước đó của hệ cấu trúc này vào ngân hàng dữ liệu hóa học hữu cơ.
• Cung cấp dữ liệu thực nghiệm bước đầu về khả năng ức chế vi khuẩn Bacillus subtilis và Escherichia coli của các hợp chất tổng hợp được.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận ghi nhận một số hạn chế và định hướng phát triển nghiên cứu dựa trên phạm vi thực tế đã triển khai:

• Thử nghiệm sinh học mới chỉ dừng lại ở mức độ thăm dò định tính/bán định lượng thông qua đo đường kính vòng kháng khuẩn trên hai chủng vi khuẩn đơn lẻ (Bacillus subtilis đại diện cho Gram dương và Escherichia coli đại diện cho Gram âm), chưa xác định được nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) và nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (MBC).
• Dãy dẫn xuất aryliđen tổng hợp được mới gồm 3 dẫn xuất thế tại vị trí para ($-\text{OCH}_3$, $-\text{Cl}$, $-\text{NO}_2$), chưa đủ lớn để xây dựng tương quan định lượng cấu trúc - hoạt tính (QSAR).
• Hiệu suất phản ứng mới được ghi nhận cụ thể cho dẫn xuất $\text{E}_1$ ($71%$), các điều kiện tối ưu hóa dung môi, nhiệt độ và xúc tác cho từng phản ứng ngưng tụ riêng biệt chưa được khảo sát toàn diện.
• Hướng mở rộng nghiên cứu tiếp theo bao gồm: tiếp tục tổng hợp thêm nhiều dẫn xuất mang các nhóm thế có hiệu ứng không gian và điện tử khác nhau (vị trí ortho, meta, các nhóm thế đa vị trí); mở rộng khảo sát hoạt tính kháng nấm, kháng viêm và độc tính tế bào trên các dòng tế bào ung thư.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho:

• Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành Hóa hữu cơ, Hóa dược và Công nghệ Hóa học: Cung cấp quy trình chi tiết về kỹ thuật tổng hợp dị vòng, phản ứng ngưng tụ Pechmann, phản ứng tạo hiđrazit và phản ứng ngưng tụ Knoevenagel.
• Các nhà nghiên cứu về phân tích cấu trúc hữu cơ: Cung cấp phương pháp mẫu mực trong việc biện giải và quy kết phổ cộng hưởng từ hạt nhân 2D (HSQC, HMBC) và phổ khối lượng phân giải cao (HR-MS) đối với các phân tử hữu cơ phức tạp chứa nhiều dị tố (O, N, S).
• Các nhóm nghiên cứu phát triển thuốc mới: Cung cấp số liệu cấu trúc và hoạt tính kháng khuẩn ban đầu của hệ dẫn xuất lai coumarin - rhodanin làm tiền đề cho việc thiết kế các cấu trúc phân tử có hoạt tính cao hơn.

Câu hỏi thường gặp

1. Hợp chất 7-hiđroxi-4-metylcoumarin (A) được tổng hợp bằng phản ứng nào và cần lưu ý điều kiện gì?
Chất A được tổng hợp từ resorxinol và etyl axetoaxetat thông qua phản ứng ngưng tụ Pechmann với xúc tác axit sunfuric đặc ($\text{H}_2\text{SO}_4$). Phản ứng bắt buộc phải kiểm soát ở nhiệt độ thấp ($0\text{--}5^\circ\text{C}$) trong quá trình nhỏ giọt hỗn hợp phản ứng vào cốc chứa axit để tránh hiện tượng resorxinol bị oxy hóa bởi axit sunfuric đặc ở nhiệt độ cao.

2. Tác nhân nào được sử dụng để đóng vòng tạo dẫn xuất 2-thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on (chất D)?
Tác giả sử dụng axit thiocacbonyl-bis-thioglicolic (được điều chế trước đó từ $\text{Na}_2\text{S}\cdot 9\text{H}_2\text{O}$, $\text{CS}_2$, $\text{KOH}$ và axit monocloroaxetic) cho phản ứng với 4-metylcoumarin-7-yloxiaxetohiđrazit (chất C) trong dung môi etanol tuyệt đối, đun hồi lưu trong 8 giờ.

3. Vì sao phải sử dụng lượng hyđrazin hydrat gấp 3 lần lý thuyết khi tổng hợp chất C?
Trong phản ứng hiđrazin phân este etyl 4-metylcoumarin-7-yloxiaxetat (B), việc dùng dư hyđrazin hydrat $80%$ gấp 3 lần so với tính toán lý thuyết nhằm đảm bảo phản ứng chuyển hóa hoàn toàn nhóm este thành nhóm hiđrazit ($-\text{CONHNH}_2$), đồng thời hạn chế các phản ứng phụ ngưng tụ hai đầu tạo sản phẩm phụ bis-axylhyđrazin.

4. Cấu trúc của các hợp chất tổng hợp được xác định bằng những phương pháp phổ nào?
Cấu trúc các chất được xác định đồng bộ bằng 4 phương pháp: đo nhiệt độ nóng chảy (mao quản Gallenkamp), phổ hồng ngoại (FTIR 8400S Shimadzu), phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^{1}\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, HSQC, HMBC trên máy Bruker Avance) và phổ khối lượng phân giải cao (HR-MS trên máy Bruker micrOTOF-Q 10187).

5. Hoạt tính kháng khuẩn của các dẫn xuất được thử nghiệm trên những chủng vi sinh vật nào và theo phương pháp gì?
Hoạt tính kháng khuẩn được thử nghiệm trên hai chủng vi khuẩn kiểm định là Bacillus subtilis (Gram dương) và Escherichia coli (Gram âm) bằng phương pháp khuếch tán giếng thạch ở hai nồng độ $0{,}1%$ và $0{,}2%$, đánh giá qua việc đo đường kính vòng vô khuẩn ($D-d$).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp cử nhân hóa học của tác giả Huỳnh Thị Nhàn đã giải quyết hoàn chỉnh quy trình thực nghiệm tổng hợp dãy dẫn xuất mới kết hợp giữa khung 7-hiđroxi-4-metylcoumarin và dị vòng 2-thioxo-1,3-thiazoliđin-4-on. Cấu trúc của toàn bộ các hợp chất trung gian và sản phẩm cuối đã được chứng minh rõ ràng, chính xác thông qua hệ thống phổ nghiệm hiện đại bao gồm IR, $^{1}\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, HSQC, HMBC và HR-MS. Kết quả thăm dò sinh học bước đầu xác nhận tiềm năng kháng khuẩn của các dẫn xuất tổng hợp đối với vi khuẩn Gram dương và Gram âm, tạo cơ sở dữ liệu thực nghiệm có giá trị phục vụ công tác nghiên cứu và phát triển hóa dược tiếp theo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH 4 KHOA HÓA HỌC ellis KHOA LUAN TOT NGHIEP CU NHAN HOA HOC Ngành: Hóa hữu co TEN DE TÀI TONG HOP MOT SO HOP CHAT CHUA DI VONG 2-THIOXO-1,3-THIAZOLIDIN -4-ON, DAN XUAT CUA 7-HIDROXI -4-METYLCOUMARIN GVHD : TS. NGUYÊN TIỀN CÔNG SVTH : HUỲNH THỊ NHÀN é Ny TP. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2013 xé Lon 3628) LOI CAM ON Dé hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này; cho phép em gửi lời cảm on chân thành và sâu sắc nhất đến thay Nguyễn Tiến Công, thay rất nhiệt tình, chu đáo, luôn khuyến khích, động viên, quan tâm đến tiễn trình thực hiện của em để cho em những lời khuyên quý báu nhất trong suốt thời gian thực hiện khóa luận. Em xin chân thành cảm ơn ThS.Trần Thị Minh Định (khoa Sinh học trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh) đã giúp đỡ em trong quá trình thử hoạt tính kháng khuân.

Ngoài ra em cũng xin chân thành cảm ơn nhà trường, các thầy cô đang công tác ở phòng thí nghiệm, các thầy cô trong khoa Hóa học đã giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện tại phòng thí nghiệm. Gia đình, anh chi, bạn bè — những người thân yêu luôn luôn động viên, giúp đỡ em trong thời gian qua. Trong quá trình thực hiện khóa luận, em cũng nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình từ sinh viên Luong Văn Hùng, lớp Hóa K36C. Vi thời gian có hạn cũng như chưa có kinh nghiệm nên chắc han khóa luận của em không tránh khỏi những thiếu sót.

Em xin ghi nhận mọi sự đóng góp từ Quý thầy cô và bạn bè đê khóa luận của em được hoàn thiện. Cuối cùng, cho phép em gửi lời cảm ơn và lời chúc tốt đẹp nhất đến Quý thầy cô, nhà trường, gia đình và bạn bè. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2013 Sinh viên thực hiện Huỳnh Thị Nhàn SVTH: Huỳnh Thị Nhàn Trang ï MỤC LỤC MU THẾ q2 iaiiiiiiiiaiiiaaaiaaaaaiiaaaaaaaa-os vũ DANH MỤC CÁC BẢNG. V DANH MỤC CÁC HÌNH.

22222 222222222222Ự2 tt 1122112220 cu vi DANH MỤC CÁC TỪ VIET TÁT.- 52 2211 S122102210221002117211721011 11 y2Vii GMO BA Íeceenopniiiionioniiininioitionbitiittttoitiigtit04401821080035808300130802002200 | CHUDNGT. Vài nét vẻ 7-hiđroxi—4—-metylcoumarin. Cấu tạo, đanh pháp. Phương pháp tông hợp 7-hiđroxi-4-metyleoumarin.

Một số phan ứng chuyên hóa của 7-hiđroxi-4—metyleoumarin. Một số ứng dụng của 7-hlđroxi-4-metylcoumarin. Vài nét về 1,3-thiazoliđin—4—on. 10 OMe OCC ee 10 1.

Tang hợp 1,3-thiazolidin—4—on và dẫn xu ate. Một số phan ứng chuyên hóa 1.3-thiazoliđin-4-on và các dan xuat. Một số ứng dụng của 1,3-thiazoliđin-4-on và các dan xuắt. Vài nết về 2-thioxo=1,,3=thiaZOlidin=4=-OM.0:ssssssessseissesssossersssecssosssossisosenrsisossiens 18 1 ita i Rann ND ec cice cs rncasnsoansecisossassnsaaisennnsarnneamsomnenaseasaeanaameiiassines 18 1.

Tổng hợp 2-thioxo-1,3-thiazolidin—4—on và các dẫn xuất. Một số phản ứng chuyên hóa 2-thioxo-1.3-thiazoliđin-4-on và các dẫn xuất 48889135338005582338933523858261893985380983823184565235383328938838595836338533069358523383ã872376439543585358958523353583838533 20 1. Một số ứng dụng của 2-thioxo-1,3-thiazolidin—4-on và các dan xuat. 26 SVTH: Huỳnh Thị Nhàn Trang ti CHƯƠNG 2.

Tông hợp các chất. Điều chế axit thiocacbonyl-bis-thioglicolic. Tông hợp 7-hiđroxi-4-metylcoumarin (Á). Tong hợp este etyl 4—metylcoumarin—7—yloxiaxetat (B).

Tổng hợp 4—metylcoumarin-7-yloxiaxetohiđrazit (C). Tổng hợp 3-(4-metylcoumarin-7—yloxiaxetylamino)-2-thioxo—l,3— tHIAT7OHNEGEORI(ĐÌ(iiosiiiiiiiiiiiiiicciioiiiii00011061120611021161111611551116515641593555451165158558858585835đ5 34 2. Tông hợp một số dẫn xuất của 2-thioxo-I,3-thiazoliđin-4-on (E, -E:). Xác định nhiệt độ nóng chảy, cấu trúc và hoạt tính kháng khuản.1, Nhiệt độ đồng CHÂY oasooioioiipoaraaioiiinirintiiiiiiiioi1103110310031135110058638803186585858 38 2.

Ph hồng ngoại (IR). Phô cộng hưởng từ hat nhân (H-NMR, '*C-NMR, HSQC, HMBC). Phd khối lượng (HR=MS). Hoạt tinh kháng khuân.

2-22 #2 x2 E£ES£EECEEE2EEZ E2 222EE2X222SEEecrrec. KET QUÁ VÀ THẢO LUẬN. Tông hợp 7-hiđroxi-4-metylcoumarin (À). Tong hợp este etyl 4—metylcournarin—7—yloxiaxetat (B).

Tông hợp 4-metylcoumarin-7-yloxiaxetohiđrazit (C) .ccccccsscesseessecsecseesseeseeeees 45 SVTH: Huỳnh Thị Nhàn Trang tii 3. Tong hợp 3-(4-metylcoumarin-7~yloxiaxetylamino)-2-thioxo-1,3-thiazoliđin- 3. Tong hợp các dan xuất của 2-thioxo—1,3—thiazoliđin-4-on. - c1 321111 vn SH HH ng key 62 3.

Kết quả thăm đò hoạt tính kháng khuân .cccccccssssssscesssessssssessssssnessscssnecenneeenes 71 CHƯƠNG 4. KET LUẬN VA DE XUAT oooocoococccccccecccssccssscsssessssssssesssesnsessseenees 72 TÀI LIEU THÁM KHẢO. 22222222222 E2SE2211021112211221111111212121721 21c 73 PHỤ LỤC SVTH: Huỳnh Thị Nhàn Trang iv DANH MỤC CÁC BANG Bang 3.