CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA MỘT VÀI DẪN XUẤT CỦA QUINOLIN Quinolin đã được biết đến từ năm 1834 khi Runge tách được từ nhựa than đá [20]. Từ đó đến nay, hóa học các hợp chất dị vòng quinolin phát triển mạnh và đem lại nhiều kết quả đáng quan tâm, đặc biệt là trong hóa dược. Mặc dù quinolin được tách từ nhựa than đá, nhưng đa số các dẫn xuất của nó không phải là sản phẩm của tự nhiên mà là sản phẩm của quá trình tổng hợp.
Nguyên liệu của quá trình tổng hợp dẫn xuất của quinolin, phần lớn đều đi từ dẫn xuất của benzen, chung quy lại có thể nêu ra 4 kiểu tổng hợp vòng quinolin chính dưới đây [20,19] (nét đứt ở các công thức dưới đây biểu diễn các liên kết được hình thành ở giai đoạn khép vòng). N N N N I II III IV Trong kiểu I, sự khép vòng xảy ra giữa nguyên tử Cγ kể từ dị tử nitơ và nguyên tử cacbon ở vị trí octo của amin thơm. Đại diện cho kiểu I là phản ứng Skraup. Đây là phương pháp phổ biến và chung nhất để điều chế quinolin và dẫn xuất của nó.
Phương pháp này dựa trên phản ứng của amin thơm bậc 1 có vị trí ortho còn tự do được đun nóng với glixerin trong sự có mặt của axit sunfuric đậm đặc và chất oxi hóa [16]. Quá trình phản ứng có thể biểu diễn như sau: CHO OHC CH 2OH H 2SO4 CH2 CHOH CH + CH2 NH 2 NH CH 2 OH CH2 C6H5NO2 - C6H5NH2 N N H 4 Kiểu II được thực hiện do sự khép vòng tạo liên kết giữa Cβ và Cγ của vòng quinolin. Đại diện cho kiểu này là phản ứng Friedlander và phản ứng Pfitzinger. Tổng hợp Friedlander được thực hiện dựa trên sự ngưng tụ của các o-axylanilin như o-aminoaxeto benzendehit hoặc o-aminoaxetophenol với andehit, xeton hoặc hợp chất có nhóm chứa nguyên tử H linh động như: -CH2CO,-CH2CN… trong sự có mặt của axit hoặc kiềm làm xúc tác [20,19].
R R R R1 C R1 O H 2C xóc t¸c O R1 + H 2C -H2O -H 2O C C NH2 R2 N N R2 O R2 Trong kiểu III, sự khép vòng tạo liên kết xảy ra giữa C α và Cβ của vòng quinolin. Có một số công trình đã thành công trong việc tổng hợp dẫn xuất của quinolin theo kiểu III như Bunzl, Foulds, Robinson. Theo Bunzl thì khi đun nóng N-axetyl-N-etylanilin với ZnCl2 xảy ra quá trình đồng phân hóa tạo thành hỗn hợp của o-, p- etylaxetylanilin, sau đó đồng phân o-etylaxetyl anilin cho phản ứng khép vòng theo kiểu III tạo thành một lượng nhỏ quinaldin [20,19]: H2 C 2H 5 C ZnCl2 CH 3 + COCH3 NHCOCH3 N COCH3 N C 2H 5 H + H2 + H 2O N CH3 Kiểu IV được thực hiện do sự khép vòng tạo liên kết giữa nguyên tử C α và nguyên tử N của vòng quinolin. Chiozza đã thực hiện thành công sự đóng vòng này đi từ dẫn xuất o-amino của axit cinnamic [19].
Dẫn xuất này thu được từ sự khử hợp chất nitro tương ứng. Phản ứng được thực hiện bằng cách đun nóng dẫn xuất o-amino của axit cis-cinnamic với anhidrit axetic hoặc axit sunfuric sẽ cho dẫn xuất của quinolin theo sơ đồ dưới đây: 5 H C H CH C NH 4SH CH COOH H 2O NO 2 COOH NH2 N OH NH4SH/C2H5OH H C CH OH COOH N O NHOH N O OH Mới đây, Nhóm tổng hợp dị vòng Bộ môn Hóa Hữu Cơ đã thực hiện thành công phản ứng nitro hóa axit eugenoxiaxetic và đã tiến hành phản ứng khử nhóm nitro của hợp chất này bằng Na2S2 O4. Kết quả đã thu được dẫn xuất mới của quinolin là axit 6-hidroxi-3-sunfoquinol-7-yloxiaxetic (kí hiệu là Q) [18]. Đây là kết quả khá bất ngờ vì sự khép vòng xảy ra giữa nhóm amino với nhóm anlyl (CH2=CH-CHR-) chứ không phải với nhóm cacboxyl hoặc nhóm ciano, và vì sự tạo ra sản phẩm có nhóm -SO3H ở vị trí 3 của vòng quinolin cùng với nhiều nhóm chức khác như OH và COOH.
Thành công này đã mở ra một hướng hoàn toàn mới để tổng hợp các dẫn xuất của quinolin. Quá trình phản ứng xảy ra qua nhiều giai đoạn, cơ chế đã được sơ bộ đề cập qua việc theo dõi sự thay đổi cấu trúc các hợp chất trung gian bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Có thể tóm tắt qua sơ đồ dưới đây: OH NO2 HO3S OH 1) Na2S2O4/OH- CH2=CHCH OCH2COOH 2) CH3COOH N OCH2COOH NO2 Cơ chế và điều kiện thích hợp của phản ứng đã được nghiên cứu trong các tài liệu [18, 19]. Đồng thời việc tổng hợp một số dẫn xuất của quinolin đã được thực hiện.
Có thể tóm tắt các dẫn xuất đã tổng hợp được thông qua sơ đồ sau: 6 O3 S OH HO3S OH N OCH2COOH N OCH2COOCH3 CH3 (C-Q) (E-Q) HO3S OH N2H4.H2O/CH3OH N OCH2COOH Br HO3S OH HO3S OH N OCH2CONHNH2 N OCH2COOH (B-Q) (H-Q) Qua sơ đồ trên, chúng tôi nhận thấy việc tổng hợp các dẫn xuất của quinolin chưa thực hiện được nhiều. Tuy axit 6-hidroxi-3-sunfoquinol-7- yloxiaxetic có nhiều nhóm chức thuận lợi cho việc tổng hợp các dẫn xuất nhưng do axit 6-hidroxi-3-sunfoquinol-7-yloxiaxetic tồn tại ở trạng thái lưỡng cực nên việc tìm dung môi phản ứng và tách sản phẩm là một vấn đề khó khăn. Mặt khác, axit 6-hidroxi-3-sunfoquinol-7-yloxiaxetic có hoạt tính sinh học mạnh. Việc nghiên cứu tổng hợp phức chất của kim loại chuyển tiếp với axit trên không những làm tăng khả năng hòa tan, độ tan trong các dung môi mà còn làm tăng hoạt tính sinh học so với phối tử.
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH TỔNG HỢP PHỨC CHẤT CỦA KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP VỚI PHỐI TỬ LÀ MỘT VÀI DẪN XUẤT CỦA QUINOLIN Phức chất của phối tử họ quinolin gần đây đã được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu. Năm 1999, Bikash Kumar Panda [17] đã thực hiện phản ứng giữa triankyl kim loại (R3M) với Benzo [H] Quinolin-10-ol (HO-BQ), theo sơ đồ: R3Ga + HO-BQ R3Ga-O-BQ ( trong đó R=Me(1); Et(2)); R3In + HO-BQ (R2In -O-BQ)2 (trong đó R= Et (3)) 7 Hình 1.1: Sơ đồ tạo phức R3M với HO-BQ Tổng hợp phức chất (1): Pha 5mmol HO-BQ trong 10ml C6H6 được dung dịch 1. Cho 5mmol Me3Ga vào 5ml C6H6 được dung dịch 2. Cho từ từ dung dịch 2 vào dung dịch 1, khuấy trong 10 phút ở t0 phòng, 30 phút ở 500C.
Làm bay hơi dung môi, sản phẩm rắn thu được kết tinh trong benzen thu được tinh thể vàng. Các phức chất (2), (3) được tổng hợp một cách tương tự.Các phức chất được xác định cấu trúc bằng các phương pháp đo phổ IR, 1H NMR, EDX và nhiễu xạ tia X. Kết quả cho thấy phức chất ( 1), (2) là monome, phức chất (3) là đime (hình 1.2: Cấu trúc của phức chất (1), (2) (hình a) ; Phức chất (3) (hình b) Bikash Kumar Pand và các cộng sự [18] đã tổng hợp và nghiên cứu tính chất của phức chất cơ kim Quinolin-8-olato (Q) với Ruteni, theo sơ đồ: Ru(RL1)(PPH3)2(CO)Cl(1)+Quinolin-8- ol(HQ)Ru(RL2)(PPH3)2(CO)(Q)(3) Trong đó RL1 là C6H2O-CHNHC6H4R (p)-3-Me-5; RL2 là C6H2OH-CHNC6H4R (p)-3-Me-5; R là Me, OMe, Cl.3: Công thức cấu tạo Ru(RL1)(PPH3)2(CO)Cl (1); Quinolin-8-ol (2) Với R là Me, phức chất được tổng hợp như sau: Hòa tan 0,109 mmol chất (1) trong 40ml CH3OH, ta được dung dịch 1. Dung dịch 2 tạo thành khi cho 0,331mmol HQ trong 20ml CH2Cl2.
Cho từ từ dung dịch 1 vào dung dịch 2, khuấy hỗn hợp phản ứng trong 4h, dung dịch từ màu tím chuyển sang màu vàng. Bay hơi dung môi được chất rắn màu vàng, rửa kết tủa bằng CH3OH. Kết tinh lại trong dung môi CH2Cl2: C6H14 (theo tỉ lệ 1:3) thu được phức chất 3. Bằng phương pháp IR, UV-Vis, phân tích hàm lượng nguyên tố phức chất 3 có cấu tạo như sau (Hình 1.4 : Công thức cấu tạo của phức chất 3 Nhóm tác giả [19] đã công bố công trình tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của 3-[(2-Hydroxy-quinolin-3-ylmethylene)-amino]-2-phenyl- 3H-quinazolin-4-one (viết tắt HQMAPQ) và phức chất của nó với kim loại hóa trị II.
Phức chất được tổng hợp theo sơ đồ: 2L + MCl2 ML2 hoặc L + M’Cl2 M’L Với M là Cu, Co, Ni; M’ là Zn, Cd, Hg; L là HQMAPQ 9 Cách tiến hành: Hòa tan hoàn toàn 0,01 mol HQMAPQ trong C2H5OH, ta được dung dịch 1. Hòa tan 0,01mol MCl2 trong C2H5OH nóng, ta được dung dịch 2. Cho từ từ dung dịch 2 vào dung dịch 1, khuấy trong 4h và thêm tiếp vào hỗn hợp 0,5g CH3COONa (pH=7-8), khuấy và làm lạnh trong 2h, thu được kết tủa, lọc, rửa kết tủa bằng H2O, C2H5OH, sấy khô trong chân không thu được phức chất M′ L. Bằng các phương pháp IR, 1HNMR, UV-Vis, ESR tác giả [19] đã đề nghị cấu tạo của các phức chất (hình 1.
Các phức chất Cu(II), Co(II), Ni(II) tạo phức với phối tử HQMAPQ với tỉ lệ ion trung tâm : phối tử là 1 : 2. Trong các phức chất này nguyên tử kim loại trung tâm đều có số phối trí 6. Với Zn(II), Cd(II), Hg(II) tạo phức theo tỉ lệ ion trung tâm : phối tử là 1 : 1 và ion trung tâm có số phối trí là 4. Nghiên cứu cho thấy các phức chất đều có hoạt tính kháng khuẩn cao.5: Cấu tạo của các phức chất.
Năm 2008 Haiyuan Zhang đã nghiên cứu phức vòng càng mới của poly- 8-Hydroxyquinolin dùng làm chất kháng virut Alzheimer, [20]. Các phối tử được sử dụng có cấu tạo như sau: 10 Hình 1.6: Cấu tạo của các phối tử (1), (2), (3), (4), (5) Khả năng tạo phức của Cu(II), Zn(II) với phối tử bis-8- hydroxyquinolin (1) trong dung môi CH3OH, ở pH=7,4 đã được nghiên cứu bằng phương pháp phổ hấp thụ electron. So sánh phổ của phối tử và phổ của dung dịch khi tăng dần tỉ lệ M(II)/(1) từ 0 đến 1 cho thấy các vân hấp thụ từ 248 – 262 nm có sự dịch chuyển về phía bước sóng ngắn (bước chuyển π π*). Đồng thời trên phổ xuất hiện thêm các vân hấp thụ trong khoảng 374 – 420 nm, nguyên nhân gây ra vân hấp thụ này là do bước chuyển dd.
Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng tạo phức của Cu(II), Zn(II) với phối tử (3) tốt nhất là 1:1. Với phối tử (3) là: 2, 2’-((2, 2-Propanediyl)-bis(8-hydroxyquinolin)), kí hiệu là L. Tác giả cũng đã xác định được hằng số bền của các phức chất l o g KLCu 11,0, l o g KL Cu 7,7 và l o g K LZn 9,1,log K L Zn 8,8 ở pH = 7,4. II 2 II II 2 II Kết quả nghiên cứu khả năng tạo phức của Cu(II) với phối tử L cho thấy khi thay đổi dung môi hoặc các muối ban đầu sẽ thu được các phức chất khác nhau.
Phức chất (27),(29) là các phức đime, trong đó Cu liên kết với phối tử thông qua nguyên tử N và O, còn 1 nguyên tử O của đầu kia của phối tử làm cầu nối.