Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Curcumin là một hợp chất phenolic tự nhiên màu vàng sáng, thành phần hoạt tính sinh học quan trọng nhất được chiết xuất từ thân rễ cây nghệ vàng (Curcuma longa L., thuộc họ Gừng - Zingiberaceae). Các nghiên cứu y dược học hiện đại đã chứng minh curcumin sở hữu phổ hoạt tính sinh học phong phú, bao gồm khả năng kháng viêm, chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng virus, ức chế đông máu và ức chế sự phát triển của nhiều dòng tế bào khối u. Tuy nhiên, ứng dụng trị liệu thực tế của curcumin bị hạn chế nghiêm trọng do sinh khả dụng đường uống rất thấp, bắt nguồn từ độ tan kém trong môi trường nước, tốc độ chuyển hóa nhanh và khả năng đào thải cao tại cơ thể người.

Để khắc phục nhược điểm về dược động học, hướng nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất mới dựa trên việc biến đổi hóa học tại các vị trí hoạt động của phân tử curcumin—nhóm hydroxyl phenolic trên nhân thơm, liên kết đôi liên hợp và hệ thống 1,3-dicarbonyl—nhận được sự quan tâm lớn. Thay vì thực hiện bán tổng hợp từ curcuminoid tự nhiên (vốn là hỗn hợp khó tách rời của ba hợp chất: curcumin 77%, demethoxycurcumin 17% và bisdemethoxycurcumin 3%), việc tổng hợp toàn phần dẫn xuất curcumin từ các aldehyde thơm mang nhóm thế halogen, đặc biệt là nguyên tử fluor, mang lại tiềm năng tạo ra các hợp chất có độ bền hóa học cao và hoạt tính sinh học vượt trội.

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lê Thị Minh Tâm thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể sau:

  1. Tổng hợp 03 dẫn xuất của curcumin từ tiền chất 2-fluorobenzaldehyde, bao gồm dẫn xuất mạch hở (1E,4Z,6E)-5-hydroxy-1,7-bis(2-fluorophenyl)hepta-1,4,6-trien-3-one (kí hiệu LT01) và hai dẫn xuất dị vòng năm cạnh là 3,5-bis((E)-2-fluorostyryl)isoxazole (kí hiệu LT02) cùng 3,5-bis((E)-2-fluorostyryl)-4H-pyrazole (kí hiệu LT03).
  2. Tinh chế các sản phẩm thô bằng phương pháp sắc ký cột (Column Chromatography - CC) và đánh giá độ tinh sạch của sản phẩm thông qua sắc ký lớp mỏng (Thin Layer Chromatography - TLC) cùng phương pháp đo khoảng nhiệt độ nóng chảy.
  3. Xác định cấu trúc hóa học và cấu hình không gian của 03 dẫn xuất tổng hợp được bằng tập hợp các phương pháp phổ nghiệm hiện đại: phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ($^1$H-NMR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13 ($^{13}$C-NMR), phổ tương quan dị hạch một lượng tử (HSQC) và phổ khối lượng (MS).

Đối tượng nghiên cứu là các phản ứng ngưng tụ aldol hóa giữa 2-fluorobenzaldehyde với acetyl acetone và các phản ứng đóng vòng dị vòng hóa isoxazole, pyrazole từ nhóm chức dicarbonyl. Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành từ ngày 17/02/2020 đến ngày 17/08/2020 tại Phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ, Bộ môn Công nghệ Hóa học, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh; các phép đo nhiệt độ nóng chảy tự động thực hiện tại Trường Đại học Lạc Hồng; các dữ liệu phổ nghiệm NMR và MS được phân tích tại Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam tại Hà Nội.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận dựa trên nền tảng lý thuyết phản ứng ngưng tụ aldol hóa cải tiến của Pabon để điều chế khung sườn 1,7-diarylhepta-1,4,6-trien-3-one. Trong hệ thống này, acetyl acetone (2,4-pentanedione) được phức chất hóa với boron oxide ($\text{B}_2\text{O}_3$) và tri-$n$-butyl borate nhằm khóa vị trí carbon methylene hoạt động C-4 ở dạng enol chelate, ngăn cản phản ứng ngưng tụ Knoevenagel không mong muốn tại trung tâm C-4 và kích hoạt tính acid của hai nhóm methyl đầu mạch. Phản ứng ngưng tụ với 2-fluorobenzaldehyde được thúc đẩy nhờ xúc tác base yếu $n$-butylamine. Tiếp đó, cấu trúc dicarbonyl hỗ biến keto-enol của phân tử LT01 tiếp tục tham gia phản ứng ngưng tụ đóng vòng dị vòng với các tác nhân nhị hạch (binucleophiles) gồm hydroxylamine hydrochloride ($\text{NH}_2\text{OH}\cdot\text{HCl}$) để tạo dị vòng isoxazole (LT02) và hydrazine hydrate ($\text{N}_2\text{H}_4\cdot\text{H}_2\text{O}$) để tạo dị vòng pyrazole (LT03) dưới xúc tác acid acetic băng.

Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và kiểm nghiệm bao gồm:

  • Phương pháp tổng hợp hữu cơ: Tiến hành phản ứng trong bình cầu thủy tinh có hệ thống sinh hàn hồi lưu và máy khuấy từ gia nhiệt kiểm soát nhiệt độ từ 65°C đến 80°C.
  • Phương pháp sắc ký lớp mỏng (TLC): Thực hiện trên bản mỏng pha thường silica gel $60\text{ F}_{254}$ (Merck, Đức) tráng trên đế nhôm nhằm theo dõi tiến trình phản ứng, xác định thời điểm kết thúc và kiểm tra độ sạch phân đoạn sắc ký. Phát hiện vết chất bằng đèn soi tử ngoại ở bước sóng 254 nm và 365 nm, hoặc nhúng dung dịch acid sulfuric $\text{H}_2\text{SO}_4$ 40% trong nước rồi nung nhiệt. Hệ dung môi giải ly sử dụng hỗn hợp $n$-hexane và ethyl acetate (HEX:EA) theo các tỷ lệ thể tích khác nhau từ 98:2 đến 6:4 v/v.
  • Phương pháp sắc ký cột (CC): Sử dụng pha tĩnh silica gel kích thước hạt 200–400 mesh (Himedia, Ấn Độ) với tỷ lệ khối lượng chất hấp phụ gấp 25–30 lần lượng mẫu thử, tỷ lệ chiều cao và đường kính cột đạt 8:1 để phân lập và tinh chế sản phẩm thô.
  • Phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy: Tiến hành khảo sát dải nóng chảy sơ bộ bằng phương pháp ống mao quản đặt trong ống Thiele gia nhiệt với tốc độ 2°C/phút; sau đó đo kiểm chứng xác thực trên máy đo nhiệt độ nóng chảy tự động Kruss M5000 (Đức) với tốc độ gia nhiệt 1°C/phút, đối chuẩn bằng benzoic acid tinh khiết (nhiệt độ nóng chảy đạt 123,1°C).
  • Phương pháp phổ nghiệm: Xác định cấu trúc hóa học dựa trên phổ $^1$H-NMR (500 MHz), $^{13}$C-NMR (125 MHz) và phổ tương quan 2D-HSQC đo trên máy Bruker Avance III; phổ khối lượng ion hóa hóa học ghi nhận trên thiết bị Finnigan Mat SSQ-7000 CI-MS.

Nguồn hóa chất phục vụ nghiên cứu gồm 2-fluorobenzaldehyde 97%, acetyl acetone $\ge 99,5%$, boron oxide 98% (Acros Organics); tri-$n$-butyl borate 98% (Aladin); $n$-butylamine $\ge 98%$, hydroxylamine hydrochloride $\ge 96%$, acetic acid 99,7% (Fisher Scientific); hydrazine hydrate $\ge 80%$; cùng các dung môi kỹ thuật dichloromethane, ethyl acetate, $n$-hexane được xử lý tinh khiết phân tích.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở thực vật học và hóa thực vật của cây nghệ vàng (Curcuma longa L.), cấu tạo phân tử và hoạt tính sinh học của nhóm curcuminoid. Tác giả phân tích mối liên hệ cấu trúc - hoạt tính (SAR) của curcumin: nhân phenyl mang nhóm thế parahydroxyl chịu trách nhiệm chính cho hoạt tính chống oxy hóa quét gốc tự do DPPH và MDA; liên kết đôi liên hợp và hệ thống diketone hỗ biến keto-enol quy định hoạt tính kháng viêm, kháng virus (ức chế HIV-1, HIV-2) và kháng khối u thông qua ức chế các chất trung gian tiền viêm (COX-2, TNF-$\alpha$, IL-12, MCP-1) cũng như ngăn cản tạo mạch khối u.

Khảo sát tình hình nghiên cứu quốc tế chỉ ra xu hướng biến đổi nhân thơm hoặc dị vòng hóa nhóm diketone thành vòng isoxazole, pyrazole, diazepine giúp tăng độ bền trao đổi chất, nâng cao độc tính đối với các dòng tế bào ung thư như glioblastoma (U-251 MG), tiền liệt tuyến (PC-3), đại trực tràng (HCT-15, HCT-116), bạch cầu (K562) và phổi (A549). Tại Việt Nam, các công trình của Lê Xuân Tiến (2009), Đặng Thị Mỹ Lệ (2009), Cao Thị Kim Anh (2010), Nguyễn Thị Thúy Hằng (2011), Phan Thị Hoàng Anh (2013) và Ngô Thị Liên (2017) đã tiếp cận bán tổng hợp dẫn xuất dị vòng hoặc tạo phức chất kim loại từ curcumin chiết xuất. Trên cơ sở đó, tác giả luận giải tính cấp thiết của việc lựa chọn tổng hợp toàn phần dẫn xuất curcumin mang nhóm thế 2-fluoro trên nhân thơm kết hợp biến đổi dị vòng nhằm chủ động nguồn hóa chất tinh khiết phục vụ nghiên cứu hóa dược.

Chương 2. Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương này mô tả chi tiết thông số tỷ lệ stoichiometry và quy trình thao tác điều chế ba hợp chất:

  • Tổng hợp LT01: Sử dụng 4,00 g (32,23 mmol, 2,00 đương lượng) 2-fluorobenzaldehyde; 1,61 g (16,12 mmol, 1,00 đương lượng, thể tích 1,66 mL) acetyl acetone; 1,12 g (16,12 mmol, 1,00 đương lượng) $\text{B}_2\text{O}_3$; 14,91 g (64,78 mmol, 4,02 đương lượng, thể tích 17,48 mL) tri-$n$-butyl borate và 30,00 mL ethyl acetate. Hỗn hợp được khuấy gia nhiệt ở 65°C trong 90 phút. Sau đó, 0,72 mL (7,25 mmol, 0,45 đương lượng) $n$-butylamine hòa tan trong 1,30 mL ethyl acetate được tiêm nhỏ giọt qua nắp cao su trong vòng 30 phút. Theo dõi phản ứng bằng TLC (hệ HEX:EA = 9:1 v/v), phản ứng đạt cân bằng sau 4 giờ. Hỗn hợp được làm nguội, cô đuổi dung môi, phân bố trong nước cất (40 mL) và dung dịch $\text{NaHCO}_3$ bão hòa (30 mL), chiết 3 lần bằng dichloromethane ($\text{CH}_2\text{Cl}_2$, mỗi lần 30 mL), làm khan bằng $\text{Na}_2\text{SO}_4$ trong 15 phút, cô quay chân không và tinh chế trên cột sắc ký silica gel với hệ giải ly HEX:EA (98:2 v/v và 95:5 v/v).
  • Tổng hợp LT02: Sử dụng 200,00 mg (0,641 mmol, 1,0 đương lượng) LT01 hòa tan trong 10,0 mL acetic acid, gia nhiệt ở 80°C trong 30 phút; tiếp tục bổ sung 89,10 mg (1,282 mmol, 2,0 đương lượng) hydroxylamine hydrochloride. Phản ứng duy trì ở 80°C và kết thúc sau 22 giờ (kiểm tra bằng TLC hệ HEX:EA = 9:1 v/v). Sản phẩm được trung hòa bằng 40 mL dung dịch $\text{NaHCO}_3$ bão hòa, chiết bằng $\text{CH}_2\text{Cl}_2$ ($3 \times 30$ mL), làm khan và tinh chế qua cột silica gel với hệ dung môi HEX:EA = 98:2 v/v.
  • Tổng hợp LT03: Phản ứng giữa 200,00 mg (0,641 mmol, 1,0 đương lượng) LT01 trong 10,0 mL acetic acid với 64,0 $\mu\text{L}$ (64,18 mg, 1,282 mmol, 2,0 đương lượng) hydrazine hydrate ở 80°C. Phản ứng đạt cân bằng sau 6 giờ 30 phút (theo dõi qua TLC hệ HEX:EA = 8:2 v/v). Quy trình chiết trung hòa tương tự LT02; tinh chế qua cột sắc ký giải ly bằng các hệ dung môi HEX:EA (9:1, 85:15, 8:2, 7:3 v/v).

Chương 3. Kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày các đặc trưng hóa lý, giải đoán phổ cấu trúc và phân tích cơ chế tạo thành các sản phẩm:

  • Dẫn xuất LT01: Tinh thể màu vàng cam, khối lượng phân tử xác định bằng CI-MS là $M = 312,90\text{ g/mol}$, tương ứng công thức phân tử $\text{C}{19}\text{H}{14}\text{F}_2\text{O}_2$. Trên phổ $^1$H-NMR, tín hiệu mũi đơn đặc trưng tại $\delta = 5,89\text{ ppm}$ tương ứng với proton enolic H-4, liên kết với carbon C-4 tại $\delta = 102\text{ ppm}$ trên phổ tương quan HSQC, chứng minh LT01 tồn tại chủ yếu ở dạng hỗ biến enol bền. Hệ liên kết đôi liên hợp cho tín hiệu chẻ đôi (doublet) tại $\delta = 7,76\text{ ppm}$ với hằng số ghép spin lớn $J = 16,0\text{ Hz}$, xác nhận cấu hình lập thể trans ($E$) của các liên kết đôi mạch nhánh gắn với nhân thơm. Các tín hiệu proton trên vòng benzene gồm: $\delta = 7,11\text{ ppm}$ ($td, J = 8,5\text{ Hz}$, ghép ortho H-H, H-F và meta H-H, H-3',3''); $\delta = 7,17\text{ ppm}$ ($t, J = 8,5\text{ Hz}$, ghép ortho H-H, H-5',5''); $\delta = 7,34\text{ ppm}$ ($m$, H-6',6''); $\delta = 7,56\text{ ppm}$ ($td, J = 8,5\text{ Hz}$, ghép ortho H-H và meta H-F, H-4',4''). Phổ $^{13}$C-NMR xác nhận tín hiệu carbonyl tại $\delta = 183,30\text{ ppm}$ (C-3,5) và carbon gắn nguyên tử fluor tại $\delta = 160,51\text{ ppm}$ (C-2',2'').
  • Dẫn xuất LT02: Tinh thể màu vàng sáng, kết quả phổ HSQC ghi nhận proton H-4 của dị vòng isoxazole xuất hiện ở dạng mũi đơn tại $\delta = 6,57\text{ ppm}$, liên kết với carbon C-4 tại $\delta = 98\text{ ppm}$. Mũi đôi tại $\delta = 7,22\text{ ppm}$ với hằng số ghép $J = 16,5\text{ Hz}$ khẳng định các liên kết đôi styryl vẫn duy trì cấu hình trans ($E$).
  • Dẫn xuất LT03: Phản ứng đóng vòng pyrazole hoàn tất việc chuyển hóa nhóm dicarbonyl thành dị vòng pyrazole chứa hai nguyên tử nitơ.
  • Biện luận cơ chế: Tác giả giải trình chi tiết cơ chế tạo thành LT01 thông qua trung gian chelate boron bảo vệ C-4, phản ứng tách proton tạo carbanion tại đầu methyl dưới tác dụng của $n$-butylamine, tiếp theo là sự tấn công ái nhân vào nhóm carbonyl của 2-fluorobenzaldehyde và phản ứng tách nước. Cơ chế tổng hợp LT02 và LT03 được minh chứng bằng sự tấn công ái nhân song song của nhóm amino và hydroxyl/hydrazino vào hai carbon carbonyl của dạng enol, tiếp diễn bằng quá trình ngưng tụ tách nước đóng vòng dị vòng năm cạnh.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã hoàn thành toàn bộ các mục tiêu đặt ra với các thông số thực nghiệm được tổng hợp trong bảng đối chiếu sau:

Thông số nghiên cứu Dẫn xuất LT01 Dẫn xuất LT02 Dẫn xuất LT03
Tên hóa học (1E,4Z,6E)-5-hydroxy-1,7-bis(2-fluorophenyl)hepta-1,4,6-trien-3-one 3,5-bis((E)-2-fluorostyryl)isoxazole 3,5-bis((E)-2-fluorostyryl)-4H-pyrazole
Tiền chất chính 2-fluorobenzaldehyde + acetyl acetone LT01 + $\text{NH}_2\text{OH}\cdot\text{HCl}$ LT01 + $\text{N}_2\text{H}_4\cdot\text{H}_2\text{O}$
Tỷ lệ mol tác chất 2,00 : 1,00 1,00 : 2,00 1,00 : 2,00
Dung môi & Xúc tác Ethyl acetate, $\text{B}_2\text{O}_3$, tri-$n$-butyl borate, $n$-butylamine Acetic acid ($\text{CH}_3\text{COOH}$) Acetic acid ($\text{CH}_3\text{COOH}$)
Nhiệt độ phản ứng 65°C 80°C 80°C
Thời gian phản ứng 4 giờ 22 giờ 6 giờ 30 phút
Dung môi sắc ký cột HEX:EA = 98:2 và 95:5 v/v HEX:EA = 98:2 v/v HEX:EA = 9:1 đến 7:3 v/v
Trạng thái cảm quan Tinh thể màu vàng cam Tinh thể màu vàng sáng Tinh thể rắn
Khối lượng phân tử (MS) 312,90 g/mol ($\text{C}{19}\text{H}{14}\text{F}_2\text{O}_2$) Phù hợp công thức cấu tạo Phù hợp công thức cấu tạo

Về mặt đóng góp học thuật, khóa luận đã thiết lập hoàn chỉnh quy trình tổng hợp toàn phần dẫn xuất curcumin flo hóa từ tiền chất đơn giản 2-fluorobenzaldehyde, tránh phụ thuộc vào nguồn curcumin tự nhiên. Theo nhận xét của cán bộ phản biện PGS. TS. Lê Thị Hồng Nhan, công trình đã tổng hợp thành công 03 dẫn xuất, trong đó có 02 dẫn xuất dị vòng hoàn toàn mới. Bộ số liệu phổ nghiệm đa chiều ($^1$H-NMR, $^{13}$C-NMR, HSQC và CI-MS) cung cấp bằng chứng rõ ràng về cấu trúc hóa học và cấu hình không gian trans của các sản phẩm, tạo nguồn dữ liệu tham chiếu cho các nghiên cứu hóa dược tiếp theo.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận còn tồn tại một số điểm giới hạn được ghi nhận trong văn bản và biên bản phản biện:

  • Đề tài chỉ tập trung vào quy trình hóa tổng hợp và nhận danh cấu trúc; chưa tiến hành khảo sát hoạt tính sinh học thực nghiệm in vitro (như thử nghiệm độc tính tế bào ung thư, quét gốc tự do DPPH hoặc hoạt tính kháng viêm) đối với 03 dẫn xuất đã tổng hợp.
  • Theo đánh giá của cán bộ phản biện, luận văn còn nhiều lỗi chính tả, lỗi trình bày hình thức; phần biện luận chưa tập trung phân tích sâu toàn diện các tương tác chẻ mũi phức tạp trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân; danh mục tài liệu tham khảo còn phụ thuộc vào một số địa chỉ trang web trực tuyến (tài liệu số 1, 2, 4 và 5).

Hướng nghiên cứu tiếp theo được tác giả và hội đồng định hướng:

  • Mở rộng thử nghiệm đánh giá hoạt tính sinh học in vitro của LT01, LT02 và LT03 trên các dòng tế bào ung thư người (như HepG2, PC-3, A549, HCT-116) và đánh giá khả năng ức chế enzyme cyclooxygenase (COX-1, COX-2).
  • Khảo sát các điều kiện phản ứng khác nhau nhằm tối ưu hóa hiệu suất tổng hợp và tinh chế.
  • Tiếp tục nghiên cứu tổng hợp các phức chất cơ kim (như phức chất thiếc hoặc các ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất) từ phối tử LT01 để thăm dò hoạt tính điều trị y sinh.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Hóa hữu cơ, Hóa dược và Công nghệ Thực phẩm.

Nội dung tài liệu mang lại giá trị thực hành cao ở các khía cạnh:

  • Quy trình chi tiết của phản ứng ngưng tụ aldol hóa cải tiến Pabon sử dụng phức boron bảo vệ nhóm methylene hoạt động C-4.
  • Phương pháp luận đóng vòng dị vòng năm cạnh isoxazole và pyrazole từ hệ dicarbonyl liên hợp.
  • Kỹ năng thực nghiệm trong phân lập hóa học hữu cơ: tính toán nạp cột sắc ký silica gel theo tỷ lệ khối lượng mẫu và tỷ lệ hình học cột, thiết lập hệ dung môi giải ly độ phân cực tăng dần từ $n$-hexane và ethyl acetate, kết hợp kỹ thuật đo điểm nóng chảy trên ống Thiele và máy tự động Kruss M5000.
  • Phương pháp phối hợp dữ liệu phổ 1D-NMR ($^1$H, $^{13}$C), 2D-NMR (HSQC) và CI-MS để quy gán chính xác độ dịch chuyển hóa học, hằng số ghép spin $J$ và cấu hình lập thể phân tử.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lựa chọn phương pháp tổng hợp toàn phần từ 2-fluorobenzaldehyde mà không xuất phát từ nguồn curcumin tự nhiên tinh khiết?

Curcumin tự nhiên chiết xuất từ củ nghệ chứa sẵn hai nhóm thế 4-hydroxy-3-methoxy trên vòng thơm. Việc đưa nguyên tử fluor vào vị trí ortho trên nhân thơm của curcumin tự nhiên đòi hỏi các bước phản ứng phức tạp, khó kiểm soát tính chọn lọc vị trí và dễ phá vỡ khung dicarbonyl liên hợp kém bền. Phương pháp tổng hợp toàn phần đi từ chất nền 2-fluorobenzaldehyde cho phép định vị chính xác nguyên tử fluor ngay từ nguyên liệu ban đầu, chủ động kiểm soát cấu trúc mong muốn và tránh được việc lẫn các đồng phân curcuminoid tự nhiên (demethoxycurcumin và bisdemethoxycurcumin).

2. Vai trò của boron oxide ($\text{B}_2\text{O}_3$) và tri-$n$-butyl borate trong phản ứng tổng hợp dẫn xuất LT01 là gì?

$\text{B}_2\text{O}_3$ và tri-$n$-butyl borate kết hợp với acetyl acetone tạo thành phức chất chelate vòng boron dicarbonyl dạng enol. Phức chất này giữ vai trò bảo vệ nhóm methylene hoạt động ở vị trí C-4, ngăn chặn phản ứng ngưng tụ Knoevenagel không mong muốn tại vị trí này, đồng thời làm tăng tính acid của các proton tại hai nhóm methyl tận cùng (C-1 và C-5), giúp carbanion tạo thành dưới tác dụng của $n$-butylamine tấn công chọn lọc vào nhóm carbonyl của 2-fluorobenzaldehyde.

3. Quy trình đo nhiệt độ nóng chảy được sử dụng như thế nào để đánh giá độ tinh khiết của các dẫn xuất?

Đo nhiệt độ nóng chảy được thực hiện qua hai giai đoạn: đầu tiên sử dụng ống Thiele với tốc độ gia nhiệt khoảng 2°C/phút để xác định khoảng nhiệt độ nóng chảy sơ bộ của mẫu trong ống vi quản. Sau đó, mẫu được đo chính xác trên máy đo nhiệt độ nóng chảy tự động Kruss M5000 (đã chuẩn hóa độ chính xác bằng benzoic acid tinh khiết nóng chảy tại 123,1°C) với tốc độ nâng nhiệt 1°C/phút. Các chất hữu cơ tinh khiết ở mức độ phòng thí nghiệm có khoảng giới hạn nóng chảy rất hẹp (dưới 1°C); nếu mẫu còn lẫn tạp chất, nhiệt độ bắt đầu chảy sẽ hạ thấp và khoảng giới hạn nóng chảy sẽ bị kéo rộng từ 2–3°C trở lên.

4. Dữ liệu phổ nào chứng minh liên kết đôi trên phân tử LT01 và LT02 có cấu hình lập thể trans ($E$)?

Cấu hình lập thể trans ($E$) được khẳng định dựa vào hằng số ghép spin ($J$) giữa hai proton olefinic trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân $^1$H-NMR. Cụ thể, ở dẫn xuất LT01, tín hiệu proton olefinic chẻ mũi đôi tại vị trí $\delta = 7,76\text{ ppm}$ có hằng số ghép lớn $J = 16,0\text{ Hz}$; ở dẫn xuất LT02, tín hiệu mũi đôi xuất hiện tại $\delta = 7,22\text{ ppm}$ có hằng số ghép $J = 16,5\text{ Hz}$. Hằng số ghép $J$ nằm trong khoảng 15–17 Hz là đặc trưng của tương tác ghép spin giữa các proton liên kết đôi có cấu hình không gian trans.

5. Vì sao thời gian phản ứng tổng hợp dẫn xuất pyrazole (LT03) ngắn hơn đáng kể so với dẫn xuất isoxazole (LT02)?

Phản ứng tổng hợp LT03 sử dụng hydrazine hydrate ($\text{N}_2\text{H}_4\cdot\text{H}_2\text{O}$) chỉ mất 6 giờ 30 phút ở 80°C để đạt cân bằng, trong khi phản ứng tổng hợp LT02 dùng hydroxylamine hydrochloride ($\text{NH}_2\text{OH}\cdot\text{HCl}$) cần tới 22 giờ ở cùng nhiệt độ. Nguyên nhân do nguyên tử nitơ thứ hai trong phân tử hydrazine có tính ái nhân (nucleophile) mạnh hơn nhiều so với nguyên tử oxy trong phân tử hydroxylamine, giúp quá trình tấn công ái nhân thứ hai vào nhóm carbonyl dạng enol và phản ứng ngưng tụ tách nước đóng vòng năm cạnh diễn ra với tốc độ nhanh hơn.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lê Thị Minh Tâm đã thực hiện thành công quy trình tổng hợp toàn phần dẫn xuất curcumin mạch hở mang nhóm thế fluor (LT01) từ 2-fluorobenzaldehyde cùng hai dẫn xuất dị vòng năm cạnh mới là isoxazole (LT02) và pyrazole (LT03). Các sản phẩm thô đều được phân lập, tinh chế bằng phương pháp sắc ký cột cổ điển và kiểm soát độ tinh khiết thông qua sắc ký lớp mỏng cùng phép đo nhiệt độ nóng chảy. Cấu trúc hóa học và cấu hình lập thể trans ($E$) của cả ba dẫn xuất được xác định một cách chắc chắn thông qua sự phối hợp các phương pháp phổ nghiệm $^1$H-NMR, $^{13}$C-NMR, HSQC và CI-MS, mang lại cơ sở dữ liệu thực nghiệm phục vụ định hướng nghiên cứu tổng hợp hóa dược trong tương lai.