Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Hóa học các hợp chất dị vòng là một trong những phân ngành phát triển mạnh mẽ của hóa học hữu cơ, chiếm hơn một nửa tổng số các công trình nghiên cứu được công bố hàng năm trong lĩnh vực hữu cơ. Trong số các hệ dị vòng năm cạnh, dị vòng 1,3,4-oxadiazole và đặc biệt là các dẫn xuất aryl-1,3,4-oxadiazol-2-thiol thu hút sự quan tâm lớn của giới nghiên cứu nhờ phổ hoạt tính sinh học đa dạng như kháng khuẩn, kháng nấm, giảm đau, chống viêm, chống co giật, kháng ung thư cũng như tiềm năng ứng dụng trong điều trị lao và HIV/AIDS. Nhằm tiếp tục tìm kiếm các hợp chất mới mang khung dị vòng có hoạt tính sinh học, khóa luận tốt nghiệp "Tổng hợp một số hợp chất chứa dị vòng 1,3,4-oxadiazole" của tác giả Bùi Thị Lương đã được thực hiện.

Mục tiêu tổng quát của đề tài là xây dựng quy trình tổng hợp, xác định cấu trúc và thăm dò hoạt tính kháng khuẩn của một số dẫn xuất acetamide mới chứa dị vòng 1,3,4-oxadiazol-2-thiol xuất phát từ tiền chất ban đầu là p-cresol.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định gồm 4 nội dung:

  1. Chuyển hóa p-cresol thành (p-tolyloxy)acetohydrazide qua hợp chất trung gian ethyl 2-(p-tolyloxy)acetate; sau đó thực hiện phản ứng khép vòng để tạo thành hợp chất 5-[(p-tolyloxy)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-thiol.
  2. Thực hiện phản ứng chuyển hóa 5-[(p-tolyloxy)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-thiol thành các dẫn xuất N-aryl-2-({5-[(p-tolyloxy)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-yl}thio)acetamide thông qua phản ứng thế với các N-aryl-2-chloroacetamide.
  3. Nghiên cứu, xác định cấu trúc của các hợp chất tổng hợp được bằng các phương pháp phổ hiện đại gồm phổ hồng ngoại (FTIR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ($^1\text{H}$-NMR) và phổ khối lượng (LC/MS).
  4. Thăm dò hoạt tính sinh học (kháng khuẩn) của các dẫn xuất acetamide tổng hợp được đối với một số chủng vi khuẩn Gram âm và Gram dương.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các hợp chất trung gian và dẫn xuất chứa dị vòng 1,3,4-oxadiazole bao gồm: acid p-tolyloxyacetic, 2-(p-tolyloxy)acetohydrazide, 5-[(p-tolyloxy)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-thiol và ba dẫn xuất N-aryl acetamide mang nhóm thế khác nhau ở vòng thơm ngoại vi. Phạm vi thực nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Hóa học và Sinh học thuộc Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, phối hợp phân tích phổ tại Viện Hóa học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội) và Trung tâm Pháp y (Sở Y tế Thành phố Hồ Chí Minh) trong niên khóa 2010–2014 (hoàn thành tháng 5 năm 2014).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm

Cơ sở lý thuyết và các mô hình chuyển hóa

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết hóa học dị vòng thơm năm cạnh chứa 1 nguyên tử oxy và 2 nguyên tử nitơ (công thức phân tử cơ bản $\text{C}_2\text{H}_2\text{N}_2\text{O}$). Về mặt hóa học lập thể và trạng thái cấu trúc, các dẫn xuất 2-mercapto-1,3,4-oxadiazole luôn tồn tại cân bằng hỗ biến (tautomer) giữa hai dạng: dạng thiol (2-mercapto) và dạng thione (oxadiazoline-2-thione). Tác giả kế thừa các công trình nghiên cứu chuyển hóa kinh điển:

  • Phương pháp Ainsworth (1965) về tổng hợp khung 1,3,4-oxadiazole.
  • Phương pháp đóng vòng của Koparir và cộng sự sử dụng hydrazide tác dụng với carbon disulfide ($\text{CS}_2$) trong môi trường kiềm ($\text{KOH}/\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$).
  • Hướng chuyển hóa alkyl hóa liên kết $S$-thế và phản ứng tạo dẫn xuất acetamide tương tự nghiên cứu của K. Patel (2010) và nghiên cứu của Nguyễn Thị Sơn (2012) về việc gắn chuỗi $N$-aryl carboxamidomethylthio nhằm nâng cao khả năng kháng khuẩn, kháng nấm.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Quy trình thực nghiệm được triển khai theo chuỗi phản ứng tổng hợp hữu cơ đa bước:

  • Tổng hợp pha hữu cơ: Thực hiện các phản ứng thế nucleophile ái nhân ($S_N2$), phản ứng ester hóa xúc tác acid sulfuric, phản ứng hydrazid hóa (cộng - tách) và phản ứng khép vòng dị vòng hóa bằng carbon disulfide trong môi trường kiềm.
  • Phương pháp tinh chế và cô lập sản phẩm: Sử dụng kỹ thuật chiết phân đoạn bằng dung môi hữu cơ (diethyl ether), kết tinh lại trong hệ dung môi thích hợp (nước, ethanol, hỗn hợp ethanol : nước tỉ lệ 1:2) và kiểm tra độ tinh khiết bằng sắc ký bản mỏng (TLC).

Phương pháp phân tích công cụ và nguồn dữ liệu thực nghiệm

Cấu trúc và tính chất hóa lý của các sản phẩm được kiểm chứng qua các hệ thống đo lường chuyên dụng:

  • Nhiệt độ nóng chảy: Xác định bằng phương pháp ống mao quản trên máy đo Gallenkam tại Phòng thí nghiệm Hóa Đại cương, Khoa Hóa học, Trường ĐH Sư phạm TP.HCM.
  • Phổ hồng ngoại (FTIR): Ghi trên máy Shimadzu FTIR 8400S dưới dạng viên nén $\text{KBr}$ trong vùng quét $4000 - 400\text{ cm}^{-1}$ tại Khoa Hóa học, Trường ĐH Sư phạm TP.HCM.
  • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H}$-NMR): Đo trên thiết bị Bruker Avance 500 MHz, sử dụng dung môi DMSO tại Phòng Phổ cộng hưởng từ Hạt nhân, Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
  • Phổ khối lượng (MS): Đo trên thiết bị Agilent 6490 Triple Quadrupole LC/MS tại Trung tâm Pháp y – Sở Y tế TP.HCM.

Phương pháp thăm dò hoạt tính sinh học

Hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất acetamide được đánh giá tại Phòng Vi sinh, Khoa Sinh học, Trường ĐH Sư phạm TP.HCM bằng phương pháp khuếch tán giếng thạch trên môi trường MPA (thành phần: 5 g cao thịt, 5 g Peptone, 5 g $\text{NaCl}$ khan, 20 g Agar, 1000 ml nước cất). Khảo sát trên 4 chủng vi khuẩn thực nghiệm gồm:

  • Vi khuẩn Gram dương ($\text{Gr}^+$): Bacillus subtilis ($\text{B. sub}$), Staphylococcus aureus ($\text{S. aureus}$).
  • Vi khuẩn Gram âm ($\text{Gr}^-$): Escherichia coli ($\text{E. coli}$), Pseudomonas aeruginosa ($\text{P. aeru}$).
  • Các mẫu thử được hòa tan ở hai nồng độ khảo sát là 0,1% và 0,23%, nhỏ 0,1 ml vào giếng thạch, ủ lạnh 4–8 giờ và nuôi ủ ở nhiệt độ phòng 24 giờ để đo đường kính vòng vô khuẩn ($D - d\text{ mm}$).

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Chương tổng quan tập trung hệ thống hóa các kiến thức lý thuyết và thực nghiệm đã công bố liên quan đến dị vòng 1,3,4-oxadiazole:

  • Cấu tạo và tính chất: Dị vòng thơm phẳng 5 cạnh, phân cực, chứa hai liên kết $\text{C}=\text{N}$ và cầu nối ete $\text{C}-\text{O}-\text{C}$. Phổ hồng ngoại đặc trưng có vân hấp thụ $\text{C}=\text{N}$ ở $1640 - 1560\text{ cm}^{-1}$ và $\text{C}-\text{O}$ ở $1020\text{ cm}^{-1}$.
  • Hiện tượng hỗ biến thiol - thione: Phân tích cân bằng hỗ biến giữa dạng 2-thiol và dạng oxadiazoline-2-thione. Dẫn chứng các kết quả phổ từ tài liệu quốc tế cho thấy trên IR xuất hiện đồng thời dao động $\text{C}=\text{S}$ ($1240 - 1260\text{ cm}^{-1}$), $\text{N}-\text{H}$ ($3356 - 3253\text{ cm}^{-1}$) và tín hiệu proton $\text{N}-\text{H}$ ở trường yếu ($10 - 14\text{ ppm}$) hoặc proton $\text{S}-\text{H}$ ở trường mạnh ($1 - 2\text{ ppm}$) trên phổ $^1\text{H}$-NMR.
  • Phương pháp tổng hợp và phản ứng chuyển hóa: Trình bày phản ứng ngưng tụ giữa hydrazide với $\text{CS}_2/\text{KOH}$ hoặc tetramethylthiuram disulfide (TMTD), tiếp theo là phản ứng alkyl hóa nguyên tử lưu huỳnh hoặc phản ứng Mannich với formaldehyde và amin để tạo các dẫn xuất có hoạt tính chống co giật, kháng khuẩn $\text{Gr}^-$, kháng nấm Aspergillus niger và ức chế tế bào ung thư bạch cầu CCRF-CEM.

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM

Chương II mô tả chi tiết quy trình tổng hợp từng bước, định lượng hóa chất và thông số vận hành cho toàn bộ chuỗi phản ứng:

  1. Tổng hợp acid p-tolyloxyacetic ($L_1$): Cho $23,6\text{ g}$ acid monochloroacetic ($0,25\text{ mol}$) phản ứng với dung dịch muối kali p-crezolate (gồm $17,3\text{ g}$ p-cresol, $9\text{ g}$ $\text{KOH}$, $18,0\text{ g}$ $\text{K}_2\text{CO}3$ trong nước), đun hồi lưu 2 giờ, acid hóa bằng $\text{HCl}$ (tỉ lệ 1:1), kết tinh trong nước thu được $15,91\text{ g}$ tinh thể hình kim màu trắng ($T{nc} = 136 - 138^\circ\text{C}$, hiệu suất 60%).
  2. Tổng hợp 2-(p-tolyloxy)acetohydrazide ($L_2$): Tiến hành qua 2 giai đoạn:
    • Giai đoạn 1: Ester hóa $12,45\text{ g}$ $L_1$ ($0,075\text{ mol}$) với $100\text{ ml}$ ethanol tuyệt đối, xúc tác $8 - 10\text{ ml}$ $\text{H}_2\text{SO}_4$ đậm đặc trong $5 - 6$ giờ, trung hòa bằng $\text{KHCO}_3$, chiết bằng diethyl ether thu ester ethyl 2-(p-tolyloxy)acetate màu nâu nhạt.
    • Giai đoạn 2: Cho $29,1\text{ g}$ ester phản ứng với $30\text{ ml}$ hydrazine hydrate 50% (chia làm 3 lần thêm) trong ethanol, đun hồi lưu tổng cộng 6 giờ, kết tinh lại trong ethanol thu $12,08\text{ g}$ tinh thể hình kim không màu ($T_{nc} = 135 - 137,5^\circ\text{C}$, hiệu suất 44,7%).
  3. Tổng hợp 5-[(p-tolyloxy)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-thiol ($L_3$): Hòa tan $9\text{ g}$ $L_2$ ($0,05\text{ mol}$) trong ethanol chứa $2,8\text{ g}$ $\text{KOH}$ ($0,05\text{ mol}$), nhỏ từ từ $5,7\text{ g}$ $\text{CS}2$ ($0,075\text{ mol}$), đun cách thủy 5 giờ, acid hóa bằng $\text{HCl}$ 10% về $\text{pH} = 2 - 3$, kết tinh trong ethanol : nước (tỉ lệ 1:2) thu $6,9\text{ g}$ tinh thể hình kim màu trắng ($T{nc} = 199 - 201^\circ\text{C}$).
  4. Tổng hợp các dẫn xuất acetamide ($L_4, L_5, L_6$): Phản ứng thế giữa $0,555\text{ g}$ $L_3$ ($2,5 \times 10^{-3}\text{ mol}$) với $2,5 \times 10^{-3}\text{ mol}$ các dẫn xuất N-aryl-2-chloroacetamide tương ứng trong dung môi acetone với xúc tác $0,345\text{ g}$ $\text{K}_2\text{CO}_3$ ($2,5 \times 10^{-3}\text{ mol}$), đun cách thủy 5 giờ, lọc rửa bằng nước và kết tinh lại trong dung môi thích hợp.

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương III trình bày cơ chế hóa học và phân tích cấu trúc phổ chi tiết của từng hợp chất:

  • Cơ chế phản ứng: Luận giải cơ chế thế lưỡng phân tử $S_N2$ tạo $L_1$; cơ chế cộng - tách carbonyl trong phản ứng ester hóa và phản ứng tạo hydrazide $L_2$; cơ chế cộng nucleophile của nhóm hydrazide vào carbon của $\text{CS}_2$ tạo muối carbazate rồi đóng vòng loại $\text{H}_2\text{S}$ tạo $L_3$; cơ chế $S_N2$ trong dung môi aprotic acetone phân cực trung bình ($\varepsilon = 20,7$) với base $\text{K}_2\text{CO}_3$ tạo các dẫn xuất $L_4 - L_6$.
  • Biện giải phổ của $L_1, L_2, L_3$:
    • $L_1$: IR xuất hiện vân rộng liên kết hydro $\text{O}-\text{H}$ acid ($2578 - 3200\text{ cm}^{-1}$), $\text{C}=\text{O}$ acid ($1703 - 1732\text{ cm}^{-1}$), $\text{C}=\text{C}$ thơm ($1616\text{ cm}^{-1}$) và $\text{C}-\text{O}-\text{C}$ ($1184\text{ cm}^{-1}$).
    • $L_2$: Mất vân $\text{O}-\text{H}$ acid, xuất hiện vân $\text{N}-\text{H}$ nhóm $-\text{NH}_2$ và $-\text{NH}-$ ($3311 - 3203\text{ cm}^{-1}$), $\text{C}=\text{O}$ hydrazide ($1666\text{ cm}^{-1}$).
    • $L_3$: Mất vân $\text{C}=\text{O}$ hydrazide, xuất hiện vân $\text{C}=\text{N}$ ($1645\text{ cm}^{-1}$), $\text{C}=\text{S}$ ($1228 - 1298\text{ cm}^{-1}$), $\text{N}-\text{H}$ dạng thione ($3277\text{ cm}^{-1}$) và $\text{C}-\text{O}-\text{C}$ vòng ($1080 - 1228\text{ cm}^{-1}$). Trên phổ $^1\text{H}$-NMR ghi nhận tín hiệu singlet tù của proton $\text{N}-\text{H}$ dạng thione ở $10,11\text{ ppm}$ chiếm ưu thế cùng với một bộ tín hiệu phụ của dạng thiol ($\delta\text{ S}-\text{H} \approx 2,23\text{ ppm}$, tỉ lệ thione:thiol xấp xỉ 3:2). Khối phổ MS xác nhận pic ion phân tử $[M + H]^+ = 222,9$ (khối lượng phân tử lý thuyết: 222).
  • Biện giải cấu trúc các dẫn xuất acetamide ($L_4, L_5, L_6$):
    • IR: Xuất hiện vân $\text{C}=\text{O}$ nhóm amide ($1687 - 1718\text{ cm}^{-1}$), $\text{N}-\text{H}$ amide ($3257 - 3277\text{ cm}^{-1}$), $\text{C}=\text{N}$ vòng ($1599 - 1602\text{ cm}^{-1}$).
    • $^1\text{H}$-NMR: Proton nhóm $-\text{NH}-$ amide xuất hiện dạng singlet tù ở $10,38\text{ ppm}$; proton nhóm $-\text{OCH}_2-$ ở $4,52\text{ ppm}$ ($2\text{H}, s$); proton nhóm $-\text{SCH}_2-$ ở $4,17\text{ ppm}$ ($2\text{H}, s$); các tín hiệu chẻ spin-spin của hệ proton thơm vòng tolyl và vòng $N$-aryl phù hợp chính xác với lý thuyết quy kết. Phổ MS của $L_4$ khẳng định khối lượng phân tử phù hợp cấu trúc.
  • Thảo luận kết quả hoạt tính sinh học: Kết quả đo đường kính vòng vô khuẩn cho thấy cả 3 hợp chất $L_4, L_5, L_6$ ở hai nồng độ thử nghiệm $0,1%$ và $0,23%$ đều không tạo ra vòng vô khuẩn ($D - d = 0\text{ mm}$) trên 4 chủng vi khuẩn thực nghiệm.

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

Tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được về mặt thực nghiệm tổng hợp và cấu trúc; nêu rõ tính mới của 3 dẫn xuất acetamide $L_4, L_5, L_6$; thảo luận nguyên nhân kết quả âm tính trong thử nghiệm kháng khuẩn và kiến nghị các hướng phát triển tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính

Khóa luận đã tổng hợp thành công 6 hợp chất hữu cơ thuộc dãy chuyển hóa của dị vòng 1,3,4-oxadiazole từ tiền chất p-cresol. Các dữ liệu hóa lý và phổ đặc trưng được tổng hợp trong các bảng số liệu sau:

Ký hiệu Tên hợp chất Công thức phân tử Màu sắc / Tinh thể Nhiệt độ nóng chảy ($^\circ\text{C}$) Hiệu suất tổng hợp (%)
$L_1$ Acid p-tolyloxyacetic $\text{C}9\text{H}{10}\text{O}_3$ Tinh thể hình kim, màu trắng $136 - 138$ 60,0%
$L_2$ 2-(p-Tolyloxy)acetohydrazide $\text{C}9\text{H}{12}\text{O}_2\text{N}_2$ Tinh thể hình kim, không màu $135 - 137,5$ 44,7%
$L_3$ 5-[(p-Tolyloxy)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-thiol $\text{C}{10}\text{H}{10}\text{O}_2\text{N}_2\text{S}$ Tinh thể hình kim, màu trắng $199 - 201$ $76,7%$ ($6,9\text{ g}$)
$L_4$ N-Phenyl-2-({5-[(p-tolyloxy)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-yl}thio)acetamide $\text{C}{18}\text{H}{17}\text{N}_3\text{O}_3\text{S}$ Chất rắn Đã xác định Tổng hợp từ $0,555\text{ g } L_3$
$L_5$ N-(4-Methylphenyl)-2-({5-[(p-tolyloxy)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-yl}thio)acetamide $\text{C}{19}\text{H}{19}\text{N}_3\text{O}_3\text{S}$ Chất rắn Đã xác định Tổng hợp từ $0,555\text{ g } L_3$
$L_6$ N-(4-Ethoxyphenyl)-2-({5-[(p-tolyloxy)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-yl}thio)acetamide $\text{C}{20}\text{H}{21}\text{N}_3\text{O}_3\text{S}$ Chất rắn Đã xác định Tổng hợp từ $0,555\text{ g } L_3$

Dữ liệu đặc trưng phổ $^1\text{H}$-NMR (500 MHz, DMSO, $\delta\text{ ppm}, J\text{ Hz}$) của 3 dẫn xuất acetamide ($L_4, L_5, L_6$):

Vị trí proton Dẫn xuất $L_4$ ($R = -\text{H}$) Dẫn xuất $L_5$ ($R = -\text{CH}_3$) Dẫn xuất $L_6$ ($R = -\text{OCH}_2\text{CH}_3$)
$-\text{NH}-$ (vị trí 12) $10,38\text{ }(1\text{H}, s\text{ rộng})$ $10,38\text{ }(1\text{H}, s\text{ rộng})$ $10,38\text{ }(1\text{H}, s\text{ rộng})$
$-\text{OCH}_2-$ (vị trí 7) $4,52\text{ }(2\text{H}, s)$ $4,52\text{ }(2\text{H}, s)$ $4,52\text{ }(2\text{H}, s)$
$-\text{SCH}_2-$ (vị trí 10) $4,17\text{ }(2\text{H}, s)$ $4,17\text{ }(2\text{H}, s)$ $4,17\text{ }(2\text{H}, s)$
$-\text{CH}_3$ (tolyl, vị trí 1) $2,22\text{ }(3\text{H}, s)$ $2,22\text{ }(3\text{H}, s)$ $2,22\text{ }(3\text{H}, s)$
Nhóm thế $R$ ngoại vi — $2,34\text{ }(3\text{H}, s, -\text{CH}_3)$ $4,07\text{ }(2\text{H}, q); 1,35\text{ }(3\text{H}, t)$
Proton thơm $H^{3,5}$ $6,83\text{ }(2\text{H}, d, J=8,5)$ $6,84\text{ }(2\text{H}, d, J=8,0)$ $6,88\text{ }(2\text{H}, d, J=8,5)$
Proton thơm $H^{2,6}$ $7,08\text{ }(2\text{H}, d, J=8,5)$ $7,09\text{ }(2\text{H}, d, J=8,0)$ $7,10\text{ }(2\text{H}, d, J=8,5)$
Proton thơm vòng $N$-Ar $7,32\text{ }(2\text{H}); 7,51\text{ }(2\text{H}); 7,44\text{ }(1\text{H})$ $7,19\text{ }(2\text{H}, d); 7,30\text{ }(2\text{H}, d)$ $7,01\text{ }(2\text{H}, d); 7,21\text{ }(2\text{H}, d)$

Đóng góp khoa học tự nhận định

  • Tổng hợp thành công 3 dẫn xuất mới là $N$-aryl-2-({5-[(p-tolyloxy)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-yl}thio)acetamide ($L_4, L_5, L_6$) chưa từng được ghi nhận hay công bố trong các tài liệu tham khảo trước đây.
  • Xác lập đầy đủ hệ thống dữ liệu phổ hồng ngoại (FTIR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H}$-NMR) và phổ khối lượng (LC/MS), làm sáng tỏ sự tồn tại ưu thế của dạng hỗ biến thione ở dẫn xuất 1,3,4-oxadiazol-2-thiol ($L_3$).
  • Cung cấp dữ liệu thực nghiệm khách quan về phổ tác dụng kháng khuẩn của dãy chất này trên 4 chủng vi sinh vật tiêu chuẩn (E. coli, B. subtilis, S. aureus, P. aeruginosa).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế ghi nhận trong văn bản

  • Cả 3 dẫn xuất acetamide ($L_4, L_5, L_6$) ở các nồng độ khảo sát ($0,1%$ và $0,23%$) đều không thể hiện hoạt tính kháng khuẩn đối với 4 chủng vi khuẩn thông thường được thử nghiệm ($D - d = 0\text{ mm}$).
  • Tác giả tự nhận định kỹ thuật đo hoạt tính hoặc nồng độ khảo sát có thể chưa đủ nhạy hoặc chưa phù hợp để phát hiện ngưỡng ức chế của dãy chất.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng phạm vi thử nghiệm hoạt tính sinh học đối với các chủng vi sinh vật khác (bao gồm nấm mốc, nấm men) hoặc khảo sát các hoạt tính dược lý khác (kháng viêm, chống oxy hóa, kháng tế bào ung thư).
  • Tiếp tục nghiên cứu biến tính hóa học khung dị vòng 1,3,4-oxadiazole với các nhóm thế khác nhau trên vòng thơm ngoại vi để khảo sát mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính sinh học (SAR).

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo thiết thực đối với:

  • Đối tượng sử dụng: Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu viên chuyên ngành Hóa hữu cơ, Hóa Dược phẩm và Hóa học các hợp chất dị vòng.
  • Nội dung tham khảo trọng tâm:
    • Quy trình thực nghiệm 4 bước khép vòng dị vòng 1,3,4-oxadiazole từ hợp chất phenol/cresol thông qua dẫn xuất hydrazide trung gian.
    • Phương pháp luận chi tiết trong việc phân tích, quy kết các tín hiệu phổ $^1\text{H}$-NMR và FTIR để phân biệt các dạng đồng phân hỗ biến (thiol - thione) của hợp chất dị vòng chứa lưu huỳnh.
    • Kỹ thuật thực hiện phản ứng thế nucleophile $S_N2$ trên liên kết $C-S$ sử dụng hệ dung môi aprotic (acetone) và base vô cơ ($\text{K}_2\text{CO}_3$).

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận đã tổng hợp được những hợp chất nào và cấu trúc của chúng ra sao?

Tác giả đã tổng hợp thành công 6 hợp chất gồm: acid p-tolyloxyacetic ($L_1$), 2-(p-tolyloxy)acetohydrazide ($L_2$), 5-[(p-tolyloxy)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-thiol ($L_3$) và ba dẫn xuất acetamide mới ($L_4, L_5, L_6$) có cấu trúc chung là $N$-aryl-2-({5-[(p-tolyloxy)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-yl}thio)acetamide mang các nhóm thế ngoại vi lần lượt là $-\text{H}$ ($L_4$), $4-\text{CH}_3$ ($L_5$) và $4-\text{OCH}_2\text{CH}_3$ ($L_6$).

2. Dữ liệu phổ $^1\text{H}$-NMR và IR chứng minh dạng hỗ biến nào chiếm ưu thế ở hợp chất $L_3$?

Dạng hỗ biến thione chiếm ưu thế rõ rệt. Trên phổ IR của $L_3$ xuất hiện vân hấp thụ dao động hóa trị của liên kết $\text{C}=\text{S}$ ở $1228 - 1298\text{ cm}^{-1}$ và $\text{N}-\text{H}$ ở $3277\text{ cm}^{-1}$. Trên phổ $^1\text{H}$-NMR, tín hiệu singlet tù của proton $\text{N}-\text{H}$ dạng thione xuất hiện ở vùng trường rất yếu ($10,11\text{ ppm}$) với cường độ tương đối lớn hơn hẳn so với bộ tín hiệu của dạng thiol (tỉ lệ tín hiệu thione : thiol xấp xỉ 3:2).

3. Vì sao tác giả lựa chọn $\text{K}_2\text{CO}_3$ và dung môi acetone cho phản ứng tổng hợp các dẫn xuất acetamide $L_4 - L_6$?

Tác giả chọn $\text{K}_2\text{CO}_3$ thay vì $\text{Na}_2\text{CO}_3$ do cation $\text{K}^+$ có bán kính ion lớn hơn $\text{Na}^+$, mật độ điện tích nhỏ hơn nên liên kết với anion thiolate kém bền hơn, giúp anion phân ly dễ dàng hơn và làm tăng nồng độ tác nhân nucleophile. Dung môi acetone được lựa chọn vì là dung môi aprotic thuận lợi cho phản ứng thế $S_N2$, có độ phân cực trung bình ($\varepsilon = 20,7$), điểm sôi thấp ($56^\circ\text{C}$) dễ loại bỏ khỏi sản phẩm sau phản ứng.

4. Kết quả thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn của các dẫn xuất acetamide $L_4 - L_6$ được ghi nhận như thế nào?

Thử nghiệm thăm dò bằng phương pháp đục lỗ thạch trên môi trường MPA ở hai nồng độ $0,1%$ và $0,23%$ cho thấy cả ba hợp chất $L_4, L_5, L_6$ đều không có khả năng kháng khuẩn đối với 4 chủng vi khuẩn thử nghiệm gồm Escherichia coli, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus và Pseudomonas aeruginosa (đường kính vòng vô khuẩn $D - d = 0\text{ mm}$).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Bùi Thị Lương đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu đề ra về việc xây dựng quy trình tổng hợp đa bước dãy hợp chất chứa dị vòng 1,3,4-oxadiazole từ tiền chất ban đầu p-cresol. Đề tài đã cô lập và khẳng định cấu trúc của 6 hợp chất bằng các phương pháp phổ hiện đại (FTIR, $^1\text{H}$-NMR, LC/MS), trong đó có 3 dẫn xuất acetamide mới chưa từng công bố trong y văn. Dù kết quả thăm dò hoạt tính kháng khuẩn ban đầu trên 4 chủng vi khuẩn cho kết quả âm tính, công trình đã đóng góp dữ liệu thực nghiệm có giá trị khoa học và phương pháp luận rõ ràng cho hướng nghiên cứu hóa học dị vòng hữu cơ.