TỔNG HỢP DẪN XUẤT CHỨA DỊ VÒNG BENZODTHIAZOLE THÔNG QUA PHẢN ỨNG GHÉP CHÉO SUZUKI

Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Báo cáo khoa học, luận văn tiến sĩ, luận văn thạc sĩ, nghiên cứu - Công nghệ sinh học SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO LẠNG SƠN TRƯỜNG CAO ĐẲNG SƯ PHẠM ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG TÊN ĐỀ TÀI TỔNG HỢP DẪN XUẤT CHỨA DỊ VÒNG BENZOdTHIAZOLE THÔNG QUA PHẢN ỨNG GHÉP CHÉO SUZUKI Mã số: LCE.2021.Đ01 Chủ nhiệm đề tài: Vũ Thị Ánh Tuyết Thành viên: PGS.TS. Dương Quốc Hoàn ThS. Nguyễn Đức Du Đơn vị chủ trì: Phòng KHCNĐBCL NĂM HỌC 2021 – 2022 MỤC LỤC MỞ ĐẦU.................................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU......................................... 3 1.1. Cấu tạo và tính chất của dị vòng benzodthiazole .......................................................... 3 1.1.1. Cấu tạo ...................................................................................................................... 3 1.1.2. Tính chất.................................................................................................................... 3 1.2. Sơ lược về lịch sử nghiên cứu dị vòng benzodthiazole ................................................. 3 1.1.1. Trong nước ................................................................................................................ 3 1.2. Trên thế giới ..................................................................................................................... 5 1.2.1. Phương pháp tổng hợp .............................................................................................. 5 1.2.2. Hoạt tính sinh học của dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole ............................. 8 1.2.3. Hoạt tính huỳnh quang của dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole ................... 11 1.3. Phản ứng ghép chéo Suzuki 3 ..................................................................................... 13 1.3.1. Cơ chế phản ứng ..................................................................................................... 13 1.3.2. Một số đặc tính của phản ứng S-M ......................................................................... 13 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM HÓA CHẤT, THIẾT BỊ VÀ SƠ ĐỒ TỔNG HỢP ........ 17 2.1. Hóa chất, thiết bị và sơ đồ tổng hợp .............................................................................. 17 2.1.1. Hóa chất và thiết bị sử dụng để tổng hợp ............................................................... 17 2.1.2. Sơ đồ tổng hợp ....................................................................................................... 17 2.2. Tổng hợp ....................................................................................................................... 18 2.2.1. Tổng hợp dẫn xuất (1)4 ........................................................................................ 18 2.2.2. Tổng hợp dẫn xuất (2a-2m) ..................................................................................... 18 2.3. Nghiên cứu cấu trúc ....................................................................................................... 22 2.3.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ................................................................................... 22 2.3.2. Phổ khối lượng ........................................................................................................ 22 2.4. Hoạt tính oxy hóa ........................................................................................................... 22 2.5. Hoạt tính huỳnh quang ................................................................................................... 22 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................... 23 3.1. Tổng hợp ........................................................................................................................ 23 3.1.1. Tổng hợp dẫn xuất 1................................................................................................ 23 3.1.2. Tổng hợp dẫn xuất 2................................................................................................ 23 3.2. Cấu trúc .......................................................................................................................... 25 3.2.1. Xác định cấu trúc bằng phổ cộng hưởng từ proton ................................................ 25 3.2.3. Xác định cấu trúc bằng phổ khối lượng MS............................................................ 58 3.3. Thử hoạt tính chống oxy hóa ......................................................................................... 61 3.4. Hoạt tính huỳnh quang ................................................................................................... 61 3.5. Xử lý số liệu và công bố trên tạp chí chuyên ngành ...................................................... 63 KẾT LUẬN ............................................................................................................................. 64 1. Kết luận ............................................................................................................................. 64 2. Hướng nghiên cứu tiếp theo.............................................................................................. 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................... 65 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ 13C NMR Phổ cộng hưởng từ cacbon 13 1H NMR Phổ cộng hưởng từ proton HMBC Heteronuclear Multiple Bond Coherence (phổ 2 chiều tương tác gián tiếp C-H) HSQC Heteronuclear Single Quantum Correlation (phổ 2 chiều tương tác trực tiếp C-H) MS Phổ khối lượng NMR HR-MS Phổ cộng hưởng từ hạt nhân High Resolution Mass Spectrometry (Phổ khối có độ phân giải cao) q Quartet s Singlet t Triplet m Multiplet d Doublet DMF N,N-dimetylformamide cdhh Chuyển dịch hóa học S-M Suzuki-Miyaura DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Trạng thái, màu sắc, dung môi kết tinh và hiệu suất phản ứng ................................ 25 Bảng 3.2: Số liệu cộng hưởng từ proton, cacbon, HSQC và HMBC của 2a ............................ 28 Bảng 3.3: Độ chuyển dịch của proton trong khung chứa dị vòng dãy 2a-2m .......................... 30 Bảng 3.4: Độ chuyển dịch của cacbon trong khung chứa dị vòng dãy 2a-2m ......................... 31 Bảng 3.5: Số liệu phổ cộng hưởng từ proton và cacbon của chất 2b ....................................... 33 Bảng 3.6: Số liệu phổ cộng hưởng từ proton và cacbon của chất 2c........................................ 35 Bảng 3.7: Số liệu phổ cộng hưởng từ proton và cacbon của chất 2d ....................................... 37 Bảng 3.8: Số liệu phổ cộng hưởng từ proton và cacbon của chất 2e........................................ 39 Bảng 3.9: Số liệu phổ cộng hưởng từ proton và cacbon của chất 2f ........................................ 41 Bảng 3.10: Số liệu phổ cộng hưởng từ proton và cacbon của chất 2g ..................................... 44 Bảng 3.11: Số liệu phổ cộng hưởng từ proton và cacbon của chất 2h ..................................... 46 Bảng 3.12: Số liệu phổ cộng hưởng từ proton và cacbon của chất 2i ...................................... 48 Bảng 3.13: Số liệu phổ cộng hưởng từ proton và cacbon của chất 2j ...................................... 50 Bảng 3.14: Số liệu phổ cộng hưởng từ proton và cacbon của chất 2k ..................................... 53 Bảng 3.15: Số liệu phổ cộng hưởng từ proton và cacbon của chất 2l ...................................... 55 Bảng 3.16: Số liệu phổ cộng hưởng từ proton và cacbon của chất 2m .................................... 57 Bảng 3.17: Dữ liệu phổ MS của dãy chất 2a-2m...................................................................... 58 Bảng 3.18: Khả năng phát huỳnh quang của các chất ở 3 nồng độ khác nhau......................... 62 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: SAHA và hợp chất 1, 2 tương tác với HDAC8 .......................................................... 4 Hình 1.2: Một số cơ chế khử Pd(II) ngay trong môi trường phản ứng về Pd(0) ...................... 15 Hình 1.3: Một số tiền xúc tác hoạt tính cao cho phản ứng S-M ............................................... 16 Hình 3.1: Phổ cộng hưởng từ proton của chất 2a ..................................................................... 26 Hình 3.2: Phổ cộng hưởng từ cacbon của 2a ............................................................................ 27 Hình 3.3: Một phần phổ HSQC của 3a ..................................................................................... 28 Hình 3.4: Một phần phổ HMBC của chất 3a ............................................................................ 28 Hình 3.5: Phổ cộng hưởng từ proton của chất 2b ..................................................................... 32 Hình 3.6: Phổ cộng hưởng từ cacbon của 2b ............................................................................ 33 Hình 3.7: Phổ cộng hưởng từ proton của chất 2c ..................................................................... 34 Hình 3.8: Phổ cộng hưởng từ cacbon của 2c ............................................................................ 35 Hình 3.9: Phổ cộng hưởng từ proton của chất 2d ..................................................................... 36 Hình 3.10: Phổ cộng hưởng từ cacbon của 2d .......................................................................... 37 Hình 3.11: Phổ cộng hưởng từ proton của chất 2e ................................................................... 38 Hình 3.12: Phổ cộng hưởng từ cacbon của 2e .......................................................................... 39 Hình 3.13: Phổ cộng hưởng từ proton của chất 2f ................................................................... 40 Hình 3.14: Phổ cộng hưởng từ cacbon của 2f .......................................................................... 41 Hình 3.15: Phổ cộng hưởng từ proton của chất 2g ................................................................... 43 Hình 3.16: Phổ cộng hưởng từ cacbon của 2g .......................................................................... 43 Hình 3.17: Phổ cộng hưởng từ proton của chất 2h ................................................................... 45 Hình 3.18: Phổ cộng hưởng từ cacbon của 2h .......................................................................... 46 Hình 3.19: Phổ cộng hưởng từ proton của chất 2i .................................................................... 47 Hình 3.20: Phổ cộng hưởng từ cacbon của 2i .......................................................................... 48 Hình 3.21: Phổ cộng hưởng từ proton của chất 2j .................................................................... 49 Hình 3.22: Phổ cộng hưởng từ cacbon của 2j .......................................................................... 50 Hình 3.23: Phổ cộng hưởng từ proton của chất 2k ................................................................... 52 Hình 3.24: Phổ cộng hưởng từ cacbon của 2k .......................................................................... 52 Hình 3.25: Phổ cộng hưởng từ proton của chất 2l .................................................................... 54 Hình 3.26: Phổ cộng hưởng từ cacbon của 2l .......................................................................... 55 Hình 3.27: Phổ cộng hưởng từ proton của chất 2m .................................................................. 56 Hình 3.28: Phổ cộng hưởng từ cacbon của 2m ........................................................................ 57 Hình 3.29: Phổ +MS của dãy chất 2a-2m................................................................................. 60 Hình 3.30: Phổ hấp thụ UV-Vis của 2g .................................................................................... 61 Hình 3.31: Phổ huỳnh quang của dung dịch 2a-2m ở 10-3M.................................................... 61 Hình 3.32: Phổ huỳnh quang của dung dịch 2e, 2f, 2g ở 10-4M.............................................. 62 Hình 3.33: Phổ huỳnh quang của dung dịch 2e, 2f, 2g ở 10-5M.............................................. 62 DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1: Cơ chế cơ bản của phản ứng ghép cặp chéo Suzuki-Miyaura và vai trò của base.. 13 Sơ đồ 1.2: Điều chế organoboron (M= Li hoặc Mg) ................................................................ 14 Sơ đồ 1.3: Điều chế organoboron từ arene chứa nhóm định hướng ......................................... 14 Sơ đồ 1.4: Điều chế organoboron bằng phản ứng C-H functionalization xúc tác kim loại chuyển tiếp ............................................................................................................................................ 15 Sơ đồ 2.1: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole ........................................ 17 Sơ đồ 2.2: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất 1 ...................................................................................... 18 Sơ đồ 2.3: Sơ đồ tổng hợp dãy chất 2a-2m .............................................................................. 18 Sơ đồ 3.1: Cơ chế đóng vòng benzodthiazole ....................................................................... 23 Sơ đồ 3.2: Cơ chế phản ứng ghép chéo Suzuki ........................................................................ 24 KÍ HIỆU CỦA CÁC HỢP CHẤT TỔNG HỢP ĐƯỢC Kí hiệu Tên gọi Công thức 1 4-bromo(benzodthiazol-2-yl)phenol 2a 2-(3''''-methyl-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole 2b 2-(1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole 2c 2-(3'''',5''''-dimethyl-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole 2d 2-(2''''-methyl-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole 2e 2-(4-(thiophen-2- yl)phenyl)benzodthiazole 2f 2-(4''''-methyl-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole 2g 2-(4''''-(trifluoromethyl)-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole 2h 2-(3''''-ethoxy-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole 2i 2-(3''''-chloro-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole 2j 2-(4''''-(tert-butyl)-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole 2k 2-(4''''-butyl-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole 2l 2-(4''''-chloro-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole 2m 2-(4''''-methoxy-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay có rất ít phản ứng góp phần nâng cao hiệu quả tổng hợp hữu cơ như các phản ứng ghép chéo có xúc tác paladi. Các phản ứng ghép chéo này được sử dụng trong nghiên cứu trên toàn thế giới cũng như được sử dụng trong nghiên cứu sản xuất thương mại dược phẩm và nhiều loại sản phẩm được sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử, trong một số ngành khác. Do những đóng góp quan trọng vào nâng cao hiệu quả tổng hợp hữu cơ, phản ứng ghép chéo Suzuki đã được các nhà khoa học ghi nhận bằng giải thưởng Nobel Hóa học năm 2010 dành cho nhà Hoá học Suzuki A. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của phản ứng Suzuki là đưa ra một cách hiệu quả nhất để điều chế hệ dị vòng liên hợp π thông qua việc hình thành liên kết cacbon - cacbon. Do đó “khớp nối Suzuki” là một phương pháp tổng hợp linh hoạt, có nhiều ưu điểm như thích ứng với nhiều dẫn xuất halogen cũng như dẫn xuất arylboronic acid. Trong những năm gần đây, hóa học các hợp chất dị vòng đã phát triển một cách mạnh mẽ. Số lượng các hợp chất dị vòng được tổng hợp ngày càng nhiều, những đặc tính cũng như tính chất của chúng cũng được nghiên cứu ngày một đầy đủ và hệ thống. Nhiều đặc tính quý báu của các hợp chất dị vòng được khám phá và được ứng dụng vào các lĩnh vực của đời sống, sản xuất ngày một phong phú, đa dạng. Các hợp chất dị vòng thơm như oxazole, imidazole, thiazole… đang nhận được rất nhiều sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học vì những ứng dụng của chúng trong các ngành sản xuất như: hóa dược, phẩm nhuộm… ngoài ra nó còn được ứng dụng trong trong y học do các hợp chất này có hoạt tính sinh học cao. Trong số đó thì dị vòng thiazole thể hiện là một trung tâm mang dược tính đáng để chúng ta quan tâm nghiên cứu. Một số hợp chất chứa dị vòng thiazole được dùng làm thuốc như vitamin B1 (thiamine), Peniciline, Ritonavir... Theo nghiên cứu của nhiều tác giả thì dị vòng thiazole có khả năng chống nấm 18, kháng viêm, chống co giật 44, chống ung thư 5, gây ức chế sự phân chia tế bào 9. Các dẫn xuất có chứa dị vòng benzodthiazole đã được nghiên cứu rộng rãi cho các hoạt tính chống khối u 32, chống ung thư 6, kháng khuẩn 24, điều hòa tăng trưởng thực vật 28, 35, 52. Gần đây việc ứng dụng của các dẫn xuất có chứa dị vòng benzodthiazole đã được nghiên cứu. Chẳng hạn như sắc tố quang 2 học phi tuyến tính mới làm đầu dò huỳnh quang 25, 54, chất cảm ứng hữu cơ để phát sáng điot hữu cơ (OLED) 7, … Do vậy, với mong muốn tổng hợp được những chất mới chứa dị vòng thiazole, đặc biệt là dị vòng chứa benzodthiazole, nhằm góp phần vào việc nghiên cứu dị vòng thiazole nên chúng tôi quyết định chọn đề tài: “Tổng hợp dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole thông qua phản ứng ghép chéo Suzuki”. 2. Mục đích nghiên cứu - Tổng hợp và xác định cấu trúc một số dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole. - Khảo sát hoạt tính huỳnh quang và hoạt tính chống oxy hóa của một số hợp chất chọn lọc. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole. - Xác định cấu trúc của các hợp chất tổng hợp được bằng các phương pháp phổ hiện đại như: 1H NMR, 13C NMR, MS, HSQC, HMBC. - Khảo sát hoạt tính huỳnh quang, tính chống oxy hóa của một số hợp chất chọn lọc. 4. Phạm vi nghiên cứu Thông qua phản ứng ghép chéo Suzuki kết hợp với sử dụng lò vi sóng gia đình để tổng hợp dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole. 5. Phương pháp nghiên cứu - Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm: sử dụng lò vi sóng gia đình, phản ứng ghép chéo Suzuki với xúc tác paradin và các phương pháp tinh chế trong tổng hợp hữu cơ như chạy sắc ký lớp mỏng (TLC), sắc ký cột silicagel,… - Xác định cấu trúc bằng các phương pháp phổ hiện đại. + Phổ cộng hưởng từ một chiều (1H NMR, 13C NMR). + Phổ hai chiều (HSQC, HMBC) + Phổ khối lượng MS - Đo hoạt tính huỳnh quang, thử hoạt tính chống oxy hóa của một số dẫn xuất tổng hợp được. 3 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Cấu tạo và tính chất của dị vòng benzodthiazole 1.1.1. Cấu tạo Benzodthiazole là hợp chất dị vòng ngưng tụ gồm dị vòng 5 cạnh 1,3- azole được kết hợp với vòng benzene thuộc họ benzo-1,3-azole… Trong phân tử của dị vòng 5 cạnh có một nguyên tử N và một nguyên tử S ở vị trí 1, 3 với nhau. Công thức phân tử là C7H5NS. 1.1.2. Tính chất Benzodthiazole có khối lượng phân tử là 135,19 gmol, chất lỏng không màu và hơi nhớt, nhiệt độ nóng chảy 20C, nhiệt độ sôi 227-2280C, khối lượng riêng là 1,238 gmL. Benzothiazole không được sử dụng trong đời sống mà chỉ sử dụng trong công nghiệp và trong nghiên cứu. 1.2. Sơ lược về lịch sử nghiên cứu dị vòng benzodthiazole 1.1.1. Trong nước Dị vòng benzodthiazole lần đầu tiên được nghiên cứu tổng hợp ở Việt Nam vào năm 1995 do PGS. TS Trấn Thị Tửu công bố 4. Tuy nhiên, mãi đến 2009, PGS. TS Hồ Xuân Đậu và cộng sự mới công bố nghiên cứu về tổng hợp một vài dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole 1. Tuy nhiên những công trình trên chỉ dừng lại ở tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc mà chưa quan tâm đến hoạt tính sinh học của chúng. Đến năm 2010, dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole được quan tâm và nghiên cứu nhiều hơn. Ví dụ, nhóm nghiên cứu của GS. Nguyễn Hải Nam (ĐH Dược Hà Nội) đã phát hiện một số dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole có hoạt tính mạnh với ba dòng tế bào ung thư phổi A549, ung thư vú MCF7-MDR và tế bào ung thư sợi ở người HT1080. Ngoài ra hầu hết các dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole thể hiện kháng khuẩn ở mức trung bình với vi khuẩn Staphyllococcus aureus và một số nấm khác 40. Năm 2011, GS. Nguyễn Hải Nam và cộng sự tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu này khi phát triển dãy dẫn xuất có chứa dị vòng benzodthiazole có nhóm thế ở vị trí 6. Nhóm tác giả đã nghiên cứu tác dụng của chúng trên nhiều dòng tế bào ung thư như: tế bào ung thư phổi A549, ung thư buồng trứng Hela, ung thư vú MCF7. Kết quả cho thấy nồng độ ức chế vào khoảng 0,66 μgmL. Dãy dẫn xuất này cũng thể hiện hoạt tính kháng nấm Apergillus niger ở mức độ trung bình 41. Khi nghiên cứu 4 các nhóm thế ở vị trí khác nhau trong nhân dị vòng benzodthiazole như vị trí số 2, 4 nhóm nghiên cứu đã khảo sát khả năng kháng ung thư trên các tế bào ung thư phổ biến, kháng khuẩn và kháng nấm. Kết quả của nhóm tác giả thu được cho thấy đây là những dẫn xuất có tiềm năng lớn. Chẳng hạn có 02 dẫn xuất thể hiện hoạt tính kháng nấm A. Niger và F. Oxysporum mạnh. Dẫn xuất có chứa brom thể hiện hoạt tính kháng khuẩn tốt hơn. Về kết quả thử trên các tế bào ung thư A549, HT1080, MCF7-MDR chỉ ra rằng 03 dẫn xuất có khả năng ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư ở mức tốt. IC50 của chúng trong khoảng 10,07-13,21ugml. Tương tự. dẫn xuất chứa brom đã thể hiện khả năng ức chế tế bào ung thư tốt hơn. Năm 2013, tác giả Oanh và cộng sự đã tổng hợp 12 dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole và thử khả năng ức chế enzym histone deacetylases (HDAC) có so sánh với SAHA-hợp chất được công nhận là thuốc chữa nhiều bệnh ung thư liên quan đến hạch bạch huyết. Từ kết quả nghiên cứu tác giả nhận thấy nhân benzen của SAHA không có tương tác đáng kể với enzym HDAC8, tương tự khi thay nhân benzen bằng dị vòng benzodthiazole, dị vòng này có khả năng liên kết với HDAC8 khá yếu và tương đồng như nhân thơm benzen của SAHA. Điều này giúp nghiên cứu cơ chế sinh ra hoạt tính sinh học của nhiều dẫn xuất tương tự, Hình 1.1 44. Hình 1.1: SAHA và hợp chất 1, 2 tương tác với HDAC8 5 1.2. Trên thế giới 1.2.1. Phương pháp tổng hợp Trên thế giới, dị vòng benzodthiazole được nghiên cứu tổng hợp rất sớm bởi Hofmann từ axit formic và o-aminothiphenol 26. Sau đó các phương pháp tổng hợp dị vòng này phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây do hoạt tính sinh học đa dạng của nó. Trên cơ sở chất phản ứng, các phương pháp tổng hợp dị vòng benzodthiazole được phân loại theo các phản ứng cơ bản sau: 1.2.1.1. Tổng hợp dị vòng benzodthiazole từ o-aminothiphenol Nghiên cứu của Gorepatil và các cộng cho thấy samarium triflate là một xúc tác hữu hiệu đã giúp phản ứng xảy ra trong điều kiện nhẹ nhàng trong không khí với hỗn hợp dung môi etanol và nước. Hiệu suất phản ứng từ 72 đến 96 , thời gian hoàn thành phản ứng từ 2 đến 12 giờ. Điều thú vị là tác giả đã nghiên cứu tái sử dụng xúc tác và cho hiệu suất tương tự như xúc tác mới 22 . Nguyễn và cộng sự đã sử dụng lưu huỳnh để đóng vòng benzodthiazole từ o-aminohiphenol và amin. Khi dùng amin có lợi thế tạo thành dẫn xuất chứa benzodthiazole chứa “R” là ankyl. Mặc dù phản ứng này cho phép tổng hợp lượng lớn tuy nhiên thời gian phản ứng này dài và chỉ đạt hiệu suất trung bình từ 43 đến 83 42. Bastug và cộng sự sử dụng axit Lewis BF3.OEt2 xúc tác cho phản ứng khép vòng của dẫn xuất anilin với các orthoeste tạo dị vòng benzoxazole, benzodthiazole, và benzimidazole. Hiệu suất của phản ứng rất cao khoảng 95 và thực hiện ở ngay nhiệt phòng 10. 1.2.1.2. Tổng hợp dị vòng benzodthiazole từ o-aminohalogenbenzen Phản ứng oxy hóa khép vòng tách nhóm cacboxylic giữa o-chloronitroaren và axit arylacetic có mặt lưu huỳnh và N-methylmorpholine (NMM) theo cơ chế 6 gốc khá thú vị. Tuy nhiên phản ứng cần thời gian dài và nhiệt độ cao, tinh chế khá phức tạp 23. Những phương pháp này có nhược điểm như: thời gian phản ứng dài, sử dụng chất xúc tác dư thừa gây lãng phí và ảnh hưởng đến môi trường, điều kiện phản ứng khắc nghiệt, hiệu suất thấp… 1.2.1.3. Tổng hợp dị vòng benzodthiazole có sử dụng lò vi sóng Gần đây lò vi sóng được sử dụng khá nhiều trong phản ứng đóng vòng benzothiazole do có nhiều lợi ích. Thời gian của phản ứng ngắn hơn rất nhiều, thậm chí chỉ cần vài chục giây. Do khả năng gia nhiệt bất ngờ nên dẫn đến làm tăng tốc độ phản ứng. Đồng thời dùng lò vi sóng hạn chế sự ảnh hưởng của thành bình phản ứng nên làm cho việc làm nóng phản ứng nhanh hơn và tránh được các điểm quá nhiệt dẫn tới các phản ứng phụ. Ngoài ra, kĩ thuật này có thể áp dụng cho nhiều loại phản ứng khác nhau như: tạo dị vòng, chuyển vị 37, 34, 36. Trong lĩnh vực tổng hợp dị vòng benzothiazole, kĩ thuật gia nhiệt bằng lò vi sóng tỏ ra hiệu quả. Một trong những phản ứng có sử dụng lò vi sóng đầu tiên thành công là phản ứng tạo vòng benzodthiazole từ 2-aminothiophenol xúc tác bởi KSF sét mà không cần dung môi đã thay thế cho phản ứng có gia nhiệt truyền thống trong dung môi toluene 56. Hiệu suất của phản ứng này tương đồng nhau nhưng thời gian dùng lò vi sóng chỉ mất 5 phút thay bằng 12h theo phương pháp gia nhiệt truyền thống. Raun và cộng sự thực hiện phản ứng ngưng tụ giữa o-aminothiophenol và axit thơm cũng tạo thành dị vòng benzodthiazole với hiệu suất 99 trong thời gian 4 phút trong khi thực hiện theo các phương pháp truyền thống không thu được sản phẩm 46 7 Một điểm đáng chú ý, những công trình công bố trên được tiến hành bằng lò vi sóng thương mại chuyên dùng cho phòng thí nghiệm nên chi phí cho lò vi sóng khá cao. 1.2.1.4. Tổng hợp dị vòng benzodthiazole thông qua phản ứng ghép chéo Suzuki Hiện nay phản ứng ghép chéo Suzuki-Miyaura là một trong những phản ứng hiệu quả nhất để điều chế hệ dị vòng liên hợp π thông qua việc hình thành các liên kết carbon-carbon. Trong đó việc tổng hợp các dẫn xuất benzodthiazole thông qua các phản ứng ghép chéo Suzuki với xúc tác paladium khá thuận lợi. Điều này là do sự sẵn có của các thành phần ghép nối cũng như tính linh hoạt của phương pháp tổng hợp này 17. Ngoài ra, bản chất thiếu điện tử của dị vòng benzodthiazole tạo điều kiện thuận lợi cho việc bổ sung oxy hóa paladium vào liên kết halogen-carbon mà không cần sử dụng các phối tử cụ thể và đắt tiền. V. Dhayalan và M. Hayashi đầu tiên thực hiện phản ứng đóng vòng benzodthiazole bằng phản ứng giữa 2-aminobenzenethiol với các dẫn xuất halogen benzaldehyt có sử dụng xúc tác than hoạt tính trong môi trường oxy, sau đó nhóm tác giả tiếp tục thông qua phản ứng Suzuki - Miyaura để tổng hợp nhiều loại dẫn xuất 2-arylbenzothiazole 57. Yeon Heo và các cộng sự đã thực hiện phản ứng giữa 2,6-dichlorobenzothiazole với axit arylboronic để tổng hợp 2-aryl-6-chlorobenzothiazoles thông qua phản ứng ghép chéo Suzuki - Miyaura và được xúc tiến bằng lò vi sóng 61. Như vậy thông qua phản ứng gép chéo Suzuki, kết hợp lò vi sóng gia đình với đã mở ra con đường tổng hợp các dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole một cách đơn giản, tiết kiệm thời gian, tiết kiệm điện năng, hiệu suất cao. 8 1.2.2. Hoạt tính sinh học của dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole Nhiều dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole được tìm thấy trong thiên nhiên vì thế chúng thường có phổ hoạt tính sinh học phong phú, chọn lọc và thân thiện với cơ thể sống và môi trường. Ví du dị vòng benzothiazole (1) lần đầu được tách từ cây Nam việt quất trồng ở Mỹ (Vaccinium macroFarpon). Sau đó, nhiều công trình công bố tìm thấy dẫn xuất này trong hươu đỏ, Cervus elaplus 8, hợp phần dễ bay hơi trong rượu vang 21, 11, 45, ngoài ra nó cũng được tìm thấy trong lá trà và có hoạt tính kháng ung thư tốt 59. Axit 6-hydroxybenzodthiazole-5-axetic (2) là hợp chất kháng khuẩn có tên C304A hoặc M4582 được tách từ nước lọc của vi khuẩn Actinosynnema 32 và Paecilomyces lilacinus 60. Hợp chất này thể hiện khả năng giảm biến chứng ở mắt và dây thần kinh. Trong khi, Luciferin (3) chính là chất phát quang sinh học trong ruồi lửa 55. Hơn nữa đã có những dẫn xuất trở thành thuốc thương mại. Ví dụ, Zopalrestat là thuốc thương mại chứa dị vòng benzodthiazole được dùng chữa bệnh biến chứng do bệnh đái tháo đường gây ra do công ty Takeda Pharmaceutical Co. phát triển 38. Ngoài nghiên cứu về các dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole có trong thiên nhiên, các nhà hóa học đã nghiên cứu hoạt tính của nhiều dẫn xuất tổng hợp. ➢ Hoạt tính chống ung thư Ví dụ, 2-(4-aminophenyl) benzothiazole và các dẫn xuất N-acetyl hóa tương ứng của nó 5, 6 12, đã cho thấy hoạt tính chống ung thư đáng chú ý đối với các dòng tế bào ung thư nhất định đặc biệt đối với ung thư vú, ung thư ruột kết và các dòng tế bào trứng. Các hoạt tính chống ung thư của các phân tử này được giả định là do sự hình thành các chất trung gian phản ứng với ADN. Đáng ngạc nhiên, hợp chất có cấu trúc tương tự chứa 2 nhóm thế (3, 4-dimethoxyphenyl) và nhóm thế fluoro ở vị trí 5 trong vòng benzodthiazole (7) thể hiện hoạt tính chống ung thư mạnh. Các hợp chất không có nhóm thế trong benzodthiazole thể hiện hoạt tính kháng chọn lọc các dòng tế bào ung thư 15, 62. 9 Trong nghiên cứu về các dẫn xuất lớn hơn chứa benzodthiazole, Ahmed Kamal và các cộng sự đã công bố dãy các hợp chất như chất 8 sau đó kiểm tra các hoạt tính kháng ung thư của chúng. Kết quả cho thấy, chúng là những hợp chất có hiệu lực cao so với thuốc chống ung thư 30. Một loạt các benzothiazoles 2-(4-acylaminophenyl) (9) và polyhydroxylated - 2- phenylbenzothiazoles (10) được sàng lọc về hoạt động chống ung thư và hoạt động rất hiệu quả trên tế bào vú MCF-7 và MDA468 16, 53 Devmurari và các cộng sự đã tổng hợp một dãy bảy dẫn xuất 2-phenyl benzothiazoles và các dẫn xuất 1, 3-benzothiazole-2-yl-4-carbothioate. Tất cả các hợp chất mới tổng hợp được sàng lọc cho các hoạt tính chống ung thư và các hợp chất 11 và 12 cho thấy hoạt tính kháng ung thư rất tốt 18. Dẫn xuất 2- (4''''-aminophenyl) benzothiazoles làm tăng khả năng ức chế sự tăng trưởng tế bào ung thư ở người. Bradshaw và các cộng sự đã tổng hợp các dẫn xuất thế ở vị trí 3’ của 2-(4''''-aminophenyl)-benzothiazoles (13). Khi được thử đối với dòng tế bào MCF-7 và MDA 468, chúng thể hiện hoạt tính duy nhất ức chế tăng trưởng các dòng tế bào trên 14, 13. ➢ Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm Dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole cũng thể hiện hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm đa dạng. 10 Sahu và các cộng sự đã tổng hợp một dãy dẫn xuất 14 sau đó khảo sát hoạt tính kháng khuẩn gram dương và gram âm. Kết quả cho thấy, dãy chất này có hoạt tính kháng khuẩn kém hơn đối chứng khoảng 3 lần nhưng kháng nấm lại tốt hơn đối chứng khoảng 2 lần 47. Sharma và cộng sự công bố dãy chất 15 có hoạt tính kháng sinh mạnh hơn đối chứng Chloramphenicol trên hầu hết các dòng vi khuẩn ở nồng độ 25-75μgml 49. Sahu và các cộng sự có ý tưởng ghép hệ dị vòng này với curcumin tạo thành dãy chất 16. Kết quả thử kháng sinh cho thấy chúng kháng khuẩn, kháng nấm tương đương với đối chứng 48. ➢ Hoạt tính kháng viêm Trong những năm gần đây, một số lượng lớn chất kháng viêm nhiễm chứa dị vòng benzothiazole đã được tổng hợp. Venkatesh và các cộng sự tổng hợp một số dẫn xuất 2-amin benzothiazole mới và đánh giá hoạt tính kháng viêm của chúng. Các hợp chất thử nghiệm 17 cho thấy hoạt tính kháng viêm đáng kể và khi có các nhóm Cl, NO2 , OCH3 được thế ở vị trí 4 hoặc 5 trong vòng benzene của 2-aminobenzothiazole sẽ làm tăng hoạt tính chống viêm 58 Kumar và cộng sự đã tổng hợp dẫn xuất chứa 2’-((benzodthiazol-2- ylthio)-methyl)spiroindoline-3, 5’-thiazolo4, 3-b1, 3, 4-oxadiazol-2-ones và kiểm tra hoạt tính chống viêm của chúng. Kết quả dẫn xuất 18 là chất kháng viêm mạnh nhất 31. ➢ Hoạt tính chống co giật Đối với hoạt tính chống co giật, một số lượng lớn các dẫn xuất benzothiazole đã được tổng hợp, đánh giá và thấy rằng chúng có hoạt tính đáng kể chống lại các cơn co giật. Trong nghiên cứu các thuốc chống co giật mạnh có chứa 11 benzothiazole, một dãy các dẫn xuất 19 đã được tổng hợp và hầu hết chúng có hoạt tính như thuốc chống co giật và động kinh 50. Các dẫn chất benzothiazol- 2-yl thiadiazole (20) có hoạt tính đáng kể chống lại các cơn động kinh 51. 1.2.3. Hoạt tính huỳnh quang của dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole Hiroyuki Watanabe và các cộng sự trong nghiên cứu của mình đã tổng hợp ra ba dẫn xuất benzothiazole (PP-BTA) đẩy - kéo như đầu dò huỳnh quang để phát hiện tập hợp β-amyloid (Aβ) và α-synuclein (α-syn) trên mô não người tương ứng là dấu hiệu của bệnh Alzheimer (AD) và bệnh Parkinson (PD). Cường độ huỳnh quang của tất cả các dẫn xuất PP-BTA tăng lên đáng kể khi liên kết với Aβ (1−42) và α-syn kết tụ trong dung dịch. Xét nghiệm trong ống nghiệm tập hợp các liên kết bão hòa, các dẫn xuất PP-BTA chứng minh ái lực với cả Aβ (1−42) (Kd = 40−148 nM) và α-syn (Kd = 48−353 nM). Đặc biệt, PP-BTA-4 (22) nhuộm các mảng lão niên cấu tạo bởi các tập hợp Aβ ở phần não AD một cách rõ ràng. Hơn nữa, các thể Lewy cũng được gắn nhãn bao gồm các tập hợp α-syn trong não PD phần. Những kết quả này cho thấy PP-BTA-4 có thể đóng vai trò là một đầu dò huỳnh quang đầy hứa hẹn để phát hiện Aβ và α-syn 25. Wang và các cộng sự trong nghiên cứu đã tổng hợp một đầu dò huỳnh quang hai photon mới NS-N2H4 (23) từ 2-benzothiazoleacetonitrile để phát hiện hydrazine (N2H4). Đầu dò huỳnh quang hai photon mới thể hiện các đặc tính thuận lợi bao gồm tính chọn lọc cao, độc tính tế bào thấp và tăng cường huỳnh quang gấp 16 lần khi có mặt N2H4 trong dung dịch. Đầu dò có thể được sử dụng để nhận 12 biết hình ảnh hydrazine trong tế bào sống. Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu lần đầu tiên đã sử dụng đầu dò huỳnh quang hai photon này để nhận biết hình ảnh hydrazine trong hình ảnh mô. Hơn nữa, bằng tấm TLC nạp đầu dò, nhóm nghiên cứu đã sử dụng để theo dõi và phát hiện thêm hơi của hydrazine. Do đó, Đầu dò huỳnh quang hai photon mới này được mong đợi sử dụng để phát hiện N2H4 trong mẫu sinh học và ô nhiễm môi trường và được áp dụng rộng rãi để xây dựng các đầu dò huỳnh quang để phát hiện N2H4 27. Ozone được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày, nhưng các nghiên cứu đã chỉ ra rằng O3 có thể gây hại cho khí quản và phổi của con người, dẫn đến các bệnh như hen suyễn, khí phế thũng và viêm phế quản. Vì vậy, cần phải tìm ra một phương pháp phát hiện hiệu quả để theo dõi O3 trong tế bào sống. Chen và các cộng sự bằng phản ứng thay thế các dẫn xuất 4-bromo-1-butene và hydroxycoumarin-benzothiazole đã tổng hợp dẫn xuất 3- (but-3-en-1-yl) -2- (7- (but-3-en-1-yloxy)-2-oxo-2H-chromen-3-yl)benzo d thiazol-3-ium (BCT) (24) như một loại đầu dò huỳnh quang hòa tan trong nước mới, đặc biệt nó có thể phát hiện Ozone trong dung dịch nước. Sự tương tác của ozone trên đầu dò có thể được hoàn thành trong 20 phút, cường độ huỳnh quang được tăng cường đáng kể và nó có ưu điểm là độ nhạy cao (phát hiện giới hạn LOD = 43 nM). Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất huỳnh quang của BCT cho thấy rằng đầu dò siêu ổn định trong môi trường kiềm và axit yếu, cung cấp các điều kiện cần thiết để phát hiện ozone trong phát hiện hệ thống sinh lý. Do đó, BCT được kỳ vọng sẽ trở thành một công cụ hữu hiệu để phát hiện Ozone trong các tế bào sinh vật 29 13 1.3. Phản ứng ghép chéo Suzuki 3 1.3.1. Cơ chế phản ứng Phản ứng Suzuki là một phản ứng hữu cơ, được phân loại là phản ứng ghép chéo, trong đó các đối tác ghép nối gồm một axit boronic, một chất hữu cơ và chất xúc tác là một phức palladium. Thông thường, cơ chế phản ứng S-M gồm 03 giai đoạn: (1) giai đoạn cộng oxy hóa của xúc tác Pd vào hợp chất halogen hữu cơ, (2) giai đoạn trao đổi kim loại xảy ra với sự chuyển nhóm hữu cơ từ axit boronic tới phức Pd mới được tạo thành từ giai đoạn cộng oxy hóa, (3) giai đoạn tách khử cho sản phẩm ghép cặp và giải phóng xúc tác để tham gia vào chu trình tiếp theo. Sơ đồ 1.1: Cơ chế cơ bản của phản ứng ghép cặp chéo Suzuki-Miyaura và vai trò của base Do độ âm điện của nguyên tố Boron khá thấp (2,0 theo thang Pauling), liên kết C-B được coi là mang tính chất cộng hóa trị và khá bền so với các liên kết của carbon với các kim loại khác. Do đó, hợp chất cơ boron không độc, khá bền trong điều kiện thường dễ dàng để thao tác phản ứng. Tuy nhiên, cũng do liên kết B-C khá bền, phức Boron được coi như một nucleophin yếu. Vì vậy, phức Boron phải được hoạt hóa bằng bazơ để tạo điện tích âm trên Boron, làm tăng tính nucleophin để tham gia vào giai đoạn trao đổi kim loại. Tuy cơ chế của phản ứng S-M khá rõ ràng, nhưng vai trò của bazơ vẫn chưa được làm sáng tỏ. 1.3.2. Một số đặc tính của phản ứng S-M 1.3.2.1. Hoạt tính của các aryl halogenua (Ar-X) Mặc dù xúc tác ảnh hưởng lớn đến phản ứng S-M, nhưng electrophin cũng đóng vai trò quan trọng. Các electrophin sử dụng chủ yếu trong phản ứng S-M là các halogenua và “giả” halogenua như triflat. Aryl halogenua thường sử dụng là 14 các aryl bromua và aryl iodua. Aryl triflat ít được sử dụng hơn vì không bền, dễ bị chuyển thành dạng hydroxy, do đó chỉ phản ứng trong điều kiện nhẹ nhàng. Các base yếu như K3PO4 và các dung môi phân cực như THF hoặc dioxan thường được sử dụng trong phản ứng ghép cặp với triflat. Hoạt tính của các halogenua và giả halogenua giảm dần theo thứ tự: R-I > ROTf ≈ R-Br >> R-Cl >>> R-F. Năng lượng phân ly của liên kết C-I, C-Br, C-Cl tương ứng là 65±1; 80,4 ± 1,5; 95 ± 1,5 kcalmol. Trong một số trường hợp, phản ứng S-M sử dụng muối tetrafluoroborate diazonium làm electrophin trong trường hợp sử dụng xúc tác dị thể. Tính electrophin của chất nền cũng ảnh hưởng đến hiệu suất và tốc độ phản ứng S-M. Nhóm thế hút điện tử ở chất nền làm tăng tính electrophin của gốc aryl, do đó làm tăng tốc độ giai đoạn cộng oxy hóa, dẫn đến tăng tốc độ phản ứng S-M và ngược lại với trường hợp chất nền aryl có chứa nhóm đẩy điện tử. 1.3.2.2. Boronic acid và boronic este Phản ứng S-M sử dụng boronic axit ArB(OH)2 hoặc boronic este làm nucleophin. Thông thường, các organoboron được điều chế bằng phương pháp trao đổi gốc aryl thơm trong hợp chất cơ Mg hoặc Li với trialkyl borat B(OR)3. Sơ đồ 1.2: Điều chế organoboron (M= Li hoặc Mg) Các arene chứa nhóm định hướng (directing group, DG) ở vị trí ortho 4 có thể sử dụng trực tiếp trong điều chế organoboron mà không cần qua dẫn xuất halogenua. Sơ đồ 1.3: Điều chế organoboron từ arene chứa nhóm định hướng DG = nhóm định hướng như ete, este, amin, anilit hoặc amit. Ngoài ra, bis(pinacolato)diboron (B2(pin)2) hoặc HB(pin) cũng là những tác nhân rất tốt để tổng hợp organoboron khi có mặt xúc tác Pd hoặc Ir. Điểm đặc 15 biệt ở phương pháp này là có thể kết hợp phản ứng điều chế organoboron và S-M trong phản ứng đi qua nhiều giai đoạn nhưng không cần phân lập các sản phẩm trung gian (one-pot reaction). Sơ đồ 1.4: Điều chế organoboron bằng phản ứng C-H functionalization xúc tác kim loại chuyển tiếp 1.3.2.3. Điều kiện phản ứng S-M Các xúc tác Pd thường được sử dụng trong phản ứng S-M là Pd(PPh3)4 hoặc PdCl2, Pd(OAc)2, Pd2Dba3 sử dụng kết hợp với phối tử (ligand). Xúc tác Pd(PPh3)4, được biết đến với tên “Tetrakis”, là xúc tác tương đối rẻ và dễ sử dụng, tuy nhiên lại có hoạt tính thấp và không bền với không khí. Sử dụng Pd(OAc)2 kết hợp với phối tử có thể cải thiện đáng kể độ chọn lọc và hoạt tính xúc tác. Thông thường, khi sử dụng các xúc tác như Pd(OAc)2, PdCl2, Pd(PPh)2Cl2 hay Pd(CH3CN)2Cl2, Pd(II) phải được khử về Pd(0) trước khi tham gia vào chu trình xúc tác. Alkylamin bậc 3, phosphin, etylen hoặc dung môi (1,4-dioxan, THF, DMF, DMSO, toluen…) đóng vai trò như các tác nhân khử Pd(II) về Pd(0). Các dạng xúc tác Pd khác như Pd nano, Pd trên chất mang vô cơ hoặc polyme cũng được sử dụng trong nhiều trường hợp cho kết quả rất tốt đặc biệt là trong công nghiệp và khi sử dụng nước làm dung môi. Hình 1.2: Một số cơ chế khử Pd(II) ngay trong môi trường phản ứng về Pd(0) 16 Các phối tử thường sử dụng là các phosphin (monodentate) (hoặc carbene (IPr)) như PtBu3, PCy3, XPhos, Sphos, CataCXium A, … kết hợp với Pd(OAc)2, Pd2(dba)3, PdCl2 hay Pd(CH3CN)2Cl2. Lượng xúc tác Pd được sử dụng thường vào khoảng 0,01-5 mol Pd. Ngoài ra còn có thể sử dụng các tiền xúc tác Pd- Ligand (precatalyst) được chuẩn bị sẵn. Những tiền xúc tác này có hoạt tính rất cao, có thể giúp phản ứng S-M xảy ra ở nhiệt độ thấp, và có thể ghép cặp với các chất phản ứng kém hoạt tính (như các ArCl) hoặc kích thước cồng kềnh. Hình 1.3: Một số tiền xúc tác hoạt tính cao cho phản ứng S-M Các base vô cơ như các muối carbonat (K2CO3, Na2CO3, Cs2CO3) và các muối phosphat (K3PO4, KHPO4) cũng như các muối hữu cơ như natri axetat, natri metoxit, amin Hünig bazơ (N,N-Diisopropyletylamin) thường được sử dụng cho S-M. Trong trường hợp chất nền cồng kềnh, phản ứng S-M khó có thể xảy ra nếu không sử dụng TlOH làm bazơ. Phản ứng S-M được tiến hành trong nhiều kiểu dung môi khác nhau, đơn dung môi hoặc hệ dung môi. Dung môi có ảnh hưởng tương đối rõ rệt đến hiệu suất cũng như tính chọn lọc của phản ứng. Các dung môi 1,4-dioxan, toluen, DMF, THF, MeCN thường được sử dụng trong phản ứng S- M. Các hệ dung môi khác như toluen-EtOH, toluen-MeOH, dioxan-toluen cũng thể hiện được ưu điểm trong nhiều trường hợp. Các hệ dung môi hữu cơ với nước đã được chứng minh là có thể làm tăng hiệu suất phản ứng và tăng độ chọn lọc. Ưu điểm của hệ dung môi hai pha hữu cơnước là khả năng hòa tan được cả hợp chất boron và muối vô cơ sử dụng trong phản ứng. Gần đây, PEG, nước hoặc chất lỏng ion cũng đã được sử dụng để thay thế cho các dung môi truyền thống. Ưu điểm của các hệ dung môi mới này là giá thành thấp, không độc hại, bền nhiệt, thân thiện môi trường và có khả năng tái sử dụng. 17 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM HÓA CHẤT, THIẾT BỊ VÀ SƠ ĐỒ TỔNG HỢP 2.1. Hóa chất, thiết bị và sơ đồ tổng hợp 2.1.1. Hóa chất và thiết bị sử dụng để tổng hợp 2-Aminothiophenol, 4-bromobenzaldehyde, dẫn xuất của arylboronic acid, dimethylformamide (DMF) được mua từ hãng Merck, Palladium(II) chloride được mua từ hãng Sigma-Aldrich, Đức. Arylboronic acid được đặt hàng mua trên Aladdin.com. Các dung môi hữu cơ acetone, ethanol, methanol, n-hexane, ethyl acetate, acid acetic có xuất xứ từ Trung Quốc. Tiến trình của phản ứng được theo dõi bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng (TLC). Sắc ký lớp mỏng (TLC silicagel 60 trên tấm nhôm kích cỡ 20 x 20 cm, kích cỡ hạt 0,04 - 0,063 mm) từ hãng Merck, Đức. Phổ 1H và 13C-NMR được đo trên máy quang phổ Bruker Avance 500 NMR tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong dung môi CDCl3. Độ chuyển dịch hóa học được ghi ở đơn vị tương đối ppm. Quang phổ khối được lấy từ cơ sở quang phổ khối của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trên phổ kế LC-MSD-Trap-SL. Lò vi sóng gia đình đã qua sử dụng, Goldsun MWO-G2051, công suất vi sóng 1200W, sản xuất tại Trung Quốc 2017 được sử dụng để chiếu xạ phản ứng. Việc xác định điểm nóng chảy được thực hiện trên thiết bị đo điểm nóng chảy Gallenkamp ở lỗ mở trong ống mao dẫn. Phổ hấp thụ điện tử được đo tại Bộ môn Môi trường, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội trên máy quang phổ UV - Vis – NIR, mô hình: UV-2600. Quang phổ huỳnh quang được đo trên Máy quang phổ huỳnh quang Cary Eclipse của Varian tại Viện Vật lý - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 2.1.2. Sơ đồ tổng hợp Sơ đồ 2.1: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất chứa dị vòng benzodthiazole 18 2.2. Tổng hợp 2.2.1. Tổng hợp dẫn xuất (1)4 Sơ đồ 2.2: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất 1 Cách tiến hành: 4-bromo benzaldehyde (2,0 mmol) và 2-aminothiophenol (0,34 mL, 2,1 mmol, 152 gmol) được trộn đều trong một cốc 100 mL. Hỗn hợp được chiếu xạ bằng lò vi sóng ở chế độ trung bình (400 watt). Tiến trình phản ứng được theo dõi bằng TLC sau mỗi 30 giây trong hệ dung môi ethyl acetaten-hexane. Thời gian chiếu xạ khoảng 3 phút. Sản phẩm thô được lấy ra khỏi lò và kết tinh trong ethyl acetaten-hexane (1:1) thu được tinh thể màu trắng, hình kim là 4- bromo(benzodthiazol-2-yl)phenol (1). 2.2.2. Tổng hợp dẫn xuất (2a-2m) Sơ đồ 2.3: Sơ đồ tổng hợp dãy chất 2a-2m Cách tiến hành: 2-(4-bromophenyl) benzothiazole (1, 397 mg, 1,37 mmol) phản ứng với các dẫn xuất arylboronic acid (2,06 mmol) trong DMF khan (12 mL), etanol (2 mL), K2CO3 (380 mg, 2,75 mmol), PdCl2 (1,24 mg, 0,007 mmol), 2-phenylimidazole (2 mg, 0,014 mmol) trong ống Schlenk có trang bị thanh khuấy và được làm khô trong chân không. Sau đó, hỗn hợp được khuấy ở 1200C, trong điều kiện nitơ. Thời gian phản ứng từ 17h - 48h, tiến trình phản ứng được xác định bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng TLC. Hỗn hợp được làm lạnh và sau đó đổ qua nước đá (250 mL) có chứa dung dịch nước HCl 1M (2 mL) và được chiết bằng CHCl3 (5 19 x 40 mL). Pha hữu cơ thu được rửa bằng nước muối (2 x 30 mL) và làm khô (Na2SO4). Loại bỏ dung môi, tiếp theo là tinh chế sắc ký cột (silica gel, hexan - CHCl3) thu được sản phẩm ghép 2a-2m. 2.2.2.1. Tổng hợp 2-(3''''-methyl-1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2a) Cách tiến hành: Được tiến hành theo phương pháp chung từ 1 (397 mg, 1,37 mmol) với m-tolylboronic acid (0,5 mmol) trong hỗn hợp phản ứng. Kết quả thu được chất bột, màu trắng 2-(3''''-methyl-1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2a). Hiệu suất phản ứng 83. 2.2.2.2. Tổng hợp 2-(1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2b) Cách tiến hành: Được tiến hành theo phương pháp chung từ 1 (397 mg, 1,37 mmol) với phenylboronic acid (0,5 mmol) trong hỗn hợp phản ứng. Kết quả thu được chất bột, màu trắng 2-(1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2b). Hiệu suất phản ứng 80. 2.2.2.3. Tổng hợp 2-(3'''',5''''-dimethyl-1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2c) Cách tiến hành: Được tiến hành theo phương pháp chung từ 1 (397 mg, 1,37 mmol) với (3,5-dimethylphenyl)boronic acid (0,5 mmol) trong hỗn hợp phản ứng. Kết quả thu được chất bột, màu trắng 2-(3'''',5''''-dimethyl-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole (2c). Hiệu suất phản ứng 85. 2.2.2.4. Tổng hợp 2-(2''''-methyl-1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2d) Cách tiến hành: Được tiến hành theo phương pháp chung từ 1 (397 mg, 1,37 mmol) với o-tolylboronic acid (0,5 mmol) trong hỗn hợp phản ứng. Kết quả thu được chất bột, màu trắng 2-(2''''-methyl-1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2d). Hiệu suất phản ứng 83. 20 2.2.2.5. Tổng hợp 2-(4-(thiophen-2-yl)phenyl)benzodthiazole (2e) Cách tiến hành: Được tiến hành theo phương pháp chung từ 1 (397 mg, 1,37 mmol) với thiophen-2-ylboronic acid (0,5 mmol) trong hỗn hợp phản ứng. Kết quả thu được chất tinh thể, màu vàng nhạt 2-(4-(thiophen-2- yl)phenyl)benzodthiazole (2e). Hiệu suất phản ứng 92. 2.2.2.6. Tổng hợp 2-(4''''-methyl-1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2f) Cách tiến hành: Được tiến hành theo phương pháp chung từ 1 (397 mg, 1,37 mmol) với p-tolylboronic acid (0,5 mmol) trong hỗn hợp phản ứng. Kết quả thu được tinh thể, màu vàng nhạt 2-(4''''-methyl-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole (2f). Hiệu suất phản ứng 85. 2.2.2.7. Tổng hợp 2-(4''''-(trifluoromethyl)-1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2g) Cách tiến hành: Được tiến hành theo phương pháp chung từ 1 (397 mg, 1,37 mmol) với ((4-trifluoromethyl)phenyl)boronic acid (0,5 mmol) trong hỗn hợp phản ứng. Kết quả thu được chất bột, màu trắng 2-(4''''-(trifluoromethyl)-1,1''''- biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2g). Hiệu suất phản ứng 87. 2.2.2.8. Tổng hợp 2-(3''''-ethoxy-1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2h) Cách tiến hành: Được tiến hành theo phương pháp chung từ 1 (397 mg, 1,37 mmol) với (4-ethoxyphenyl)boronic acid (0,5 mmol) trong hỗn hợp phản ứng. Kết quả thu được chất bột, màu trắng 2-(3''''-ethoxy-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole (2h). Hiệu suất phản ứng 92. 2.2.2.9. Tổng hợp 2-(3''''-chloro-1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2i) 21 Cách tiến hành: Được tiến hành theo phương pháp chung từ 1 (397 mg, 1,37 mmol) với (3-chlorophenyl)boronic acid (0,5 mmol) trong hỗn hợp phản ứng. Kết quả thu được chất bột, màu trắng 2-(3''''-chloro-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole (2i). Hiệu suất phản ứng 89. 2.2.2.10. Tổng hợp 2-(4''''-(tert-butyl)-1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2j) Cách tiến hành: Được tiến hành theo phương pháp chung từ 1 (397 mg, 1,37 mmol) với (4-(tert-butyl)phenyl)boronic acid (0,5 mmol) trong hỗn hợp phản ứng. Kết quả thu được chất bột, màu trắng 2-(4''''-(tert-butyl)-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole (2j). Hiệu suất phản ứng 83. 2.2.2.11. Tổng hợp 2-(4''''-butyl-1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2k) Cách tiến hành: Được tiến hành theo phương pháp chung từ 1 (397 mg, 1,37 mmol) với 4-butylphenylboronic acid (0,5 mmol) trong hỗn hợp phản ứng. Kết quả thu được chất bột, màu trắng 2-(4''''-butyl-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole (2k). Hiệu suất phản ứng 86. 2.2.2.12. Tổng hợp 2-(4''''-chloro-1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2l) Cách tiến hành: Được tiến hành theo phương pháp chung từ 1 (397 mg, 1,37 mmol) với (4-chlorophenyl)boronic acid (0,5 mmol) trong hỗn hợp phản ứng. Kết quả thu được chất bột, màu trắng 2-(4''''-chloro-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole (2l). Hiệu suất phản ứng 84. 2.2.2.13. Tổng hợp 2-(4''''-methoxy-1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2m) Cách tiến hành: Được tiến hành theo phương pháp chung từ 1 (397 mg, 1,37 mmol) với (4-methoxyphenyl)boronic acid (0,5 mmol) trong hỗn hợp phản ứng. Kết quả thu được chất bột, màu trắng 2-(4''''-methoxy-1,1''''-biphenyl-4- yl)benzodthiazole (2m). Hiệu suất phản ứng 95. 22 2.3. Nghiên cứu cấu trúc 2.3.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Các mẫu phân tích 1H, 13C - NMR, HSQC, HMBC được đo trên máy Avance Bruker tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong dung môi CDCl3. Tần số làm việc của 1H - NMR là 500 MHz, 13C - NMR là 125 MHz ở nhiệt độ 298 K. Độ chuyển dịch hóa học được ghi ở đơn vị tương đối ppm, độ dịch chuyển hóa học của dung môi CDCl3 (1H: 7,26 ppm và 13C: 77,00 ppm) 2.3.2. Phổ khối lượng Phổ HR - MS của các chất được ghi trên máy LQT Orbitrap XL với nguồn ESI theo phương pháp đo M+H trong dung môi methanol tại Phòng đo phổ khối- Viện hóa học- Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam. 2.4. Hoạt tính oxy hóa Thử nghiệm khả năng trung hòa gốc tự do bằng phương pháp DPPH (1,1- diphenyl-2-picrylhydrazyl): Mẫu (chất thử) được pha loãng thành các nộng độ giảm dần, lặp lại 3 lần ở mỗi nồng độ. Hiệu quả bẫy gốc tự do tạo bởi DPPH của mỗi mẫu được tính dựa trên trung hòa gốc tự do so với mẫu trắng (Blank) và chứng âm tính. Mẫu có biểu hiện hoạt tính chống oxy hóa trên hệ DPPH được thực hiện các bước tiếp theo để tìm giá trị SC50 (μgmL, μMmL). Giá trị SC50 là nồng độ của chất thử mà tại đó trung hòa được 50 các gốc tự do, được xác định bằng phần mềm TableCurve AISN Sofware (Jandel Scientific, USA) qua giá trị SC và dãy các nồng độ chất thử tương ứng. 2.5. Hoạt tính huỳnh quang Phổ hấp thụ electron của dung dịch 2g nồng độ 10-3M trong dung môi methanol được đo được đo ở nhiệt độ phòng trên máy quang phổ UV - Vis - NIR, mô hình: UV-2600. Phổ huỳnh quang của dung dịch các chất 2a-2m ở nồng độ 10-3M được đo trong dung môi methanol với bước sóng kích thích là 330 nm. Đối với 3 mẫu 2e, 2f và 2g được đo thêm phổ huỳnh quang ở nồng độ 10-4M và 10-5M trên Máy quang phổ huỳnh quang Cary Eclipse của Varian tại Viện Vật lý - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 23 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tổng hợp 3.1.1. Tổng hợp dẫn xuất 1 Có rất nhiều cách tổng hợp dị vòng benzodthiazole, tuy nhiên hầu hết các phương pháp đều có nhược điểm như thời gian phản ứng rất dài, các bước tiến hành phức tạp và hiệu suất phản ứng trung bình. Chúng tôi tiến hành đóng vòng benzodthiazole bằng cách cho aldehyd thơm ngưng tụ với 2-aminothiophenol có chiếu xạ bằng lò vi sóng gia đình. Đặc biệt phản ứng này có rất nhiều ưu điểm: Một là không cần dung môi và không cần xúc tác. Hai là phản ứng xảy ra trong thời gian rất ngắn chỉ khoảng 3 phút. Ba là hiệu suất rất cao trên 95. Ngoài ra việc phản ứng không sử dụng dung môi và thời gian ngắn nên cũng đảm bảo cả yếu tố về môi trường, đáp ứng cho yêu cầu của hóa học xanh 20. Cơ chế của phản ứng đóng vòng benzodthiazole như sau: 39. Sơ đồ 3.1: Cơ chế đóng vòng benzodthiazole Ở sơ đồ 3.1, đầu tiên xảy ra cơ chế cộng nucleophin vào nhóm cacbonyl tạo ra trạng thái chuyển tiếp (III) dưới tác dụng của nhiệt. Phản ứng tách nước xảy ra tạo imin (V) từ sản phẩm trung gian (IV). Nucleophin S tấn công vào liên kết C=N tạo thành trạng thái chuyển tiếp (VI). Sau chuyển proton thu được sản phẩm trung gian (VII). Tách một phân tử H2 tạo ra dị vòng benzodthiazole. Giai đoạn này cũng có tác giả cho rằng có sự oxi hóa. 3.1.2. Tổng hợp dẫn xuất 2 Phản ứng Suzuki có thể dễ dàng được thực hiện trong điều kiện nhẹ nhàng, xảy ra chọn lọc ngay cả khi có mặt của nhiều nhóm chức khác nhau trên chất nền 24 (được hiểu là có thể thực hiện phản ứng ghép cặp với chất nền chứa nhiều nhóm chức khác nhau mà không gây ảnh hưởng đến các nhóm chức đó). - Tổng hợp phức hợp 2-phenylimidazole – PdCl2 (Pd0L4) - Tạo môi trường bazơ Giai đoạn I: Giai đoạn II: Giai đoạn III: Sơ đồ 3.2: Cơ chế phản ứng ghép chéo Suzuki Cơ chế gồm 03 giai đoạn: Giai đoạn I: Là phản ứng cộng oxi hóa của halogen aryl với phức Pd(0) sinh ra sản phẩm trung gian Pd(II). Giai đoạn II: Trao đổi kim loại xảy ra với sự chuyển nhóm hữu cơ từ boronic acid tới phức Pd mới được tạo thành từ giai đoạn cộng oxy hóa Giai đoạn III: Tách khử cho sản phẩm ghép cặp và giải phóng xúc tác để tham gia vào chu trình tiếp theo. 25 Bảng 3.1: Trạng thái, màu sắc, dung môi kết tinh và hiệu suất phản ứng Chất Hình dạng Màu sắc Nhiệt độ nóng chảy (0C) Hiệu suất () Phổ nghiên cứu Hình kim, màu trắng 133,0-134,0 95 Bột, màu trắng 213,0-214,0 83 1H NMR, 13C NMR, HSQC, HMBC Bột, màu trắng 208,0–209,0 80 1H NMR, 13C NMR, MS Bột, màu trắng 222,0-223,0 85 1H NMR, 13C NMR, MS Bột, màu trắng 219,0-220,0 83 1H NMR, 13C NMR, MS Tinh thể, màu vàng nhạt 210,0–211,0 92 1H NMR, 13C NMR, MS Tinh thể, màu vàng nhạt 215,0–216,0 85 1H NMR, 13C NMR, MS Bột, màu trắng 258,0-259,0 87 1H NMR, 13C NMR, MS Bột, màu trắng 240,0-241,0 92 1H NMR, 13C NMR, MS Bột, màu trắng 197,0-198,0 89 1H NMR, 13C NMR, MS Bột, màu trắng 230,0-231,0 83 1H NMR, 13C NMR, MS Bột, màu trắng 227,0-228,0 86 1H NMR, 13C NMR, MS Bột, màu trắng 203,0-204,0 84 1H NMR, 13C NMR, MS Bột, màu trắng 233,0-234,0 95 1H NMR, 13C NMR, MS 3.2. Cấu trúc 3.2.1. Xác định cấu trúc bằng phổ cộng hưởng từ proton Việc đánh số thứ tự trong công thức cấu tạo để thuận lợi cho việc quy kết các tín hiệu phổ (không dùng để gọi tên). 26 3.2.1.1. Cấu trúc của 2-(3''''-methyl-1,1''''-biphenyl-4-yl)benzodthiazole (2a) Hình 3.1: Phổ cộng hưởng từ proton của chất 2a Phân tích phổ cộng hưởng từ 1H NMR Trên phổ 1H NMR của 2a (hình 3.1) ta thấy có vân đơn ở δ = 2,43 ppm cường độ 3H dễ dàng quy cho H20; Các proton còn lại đều của vòng thơm, trong ở δ = 8,14 ppm và δ = 7,70 ppm, đều có cường độ 2H là hai tín hiệu vân đôi ba của hai cặp proton tương đương do chúng có tương tác octhor và tương tác meta với hằng số tương tác đặc trưng J1 = 8,0 Hz, J2 = 2