Xem mẫu

  1. TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 48, 2008 TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN KHÁNG NẤM CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT AMIT VÒNG THƠM VÀ AMIT DN VÒNG Nguyễn Thị Thu Lan, Trần Thụy Thái Hà, Trương Thị Phương Thanh Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Nguyễn Trần Nguyên Trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng TÓM TẮT Các dẫn xuất amit vòng thơm và amit dị vòng đã được tổng hợp từ anhidrit phtalic, axit 2-clobenzoic và anilin, axit antranilic và p-nitroanilin. Cấu trúc của các sản ph m đã được xác nhận bằng các phương pháp vật lý hiện đại như phổ IR, MS, 1H-NMR và 13C-NMR. Hơn nữa, chúng tôi cũng đã thử hoạt tính kháng khu n và kháng nấm của các sản ph m tổng hợp được. 1. Đặt vấn đề Nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới và trong nước đã công bố cho thấy các dẫn xuất amit, các hợp chất có liên kết amit (O=C-N-H) có hoạt tính sinh học đa dạng và rất đáng quan tâm. Các hợp chất đó có thể chứa liên kết amit tự do hoặc các liên kết này đã được đóng vòng trong những bộ khung khác nhau như quinazolinon càng làm cho phân tử có hoạt tính sinh học đa dạng và phong phú hơn. Tác giả [1] đã tổng hợp các dẫn xuất của 1,2,3-benzotriazin-4(3H)-on, các dẫn xuất này có khả năng kháng khuNn và kháng nấm. Các tác giả [2,3] đã tổng hợp một số dẫn xuất từ bộ khung quinazolinon và benzoxaxinon cho thấy các chất tổng hợp được có hoạt tính dược lý quan trọng như: chống viêm, tăng huyết áp, lợi tiểu, thuốc ngủ... Ngoài ra các hợp chất amit còn có các tác dụng phong phú khác như ứng dụng làm chất điều hòa sinh trưởng cây trồng, kích thích sinh trưởng cây trồng [4], chất chống ăn mòn thép [5]…. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày kết quả tổng hợp một số dẫn xuất amit vòng thơm và amit dị vòng, đồng thời chúng tôi cũng đã khảo sát cấu tạo, tính chất phổ và thử tác dụng kháng khuNn, kháng nấm của các chất tổng hợp được. 2. Thực nghiệm 2.1. Các phản ứng tổng hợp - Tổng hợp amit vòng thơm: 93
  2. Cl H2 N Cl t0 + HCl + COOH C N O H Cho 4,6 ml anilin vào bình cầu 100 ml đã chứa sẵn 3,9 g (0,025 mol) axit 2- clobenzoic, axit 2-clobenzoic tan dần tạo dung dịch trong suốt màu vàng nhạt, lắp sinh hàn hồi lưu và đun nhẹ trên bếp điện, dung dịch sôi mạnh, khói trắng bốc lên, 30 phút sau thấy dung dịch chuyển sang màu xanh, tiếp tục đun đến khi dung dịch chuyển sang màu xanh tím đậm, sau khi đun 9 giờ thấy có kết tủa màu tím đen dưới đáy bình cầu thì ngừng đun. Để nguội, sản phNm trong bình cầu tách ra dạng tinh thể màu đen ánh tím. Rửa sản phNm bằng nước, thu được 3,5 g sản phNm thô, dạng bột màu tím đậm. Hiệu suất: 61%. Cho sản phNm thô vào dung dịch HCl 5%, khuấy kỹ, lọc lấy phần không tan để loại anilin còn dư, lặp lại quá trình 3 lần, sau đó rửa phần không tan bằng nước đến môi trường trung tính. Tiếp tục lấy phần kết tủa màu tím cho vào nước nóng, khuấy kỹ, lọc lấy phần không tan để loại axit 2-clobenzoic, lặp lại 3 lần. Sắc ký bản mỏng với hệ dung môi propanol-2: amoniac: nước = 12:1:1 cho thấy có hai vệt tròn, một vệt to, rõ, gần tuyến dung môi, vệt kia nhỏ mờ phía dưới. Chúng tôi tiến hành quá trình sắc ký cột, pha tĩnh là silica gel 60 F254 (Merck) cỡ hạt 0,04-0,063 mm, cột được nhồi theo phương pháp nhồi ướt với hệ dung môi rửa giải là propanol-2: amoniac: nước = 12:1:1, gộp các phân đoạn 1,2,3 để tách lấy sản phNm, kết tinh lại trong cồn tuyệt đối. Sau khi sấy ở 600C, thu được sản phNm tinh khiết dạng tinh thể hình kim màu tím nhạt. - Tổng hợp amit dị vòng: O O C H 2N t0 + O N + H2OO H2 C O O Cho 7,4 g anhidrit phtalic vào bình cầu 100ml đã chứa sẵn 9,3ml anilin, lắp sinh hàn hồi lưu và đun nhẹ trên bếp điện. 15 phút sau thấy dung dịch sôi mạnh, khí thoát ra nhiều, lượng anhidrit phtalic tan dần, dung dịch trong suốt sau đó chuyển sang màu vàng. Tiếp tục đun cho đến khi thấy xuất hiện kết tủa nâu vàng dưới đáy bình cầu. Để nguội, sản phNm trong bình cầu đóng rắn lại. Rửa sản phNm bằng nước, thu được 8,1 g sản phNm thô màu vàng nhạt, hiệu suất: 67 %. Cho sản phNm thô vào dung dịch HCl 5%, khuấy kỹ, lọc lấy phần không tan để loại bỏ anilin còn dư trong sản phNm phản ứng. Lặp lại quá trình này 5 lần, rửa phần kết 94
  3. tủa bằng nước đến môi trường trung tính. Tiếp tục cho phần kết tủa vào nước nóng, khuấy kỹ, lọc nóng, thu phần kết tủa không tan trong nước nóng. Sau đó lấy sản phNm kết tinh lại trong etanol, sấy ở 600C, thu được sản phNm tinh khiết, dạng tinh thể màu trắng ngà. COCl COOH COOH S O C l2 (C H C O )2 O 3 T o lu e n NHCOCH NHCOCH 3 NH 3 2 H N NO 2 2 NO 2 O C N C N CH 3 Kết quả thu được 3 dẫn xuất amit vòng thơm và amit dị vòng. Các sản phNm được tinh chế nhiều lần bằng phương pháp kết tinh lại. Sau khi sắc ký bản mỏng cho kết quả tốt, xác định nhiệt độ nóng chảy thấy khoảng chảy hẹp. 2.2. Thử hoạt tính kháng khu n, kháng nấm của các sản phNm được tiến hành trên các phiến vi lượng 96 giếng tại phòng thử hoạt tính sinh học, Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam với 2 chủng vi khuNn Gram (-): Escherichia coli (Ec), Pseudomonas aeruginosa (Pa); 2 chủng vi khuNn Gram (+): Staphylococcus aureus (Sa), Bacillus subtillis và 01 chủng nấm men: Candida albicans (Ca) và tại Khoa Vi sinh-Bệnh viện Trung ương Huế theo phương pháp khuếch tán trên thạch. 3. Kết quả và thảo luận Nhiệt độ nóng chảy được đo trên máy Gallenkamp (Anh) (sai số: ± 1-20C), phổ hồng ngoại ghi trên máy Impact 410 (NICOLET), phổ cộng hưởng từ nhân được ghi trên máy Brucker, phổ khối được ghi trên máy 5989 B Hewlett-Packard mass spectrometer tại phòng Cấu trúc, Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Kết quả được trình bày trên bảng 1 [6,7]. Bảng 1. Một số dữ liệu về tổng hợp các dẫn xuất amit CTPT Hiệu suất Nhiệt độ nóng Trạng thái Rf* Stt Các sản ph m chảy (0C) (PTK) (%) tồn tại Tinh thể 2-clo-N-phenyl C13H10ONCl hình kim, (1) 1 61 120-122 0,75 benzamit (H1) (231) màu tím nhạt Tinh thể 2-phenyl- 2H- isoindol- C14H9O2N hình kim, 1,3 (2H)-dion (H3) 0,68 (2) 2 67 206-208 màu trắng (223) (N-phenylphtalimit) ngà 2-metyl-3-(p- Bột, màu C15H11N3O3 0,71 3 nitrophenyl)-4(3H)- 26 210-212 (1) (281) vàng cam quinazolinon (M6) 95
  4. (1) Bản mỏng silica gel Merck, 60 F254 có độ dày 0,2 mm, hệ dung môi: propanol-2: amoniac: nước = 12:1:1 (2) Bản mỏng silica gel Merck, hệ dung môi: etylaxetat: metanol = 1:1 Phổ IR, 1H- NMR, 13C-NMR và MS Bảng 2. Một vài số liệu đặc trưng về phổ hồng ngoại (IR)[4] νc=c δC-H* νC=O Hợp chất νN-H ν=C-H νCl νC-N (vòng (benzen amit/axit benzen) thế) 7 3 13 Cl H 2 697 14 4 12 1599, (thế 3246 3139 758 1643 1326 N 8 15 1546 5 C 1 10 11 16 mono) 6 H1 O O 6 14 1 715 15 5 1595, 7 2 (thế 3469 3060 1706 1385 N 13 1499 10 mono) 4 8 3 12 11 9 H3 O 3' 856 4' N O 2 2' 1586, O (thế 1- 1' 7 5' 2 3311 3125 1870 1532, 1256 6 1N 4) 6' 8 1506 CH 3 5 3N M6 4 9 - Phổ hồng ngoại (IR): Sản ph m 2-clo-N-phenyl benzamit (H1): Ngoài các cực đại hấp thụ ở các tần số tương ứng với các dao động: 1599; 1546 (νc=c benzen); 1326 (νC-N); 697 (δ =C-H dị thế octo ở vòng benzen). Còn xuất hiện các băng hấp thụ ở các tần số đặc trưng (cm-1): pic 3246 (νN-H) được xuất hiện khác hẳn với chất đầu là axit 2-clobenzoic. Thật vậy, không còn pic –OH axit giãn rộng đặc trưng của axit ban đầu, đồng thời pic 1643 có cường độ mạnh, nhọn, đặc trưng cho dao động hóa trị -C=O amit, thấp hơn nhiều so với axit thơm (1700-1680). Sản ph m N-phenylphtalimit (H3): Pic đặc trưng cho nhóm C=O amit của hợp chất H3 ở vị trí 1706 cm-1, cao hơn nhiều so với các amit khác. Đó là do sự đóng vòng và vòng mới tạo này tạo ra mạch liên hợp kéo dài, trong phân tử có hai nhóm cacbonyl, nguyên tử nitơ nối với vòng benzen, đây là một amit dị vòng, vòng lactam nên pic 1706 cm-1 đặc trưng cho nhóm C=O là hoàn toàn phù hợp. 96
  5. O N O Các pic đặc trưng cho dao động biến dạng của benzen thế mono (715), liên kết nitơ bậc ba trong vòng (1385 νC-N) xuất hiện trong phổ hồng ngoại của các hợp chất cũng phù hợp với công thức cấu tạo của sản phNm dự kiến. - Phổ MS cho thấy các chất đều có pic ion phân tử M+ có giá trị đúng bằng khối lượng phân tử của các dẫn xuất amit tổng hợp được [6,7]. Đối với 2-clo-N- phenylbenzamit do có nguyên tử clo nên có hai đồng vị vì vậy có hai pic ion phân tử là 231, 235, chất này cho mảnh 139 rất bền. Trái lại, N-phenyl phtalimit không có 2 pic của ion phân tử, tuy nhiên, chất này có hai mảnh ion bền đó là 179 và 76. Đối với chất M6, do bộ khung quinazolinon rất bền nên pic có cường độ cực đại chính là pic ion phân tử. Bảng 3. Dữ kiện phổ 1H-NMR, 13C-NMR của các chất tổng hợp được 1 13 H-NMR C-NMR Sp Độ dịch chuyển (δ) (ppm) Độ dịch chuyển (δ) (ppm) δ3= 7,564 (dd) δ4= 7,471 (dt) δ5= 7,423 (dt) δ1=138,044; δ2 =132,024; δ3,13,15 = 129,862; δ6 = 7,518 (dd) δ4 = 132,238; δ5 = 128,164; δ6= 131,018; H1 δ12 = 7,691 (dd) δ8 = 168,144; δ11 = 139,603; δ12,16= 121,561; δ13 = 7,373 (ddd) δ14= 125,734; δ14= 7,172 (dt) δ16= 7,691(dd) δ6= 7,965(dd) δ7= 7,907(dd) δ2=167,012; δ3= 131,525; δ4=131,525; δ8= 7,907(dd) δ5=167,012; δ6= 123,418; δ7= 134,705; δ9=7,965(dd) δ8= 134,705; δ9=123,418; δ10= 131,898; H3 δ11=7,454(d) δ11=127,391; δ12= 128,852; δ13=128,065; δ12=7,532(t) δ14= 128,852; δ15=127,391 δ13=7,454(d) δ14=7,532(t) δ15=7,454(d) δ(3’,5’) = 8,46 (d) δ7 = 8,17 (dd) δ1 = 167,23; δ8 = 160,20; δ3 = 156,72; δ5 = 7,98 (ddd) δ4’ = 148,04; δ1’ = 142,15; δ5 = 135,69; M6 δ4 = 7,89 (d) δ(3’,5’) = 130,26; δ6 = 127,75; δ4 = 126,81; δ(2’,6’) = 7,86 (d) δ(2’,6’) = 125,05; δ7 = 123,57; δ6 = 7,65 (dd) δ2 = 119,71; δ9 = 22,39 δ9 = 2,50 (s) 97
  6. + H1: Tổng số proton không phù hợp với số proton của sản phNm dự kiến: Tổng số proton của sản phNm dự kiến là 10, kết quả ghi phổ cho thấy thiếu 1 proton. Kết hợp với kết quả ghi phổ hồng ngoại, chúng tôi dự đoán sản phNm có thể có một proton liên kết trực tiếp với N hoặc O (do trong phổ IR thấy sự xuất hiện dao động hóa trị: νN-H và νOH (alcol)). Kết quả ghi phổ mô phỏng đã chứng minh điều chúng tôi dự đoán là chính xác. + Các nguyên tử cacbon trong nhân thơm A, B không đối xứng nhau (do sự xuất hiện của nhóm thế ở vị trí octo) nên độ dịch chuyển của các proton tương ứng không còn tương đương. Mặt khác, kết quả ghi phổ thực tế có một số proton trong nhân thơm không tương đương nhau nên không có sự chập pic. Những proton ở gần các nhóm hút điện tử như -C=O có độ dịch chuyển cao hơn các proton khác (dịch chuyển về phía trường thấp). Mẫu H1 có sự tautomer hóa giữa 2 dạng đồng phân amit và axit imidic. OH O N NH Cl Cl 2 - c lo - N - p h e n y lb e n z a m it 2 - c lo - N - p h e n y lb e n z e n c a r b o x im id ic a x it Tốc độ của quá trình tautomer phụ thuộc nhiệt độ ghi phổ, chiều hướng dịch chuyển cân bằng phụ thuộc môi trường ghi phổ (pH). Ở đây, có thể tạo liên kết hiđro giữa nhóm OH hoặc NH với nguyên tử clo, vì vậy, độ chuyển dịch hóa học của H1 càng khó xác định chính xác. Trong điều kiện dung môi và nhiệt độ (300 0K) ghi phổ, tốc độ của quá trình nhanh, nên trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân chỉ quan sát thấy tín hiệu của dạng phổ trung bình, vì thế, số liệu của phổ thực không khớp với số liệu mô phỏng của cả 2 dạng. Có thể thay đổi 1 hoặc cả 2 điều kiện trên (ghi phổ ở nhiệt độ thấp hơn và thay đổi pH) để quan sát thấy tín hiệu của cả 2 dạng đồng phân. Vì thế, chúng tôi tiếp tục ghi thêm phổ hai chiều (2D NMR): HSQC, HMBC để giải thích thêm về hiện tượng tautomer hóa này. Dựa vào phổ hai chiều chúng tôi sẽ biết chính xác hơn sự liên kết giữa C và H: + HSQC (Heteronuclear Single Quantum Coherence): cho biết sự liên kết giữa C và H tương ứng + HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Correlation): cho biết sự tương tác giữa C và H bên cạnh hoặc H xa hơn (nhưng chỉ tương tác cách nhau một nguyên tử C). 98
  7. Bảng 4. Các tương tác trong phổ HSQC và HMBC của hợp chất H1 Vị trí HSQC (C-H) HMBC (C→H) 1 C1-H6-H5 2 C2-H3-H4 3 H-3 C3-H4 4 H-4 C4-H3; H4-C3 5 H-5 C5-H6; H5-C6 6 H-6 C6-H5; H6-C5 7 8 C8-H3 11 C11-H12-H13 12 H-12 13 H-13 C13-H15 14 H-14 C14-H16-H12 15 H-15 C15-H13 16 H-16 C16-H15; C16-H14 13 OH 14 9 12 3 15 8 4 11 N 1 10 16 5 2 Cl 6 7 Kết quả ghi phổ mô phỏng H-NMR, 13C-NMR đã chứng minh điều chúng tôi 1 dự đoán là chính xác. Điều đáng quan tâm là các hợp chất có xảy ra hiện tượng tautome hóa như thế này đôi khi gặp trong các hợp chất thiên nhiên, và thường cho hoạt tính sinh học đáng chú ý. Sản phNm H3: + Tổng số pic phù hợp với số proton của sản phNm dự kiến. + Các tương tác xa có hằng số chắn J nhỏ hơn hằng số chắn J của các nguyên tử H gắn với các nguyên tử C kề nhau là phù hợp (Ví dụ: J 6-8< J 6-7). + Sự tách pic trong phổ là phù hợp số proton bên cạnh. Trong nhân A các proton đều có độ dịch chuyển cao hơn so với nhân B do nhân A có gắn với nhóm hút điện tử -C=O O A N B O 99
  8. - Phổ 1H- NMR của sản phNm H1, H3 không có sự xuất hiện pic NH cụ thể (độ dịch chuyển của pic này không có khoảng cố định). Sự tách pic của mỗi proton do tương tác với các proton bên cạnh là phù hợp với công thức cấu tạo của mỗi sản phNm. Các proton đối xứng nhau trong nhân thơm có cùng độ dịch chuyển hoá học. Nhóm thế clo và cacboxyl có ảnh hưởng đến hằng số tương tác spin-spin của các proton. Các proton ở gần các nhóm hút điện tử như clo và C=O đều có độ dịch chuyển về phía trường thấp hơn các nhóm khác. - Phổ 13C-NMR của hai chất H1 và H3 đều xuất hiện pic đặc trưng của nhóm C=O trong khoảng 165÷170 ppm. Các nguyên tử cacbon đối xứng nhau trong nhân thơm có cùng độ chuyển dịch hoá học. Đối với H3 nếu tạo amit thông thường là axit 2- N-phenyl benzamitbenzoic thì trong phổ phải xuất hiện hai pic đặc trưng nhóm C=O amit và axit. Nhưng do phân tử này đã xảy ra sự loại nước đóng vòng để tạo thành một amit mới có bộ khung phtalimit, nên hai nhóm cacbonyl này đối xứng nhau, vì vậy, cường độ của nhóm cacbonyl cao hơn hẳn so với chất H1, có thể là sự chồng lặp của hai nhóm cacbonyl, kết hợp với các phổ khác, 1H-NMR, MS, IR chứng tỏ chúng tôi đã tạo ra được amit dị vòng như đã nói ở trên. Kết quả thử hoạt tính kháng nấm và kháng khuNn ở trên cho thấy chất 2-clo-N- phenyl benzamit (H1) có hoạt tính kháng chủng vi khuNn Bacillus subtillis (Bc) với giá trị IC50 = 16,00 µg/ml. Chất M6 có khả năng ức chế nấm Candida albicans (Ca) với nồng độ tối thiểu là 2×10-3M [6]. 4. Kết luận - Từ axit 2-clobenzoic và anhidrit phtalic thực hiện phản ứng với anilin, axit antranilic phản ứng với p-nitroanilin chúng tôi đã tổng hợp được 3 dẫn xuất amit vòng thơm và amit dị vòng. - Các dữ kiện về trạng thái tồn tại, nhiệt độ nóng chảy, hệ số di chuyển Rf cho phép chúng tôi khẳng định quá trình tinh chế sản phNm đạt kết quả tốt, thu được chất tinh khiết. - Cấu tạo của các chất được xác nhận bằng phổ IR, 1H-NMR, 13C- NMR và MS, đã qui kết các cực đại chính trên các phổ thu được. Phổ mô phỏng cho kết quả phù hợp với các chất tổng hợp được. - Các dẫn xuất amit vòng thơm và amit dị vòng đã được thử hoạt tính sinh học với 5 chủng vi khuNn và vi nấm. Kết quả cho thấy chất 2-clo-N-phenyl benzamit (H1) có hoạt tính kháng chủng Bacillus subtillis (Bs) với giá trị IC50 = 16,00 µg/ml (như dự kiến). Chất M6 có khả năng ức chế nấm Candida albicans (Ca) với nồng độ tối thiểu là 2×10-3M. Công trình này được hoàn thành với sự hỗ trợ của chương trình nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực khoa học tự nhiên. 100
  9. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. L. Kubicova, H. Dostal, J. Kunes, K. Kralova, V. Buchta, J. Kaustova, K. Waisser, Synthesis and Biological Activity of 2-amino-N-phenylbenzamide and 3-phenyl-1,2,3-benzotriazin-4(3H)-ones, Department of Inorganic and Organic Chemistry, Laboratory of structure and Interactions of Biologically Active Molecules, Charles University in Prague, Czech Republic, 2000. 2. Jan Bergman, Synthesis of Heterocycles from anthranilic acid and its derivatives, Karolinska University, Stockholm, Sweden, (2004). 3. Fengli, Yiqing Feng, et al, An efficient construction of quinazolin-4(3H)-one under microware irradiation, (2007). 4. Ngô Đại Quang, Vũ Bích Lan, Trần Công Minh, Trần Minh Yến, Hoàng Việt Thắng, Nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất amit của axit phtalimic làm thuốc điều hòa sinh trưởng cây trồng, (2007). http://www.amit.net/ecsoc/ecsoc-7/papers/E015/E015.htm 5. UhligH.H., Corrosion and protection, Dunod, Paris, 1970. 6. Trần Thụy Thái Hà, Tổng hợp một số amit vòng thơm và amit dị vòng, Khóa luận cử nhân khoa học Hoá hữu cơ, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế, (2008). 7. Trương Thị Phương Thanh, Tổng hợp một số dẫn xuất amit của axit benzoic, Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hoá học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế, (2007). SYNTHESIS AND ANTIBACTERIUM AND ANTIFUNGUS ASSAYS OF SOME AROMATIC AND HETEROCYCLIC AMIDE DERIVATIVES Nguyen Thi Thu Lan, Tran Thuy Thai Ha, Truong Thi Phuong Thanh College of Sciences, Hue University Nguyen Tran Nguyen College of Pedagory, Da Nang University SUMMARY Some aromatic and heterocyclic amide derivatives were synthesized from anhydride phtalic, 2-chlobenzoic acid and aniline, anthranilic acid and p-nitroaniline. The refined products were characterized by using different techniques such as IR, MS,1H-NMR and 13C- NMR. Morevver, bioactivity of the amid was assessed by anti fungi and antibacteria tests. 101
nguon tai.lieu . vn