B ộ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC D ư ợ c HÀ NỘI
ĐỖ THỊ THANH MAI
TỔNG HỢP MỘT SỐ DẪN CHẤT c ủ a
5-FLUOROISATIN
VÀ THĂM DÒ TÁC DỤNG SINH HỌC
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP D ư ợ c s ĩ ĐẠI HỌC KHÓA 59 (2004 - 2009)
- Người hướng dẫn
: TS. T rần Viết Hùng
TS. Đinh Thị Thanh Hải
- Nơi thực hiện
: Bộ môn Hóa hữu cơ
- Thòi gian thực hiện : 02/2009 - 05/2009
T iiir A iE V V . j o / 't
HÀ NỘI, THÁNG 5 NĂM 2009
m
LỜI CẢM ƠN
Sau một thă gian làm việc khẩn trương, được sự giúp đỡ tận tình của thầy
cồ giáo, gia đình và bạn bè, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp “ Tổng hợp
một số dẫn chất của 5-fluoroisatìn và thăm dỏ tác dụng sinh học”.
Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy cô giáo:
TS. Trần Viết Hùng
TS. Đinh Thị Thanh Hải
đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn
tốt nghiệp này.
Đồng thời, tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới, TS. Nguyễn
Thị Kiều Anh (Phòng Thí nghiệm Trung tâm - Trường Đại học Dược Hà Nội),
ThS. Lê Tuấn Anh (Phòng Thí nghiệm Hoá vật liệu - Khoa Hoá học - Trường
ĐHKHTN - ĐHQGHN), TS. Lê Mai Hương, Ths. Trần Thị Như Hằng (Phòng
Sinh học thực nghiệm - Viện Hoá học các hợp chất thiên nhiên - Viện Khoa
học & Công nghệ Việt Nam), các cán bộ phòng phân tích cấu trúc (Viện Hoá
học - Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam) đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi
thực hiện luận văn này.
Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các thầy cô, kỹ thuật viền bộ môn
Hoá hữu cơ, các thầy cô trong trường, các phòng ban, thư viện đã tạo điều
kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp này!
Tôi xin chân thành cẩm ơn!
Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2009
Sinh viên
Đỗ Thị Thanh Mai
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH, s ơ Đổ
ĐẶT VẤN ĐỂ................................................................................................ 1
Phần 1:TỔNG QUAN................................................................................. 2
1.1. Tác dụng sinh học của dẫn chất Isatin................................................. 2
1.1.1. Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm, kháng lao.......................................... 2
1.1.2. Tác dụng kháng virus...............................................................................5
1.1.3. Tác dụng chống ung thư.......................................................................... 6
1.1.4. Tác dụng ức chế men monoaminooxydase.................................................7
1.1.5. Các tác dụng khác
............................................................................. 8
1.2. Các phương pháp tổng hợp ỉsatin và dẫn chất.....................................8
1.2.1. Các phương pháp tổng hợp dị vòng isatin...................................................8
1.2.2. Các phương pháp tổng hợp dẫn chất của isatin..........................................11
Phần 2: Đ ố l TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u ................. 16
2.1. Nguyên liệu nguyên cứu...................................................................... 16
2.2. Thiết bị nghiên cứu.............................................................................. 16
2.3. Phương pháp nghiên cứu..................................................................... 17
Phần 3: THựC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ................................................. 18
3.1. Tổng hợp hoá học................................................................................ 18
3.1.1. Tổng hợp 5-fluoroisatin (1).....................................................................19
3.1.2. Tổng hợp dẫn chất ngưng tụ của 5-fluoroisatin với 2-thioxo-4thiazolidinon (2).............................................................................................. 20
3.1.3. Tổng hợp một số dẫn chất base di-Mannich của 5-(2’-oxo-5’-fluoro3’-indolinyliden)-2-thioxo-4-thiazolidinon(3,4)..................................................21
3.1.4. Tổng hợp một số dẫn chất base mono-Mannich của 5-(2’-oxo-5’-fluoro3’-indolinyliden)-2-thioxo-4-thiazolidinon (5,6,7,8)...........................................24
3.2. Kiểm tra độ tinh khiết và xác định cấu trúc.....................................31
3.2.1. Kiểm tra độ tinh khiết của các chất tổng hợp được.................................... 31
3.2.2. Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được...........................................31
3.3. Thử tác dụng sinh học..........................................................................35
3.3.1. Thử tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm.....................................................35
3.3.2. Thử hoạt tmh gây độc tế bào (Cytotoxicity assay)..................................... 38
3.4. Bàn luận................................................................................................39
3.4.1. Về tổng hợp hoá học...............................................................................39
3.4.2. Về xác định cấu trúc...............................................................................40
3.4.3. Về tác dụng sinh học..............................................................................45
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................... 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CPU
; Số đơn vị khuẩn lạc (Colony forming unit)
CTPT
: Công thức phân tử
DMF
; Dimethylformamid
DMSO
: Dimethylsulfoxyd
EtOH
: Ethanol
Hep-G2 : Tế bào ung thư gan người
IC50
; Nồng độ ức chế 50% số tế bào
(The 50% Inhibitory concentration)
IR
: Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy)
MIC
; Nồng độ ức chế tối thiểu
(Minimum Inhibitory concentration)
MS
: Phổ khối lượng (Mass spectrometry)
NMR
: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
(Nuclear Magnetic resonance spectroscopy)
PTL
: Phân tử lượng (Khối lượng phân tử)
Lu
: Tế bào ung thư phổi ngưòi
SKLM
; Sắc ký lớp mỏng
: Nhiệt độ nóng chảy
TMS
; Tetramethylsilan
u v : Phổ tử ngoại (Ultraviolet spectroscopy)
v sv
: Visinhvât
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 3.1: Hiệu suất và một số hằng số vật lý của các chấttổng hợp được... 29
Bảng 3.2: Tóm tắt kết quả phân tích sắc ký lớp mỏng................................. 31
Bảng 3.3: Các dải hấp thụ đặc trưng trong phổ IR (em'*) của
các chất tổng hợp được.................................................................32
Bảng 3.4: Số liệu phân tích phổ khối lượng của các chất tổng hợp được..... 33
Bảng 3.5: Số liệu phổ 'H-NMR và ‘^C-NMRcủa chất 2 ............................... 35
Bảng 3.6: Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm........................... 37
Bảng 3.7; Kết quả thử hoạt tính kháng tế bào ung thư người........................39
DANH MỤC CÁC HÌNH,
sơ Đ ồ
Trang
Hình 3.1 : Sơ đồ phân mảnh của chất 1.......................................................... 42
Hình 3.2: Sơ đồ phân mảnh của chất 2.......................................................... 43
Hình 3.3: Sơ đồ phân mảnh của chất 4..........................................................44
ĐẶT VÂN ĐỂ
Từ xưa đến nay thuốc luôn chiếm một vị trí quan trọng trong vấn đề chăm
sóc sức khoẻ cho con người. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và
công nghệ, các thuốc sử dụng trong công tác phòng và chữa bệnh ngày càng
có nhiều nguồn gốc khác nhau, trong đó các thuốc được tạo ra bằng phương
pháp tổng hợp và bán tổng hợp đóng vai trò quan trọng.
Trong lĩnh vực tổng hợp thuốc, để nhanh chóng tạo ra các thuốc mód, các
nhà nghiên cứu thưòrng dựa trên cấu trúc của các chất đang được dùng làm
thuốc hoặc các chất có tác dụng dược lý, có triển vọng để tạo ra các chất mới
dự đoán có tác dụng tốt hơn, ít độc tính hơn và có hiệu quả hơn trong điều trị.
Isatin và dẫn chất là một dãy chất hữu cơ đã được nghiên cứu một cách có
hệ thống về hoá học cũng như về tác dụng sinh học. Nhiều công trình nghiên
cứu công bố đã cho thấy các dẫn chất của Isatin có hoạt tính sinh học phong
phú và đa dạng vói các tác dụng như: kháng khuẩn, kháng nấm, chống ung
thư, kháng virus, kháng lao,... và nhiều tác dụng dược lý khác [2 - 13], [17],
[18], [22], [23], [32], [34]. Trong số các dẫn chất của Isatin thì các dẫn chất 5halogenoisatin, trong đó có 5-fluoro isatin, dẫn chất base Mannich và dẫn chất
ngưng tụ với 2-thioxo-4-thiazolidinon đã được chú ý nghiên cứu trong thòd
gian gần đây và các kết quả nghiên cứu cho thấy chúng có hoạt tính sinh học
rất đáng quan tâm. Vói mong muốn góp phần nghiên cứu các dẫn chất isatin,
chúng tôi thực hiện đề tài “Tổng hợp một số dẫn chất của 5-fluoroisatin và
thăm dò tác dụng sinh học” với hai mục tiêu chính sau đây:
1. Tổng họp 5-fluoroisatin và các dãn chất của chúng.
2. Thăm dò tác dụng sinh học (kháng khuẩn, kháng nấm và kháng các
dòng tế bào ung thư người) của các chất tổng hợp được với hy vọng tìm
được các chất có hoạt tính sinh học cao và có thể rút ra các nhận xét sơ
bộ về mối liên quan cấu trúc - tác dụng của dãy dẫn chất này.
Chúng tôi hy vọng đề tài này là một đóng góp nhỏ vào việc nghiên cứu,
tìm kiếm những chất có hoạt tính sinh học cao thuộc dãy chất Isatin.
P h ần l
TỔNG QUAN
1.1. TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA DẪN CHẤT c ủ a ISATIN
Isatin và dẫn chất là một trong nhiều dãy chất hữu cơ đã được nghiên cứu
có hệ thống về mặt hoá học cũng như tác dụng sinh học. Rất nhiều công trình
nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng sinh học của các dẫn chất Isatin đã cho
thấy chúng có tác dụng khá phong phú và đa dạng như kháng khuẩn, kháng
nấm, kháng lao, kháng virus, chống phân bào, ức chế men monoaminooxydase (MAO)...
1.1.1. Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm, kháng lao
Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm của các dẫn chất Isatin đã được nhiều
nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.
Các nhà nghiên cứu Ấn Độ K. c. Joshi, V. N. Pathak, s. K. Jain [22] đã
tổng hợp và nghiên cứu tác dụng kháng khuẩn của 15 dẫn chất fluor của isatin
có công thức:
X = 5 -F, 6-F
X-
Y = 0 , N - N H - C 6H5
Z = C 0 CH 2NR 2 ,C H 2 -
/
-N
\
o
\_y
Thử tác dụng trên các chủng Escherichia coli và Staphylococcus aureus,
cả 15 chất đều ức chế vi khuẩn ở nồng độ 8|0,g/ml. Một số chất có tác dụng ở
nồng độ 4|a.g/ml. Các tác giả cũng đã rút ra nhận xét là tác dụng tăng khi
nhóm thế của phần Phenylhydrazin là fluor (Y là =NNHC6H4F).
17 dẫn chất 5-iodo và 5-cloro của isatin đã được D. Maysinger và cộng sự
[32] tổng hợp:
N-NHR
X = I,C1
R=HC0CH3, CH3, CSNH2
X = I, Cl
NRR' = NHCH2 CH2 OH , N(CH2CH20H)2 , N(CH(CH3)2)2
N(CH2CH2C1)2 ,n
o
n
Thử tác dụng trên 11 chủng vi khuẩn và 2 chủng nấm, nhiều chất có tác
dụng mạnh. Trong số đó có các dẫn chất base Mannich diisopropylamino của
dẫn chất 5-iodoisatin và 5-cloroisatin có MIC dưới 100|ag/ml. Các tác giả rút
ra nhận xét là nhóm thế halogen ở vị trí 5 giữ vai trò quan trọng trong tác dụng
kháng khuẩn (làm tăng tác dụng).
Các tác giả A. c. Padhya và cộng sự [34] cũng đã tổng hợp và thử tác
dụng của một số dẫn chất nitrofurfuryliden isatin hydrazon và thấy rằng chúng
có tác dụng ức chế Staphylococcus aureus, Escherichia coli:
_______
,N - N
=C H -
-NO2
R-
R = H, 5 -Br, 6-Cl
R. s. Varma và w. L. Nobles [39], [40] đã nghiên cứu và công bố tác
dụng kháng khuẩn, kháng nấm của một số base Mannich của isatin có công
thức như sau:
R = H CH3, aR2 = o, NNHCSNH2
R, =N(CH3)2,
/
\
N
o
\ ___ /
/■
-N
V
Năm 1989, s. Dilber [17] và cộng sự đã tổng hợp và khảo sát tác dụng
kháng khuẩn của 9 dẫn chất isatin có công thức;
COOR4
-
Ri = H, CH3, C2H5
R2 = H, CH3
R3 = H CH3
R4 = C2H5, -C(CH3)3 , CH3 —CH2 -CH-CH3
Kết quả cho thấy có 8 chất có tác dụng vód Escherichia coli, 4 chất có tác
dụng với Staphylococcus aureus.
ở Việt Nam, Nguyễn Quang Đạt và cộng sự [3], [6] đã tổng hợp và thử tác
dụng kháng khuẩn, kháng nấm của nhiều dẫn chất isatin với các nhóm thế
khác nhau ở vị trí 5 (-NO2, -Br) và các dẫn chất base Mannich, hydrazon, base
Schiff:
R = NƠ 2,Br
R’= H,CH2RiR2
R" =
o,= N
- A r , = N -N H -A r
Kết quả cho thấy nhiều dẫn chất có hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm
Candida albicans, trong số đó đáng chú ý là các dẫn chất của 5-nitroisatin.
Tác giả Trần Viết Hùng, Nguyễn Quang Đạt và cộng sự [7], [8] cũng đã
tổng họfp và thử tác dụng sinh học của dẫn chất 5 -fluoroisatin thì thấy 5 -fluoro
- 1 -morpholinomethylisatin, 5 -fluoro-l-piperinomethylisatin có tác dụng mạnh
với 9 chủng vi khuẩn thử nghiệm và các base Mannich có tác dụng mạnh hơn
so với các chất cùng dãy, ngoài ra chúng còn có tác dụng vód nấm Candida
albicans.
Tiếp theo đó vào năm 2000, các tác giả trên [9] tiếp tục nghiên cứu tổng
hợp thăm dò tác dụng sinh học của 5 -bromo-l-morpholinomethylisatin và các
dẫn chất của chúng thì thấy chúng có tác dụng mạnh với 8 chủng vi sinh vật
thử nghiệm với nồng độ 1 mg/ml.
Một tác dụng chống vi khuẩn được chú ý là tác dụng chống vi khuẩn lao.
Nhiều thuốc chống lao có hiệu quả như rimifon, streptomycin, rifampicin đã
được đưa vào sử dụng. Tuy nhiên, việc kháng lại các thuốc chống lao của vi
khuẩn lao hiện nay đang ngày càng lớn, đặc biệt là hiện tượng kháng đa thuốc.
Việc tìm kiếm các chất có khả năng chống lại vi khuẩn lao trong dãy isatin
cũng đã được các nhà nghiên cứu quan tâm.
Năm 1976, các tác giả A. B. Tomchin và cộng sự [38] đã thử tác dụng
kháng lao của isonicotinoylhydrazon của isatin. Kết quả cho thấy chất này có
tác dụng ức chế Mycobacterium tuberculosis ở nồng độ 2|j,g/ml. Đặc biệt tác
dụng tốt cả vói chủng vi khuẩn lao đã kháng rimifon và streptomycin;
N
N -N H —C-
II
0
Năm 2000, các tác giả Nguyễn Quang Đạt, Trần Viết Hùng cùng cộng sự
[10] đã đi sâu nghiên cứu tác dụng kháng lao của một số dẫn chất 3-thio
semicarbazon và isonicotinoylhydrazon của isatin và 5-halogenoisatin. Kết
quả cho thấy 12 dẫn chất có tác dụng mạnh với trực khuẩn lao (MIC: 0,2 50|ig/ml) và các dẫn chất thế 5-bromo có tác dụng mạnh hơn các dẫn chất
không thế. Trong đó chú ý nhất công thức một số chất có tác dụng với cả vi
khuẩn lao đã kháng rimifon (MIC: 5|ag/ml):
N -N H —C-
N
lí
R = H , — CH2--N
0
— CH2-- N
/
\
\
/
/
\
>
/
\
0
1.1.2. Tác dụng kháng virus
Từ năm 1960, Methisazon, một dẫn chất P-thiosemicarbazon của Nmethyl isatin đã được dùng làm thuốc phòng bệnh đậu mùa và thành công này
đã thúc đẩy các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu, tổng hợp một số
thiosemicarbazon, base Mannich của isatin và dẫn chất:
N -N H —C -N H 2
■N ^o
CH3
R. s. Varma và cộng sự [39] đã tổng hợp một số thiosemicarbazon của các
dẫn chất base Mannich của isatin và thử tác dụng chống virus cúm và virus bại
liệt. Nhiều chất đã có tác dụng với virus bại liệt. Trong đó N-piperidino
methylisatin có tác dụng mạnh nhất:
R-^
^ R3
r
= H , CH3, Br
R3 = o , N N H C SN H
2
Nghiên cứu một số dẫn chất của isatin-3-thiosemicarbazon, p. w. Sadler
[36] thấy rằng N-methyl và N-ethyl có tác dụng ức chế virus sarcom rous. Hai
chất này cũng đã được tác giả thử tác dụng trên mô nuôi cấy, trên súc vật và
trên lâm sàng.
Về cơ chế tác dụng chống virus của các dẫn chất isatin chưa được nghiên
cứu nhiều, song một số tác giả đã phát hiện ra cơ chế tác dụng của Isatin-3thiosemicarbazon là ức chế việc tổng hợp ADN của virus.
1.1.3. Tác dụng chống ung thư
Việc tìm kiếm các chất tổng hợp có tác dụng chống ung thư được các nhà
nghiên cứu chú ý nhằm tìm ra các hoá dược có tác dụng điều trị căn bệnh
đang có chiều hướng gia tăng này. Nhiều dẫn chất của isatin, đặc biệt là các
dẫn chất base Mannich cho thấy có tác dụng chống phân bào, chống khối u.
Nhà nghiên cứu người Hoa Kỳ, F. D. Pop [35] đã tổng hợp và công bố tác
dụng chống khối u của các dẫn chất 3-(o-nitrophenyl)hydrazon isatin. Các
chất này kìm hãm sự phát triển của Carcinosarcoma walker 256:
R'
N -N H — ^
R’ = H ,C H 3 ,C H 3 C 0
O2N
R = H , Halogen
M. Morvin và cộng sự [33] đã thử tác dụng chống phân bào trên mô phân
sinh thực vật của một số hợp chất base Mannich của isatin, và thấy rằng chất
l-piperidinomethylisatin-3-acetylhydrazon là chất có tác dụng mạnh nhất:
^ N -N H -C 0 C H 3
Năm trong số các dẫn chất 5-(2-oxo-3-indolinyliden)thiazolidin-2,4-dion1,3-di-Mannich được N. H. Eshba và H. M. Salama [18] tổng hợp và được thử
tác dụng trên tế bào bạch huyết P388 của chuột. Trong số các chất này thì dẫn
chất có nhóm thế dimethylaminomethyl ở vị trí 3 của nhân thiazolidindion có
hoạt tính chống ung thư cao nhất. Kết quả thử cũng cho thấy thế brom vào vị
trí 5 của nhân isatin làm tăng hoạt tính chống ung thư.
N-C H 2—NR1R2
'N
I
o
CH2—NR1R2
Tại Việt Nam, Nguyễn Quang Đạt và cộng sự [2] đã tổng hợp và thử tác
dụng chống phân bào trên mô phân sinh của rễ cây Raphanus satỉvus L. của
một số dẫn chất hydrazon, base Mannich của 5-bromoisatin và 5-sulfamido
isatin, các azomethin của 5-nitroisatin. Kết quả cho thấy chúng kìm hãm mô
phân sinh thực vật khá cao.
1.1.4. Tác dụng ức chế monoamino-oxydase (MAO)
Năm 1962, khi tiến hành so sánh indol với isatin, Mueller và cộng sự (dẫn
theo [25]) thấy rằng isatin có tác dụng ức chế MAO trong dịch đồng nhất của
gan lợn.
A.Grinberg và cộng sự [21] đã tổng hợp 18 dẫn chất (là các dẫn chất Nmethyl, N-acetyl của isatin và các oxim của chúng), thử tác dụng trên ty lạp
thể của gan lợn các tác giả rút ra nhận xét:
■ Khi thay thế nhóm p-carbonyl bởi nhóm oxim cũng như thay thế
nguyên tử H của nhóm NH sẽ làm giảm hoạt tính ức chế MAO.
■ Dẫn chất ß-acethoxyimino có hoạt tính cao hofn dẫn chất ßmethoxyimino.
■ Khi phần nhân thơm được mở rộng sẽ làm tăng hoạt tính ức chế MAO.
1.1.5. Các tác dụng khác:
Ngoài các tác dụng đã nêu ở trên, các dẫn chất isatin còn có nhiều tác
dụng khác: an thần, chống co giật, chống viêm, điều trị suy nhược thần kinh,
trị giun...
5-bromoisatin thử trên chuột có tác dụng giảm đau mạnh hơn aspirin ở
liều 0,4g/kg. Nó cũng có tác dụng an thần ở liều 0,2g/kg [25]
K.c. Joshi và cộng sự [25] khảo sát tác dụng trên hệ thần kinh trung ương
và tác dụng giảm đau của một số base Mannich và base Schiff của các dẫn
chất fluor của isatin. Kết quả cho thấy các chất có nhóm ceton tự do ở vị trí 2
và 3 có tác dụng ức chế thần kinh trung ương mạnh. Hoạt tính này giảm đi khi
nhóm ceton ở vị trí 3 bị thay thế bỏd nhóm C=N và hoàn toàn biến mất khi
nhóm ceton ở vị trí 2 bị thay thế tiếp bằng nhóm C=N. Các dẫn chất có 1 hoặc
2 nhóm ceton tự do có tác dụng giảm đau. LD50 của phần lóĩi các dẫn chất trên
đều > 1000mg/kg.
Một số dẫn chất thiosemicarbazon, 3-hydrazon, 3-aryl alkylimino của
isatin được công bố có tác dụng chống co giật [25].
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP ISATIN VÀ DẪN CHẤT
1.2.1. Các phương pháp tổng hợp dị vòng isatin
1.2.1.1. Oxy hoá Indigo:
Isatin là một dị vòng có chứa nhân indol có công thức cấu tạo:
H
Isatin ( lH -in dol-2,3-dion
)
Isatin là tên bắt nguồn từ cây chàm Châu Âu Isatis tinctorỉa do Laurent và
Erdmant tìm ra năm 1841 (dẫn theo [20]). Các tác giả này đã tổng hợp Isatin
bằng cách oxy hoá indigo với tác nhân oxy hoá là Na2Cĩ207.
8
Sơ đồ phản ứng như sau:
[0 ]
N a 2 C r2 0 7 /H 2 S 0 4
1.2.1.2. Tống hợp theo phản ứng Sandmayer 1903 [26],
Sandmayer đã tìm ra 2 phương pháp tổng hợp isatin. Phản ứng Sandmayer
1903 là phương pháp đầu tiên của ông được thực hiện để tổng hợp isatin. Từ
nguyên liệu ban đầu là diphenylthioure, cho tác dụng vói PbO tạo ra N, N’diphenylcarbodiimid, cho chất này tác dụng tiếp vói HCN tạo N, N’- diphenyl
cyanoformamidin. Khử hoá tiếp bằng amoni Sulfid tạo thành thioamid. Khi
đóng vòng thioamid bằng H2SO4 đặc ở nhiệt độ 75 - 100°c tạo thành isatin-2anilinyliden. Thuỷ phân isatin-2-anilinyliden cho isatin.
PbO_
N=C=N-CéH5
N -C -N H -C ô H s
H
HCN
(NH4)2S
N-C6H5
o
H2SO4 đặc
1^ ^ ^
HOH^
N'
Ị'
'N -C ôH s
H
Isatin cũng có thể tổng hợp vód hiệu suất tốt mà không cần qua giai đoạn
tạo thành thioamid bằng cách cho N, N’-diphenylcyanoformamidin tác dụng
với AICI3 khan trong dung môi là benzen, clorobenzen, dicloroethan ở nhiệt
đô 20 - 40°c.
o
[AICI3 ] ; C 6H6
'N'
X
o
HOH
'N-C6H5
N'
Ị'
H
H
Trong phưong pháp này cần chú ý đến tạp chất vì isatin-2-anilinyliden
nhận được theo phưcttig pháp Sandmayer 1903 thường chứa tạp chất lưu
huỳnh. Tạp chất này được tách ra bằng cách chiết nhiều lần với dung môi
carbon disulíid sôi.
I.2.I.4. Tổng hợp theo phản ứng Sandmayer 1919 [26]:
Năm 1919, Sandmayer đã đưa ra một phương pháp để tổng hợp isatin và
dẫn chất. Đây là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện và thường được ứng
dụng trong thực tế. Quá trình tổng hợp đi qua hai giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Tạo isonitrosoacetanilid bằng cách đun nóng amin thơm
với cloral hydrat và hydroxylamin hydroclorid trong môi trường acid.
- Giai đoạn 2: Đóng vòng isonitrosoacetanilid tạo isatin dưới tác dụng
của H2SO4 đặc.
- Sơ đồ phản ứng như sau:
H.
/ ,N O H
C'
+ Cl3CCH(OH)2 + NH2OH
R-
'NH2
H2SO4 đặc
1.2.1.4. Tổng hợp theo phương pháp của Martìnet [26]:
Isatin nhận được khi đun sôi (20 - 30 phút) arylamin bậc một hay bậc hai
với este diethyl của acid mesoxalic trong acid acetic băng. Trong nhiều trường
hợp sản phẩm được tạo thành với hiệu suất trung bình hoặc thấp. Tuy nhiên,
phương pháp này vẫn được sử dụng, đặc biệt vói các isatin khó tổng hợp.
10
COOC2H5
c — COOC2H5
COOC2H5
OH
- C2H5OH
Một số dẫn chất isatin nhận được bằng phương pháp Martinet: 5-methyl
và 5,7-dimethylisatin, 5-methoxyisatin, 6-ethylisatin, 5 và 6-phenylisatin,
naphtyl-isatin-l,2 ,6-oxy và 8-oxynaphtylisatin-l,2 .
1.2.2. Các phương pháp tổng hợp dẫn chất của isatỉn
H
Từ cấu trúc phân tử của isatin cho thấy nhiều khả năng phản ứng chuyển
hoá để tạo ra nhiều dẫn chất khác nhau của isatin, chủ yếu theo ba hưófng
chính sau đây:
Các dẫn chất tạo thành do phản ứng thế nguyên tử hydro của nhóm -NH.
Các dẫn chất tạo thành do phản ứng thế ái điện tử của nhân benzen.
Các dẫn chất tạo thành do phản ứng của nhóm carbonyl ở vị trí 3.
I.2.2.I.
Phẩn ứng thế ái điện tử vào nhân benzen.
Các phản ứng thế ái điện tử vào nhân benzen của isatin thưcmg xảy ra ở vị
trí 5 hoặc 7 , các phản ứng thưòỉng gặp như thế brom, thế nitro.
11
+ Bro
+ HBr
1.2.2.2. Phẩn ứng ngưng tụ của isatin với 2 - thioxo - 4 - thiazolidinon
2 -thioxo-4-thiazolidinon có công thức cấu tạo như sau:
o
^ 4— 3NH
Nhóm methylen ở vị trí 5 trong nhân 2-thioxo-4-thiazolidinon hoạt động
rất mạnh, nó có thể dễ dàng tham gia phản ứng ngưng tụ với dẫn chất nitroso,
dẫn chất formamidin, các hợp chất có nhóm >c=0:
---- NH
-H2O
'S '^ S
Phản ứng ngưng tụ được tiến hành trong dung môi acid acetic băng, xúc
tác natri acetat khan, đun hồi lưu trong 6 giờ. Chúng tôi đã sử dụng phản ứng
này để tạo dẫn chất ngưng tụ của 5-fluoroisatin và 2-thioxo-4-thiazolidinon.
- Cơ chế phản ứng:
Phản ứng xảy ra theo 2 giai đoạn:
+) Giai đoạn cộng hợp:
Nhóm methylen ở vị trí 5 rất hoạt động, các nguyên tử hydro linh động có
thể dễ dàng tách ra khỏi carbon khi có xúc tác kiềm hoặc anion B", hình thành
nên tác nhân ái nhân mạnh.
o
p
NH
NH
CH2
-)
CH
B'
+ HB
(II)
B = AcOAnion (II) sẽ tấn công vào carbon mang điện tích dương của nhóm
carbonyl trong isatin và dẫn chất hình thành nên sản phẩm cộng hợp (IV):
12
o
_)
NH
,o
otì
NH
ÇH
N'
I
JCH—c o
H
N'
H
(III)
(II)
Ọ'
(IV)
Ion alcolat (IV) lại lấy một proton của HB để trả lại xúc tác B" :
o.
o
NH-
o'
1
CH—c ------1^
/
0
\
+ HB
+ B'
H
+) Giai đoạn ngưng tụ (dehydrat):
Dưới tác dụng proton, một phân tử nước bị loại ra tạo thành dây nối kép
-NH
o
H
HỌ
---- NH
H-0 ^
V /^ S " ^ S
"N
-
-H2O
o
Ï
+ H2O
H
o
NH
-H"
+ H"
i
H
Quá trình dehyrat này xảy ra dễ dàng vì sản phẩm tạo thành có mức năng
lượng thấp hơn.
1.2.23. Phản ứng Mannich:
Định nghĩa: Phản ứng Mannich là phản ứng aminomethyl hoá hợp chất
hữu cơ có nguyên tử hydro linh động bằng tác dụng của HCHO (hoặc các
aldehyd khác) và amin bậc 1 hoặc bậc 2 hoặc NH3.
Sơ đồ:
Ri
C -H
+
HCHO
+
Ri
H N :^
-Ç — C H 2— n :
R2
13
- H2O
■Ri
- Xem thêm -