Khóa luận Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc của một số amide chứa dị vòng benzimidazole

ng benzimidazole-oxadiazole và hệ thống benzimidazole-triazole hứa hẹn sẽ tạo ra những hợp chất có hoạt tính sinh học cao. Cuốn hút bởi hoạt tính sinh học phong phú của các dị vòng và những ứng dụng của chúng trong thực tiễn, chúng tôi chọn đề tài: “TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA MỘT SỐ AMIDE CHỨA DỊ VÒNG BENZIMIDAZOLE” Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 16 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Sơ đồ thực nghiệm 2-Methylbenzimidazole được tổng hợp từ o-phenylendiamine rồi tiếp tục được chuyển hóa lần lượt thành ester, hydrazide. Hydrazide được chuyển hóa theo 2 hướng. - Hướng thứ nhất – Tạo các dẫn xuất chứa vòng 1,3,4-oxadiazole: Hydrazide phản ứng với CS2 trong môi trường kiềm tạo thành 5-[(2-methyl-1H- benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazole-2-thiol; sau đó phản ứng với các chloroacetamide để tạo thành các dẫn xuất N-aryl 2-{5-[(2-methyl-1H- benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-ylthio}acetamide. - Hướng thứ hai – Tạo các dẫn xuất chứa vòng 1,2,4-triazole: Hydrazide được xử lý với 1-isothiocyanto-4-methylbenzene qua 2 giai đoạn để tạo thành 5-[(2- methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-4-(p-tolyl)-4H-1,2,4-triazole-3-thiol; sau đó phản ứng với các chloroacetamide để tạo thành các dẫn xuất N-aryl 2- {5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-4-(p-tolyl)-4H-1,2,4-triazole-3- ylthio}acetamide. Quá trình tổng hợp và chuyển hóa các chất được thực hiện theo sơ đồ sau: Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 17 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công NH2 NH2 CH3COOH HCl 4N, 12h N H N CH3 ClCH2COOC2H5 K2CO3, Aceton, 8h (1) N N CH3 CH2COOC2H5 H2N NH2 C2H5OH, 6h (2) N N CH3 CH2CONHNH2 (3) H3C NCS EtOH/ NaOH, 3h N N N NN SH CH3 CH3 N N CH3 O N N SH CS2/KOH, 10h N N CH3 N N O SCH2 C NH O X (4)X NH C O CH2Cl X NH C O CH2Cl N N N NN SCH2 CH3 CH3 C NH O X A ceton, 4h A ceton, 6h X= H (5a), Br (5b) (6) X= H (7a), Br (7b) Quá trình chuyển hóa này được chúng tôi xây dựng phỏng theo các quá trình chuyển hóa được mô tả trong các tài liệu [6,13]. Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 18 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công 2.2. Tổng hợp 2.2.1. Tổng hợp 2- methylbenzimidazole (1) a. Phương trình phản ứng N H N CH3CH3COOH NH2 NH2 + HCl + 2 H2O b. Hóa chất - 10,8 g (0,1 mol) o-phenylenediamine. - 6,6 g (0,11 mol) CH3COOH đặc. - 10 ml HCl 4N. - 150 ml NaHCO3 bão hòa. c. Cách tiến hành Cho 10,8 g (0,1 mol) o-phenylenediamine và 6,6 g (0,11 mol) CH3COOH đặc cùng với 10 ml HCl 4N vào bình cầu dung tích 100 ml. Đun hồi lưu hỗn hợp trong 12 giờ. Để nguội hỗn hợp ở nhiệt độ phòng và trung hòa với 150 ml NaHCO3 bão hòa trong cốc 250ml. Lọc lấy sản phẩm và kết tinh lại trong nước. d. Kết quả Thu được 8,01 g hợp chất (1) (hiệu suất: 60,68%), tinh thể hình kim, màu vàng nâu, nhiệt độ nóng chảy 178-180oC (tài liệu [27] 177-180oC). 2.2.2. Tổng hợp ethyl 2-(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)acetate (2) a. Phương trình phản ứng N H N CH3 N N CH3 CH2COOC2H5 K2CO3ClCH2COOC2H5 Aceton+ + KCl KHCO3++ b. Hóa chất - 13,2 g (0,1 mol) (1). - 13,8 g (0,1 mol) K2CO3. - 150 ml acetone. - 12,2 g (0,1 mol) ethyl chloroacetate. Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 19 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công c. Cách tiến hành Cho 13,2 g (0,1 mol) (1) cùng với 13,8 g (0,1 mol) K2CO3 và 150 ml acetone vào một bình cầu dung tích 250 ml. Thêm từ từ 12,2 g (0,1 mol) ethyl chloroacetate vào bình cầu. Khuấy liên tục và đun hồi lưu trong 8 giờ với nhiệt độ máy khuấy 100oC. Để nguội hỗn hợp đến nhiệt độ phòng, cho toàn bộ hỗn hợp vào cốc 1000 ml có chứa sẵn nước đá. Khuấy đều hỗn hợp và để yên đến khi chất rắn màu trắng tách ra hoàn toàn. Lọc lấy chất rắn và kết tinh trong nước. d. Kết quả Thu được 7,56 g hợp chất (2) (hiệu suất: 34,68%) ở dạng tinh thể hình kim, màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 114oC. 2.2.3. Tổng hợp 2-(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)acetohydrazide (3) a. Phương trình phản ứng b. Hóa chất - 5,45 g (25,0 mmol) (2). - 7,5 g hydrazine 50% (d = 1,03g/ml). - Ethanol tuyệt đối. c. Cách tiến hành Hòa tan 5,45 g (25,0 mmol) (2) vào 50 ml ethanol trong bình cầu dung tích 100 ml. 7,5 g hydrazine 50% được thêm vào hỗn hợp sau mỗi giờ đầu (3 lần, mỗi lần 2,5 g). Đun hồi lưu hỗn hợp trong 6,0 giờ. Để nguội qua 24 giờ, sản phẩm kết tinh dạng chất rắn màu trắng. Lọc lấy sản phẩm và kết tinh lại với nước. d. Kết quả Thu được 3,37 g (3) (hiệu suất: 66,08 %) ở dạng tinh thể, màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 191,2oC (tài liệu [6] 190-192oC). Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 20 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công 2.2.4. Tổng hợp 5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2- thiol (4) a. Phương trình phản ứng b. Hóa chất - 3,06 g (15,0 mmol) (3). - Ethanol tuyệt đối. - 0,84 g (15,0 mmol) KOH. - 4,5 ml (15,0 mmol) CS2. - HCl 10%. c. Cách tiến hành Cho 3,06 g (15,0 mmol) (3) vào bình cầu dung tích 100 ml đã chứa sẵn 40 ml ethanol tuyệt đối, khuấy đều trong 15 phút. Thêm 0,84 g (15,0 mmol) KOH vào bình cầu và tiếp tục khuấy đến khi chất rắn tan hết. Sau đó thêm 4,5 ml CS2 vào bình cầu, đun hồi lưu trong 10 giờ. Để nguội và cho hỗn hợp vào cốc 250 ml thêm 50 ml nước, đem lọc bỏ chất rắn và acid hóa dung dịch thu được bằng HCl 10% đến pH = 3-4 (khi acid hóa, cốc được đặt trong chậu nước đá). Hỗn hợp được giữ ở nhiệt độ lạnh (dưới 10oC), đem lọc chất rắn và rửa qua nước. Kết tinh lại trong ethanol : nước (3:2). d. Kết quả Thu được 2,01 g (4) ( hiệu suất: 54,47% ), tinh thể hình vảy, màu vàng xám, nhiệt độ nóng chảy 178,4oC (tài liệu [6] 175-176oC). 2.2.5. Tổng hợp N-aryl 2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4- oxadiazol-2-ylthio}acetamide (5a-b) Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 21 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công a. Phương trình phản ứng b. Hóa chất - 0,5 g (2,0 mmol) (4). - 0,35-0,5 g (2,0 mmol) các chloroacetamide. - 0,28 g (2,0 mmol) K2CO3. - 15 ml Acetone. c. Cách tiến hành Hòa tan 0,5 g (4) (2,0 mmol) vào 15ml acetone trong bình cầu 100ml. Cho 0,28g (2,0 mmol) K2CO3 khan vào bình cầu, tiếp tục khuấy trong 15 phút. Cho từ từ dung dịch của 2,0 mmol chloroacetamide tương ứng trong 15 ml acetone vào bình cầu 100ml ở trên. Khuấy liên tục và đun hồi lưu trong 6,0 giờ với nhiệt độ máy khuấy 100oC. Sau đó, để nguội, lọc lấy sản phẩm. d. Kết quả Kết quả tổng hợp các hợp chất amide (5a-b) được tóm tắt ở bảng 2.1. Bảng 2.1. Kết quả tổng hợp các dẫn xuất N-aryl 2-{5-[(2-methyl-1H- benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazol-2-ylthio}acetamide (5a-b) Hợp chất X Dung môi kết tinh tnc (oC) Trạng thái – màu sắc Khối lượng thu được (g) Hiệu suất (%) 5a H Dioxan-nước 150,0 Tinh thể hình kim, màu trắng 0,52 68,60 5b Br Ethanol-nước 212,2 Tinh thể, màu trắng 0,59 64,27 Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 22 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công 2.2.6. Tổng hợp 5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-4-(p-tolyl)-1,2,4- triazole-3-thiol (6) a. Phương trình phản ứng Giai đoạn 1: Giai đoạn 2: Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 23 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công b. Hóa chất - 3,06 g (15,0 mmol) (3). - 2,25 g (15,0 mmol) p-CH3-C6H5NCS. - Ethanol tuyệt đối. - 25ml NaOH 2M. - HCl 10%. c. Cách tiến hành Giai đoạn 1: Tổng hợp 2-[2-(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)acetyl]-N-(p- tolyl)hydrazine-1-carbothioamide. Cho 3,06 g (15,0 mmol) (3) vào bình cầu dung tích 100 ml, thêm 30 ml ethanol tuyệt đối và 2,25 g p-CH3-C6H5NCS vào bình cầu rồi đun cách thủy trong 1 giờ. Để nguội, thu lấy chất rắn màu trằng tách ra và sử dụng ngay cho giai đoạn hai mà không tinh chế. Giai đoạn 2: Tổng hợp 5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-4-(p- tolyl)-4H-1,2,4-triazole-3-thiol. Chất rắn thu được ở giai đoạn 1 cho vào bình cầu 100ml, thêm tiếp 25ml dung dịch NaOH 2M, đun hồi lưu trong 2 giờ. Sau khi làm lạnh, acid hóa hỗn hợp bằng HCl 10% đến pH = 3-4 (khi acid hóa, cốc được đặt trong chậu nước đá). Hỗn hợp được giữ ở nhiệt độ lạnh (dưới 10oC), sau đó đem lọc lấy chất rắn và rửa bằng nước. Kết tinh lại trong ethanol. d. Kết quả Thu được 2,83 g (6) ( hiệu suất: 56,32%) ở dạng tinh thể hình vảy, màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 190oC. 2.2.7. Tổng hợp N-aryl 2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-4-(p-tolyl)- 4H-1,2,4-triazole-3-ylthio}acetamide (7a-b) a. Phương trình phản ứng Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 24 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công b. Hóa chất - 0,67 g (2,0 mmol) (6). - 0, 35-0,5 g (0,002 mol) chloroacetamide tương ứng. - 0, 28 g (0,002 mol) K2CO3. - 15 ml Acetone. c. Cách tiến hành Hòa tan 0,67 g (6) (2,0 mmol) vào 15 ml acetone trong bình cầu 100 ml. Cho 0,28 g (2,0 mmol) K2CO3 khan vào bình cầu, khuấy trong 15 phút. Cho từ từ dung dịch của 2,0 mmol chloroacetamide tương ứng trong 15 ml acetone vào bình cầu 100ml ở trên. Khuấy liên tục và đun hồi lưu trong 4,0 giờ với nhiệt độ máy khuấy 100oC. Sau khi để nguội, cho dung dịch thu được vào cốc nước đá vụn, khuấy đều. Lọc lấy chất rắn tách ra, kết tinh lại trong ethanol-nước. d. Kết quả Kết quả tổng hợp các hợp chất amide (7a-b) được tóm tắt ở bảng 2.2. Bảng 2.2. Kết quả tổng hợp các dẫn xuất N-aryl 2-{5-[(2-methyl-1H- benzimidazol-1-yl)methyl]- 4-(p-tolyl)-4H-1,2,4-triazole-3-ylthio}acetamide (7a-b) Hợp chất X Dung môi kết tinh tnc (oC) Trạng thái – màu sắc Khối lượng thu được (g) Hiệu suất (%) 7a H Ethanol-nước 150-152 Tinh thể hình kim, màu trắng 0,56 59,83 7b Br Ethanol-nước 110,7 Tinh thể hình vảy, màu trắng 0,68 62,04 Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 25 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công 2.3. Xác định cấu trúc và một số tính chất vật lý 2.3.1. Xác định nhiệt độ nóng chảy Các hợp chất đã tổng hợp đều là chất rắn. Nhiệt độ nóng chảy được đo trên máy Gallenkamp tại Phòng thí nghiệm Hoá Đại Cương - Khoa Hoá - Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh. 2.3.2. Phổ hồng ngoại (IR) Phổ hồng ngoại của tất cả các hợp chất đã tổng hợp được ghi trên máy Shimadzu FTIR 8400S dưới dạng viên nén KBr, được thực hiện tại Khoa Hoá - Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh. 2.3.3. Phổ cộng hưởng từ 1H-NMR Phổ 1H-NMR của các hợp chất được ghi trên máy Bruker Avance 500MHz trong dung môi DMSO được thực hiện tại Phòng NMR– Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội. 2.3.4. Phổ khối lượng (MS) Phổ khối lượng của các hợp chất được đo trên máy Agilent 6490 Triple Quadrupole LC/MS tại Trung tâm Pháp y, Sở Y tế Thành phồ Hồ Chí Minh; hoặc đo trên máy Bruker micrOTOF-Q 10187 tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh 2.3.5. Hoạt tính kháng khuẩn Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định được đánh giá theo phương pháp của Vander Bergher và Vlietlinck (1991), và McKane, L., & Kandel (1996), được thực hiện trên phiến vi lượng 96 giếng (96-well microtiter plate). Quá trình được thực hiện bởi Phòng Kiểm nghiệm vi sinh vật, Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội. Các chủng vi sinh vật kiểm định - Vi khuẩn Gr (-): Escherichia coli (ATCC 25922 ) Pseudomonas aeruginosa (ATCC 25923 ) - Vi khuẩn Gr (+): Bacillus subtillis (ATCC 11774 ) Staphylococcus aureus subsp. aureus (ATCC 11632) Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 26 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công - Nấm sợi: Aspergillus niger (439) Fusarium oxysporum (M42) - Nấm men: Candida albicans (ATCC 7754) Saccharomyces cerevisiae (SH 20) Tính kết quả Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC-Minimum Inhibitory concentration) của mẫu: Các mẫu được pha loãng theo các thang nồng độ thấp dần, để tính nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) là nồng độ mà ở đó vi sinh vật bị ức chế gần như hoàn toàn. Mẫu thô có MIC ≤ 200 g/ml; mẫu tinh có MIC ≤ 50 g/ml là có hoạt tính. Mẫu có hoạt tính được xác định nồng độ ức chế 50% vi sinh vật (IC50): Các mẫu có hoạt tính được pha loãng theo 10 thang nồng độ. Giá trị IC50 được xác định bằng chương trình Table curve theo thang giá trị logarit của đường cong phát triển của vi sinh vật và nồng độ chất thử để tính giá trị IC50. Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 27 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tổng hợp 2-methyl-1H-benzimidazole (1) 3.1.1. Cơ chế phản ứng 2-Methylbenzimidazole được tổng hợp từ o-phenylenediamine và acetic acid. Theo tài liệu [14], tiến trình phản ứng diễn ra như sau: -H2O N NH2 CH3 O N NH2 CH3 OH N H H N CH3 OH N H N CH3 -H 2O, H+ NH NH2 OH CH3 OH H H H3C OH O H3C OH OH H2N H2N H+ Acid chloro hydric có mặt trong phản ứng được xem như là nhân tố hoạt hóa nhóm carboxyl [14], bằng cách bổ sung một proton vào oxygen của acetic acid để tạo thành ion carbonium - thiếu electron tại nguyên tử carbon. 3.1.2. Phân tích phổ hồng ngoại IR Hình 3.1. Phổ IR của hợp chất (1) Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 28 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Phổ hồng ngoại của hợp chất (1) xuất hiện những tín hiệu đặc trưng sau:   = 3063cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H thơm.   = 2995-2916cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H no.   = 1622, 1556 cm-1 đặc trưng cho các dao động hóa trị của liên kết C=C, C=N. Từ kết quả phổ IR của (1), chúng tôi nhận thấy trên phổ không có sự xuất hiện các vân phổ hấp thụ của nhóm –NH2 trong hợp chất ban đầu mà đồng thời thấy xuất hiện peak hấp thụ đặc trưng của liên kết Csp3–H ở 2995 cm-1 và vân hấp thụ ở 1386 cm-1 cho thấy có sự hiện diện của nhóm CH3 trong hợp chất. Ngoài ra, các dữ liệu về phổ thu được trùng khớp với các giá trị vân phổ trong tài liệu tham khảo [11]. Điều đó cho phép chúng tôi có thể kết luận phản ứng đã xảy ra và chất (1) đã được tổng hợp thành công. 3.2. Tổng hợp ethyl 2-(2-methylbenzimidazol-1-yl)acetate (2) 3.2.1. Cơ chế phản ứng N H N CH3 N N CH3 CH2COOC2H5 K2CO3+ N N CH3 K N N CH3 NN CH3 C C H H Cl O OC2H5 -Cl C C OC2H5 Cl H H O Phản ứng trên xảy ra theo cơ chế thế lưỡng phân tử (SN2) thông qua trạng thái chuyển tiếp. Để hoạt hóa tác nhân nucleophile, chúng tôi tiến hành phản ứng trong môi trường kiềm. K2CO3 được chọn thay cho hóa chất thông dụng là Na2CO3 vì dù cation Na+ và K+ có cùng điện tích nhưng bán kính ion của cation K+ lớn hơn cation Na+ nên Chậm Nhanh Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 29 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công mật độ điện tích trên cation K+ nhỏ hơn. Do đó liên kết giữa K+ và anion kém bền hơn so với liên kết giữa Na+ và anion. Nhờ vậy, sự phân ly sẽ diễn ra dễ dàng hơn làm tăng nồng độ của tác nhân nucleophile. Chúng tôi chọn dung môi acetone cho phản ứng trên vì đây là một dung môi aprotic thuận lợi cho phản ứng thế lưỡng phân tử (SN2). Ngoài ra, cần tiến hành phản ứng trong điều kiện khan nước vì khi có nước, K2CO3 bị thủy phân, cho môi trường kiềm khá mạnh, sẽ dẫn tới sự thủy phân ester tạo thành cũng như ester tham gia phản ứng. 3.2.2. Phân tích phổ hồng ngoại IR Hình 3.2. Phổ IR của hợp chất (2) Hợp chất (2) được tổng hợp từ hợp chất (1) và ethyl chloroacetate. Trên phổ IR của chất (2) chúng tôi thấy xuất hiện những vân hấp thụ tiêu biểu sau:   = 3063 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H thơm.   = 2980-2931 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H no.   = 1614, 1529 cm-1 đặc trưng cho các dao động hóa trị của liên kết C=C, C=N.   = 1734 cm-1 đặc trưng cho các dao động hóa trị của liên kết C=O. So sánh với phổ IR của hợp chất (1), phổ IR của hợp chất (2) phổ xuất hiện thêm vân phổ 1734 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C=O trong nhóm Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 30 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công ester. Các dữ liệu về phổ thu được trùng khớp với các giá trị vân phổ trong tài liệu tham khảo [6]. Điều đó cho phép chúng tôi kết luận về sự chuyển hóa và cô lập thành công hợp chất ester như mong muốn. 3.3. Tổng hợp 2-(2-methylbenzimidazol-1-yl)acetohydrazide (3) 3.3.1. Cơ chế phản ứng Phản ứng trên trước tiên xảy ra theo cơ chế cộng nucleophile (AN). Trong đó phân tử hydrazine với cặp electron chưa tham gia liên kết trên nguyên tử nitrogen sẽ đóng vai trò là tác nhân nucleophile, tấn công vào nguyên tử carbon của nhóm carbonyl mang một phần điện tích dương. Giai đoạn tiếp sau là sự tách loại C2H5O- để tạo thành hydrazide. Chất tham gia phản ứng là một ester vì vậy lượng hydrazine cần cho vào từng lượng nhỏ bởi hydrazine dư sẽ tạo ra môi trường base làm thủy phân ester. Mặc khác lượng hydrazine cho vào dung dịch phản ứng cần gấp 2-3 lần lượng ester để làm cân bằng dịch chuyển sang phải, làm tăng hiệu suất của phản ứng [3]. 3.3.2. Phân tích phổ 3.3.2.1. Phổ hồng ngoại IR Trên phổ IR của chất (3) (xem hình 3.3) xuất hiện những vân hấp thụ tiêu biểu sau:   = 3306 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết N-H .   = 3049 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H thơm.   = 2924 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H no.   = 1658cm-1 đặc trưng cho các dao động hóa trị của liên kết C=O. So sánh với phổ IR của hợp chất (2), phổ IR của hợp chất (3) có sự chuyển dịch tín hiệu hấp thụ của liên kết C=O về tần số thấp (1658 cm-1 thay vì 1734 cm-1); ngoài Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 31 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công ra trên phổ còn xuất hiện vân phổ đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết –NH ở tần số 3306 cm-1. Các giá trị về tần số hấp thụ trên phổ thu được trùng khớp với các giá trị được công bố trong tài liệu [6]. Điều đó cho thấy hợp chất (3) có cấu tạo phù hợp với công thức dự kiến. Hình 3.3. Phổ IR của hợp chất (3) 3.3.2.2. Phổ cộng hưởng từ proton 1H-NMR Phổ 1H-NMR của hợp chất (3) (xem hình 3.4) cho thấy có tổng cộng 12 proton được tách thành các tín hiệu có cường độ tương đối 2 : 2 : 2 : 1 : 1 : 1 : 3. Dựa vào độ chuyển dịch hoá học, sự tách spin-spin giữa các tín hiệu và cường độ các peak hấp thụ chúng tôi quy kết các tín hiệu trong phổ cộng hưởng từ proton như sau: - Tín hiệu singlet nằm δ = 2,50 ppm là của nhóm CH3 (đã không được lấy cường độ tín hiệu trên phổ đồ - điều này được xác nhận qua việc peak CH3 có mặt trên phổ đồ của sản phẩm chuyển hóa ở sau). - Tín hiệu singlet trong vùng trường mạnh với δ = 4,33 ppm, cường độ tương đối bằng 2 được qui kết cho proton H8 của nhóm -NH2. Tiếp theo, là tín hiệu singlet với cường độ tương đối bằng 2 ở độ chuyển dịch δ = 4,79 ppm được quy kết cho các proton H6 của nhóm metylen -CH2-. Do không có tương tác spin-spin với các proton khác nên hai tín hiệu này đều có dạng singlet. Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 32 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Hình 3.4. Phổ 1H-NMR của hợp chất (3) - Trong vùng trường trung bình có sự xuất hiện của các tín hiệu proton của vòng benzen. - Tín hiệu dạng doublet δ = 7,38 ppm, cường độ tương đối bằng 1 được qui kết cho H1. Do H1 có tương tác spin-spin với proton H2 nên tín hiệu xuất hiện dưới dạng doublet với hằng số tách 3J = 7,5 Hz. Tín hiệu hiệu doublet còn lại có độ dịch chuyển hóa học là δ = 7,51 ppm, cường độ tương đối bằng 1 được qui kết cho H4. Proton H4 tương tác spin-spin với các proton của vòng thơm với hằng số tách 3J = 7,5 Hz nên tạo nên tín hiệu doublet. Do nguyên tử nitrogen (Nb) của vòng benzimidazole đã dùng một cặp electron tham gia lai hóa sp2 với carbon trong vòng thơm nên cặp electron còn lại trên nguyên tử nitrogen này sẽ nằm trên orbital vuông góc với mặt phẳng của vòng, tức là không tham gia vào hệ liên hợp với các electron trong vòng. Trong khi nitrogen (Na) của vòng benzimidazole có cặp electron tự do gây hiệu ứng +C chuyển electron lên vòng, sẽ làm cho H1 giàu mật độ electron hơn H4. Vì thế, H1 sẽ cho tín hiệu ở trường mạnh hơn H4. Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 33 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công - Tín hiệu multiplet với cường độ tương đối bằng 2 ở độ chuyển dịch δ = 7,14 ppm được quy kết cho các proton H2, H3. - Trên phổ đồ còn xuất hiên một tín hiệu singlet với δ = 9,51 ppm được qui kết cho proton H7 của nhóm –NH-. - Các tín hiệu trên phổ đồ của hợp chất (3) rất phù hợp với các tín hiệu trên phổ 1H-NMR của hợp chất 2-(2-methylbenzimidazol-1-yl)acetohydrazide được mô tả trong tài liệu [6]. 3.4. Tổng hợp 5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazole-2- thiol (4) 3.4.1. Cơ chế phản ứng Khi cho hydrazide tác dụng với carbon disulfide trong môi trường kiềm sẽ thu được dị vòng 1,3,4-oxadiazole –điều này được mô tả trong các tài liệu [3]. Trong điều kiện phản ứng như trên, phản ứng xảy ra như sau: Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 34 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công 3.4.2. Phân tích phổ 3.4.2.1. Phổ hồng ngoại IR Hình 3.5. Phổ IR của hợp chất (4) Hợp chất (4) được tổng hợp từ hydrazide (3) với carbon disulfide trong môi trường kiềm. So sánh với phổ IR của hợp chất (3), phổ IR của hợp chất (4) không còn có sự xuất hiện vân phổ dao động hóa trị của các liên kết N–H trong nhóm hydrazino ở tần số 3306 cm-1. Đồng thời trên phổ cũng không xuất hiện vân hấp thụ đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm C=O ở 1658 cm-1. Bên cạnh đó, trên phổ IR của chất (4) cũng thấy xuất hiện những vân hấp thụ tiêu biểu:   = 2989-2922 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-H no.   = 1608, 1554 cm-1 đặc trưng cho các dao động hóa trị của liên kết C=C, C=N. Các giá trị về tần số hấp thụ trên phổ thu được trùng khớp với các giá trị về phổ IR của hợp chất 5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4-oxadiazole-2-thiol được công bố trong tài liệu [6]. Điều đó cho thấy hợp chất phản ứng khép vòng đã xảy ra và hợp chất (4) có cấu tạo phù hợp với công thức dự kiến. 3.4.2.2. Phổ cộng hưởng từ proton 1H-NMR Về cường độ tín hiệu, phổ 1H-NMR của hợp chất (4) (xem hình 3.6) cho thấy có tổng cộng 9 proton được tách thành các tín hiệu có cường độ tương đối 3 : 1 : 2 : 2 : 2, các tín hiệu này phù hợp với công thức dự kiến của hợp chất (4) Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 35 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công Hình 3.6. Phổ 1H-NMR của hợp chất (4) Dựa vào độ chuyển dịch hoá học, sự tách spin-spin giữa các tín hiệu và cường độ các tín hiệu, chúng tôi quy kết các tín hiệu trong phổ cộng hưởng từ proton như sau: - Tín hiệu singlet với cường độ tương đối bằng 3 và độ dịch chuyển δ = 2,57 ppm. Được quy kết cho proton H5 của nhóm methyl –CH3 gắn vào vòng benzimidazole. - Tín hiệu tù rộng ở vùng trường mạnh 3,44 ppm không có hiện tượng tách spin – spin ứng với proton H7 của nhóm –SH. - Tín hiệu singlet với cường độ tương đối bằng 2 ở độ chuyển dịch δ = 5,68 ppm được quy kết cho các proton H6 của nhóm metylen -CH2-. - Trong vùng trường trung bình có sự xuất hiện của các tín hiệu proton của vòng benzene. - Tín hiệu doublet-doublet ở δ = 7,57 ppm, cường độ tương đối bằng 2 được qui kết cho H1, H4 (như phân tích phổ của hợp chất (3) nhưng vì 2 tín hiệu doublet bị chập lại với nhau tạo ra tín hiệu triplet như trên phổ đồ) với hằng số tách 3J = 7,0 Hz. N N CH3 O N N SH 1 2 3 4 5 6 7 Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 36 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công - Tín hiệu multiplet với cường độ tương đối bằng 2 ở độ chuyển dịch δ =7,22 ppm được quy kết cho các proton H2, H3. - So với tài liệu [6] thì các tín hiệu trên phổ đồ của hợp chất (4) rất phù hợp với các tín hiệu trên phổ 1H-NMR của hợp chất 5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1- yl)methyl]-1,3,4-oxadiazole-2-thiol. 3.5. Tổng hợp N-aryl 2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4- oxadiazol-2-ylthio}acetamide (5a-b) 3.5.1. Cơ chế phản ứng Phản ứng tạo hợp chất (5a-b) cũng theo cơ chế thế lưỡng phân tử (SN2) thông qua trạng thái chuyển tiếp. Chúng tôi thực hiện phản ứng trên trong dung môi acetone với sự có mặt của K2CO3. Phản ứng trên diễn ra thuận lợi và nhanh chóng tạo kết tủa trong bình phản ứng. Chậm Nhanh Trạng thái chuyển tiếp Trần Thị Cẩm Đức – K37.106.017 37 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tiến Công 3.5.2. Phân tích phổ 3.5.2.1. Phổ hồng ngoại IR Hình 3.7. Phổ IR của hợp chất (5b) Các dẫn xuất N-aryl 2-{5-[(2-methyl-1H-benzimidazol-1-yl)methyl]-1,3,4- oxadiazol-2-ylthio}acetamide (5a-b) được tổng hợp qua phản ứng thế nucleophile của (4) với các chloroacetamide khác nhau. So với phổ IR của hợp chất (4), phổ IR của các hợp chất (5a-b) xuất hiện thêm vân phổ ở vùng 1674 cm-1 – 1676 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm C=O trong nhóm amide. Ngoài ra, các tần số hấp thụ của các liên kết C-H thơm, C-H no cũng được t