Đánh giá hoạt tính sinh học của một số dẫn xuất 2.3-dihydro-1,3-thiazole và 4,5-dihydro-1,3,4-thiadiazole được tổng hợp từ N-(tetra-O-acetyl-β-Dglycopyranosyl)-thiosemicarbazone

Hóa học và Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT 2,3-<br /> DIHYDRO-1,3-THIAZOLE VÀ 4,5-DIHYDRO-1,3,4-THIADIAZOLE<br /> ĐƯỢC TỔNG HỢP TỪ N-(TETRA-O-ACETYL-β-D-<br /> GLYCOPYRANOSYL)-THIOSEMICARBAZONE<br /> <br /> Vũ Ngọc Toán1*, Nguyễn Đình Thành2, Nguyễn Minh Trí1<br /> <br /> Tóm tắt: Hoạt tính sinh học của 12 hợp chất 4,5-dihydro-1,3,4-thiadiazole và<br /> 2,3-dihydro-1,3-thiazole mới đã được khảo sát đối với vi khuẩn Gr(+), Gr(-), nấm<br /> mốc và nấm men. Có bốn hợp chất thể hiện hoạt tính sinh học tốt.<br /> Từ khóa: Thiosemicarbazone, Thiazole, Thiadiazole, Coumarin, MIC.<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Thiosemicarbazone là lớp hợp chất thể hiện hoạt tính sinh học phong phú, được<br /> sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu chống bệnh lao [6, 12], bệnh đậu mùa [13],<br /> virus và quan trọng nhất là chống lại các tế bào ung thư khác nhau [6]. Ngoài ra,<br /> dẫn xuất của thiosemicarbazone còn có khả năng tạo phức với kim loại. Những<br /> hợp chất này cũng thể hiện hoạt tính sinh học như: kháng khuẩn, kháng nấm,<br /> kháng virus [12,14], chống ung thư [4, 5].<br /> Coumarin và các dẫn xuất của chúng được nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi. Sự<br /> kết hợp của coumarin với đường glucose tạo thành coumarin glucoside có tác dụng<br /> chống nấm, chống khối u, chống đông máu, chống virus HIV, chống giãn động<br /> mạch vành, chống co thắt (umbelliferon) [9, 10],... Việc nghiên cứu gắn kết hợp<br /> phần thiosemicarbazide chứa gốc đường với hợp phần coumarin thế nhằm tạo ra<br /> các dẫn xuất thiosemicarbazone tương ứng với nhiều hoạt tính sinh học quý báu [3,<br /> 6]. Chính vì vậy, ngày càng nhiều các hợp chất thiosemicarbazone chứa hợp phần<br /> coumarin được nghiên cứu về tính chất hóa học, hoạt tính sinh học.<br /> Các hợp chất mà trong phân tử có chứa vòng 1,3,4-thiadiazole thể hiện hoạt tính<br /> kháng viêm, giảm đau, kháng khuẩn, kháng u, kháng nấm, chống co giật, đái tháo<br /> đường [7, 8]. Nhóm hợp chất chứa dị vòng 1,3-thiazole hiện nay cũng được nghiên<br /> cứu rộng rãi, nó thể hiện nhiều hoạt tính đáng quý, đặc biệt là khả năng chống oxy<br /> hóa rất tốt [11].<br /> Bài báo này giới thiệu kết quả đánh giá hoạt tính sinh học của lớp hợp chất chứa<br /> dị vòng 1,3,4-thiadiazole và 1,3-thiazole được điều chế từ các dẫn xuất<br /> thiosemicarbazone đối với vi khuẩn Gram (+), Gram (-), nấm mốc và nấm men.<br /> <br /> 2. THỰC NGHIỆM<br /> 2.1. Hóa chất<br /> Mẫu chất sử dụng để đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật bao gồm 08 hợp chất<br /> 4,5-dihydro-1,3,4-thiadiazole và 04 hợp chất 2,3-dihydro-1,3-thiazole. Các mẫu<br /> <br /> <br /> 172 V.N.Toán, N.Đ.Thành, N.M.Trí, “Đánh giá hoạt tính sinh học … thiosemicarbazone.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> chất này đã được tác giả nghiên cứu tổng hợp, xác định một số thông số hóa lý<br /> trong công trình trước đó [3] và được nêu cụ thể trong hai bảng dưới đây.<br /> Bảng 1. Các mẫu chất 4,5-dihydro-1,3,4-thiadiazole và 2,3-dihydro-1,3-thiazole<br /> dùng để thử nghiệm đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật.<br /> Tên và vị trí nhóm thế<br /> TT trên vòng 3-acetyl- và 4- Viết tắt của tên chất thử nghiệm và Ký hiệu<br /> formylcoumarin<br /> 1 3-acetyl- 3-acetylcou-glu+anhydride (M1)<br /> 2 4-formyl-6-ethoxy- 4-for-6-OEt-gal+anhydride (M2)<br /> 3 4-formyl-6-butoxy- 4-for-6-OBu-glu+anhydride (M3)<br /> 4 4-formyl-6-pentoxy- 4-for-6-OPen-glu+anhydride (M4)<br /> 5 4-formyl-6-isopentoxy- 4-for-6-OiPen-glu+anhyride (M5)<br /> 6 4-formyl-7-ethoxy- 4-for-7-OEt-gal+anhydride (M6)<br /> 7 4-formyl-7-isobutoxy- 4-for-7-OiBu-glu+anhydride (M7)<br /> 8 4-formyl-7-isopentoxy- 4-for-7-OiPen-glu+anhydride (M8)<br /> 9 6-clo-3-acetyl- 6-Cl-3-acetyl-gal+ω-bromoacetophenone (N1)<br /> 10 6-brom-3-acetyl- 6-Br-3-acetyl gal+ω-bromoacetophenone (N2)<br /> 11 3-acetyl- 3-acetyl glu+ω-bromoacetophenone (N3)<br /> 12 4-formyl-7-isopentoxy- 4-for-7-OiPen-glu+ ω-bromoacetophenone (N4)<br /> <br /> Bảng 2. Tính chất lý hóa của các mẫu chất nghiên cứu [3].<br /> TT Ký hiệu Hiệu suất (%) Nhiệt độ nóng chảy (oC) Độ tinh khiết<br /> mẫu chất (%)<br /> 1 M1 89 117-118 99,5<br /> 2 M2 82 112-114 99,4<br /> 3 M3 80 84-85 99,7<br /> 4 M4 83 94-96 99,5<br /> 5 M5 85 100-102 99,7<br /> 6 M6 84 120-121 99,9<br /> 7 M7 90 110-111 99,8<br /> 8 M8 88 90-92 99,8<br /> 9 N1 37 120-121 99,1<br /> 10 N2 31 98-100 99,0<br /> 11 N3 38 110-111 99,3<br /> 12 N4 30 123-125 99,1<br /> <br /> 2.2. Phương pháp phân tích<br /> Hoạt tính kháng vi sinh vật được tiến hành để đánh giá hoạt tính kháng sinh<br /> của các mẫu chiết được thực hiện trên phiến vi lượng 96 giếng (96-well microtiter<br /> plate) theo phương pháp hiện đại của Vander Bergher và Vlietlinck (1991), và<br /> McKane, L., & Kandel (1996).<br /> 2.2.1. Các chủng vi sinh vật kiểm định<br /> - Vi khuẩn Gr (-): E. coli (ATCC 25922), P. aeruginosa (ATCC 25923).<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 173<br />  Hóa học và Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> - Vi khuẩn Gram (+): B. subtilis (ATCC 11774), S. aureus (ATCC 11632).<br /> - Nấm sợi: A. niger (439), F. oxysporum (M42).<br /> - Nấm men: C. albicans (ATCC 7754), S. cerevisiae (SH 20).<br /> Các chủng vi sinh vật phải được hoạt hóa trước khi thử nghiệm.<br /> 2.2.2. Mẫu đối chứng<br /> - Chứng dương tính:<br /> + Streptomysin cho vi khuẩn Gr (+)<br /> + Tetracyclin cho vi khuẩn Gr (-)<br /> + Nystatin hoặc Amphotericin B cho nấm sợi và nấm men.<br /> Kháng sinh pha trong DMSO 100% với nồng độ thích hợp: Streptomycin 4<br /> mM; Nystatin 4 mM.<br /> - Chứng âm tính: Vi sinh vật kiểm định không trộn kháng sinh và chất thử.<br /> 2.2.3. Môi trường nuôi cấy vi sinh vật<br /> - Môi trường duy trì và bảo tồn giống: Saboraud dextrose broth (SDB-Sigma)<br /> cho nấm men và nấm mốc. Trypcase soya broth (TSB-Sigma) cho vi khuẩn.<br /> - Môi trường thí nghiệm: Eugon broth (Difco, Mỹ) cho vi khuẩn, Mycophil<br /> (Difco, Mỹ) cho nấm.<br /> 2.2.4. Tiến hành thí nghiệm<br /> - Các chủng kiểm định được hoạt hóa và pha loãng tới nồng độ 0,5 đơn vị Mc<br /> Fland rồi tiến hành thí nghiệm.<br /> - Các phiến thí nghiệm trong tủ ấm 37oC trong 24 giờ cho vi khuẩn và 30oC<br /> trong 48 giờ đối với nấm sợi và nấm men.<br /> 2.2.5. Tính kết quả<br /> Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC-Minimum inhibitory concentration) của mẫu:<br /> Các mẫu được pha loãng theo các thang nồng độ thấp dần, từ 5-10 thang nồng<br /> độ để tính giá trị nồng độ tối thiểu mà ở đó vi sinh vật bị ức chế phát triển gần như<br /> hoàn toàn.<br /> Mẫu thô có MIC ≤ 200 µg/ml; mẫu tinh có MIC ≤ 50 µg/ml là có hoạt tính.<br /> Toàn bộ môi trường thử, vi khuẩn, thao tác thử nghiệm được lấy và tiến hành tại<br /> Phòng Sinh học thực nghiệm/Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên/Viện Hàn lâm<br /> KH-CN Việt Nam.<br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> Tiến hành đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của 12 mẫu chất nêu trên<br /> theo quy trình của Phòng Sinh học thực nghiệm/Viện Hóa học các hợp chất thiên<br /> nhiên/Viện Hàn lâm KH-CN Việt Nam, chúng tôi thu được kết quả như bảng 2.<br /> Từ kết quả trên cho thấy, trong 08 hợp chất 4,5-dihyro-1,3,4-thiadiazole được<br /> thử nghiệm có 04 hợp chất thể hiện hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định. Mẫu M1<br /> thể hiện hoạt tính kháng nấm mốc A. niger với giá trị MIC = 50 µg/ml. Ba hợp<br /> <br /> <br /> <br /> 174 V.N.Toán, N.Đ.Thành, N.M.Trí, “Đánh giá hoạt tính sinh học … thiosemicarbazone.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> chất M3, M4, M6 thể hiện hoạt tính kháng vi khuẩn Gr (+) S. aureus với giá trị<br /> MIC lần lượt là 50; 25; 25 µg/ml. Các mẫu đều không thể hiện hoạt tính trên dòng<br /> vi khuẩn Gr (-) và nấm men.<br /> Bảng 2. Hoạt tính kháng vi sinh vật của một số hợp chất 4,5-dihyro-1,3,4-<br /> thiadiazole và 2,3-dihydro-1,3-thiazole.<br /> Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC: µg/ml)<br /> <br /> Ký Vi khuẩn<br /> TT Vi khuẩn Gr(+) Nấm mốc Nấm men<br /> hiệu Gr(-)<br /> mẫu P. B. F. S.<br /> E. S. A. C.<br /> aerugi subtilli oxysp cerevis<br /> coli aureus niger albicans<br /> nosa s orum iae<br /> 1 M1 (-) (-) (-) (-) 50 (-) (-) (-)<br /> 2 M2 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-)<br /> 3 M3 (-) (-) (-) 50 (-) (-) (-) (-)<br /> 4 M4 (-) (-) (-) 25 (-) (-) (-) (-)<br /> 5 M5 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-)<br /> 6 M6 (-) (-) (-) 25 (-) (-) (-) (-)<br /> 7 M7 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-)<br /> 8 M8 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-)<br /> 9 N1 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-)<br /> 10 N2 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-)<br /> 11 N3 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-)<br /> 12 N4 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-)<br /> Chú thích: Nồng độ mẫu: 50 µg/ml.<br /> 04 hợp chất 2,3-dihydro-1,3-thiazol được thử nghiệm không có hợp chất nào thể<br /> hiện hoạt tính trên các dòng vi sinh vật, do vậy không thể chuyển qua sàng lọc<br /> bước 2.<br /> Từ dữ liệu hoạt tính thu được đối với 2 dãy chất khác nhau ta có thể rút ra kết<br /> luận: Sự gắn kết giữa các hợp phần có hoạt tính (hợp phần thiosemicarbazide, hợp<br /> phần coumarin và dị vòng 1,3,4-thiadiazole hoặc 1,3-thiazole) có thể cho sản phẩm<br /> có hoạt tính đồng thời cũng có thể làm mất đi hoạt tính vốn có của các hợp phần<br /> riêng rẽ. Đây là bước thăm dò quan trọng nhằm xác định cụ thể lớp hợp chất nào<br /> khi gắn kết sẽ cho hoạt tính tốt hơn hoặc sẽ làm mất đi hoạt tính. Kết quả này một<br /> lần nữa khẳng định thêm về hoạt tính của họ hợp chất 4,5-dihydro-1,3,4-<br /> thiadiazole. Nó cũng mở ra hướng tích cực trong việc nghiên cứu chế tạo các hợp<br /> chất với các nhóm chức hoặc các hợp phần có hoạt tính sinh học ứng dụng cho y<br /> dược, nông nghiệp và công nghiệp.<br /> So sánh cặp chất tạo thành từ 2 hợp phần đường và vòng coumarin giống nhau<br /> (M1 với N3), chỉ khác nhau về dị vòng trong phân tử, kết quả cho thấy hợp chất<br /> chứa dị vòng 1,3,4-thiadiazole có hoạt tính khá tốt, trong khi đó hợp chất chứa hợp<br /> phần 1,3-thiazole làm mất đi hoạt tính của phân tử.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 175<br />  Hóa học và Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> Ac H 3C<br /> OAc N N CH<br /> 3 OAc N N<br /> AcO O N O O<br /> AcO O<br /> S AcO N<br /> OAc H AcO S<br /> OAc<br /> O O C 6H 5<br /> M1 N3<br /> Dưới đây là công thức cấu tạo của 02 hợp chất (M4, M6) có MIC khá nhỏ (25 µg/ml):<br /> Ac OC 4H9 Ac<br /> OAc<br /> OAc N N OAc N N<br /> OC2H5<br /> O N O N<br /> AcO<br /> S AcO S<br /> AcO H OAc H<br /> OAc<br /> O O<br /> <br /> O O<br /> M4 M6<br /> Hình ảnh một số vi khuẩn dùng trong thử nghiệm:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> A B<br /> A: vi khuẩn Gr (-): E. coli. B: Nấm men: C. albicans<br /> <br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Đã đánh giá được hoạt tính kháng vi sinh vật của 12 hợp chất 4,5-dihydro-1,3,4-<br /> thiadiazole và 2,3-dihydro-1,3-thiazole được tổng hợp từ các N-(tetra-O-acetyl-β-<br /> D-glycopyranosyl)thiosemicarbazone, trong đó có 01 hợp chất (M1) thể hiện hoạt<br /> tính kháng nấm mốc A. niger và 03 hợp chất (M3, M4, M6) thể hiện hoạt tính<br /> kháng vi khuẩn Gram (-) S. aureus với giá trị MIC tương ứng là 50; 25 và 25<br /> µg/ml.<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> Tiếng Việt<br /> [1]. L. H. Chính, “Cẩm nang vi sinh vật y học”, NXB Y học, Hà Nội, 2005.<br /> [2]. N. L. Dũng, N. Đ. Quyến, N. V. Ty, “Vi sinh vật học”, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2003.<br /> [3]. V. N. Toán, Luận án tiến sĩ Hóa học, “Nghiên cứu tổng hợp và tính chất của các 3-<br /> acetyl- và 4-formylcoumarin glycopyranosyl thiosemicarbazon”, Đại học Khoa học<br /> Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2014.<br /> Tiếng Anh<br /> [4]. Alomar K., Khan M.A., Allain M., Bouet G., “Synthesis, crystal structure and<br /> characterization of 3-thiophene aldehyd thiosemicarbazon and its complexes with<br /> cobalt(II), nickel(II) and copper(II)”, Polyhedron Vol. 28, No. 7 (2009), pp. 1273-1280.<br /> <br /> <br /> <br /> 176 V.N.Toán, N.Đ.Thành, N.M.Trí, “Đánh giá hoạt tính sinh học … thiosemicarbazone.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> [5]. Andrew R. C., Jonathan R. D., Paul S. D., Elena L., and Antonio S., “An unusual<br /> dimeric structure of a Cu(I) bis(thiosemicarbazon) complex: Implications for the<br /> mechanism of hypoxic selectivity of the Cu(II) derivatives”, Journal of the<br /> American Chemical Society, Vol. 124, No. 19 (2002), pp. 5270-5271.<br /> [6]. Ingale A.P., “Synthesis and characterization of some novel thiosemicarbazone<br /> derivatives containing the tetrazole moiety”, J.Chem.Pharm.Res., Vol. 6, No. 11<br /> (2014), pp. 460-464.<br /> [7]. Liesen A.P., Aquino T.M., Carvalho C.S., Lima V.T., Araújo J.M., Lima J.G., Faria<br /> A.R., Melo E.J.T., Alves A.J., Alves E.W., Alves A.Q., Góes A.J.S., “Synthesis and<br /> evaluation of anti-Toxoplasma gondii and antimicrobial activities of<br /> thiosemicarbazides, 4-thiazolidinons and 1,3,4-thiadiazols”, European Journal of<br /> Medicinal Chemistry, Vol. 45, No. 9 (2010), pp. 3685-3691.<br /> [8]. Mahmuod. M. A., “Synthesis of 1,3,4-thiadiazol, α-Pyranone, Pyridine,<br /> Polysubstituted Benzene from 1,3,4-Thiadiazolyl Ethanone and Testing Against<br /> Tuberculosis Based on Molecular Docking Studies”, Orient. J. Chem., Vol. 30, No.<br /> 3 (2014), pp. 1099-1109.<br /> [9]. Marco B. A., “Synthesis and characterization of glycosides”, Springer, New York<br /> (2007), 351 pages.<br /> [10]. Milan M., Nenad V., Neda ., Slobodan S. and Slavica S., “Synthesis and molecular<br /> descriptor characterization of novel 4-hydroxy-chromene-2-on derivatives as<br /> antimicrobial agents”, Molecules, Vol. 14 (2009), pp. 1495-1512.<br /> [11]. Sadek B., Al-Tabakha M.M., Fahelelbom K.M.S., “Antimicrobial Prospect of Newly<br /> Synthesized 1,3-Thiazole Derivatives”, Molecules, Vol. 16 (2011), pp. 9386-9396.<br /> [12]. Sharma S., Athar F., Maurya M.R., Azam A., “Copper (II) complexes with<br /> substituted thiosemicarbazons of thiophene-2-carboxaldehyds: synthesis,<br /> characterization and antiamoebic activity against E. histolytica”, European Journal<br /> of Medicinal Chemistry, Vol. 40, No. 12 (2005), pp. 1414-1419.<br /> [13]. Shipman C. JR., Smith S.H., Drach J.C., Klayman D. L., “Antiviral activity of 2-<br /> acetylpyridine thiosemicarbazones against herpes simplex virus”, Antimicrobial<br /> agents and chemotherapy, Vol. 4, No. 19 (1981), pp. 682-685.<br /> [14]. Subhash P., Zahra A., Ekk S., Jansina F., Kapil M., Nigam R., “Antitumor<br /> metallothiosemicarbazonates: Structure and antitumor activity of palladium<br /> complex of phenanthrenequinon thiosemicarbazon”, Inorganic Chemistry, Vol. 44,<br /> No. 5 (2005), pp. 1154-1156.<br /> ABSTRACT<br /> The activity of twelve new 4,5-dihydro-1,3,4-thiadiazole and 2,3-dihydro-1,3-<br /> thiazole derivatives have been tested with Gr (-), Gr (+), mildew and yeast. There<br /> are four derivatives showed good biology activities.<br /> Keywords: Thiosemicarbazone, Thiazole, Thiadiazole, Coumarin, MIC.<br /> <br /> Nhận bài ngày 09 tháng 07 năm 2015<br /> Hoàn thiện ngày 06 tháng 08 năm 2015<br /> Chấp nhận đăng ngày 07 tháng 09 năm 2015<br /> 1<br /> Địa chỉ: Viện Hóa học - Vật liệu, Viện KH-CN quân sự;<br /> 2<br /> Khoa Hóa học, Trường Đại học KHTN, ĐHQG Hà Nội.<br /> * Email: vntoanchem@gmail.com<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 177<br />