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 - Vũ Ngọc Toán

Hóa học và Kỹ thuật môi trường V.N.Toán, N.Đ.Thành, N.M.Trí, “Đánh giá hoạt tính sinh học thiosemicarbazone.” 172 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-D- GLYCOPYRANOSYL)-THIOSEMICARBAZONE Vũ Ngọc Toán1*, Nguyễn Đình Thành2, Nguyễn Minh Trí1 Tóm tắt: Hoạt tính sinh học của 12 hợp chất 4,5-dihydro-1,3,4-thiadiazole và 2,3-dihydro-1,3-thiazole mới đã được khảo sát đối với vi khuẩn Gr(+), Gr(-), nấm mốc và nấm men. Có bốn hợp chất thể hiện hoạt tính sinh học tốt. Từ khóa: Thiosemicarbazone, Thiazole, Thiadiazole, Coumarin, MIC. 1. MỞ ĐẦU Thiosemicarbazone là lớp hợp chất thể hiện hoạt tính sinh học phong phú, được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu chống bệnh lao [6, 12], bệnh đậu mùa [13], virus và quan trọng nhất là chống lại các tế bào ung thư khác nhau [6]. Ngoài ra, dẫn xuất của thiosemicarbazone còn có khả năng tạo phức với kim loại. Những hợp chất này cũng thể hiện hoạt tính sinh học như: kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virus [12,14], chống ung thư [4, 5]. Coumarin và các dẫn xuất của chúng được nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi. Sự kết hợp của coumarin với đường glucose tạo thành coumarin glucoside có tác dụng chống nấm, chống khối u, chống đông máu, chống virus HIV, chống giãn động mạch vành, chống co thắt (umbelliferon) [9, 10],... Việc nghiên cứu gắn kết hợp phần thiosemicarbazide chứa gốc đường với hợp phần coumarin thế nhằm tạo ra các dẫn xuất thiosemicarbazone tương ứng với nhiều hoạt tính sinh học quý báu [3, 6]. Chính vì vậy, ngày càng nhiều các hợp chất thiosemicarbazone chứa hợp phần coumarin được nghiên cứu về tính chất hóa học, hoạt tính sinh học. Các hợp chất mà trong phân tử có chứa vòng 1,3,4-thiadiazole thể hiện hoạt tính kháng viêm, giảm đau, kháng khuẩn, kháng u, kháng nấm, chống co giật, đái tháo đường [7, 8]. Nhóm hợp chất chứa dị vòng 1,3-thiazole hiện nay cũng được nghiên cứu rộng rãi, nó thể hiện nhiều hoạt tính đáng quý, đặc biệt là khả năng chống oxy hóa rất tốt [11]. Bài báo này giới thiệu kết quả đánh giá hoạt tính sinh học của lớp hợp chất chứa dị vòng 1,3,4-thiadiazole và 1,3-thiazole được điều chế từ các dẫn xuất thiosemicarbazone đối với vi khuẩn Gram (+), Gram (-), nấm mốc và nấm men. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất Mẫu chất sử dụng để đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật bao gồm 08 hợp chất 4,5-dihydro-1,3,4-thiadiazole và 04 hợp chất 2,3-dihydro-1,3-thiazole. Các mẫu Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 173 chất này đã được tác giả nghiên cứu tổng hợp, xác định một số thông số hóa lý trong công trình trước đó [3] và được nêu cụ thể trong hai bảng dưới đây. Bảng 1. Các mẫu chất 4,5-dihydro-1,3,4-thiadiazole và 2,3-dihydro-1,3-thiazole dùng để thử nghiệm đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật. TT Tên và vị trí nhóm thế trên vòng 3-acetyl- và 4- formylcoumarin Viết tắt của tên chất thử nghiệm và Ký hiệu 1 3-acetyl- 3-acetylcou-glu+anhydride (M1) 2 4-formyl-6-ethoxy- 4-for-6-OEt-gal+anhydride (M2) 3 4-formyl-6-butoxy- 4-for-6-OBu-glu+anhydride (M3) 4 4-formyl-6-pentoxy- 4-for-6-OPen-glu+anhydride (M4) 5 4-formyl-6-isopentoxy- 4-for-6-OiPen-glu+anhyride (M5) 6 4-formyl-7-ethoxy- 4-for-7-OEt-gal+anhydride (M6) 7 4-formyl-7-isobutoxy- 4-for-7-OiBu-glu+anhydride (M7) 8 4-formyl-7-isopentoxy- 4-for-7-OiPen-glu+anhydride (M8) 9 6-clo-3-acetyl- 6-Cl-3-acetyl-gal+ω-bromoacetophenone (N1) 10 6-brom-3-acetyl- 6-Br-3-acetyl gal+ω-bromoacetophenone (N2) 11 3-acetyl- 3-acetyl glu+ω-bromoacetophenone (N3) 12 4-formyl-7-isopentoxy- 4-for-7-OiPen-glu+ ω-bromoacetophenone (N4) Bảng 2. Tính chất lý hóa của các mẫu chất nghiên cứu [3]. TT Ký hiệu mẫu chất Hiệu suất (%) Nhiệt độ nóng chảy (oC) Độ tinh khiết (%) 1 M1 89 117-118 99,5 2 M2 82 112-114 99,4 3 M3 80 84-85 99,7 4 M4 83 94-96 99,5 5 M5 85 100-102 99,7 6 M6 84 120-121 99,9 7 M7 90 110-111 99,8 8 M8 88 90-92 99,8 9 N1 37 120-121 99,1 10 N2 31 98-100 99,0 11 N3 38 110-111 99,3 12 N4 30 123-125 99,1 2.2. Phương pháp phân tích Hoạt tính kháng vi sinh vật được tiến hành để đánh giá hoạt tính kháng sinh của các mẫu chiết được thực hiện trên phiến vi lượng 96 giếng (96-well microtiter plate) theo phương pháp hiện đại của Vander Bergher và Vlietlinck (1991), và McKane, L., & Kandel (1996). 2.2.1. Các chủng vi sinh vật kiểm định - Vi khuẩn Gr (-): E. coli (ATCC 25922), P. aeruginosa (ATCC 25923). Hóa học và Kỹ thuật môi trường V.N.Toán, N.Đ.Thành, N.M.Trí, “Đánh giá hoạt tính sinh học thiosemicarbazone.” 174 - Vi khuẩn Gram (+): B. subtilis (ATCC 11774), S. aureus (ATCC 11632). - Nấm sợi: A. niger (439), F. oxysporum (M42). - Nấm men: C. albicans (ATCC 7754), S. cerevisiae (SH 20). Các chủng vi sinh vật phải được hoạt hóa trước khi thử nghiệm. 2.2.2. Mẫu đối chứng - Chứng dương tính: + Streptomysin cho vi khuẩn Gr (+) + Tetracyclin cho vi khuẩn Gr (-) + Nystatin hoặc Amphotericin B cho nấm sợi và nấm men. Kháng sinh pha trong DMSO 100% với nồng độ thích hợp: Streptomycin 4 mM; Nystatin 4 mM. - Chứng âm tính: Vi sinh vật kiểm định không trộn kháng sinh và chất thử. 2.2.3. Môi trường nuôi cấy vi sinh vật - Môi trường duy trì và bảo tồn giống: Saboraud dextrose broth (SDB-Sigma) cho nấm men và nấm mốc. Trypcase soya broth (TSB-Sigma) cho vi khuẩn. - Môi trường thí nghiệm: Eugon broth (Difco, Mỹ) cho vi khuẩn, Mycophil (Difco, Mỹ) cho nấm. 2.2.4. Tiến hành thí nghiệm - Các chủng kiểm định được hoạt hóa và pha loãng tới nồng độ 0,5 đơn vị Mc Fland rồi tiến hành thí nghiệm. - Các phiến thí nghiệm trong tủ ấm 37oC trong 24 giờ cho vi khuẩn và 30oC trong 48 giờ đối với nấm sợi và nấm men. 2.2.5. 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, từ 5-10 thang nồng độ để tính giá trị nồng độ tối thiểu mà ở đó vi sinh vật bị ức chế phát triển gần như hoàn toàn. Mẫu thô có MIC ≤ 200 µg/ml; mẫu tinh có MIC ≤ 50 µg/ml là có hoạt tính. Toàn bộ môi trường thử, vi khuẩn, thao tác thử nghiệm được lấy và tiến hành tại Phòng Sinh học thực nghiệm/Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên/Viện Hàn lâm KH-CN Việt Nam. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Tiến hành đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của 12 mẫu chất nêu trên theo quy trình của Phòng Sinh học thực nghiệm/Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên/Viện Hàn lâm KH-CN Việt Nam, chúng tôi thu được kết quả như bảng 2. Từ kết quả trên cho thấy, trong 08 hợp chất 4,5-dihyro-1,3,4-thiadiazole được thử nghiệm có 04 hợp chất thể hiện hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định. Mẫu M1 thể hiện hoạt tính kháng nấm mốc A. niger với giá trị MIC = 50 µg/ml. Ba hợp Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 175 chất M3, M4, M6 thể hiện hoạt tính kháng vi khuẩn Gr (+) S. aureus với giá trị MIC lần lượt là 50; 25; 25 µg/ml. Các mẫu đều không thể hiện hoạt tính trên dòng vi khuẩn Gr (-) và nấm men. Bảng 2. Hoạt tính kháng vi sinh vật của một số hợp chất 4,5-dihyro-1,3,4- thiadiazole và 2,3-dihydro-1,3-thiazole. TT Ký hiệu mẫu Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC: µg/ml) Vi khuẩn Gr(-) Vi khuẩn Gr(+) Nấm mốc Nấm men E. coli P. aerugi nosa B. subtilli s S. aureus A. niger F. oxysp orum S. cerevis iae C. albicans 1 M1 (-) (-) (-) (-) 50 (-) (-) (-) 2 M2 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) 3 M3 (-) (-) (-) 50 (-) (-) (-) (-) 4 M4 (-) (-) (-) 25 (-) (-) (-) (-) 5 M5 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) 6 M6 (-) (-) (-) 25 (-) (-) (-) (-) 7 M7 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) 8 M8 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) 9 N1 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) 10 N2 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) 11 N3 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) 12 N4 (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) Chú thích: Nồng độ mẫu: 50 µg/ml. 04 hợp chất 2,3-dihydro-1,3-thiazol được thử nghiệm không có hợp chất nào thể hiện hoạt tính trên các dòng vi sinh vật, do vậy không thể chuyển qua sàng lọc bước 2. Từ dữ liệu hoạt tính thu được đối với 2 dãy chất khác nhau ta có thể rút ra kết luận: Sự gắn kết giữa các hợp phần có hoạt tính (hợp phần thiosemicarbazide, hợp phần coumarin và dị vòng 1,3,4-thiadiazole hoặc 1,3-thiazole) có thể cho sản phẩm có hoạt tính đồng thời cũng có thể làm mất đi hoạt tính vốn có của các hợp phần riêng rẽ. Đây là bước thăm dò quan trọng nhằm xác định cụ thể lớp hợp chất nào khi gắn kết sẽ cho hoạt tính tốt hơn hoặc sẽ làm mất đi hoạt tính. Kết quả này một lần nữa khẳng định thêm về hoạt tính của họ hợp chất 4,5-dihydro-1,3,4- thiadiazole. Nó cũng mở ra hướng tích cực trong việc nghiên cứu chế tạo các hợp chất với các nhóm chức hoặc các hợp phần có hoạt tính sinh học ứng dụng cho y dược, nông nghiệp và công nghiệp. So sánh cặp chất tạo thành từ 2 hợp phần đường và vòng coumarin giống nhau (M1 với N3), chỉ khác nhau về dị vòng trong phân tử, kết quả cho thấy hợp chất chứa dị vòng 1,3,4-thiadiazole có hoạt tính khá tốt, trong khi đó hợp chất chứa hợp phần 1,3-thiazole làm mất đi hoạt tính của phân tử. Hóa học và Kỹ thuật môi trường V.N.Toán, N.Đ.Thành, N.M.Trí, “Đánh giá hoạt tính sinh học thiosemicarbazone.” 176 N S N N OO H Ac CH3O OAc AcO AcO OAc M1 N S C 6H 5 N N OO CH3 O OAc AcO AcO OAc N3 Dưới đây là công thức cấu tạo của 02 hợp chất (M4, M6) có MIC khá nhỏ (25 µg/ml): N S N N H Ac O O O OAc AcO AcO OAc OC4H9 M4 N S N N H Ac O O O OAc OAc AcO OAc OC2H5 M6 Hình ảnh một số vi khuẩn dùng trong thử nghiệm: A B A: vi khuẩn Gr (-): E. coli. B: Nấm men: C. albicans 4. KẾT LUẬN Đã đánh giá được hoạt tính kháng vi sinh vật của 12 hợp chất 4,5-dihydro-1,3,4- thiadiazole và 2,3-dihydro-1,3-thiazole được tổng hợp từ các N-(tetra-O-acetyl-β- D-glycopyranosyl)thiosemicarbazone, trong đó có 01 hợp chất (M1) thể hiện hoạt tính kháng nấm mốc A. niger và 03 hợp chất (M3, M4, M6) thể hiện hoạt tính kháng vi khuẩn Gram (-) S. aureus với giá trị MIC tương ứng là 50; 25 và 25 µg/ml. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1]. L. H. Chính, “Cẩm nang vi sinh vật y học”, NXB Y học, Hà Nội, 2005. [2]. N. L. Dũng, N. Đ. Quyến, N. V. Ty, “Vi sinh vật học”, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2003. [3]. V. N. Toán, Luận án tiến sĩ Hóa học, “Nghiên cứu tổng hợp và tính chất của các 3- acetyl- và 4-formylcoumarin glycopyranosyl thiosemicarbazon”, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2014. Tiếng Anh [4]. Alomar K., Khan M.A., Allain M., Bouet G., “Synthesis, crystal structure and characterization of 3-thiophene aldehyd thiosemicarbazon and its complexes with cobalt(II), nickel(II) and copper(II)”, Polyhedron Vol. 28, No. 7 (2009), pp. 1273-1280. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 177 [5]. Andrew R. C., Jonathan R. D., Paul S. D., Elena L., and Antonio S., “An unusual dimeric structure of a Cu(I) bis(thiosemicarbazon) complex: Implications for the mechanism of hypoxic selectivity of the Cu(II) derivatives”, Journal of the American Chemical Society, Vol. 124, No. 19 (2002), pp. 5270-5271. [6]. Ingale A.P., “Synthesis and characterization of some novel thiosemicarbazone derivatives containing the tetrazole moiety”, J.Chem.Pharm.Res., Vol. 6, No. 11 (2014), pp. 460-464. [7]. Liesen A.P., Aquino T.M., Carvalho C.S., Lima V.T., Araújo J.M., Lima J.G., Faria A.R., Melo E.J.T., Alves A.J., Alves E.W., Alves A.Q., Góes A.J.S., “Synthesis and evaluation of anti-Toxoplasma gondii and antimicrobial activities of thiosemicarbazides, 4-thiazolidinons and 1,3,4-thiadiazols”, European Journal of Medicinal Chemistry, Vol. 45, No. 9 (2010), pp. 3685-3691. [8]. Mahmuod. M. A., “Synthesis of 1,3,4-thiadiazol, α-Pyranone, Pyridine, Polysubstituted Benzene from 1,3,4-Thiadiazolyl Ethanone and Testing Against Tuberculosis Based on Molecular Docking Studies”, Orient. J. Chem., Vol. 30, No. 3 (2014), pp. 1099-1109. [9]. Marco B. A., “Synthesis and characterization of glycosides”, Springer, New York (2007), 351 pages. [10]. Milan M., Nenad V., Neda ., Slobodan S. and Slavica S., “Synthesis and molecular descriptor characterization of novel 4-hydroxy-chromene-2-on derivatives as antimicrobial agents”, Molecules, Vol. 14 (2009), pp. 1495-1512. [11]. Sadek B., Al-Tabakha M.M., Fahelelbom K.M.S., “Antimicrobial Prospect of Newly Synthesized 1,3-Thiazole Derivatives”, Molecules, Vol. 16 (2011), pp. 9386-9396. [12]. Sharma S., Athar F., Maurya M.R., Azam A., “Copper (II) complexes with substituted thiosemicarbazons of thiophene-2-carboxaldehyds: synthesis, characterization and antiamoebic activity against E. histolytica”, European Journal of Medicinal Chemistry, Vol. 40, No. 12 (2005), pp. 1414-1419. [13]. Shipman C. JR., Smith S.H., Drach J.C., Klayman D. L., “Antiviral activity of 2- acetylpyridine thiosemicarbazones against herpes simplex virus”, Antimicrobial agents and chemotherapy, Vol. 4, No. 19 (1981), pp. 682-685. [14]. Subhash P., Zahra A., Ekk S., Jansina F., Kapil M., Nigam R., “Antitumor metallothiosemicarbazonates: Structure and antitumor activity of palladium complex of phenanthrenequinon thiosemicarbazon”, Inorganic Chemistry, Vol. 44, No. 5 (2005), pp. 1154-1156. ABSTRACT The activity of twelve new 4,5-dihydro-1,3,4-thiadiazole and 2,3-dihydro-1,3- thiazole derivatives have been tested with Gr (-), Gr (+), mildew and yeast. There are four derivatives showed good biology activities. Keywords: Thiosemicarbazone, Thiazole, Thiadiazole, Coumarin, MIC. Nhận bài ngày 09 tháng 07 năm 2015 Hoàn thiện ngày 06 tháng 08 năm 2015 Chấp nhận đăng ngày 07 tháng 09 năm 2015 Địa chỉ: 1 Viện Hóa học - Vật liệu, Viện KH-CN quân sự; 2 Khoa Hóa học, Trường Đại học KHTN, ĐHQG Hà Nội. * Email: vntoanchem@gmail.com