Tài liệu Nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính sinh học của 6 (2 hydroxy 3 (4 methylpiperidin 1 yl)propyl) 5h indeno[1,2 c]isoquinoline 5,11(6h) dione

72 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC VŨ THỊ VÂN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA 6-(2-HYDROXY-3(4-METHYLPIPERIDIN-1-YL)PROPYL)-5HINDENO [1,2-C]ISOQUINOLINE -5,11(6H)-DIONE KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa học hữu cơ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. LỤC QUANG TẤN HÀ NỘI – 2016 LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp này đƣợc hoàn thành tại phòng Hóa dƣợc, Viện Hóa học, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Với tất cả sự kính trọng và biết ơn chân thành, sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn đến TS. Lục Quang Tấn đã định hƣớng và hƣớng dẫn em tận tình trong suốt thời gian em làm đề tài khóa luận tốt nghiệp. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS. TS. Nguyễn Văn Tuyến và các Thầy Cô làm việc tại phòng Hóa Dƣợc, Viện Hóa học, Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ để em đƣợc nghiên cứu, học tập và hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp của mình. Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2, ban chủ nhiệm khoa cùng toàn thể các Thầy Cô trong Khoa Hóa học đã hết lòng quan tâm, dìu dắt và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trƣờng và hoàn thiện khóa luận này. Em xin chân thành cảm ơn gia đình, ngƣời thân, bạn bè đã luôn tạo điều kiện động viên, khích lệ giúp em hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu khóa luận tốt nghiệp của mình. Hà Nội, tháng 5 năm 2016 Sinh viên Vũ Thị Vân LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan các kết quả nghiên cứu, số liệu đƣợc trình bày trong khóa luận: “Nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính sinh học của 6-(2-hydroxy-3-(4methylpiperidin-1-yl)propyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline-5,11(6H)-dione” dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Lục Quang Tấn là hoàn toàn trung thực và không trùng với kết quả của tác giả khác. Hà Nội tháng 5 năm 2016 Sinh viên Vũ Thị Vân MỤC LỤC MỞ ĐẦU............................................................................................................................................ 1 1. Lí do chọn đề tài ..................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu. ..........................................................................................4 3. Nhiệm vụ nghiên cứu. ..........................................................................................4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .............................................................................................................. 5 1.1. Tổng quan về indenoisoquinoline .....................................................................5 1.1.1. Công thức cấu tạo .......................................................................................5 1.1.2. Mô hình phân tử trong không gian .............................................................5 1.1.3. Công thức phân tử: C16H8NO2R .................................................................5 1.2. Tổng quan về piperidin .....................................................................................5 1.2.1. Công thức cấu tạo .......................................................................................6 1.2.2. Mô hình phân tử trong không gian .............................................................6 1.2.3. Công thức phân tử: C5H11N........................................................................6 1.3. Tình hình nghiên cứu. .......................................................................................6 1.3.1. Trên thế giới ...............................................................................................6 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc .............................................................10 1.4. Hoạt tính sinh học của một số dẫn xuất indenoisoquinoline .........................10 1.4.1 Cơ chế ức chế topoisomerase I (top 1) của indenoisoquinoline. ............10 1.4.2. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm aminopropyl ở vòng B .........18 1.4.3. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm thế dimethylaminopropyl ở vòng B ................................................................................................................22 1.4.4. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có vòng imdazolyl propyl ...................24 1.4.5. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có vòng morpholinopropyl ở vòng B..25 1.4.6. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm thế ethanol amino .................26 1.4.7. Các dẫn chất có nhóm thế NO2 ở vòng A và các nhóm thế halogen nhƣ Cl, F và R1 là các nhóm amin vòng, amin bậc 1 và bậc 2 ..................................28 1.4.8. Các dẫn chất của Cytotoxic 11-Alkenylindenoisoquinoline ....................29 1.5. Tổng quan về các phƣơng pháp nghiên cứu trong tổng hợp hữu cơ ..............31 1.5.1. Phƣơng pháp sắc kí bản mỏng..................................................................31 1.5.2. Chiết .........................................................................................................32 1.5.3. Loại bỏ dung môi ở áp suất thấp ..............................................................32 1.5.4. Sắc kí cột ..................................................................................................32 1.5.5. Phƣơng pháp nhồi cột huyền phù .............................................................33 1.5.6. Phƣơng pháp lựa chọn chất hấp phụ và dung môi chạy cột sắc kí...........33 1.5.6.1. Chọn chất hấp phụ .............................................................................33 1.5.6.2. Lựa chọn dung môi chạy cột sắc kí ...................................................33 1.5.6.3. Tỉ lệ giữa lƣợng mẫu chất cần tách với kích thƣớc cột......................34 1.5.6.4. Tỉ lệ giữa chiều cao lƣợng silicagel và đƣờng kính trong của cột sắc kí......................................................................................................................34 1.5.6.5.Cách nạp silicagel vào cột...................................................................34 1.5.6.6. Nạp silicagel ở dạng sệt ....................................................................34 1.5.6.7. Nạp silicagel dạng khô .......................................................................35 1.5.6.8. Cách nạp mẫu vào cột .......................................................................35 1.6. Tổng quan về các phƣơng pháp xác định cấu trúc hợp chất hữu cơ ..............36 1.6.1.Điểm nóng chảy (Mp) ...............................................................................36 1.6.2. Độ quay cực ([α]D) ...................................................................................36 1.6.3. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonancespectroscopy, NMR) ..................................................................................................................37 1.6.4. Phổ khối lƣợng (Mass spectrocopy, MS) .................................................38 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................... 39 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu: ....................................................................................39 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................39 2.3. Địa điểm nghiên cứu .......................................................................................40 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 41 3.1. Quy trình tổng hợp:.........................................................................................41 3.1.1.Tổng hợp các indenoisoquinoline trên cơ sở của phản ứng giữa indeno[1,2-c]isochromen-5,11-dion với các amin bậc 1. .....................................41 3.1.1.1. Tổng hợp indeno[1,2-c]isochromen-5,11-dione (29) ...........................41 3.1.2. Tổng hợp chất 6-allyl-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline-5,11(6H)-dione (77) ............................................................................................................................42 3.1.3. Tổng hợp hợp chất 6-(3’-bromo-2’-hydroxypropyl)-5H-indeno[1,2- c]isoquinoline-5,11(6H)-dione (78) ...................................................................42 3.1.4. Tổng hợp chất 6-(2’-hydroxy-3’-(4’’-Metylpiperidin-1-yl)propyl)-5Hindeno[1,2-c]isoquinoline-5,11(6H)-dione (79). ................................................43 3.2. Hằng số vật lí và các dữ kiện phổ của các hợp chất .......................................43 3.2.1. Hợp chất indeno[1,2-c]isochromen-5,11-dione (29) ................................43 3.2.2. Hợp chất 6-allyl-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline-5,11(6H)-dione (77) .....44 3.2.3. Hợp chất 6-(3’-bromo-2’-hydroxypropyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline5,11(6H)-dione (78)............................................................................................44 3.2.4. Hợp chất 6-(2’-hydroxy-3’-(4’’-Metylpiperidin-1-yl)propyl)-5H- indeno[1,2-c]isoquinoline-5,11(6H)-dione (79). ................................................47 3.3. Thử hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất đƣợc tổng hợp ......................47 3.4. Kết quả và thảo luận .......................................................................................48 3.4.1. Hợp chất indeno[1,2-c]isochromen-5,11-dione (29) ................................48 3.4.2. Hợp chất 6-allyl-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline-5,11(6H)-dione (77). ....52 3.4.3. Hợp chất 6-(3’-bromo-2’-hydroxypropyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline5,11(6H)-dione (78)............................................................................................52 3.4.4. Hợp chất 6-(2-hydroxy-3-(4-methylpiperidin-1-yl)propyl)-5H- indeno[1,2- c]isoquinoline-5,11(6H)-dioneindeno[1,2-c]isoquinoline-5,11(6H)dione ...................................................................................................................55 3.5. Hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất đƣợc tổng hợp .............................57 KẾT LUẬN ...................................................................................................................................... 59 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 60 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT [α]D Độ quay cực Specific Optical Rotation 1 Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân proton H – NMR Proton Magnetic Resonance Spectroscopy 13 C – NMR 13 C – NMR Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân cacbon 13 Carbon – 13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy 1 H - 1H COSY 1H - 1H Chemical Shift Correlation Spectroscopy 2D – NMR Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân hai chiều Two – Dimentional NMR ACCN Azobiscyclohexanecarbonitrile AIBN Azobisisobutyronitrile BnCl CC Benzylchloride Sắc kí cột DDQ 2,3-dichloro-5,6-dicyano-p-benzoquinone DEPT Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer DIAD Diisopropyl azodicarboxylate Column Chromatography DMAP 4-Dimethylaminopyridine DMF Dimethylfomamide EDCI 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide EI – MS Phổ khối lƣợng va chạm elctron Electron Impact Mass Spectrometry ESI – MS Phổ khối lƣợng phun mù điện tử Electron Spray ionizasion Mass Spectra Et Ethyl EtOAc Ethylacetat FAB–MS Phổ khối lƣợng bắn phá nguyên tử nhanh Fast Atom Bombardment Mass Spectrometry HMBC Heteronuclear Mutiple Bond Connectivity HBTU 2-(1H-Benzotriazole-1-yl)-1,1,3,3-tetramethyluronium hexafluorophosphate HMQC Heteronuclear Mutiple Quantum Coherence HR – FAB – MS Phổ khối lƣợng bắn phá nguyên tử nhanh phân giải cao High Resolution Fast Atom Bombardment Mass Spectrometry IR KHMDS Phổ hồng ngoại Infrared Spectroscopy Kali hexamethyldisilazane Me Nhóm Methyl MS Phổ khối lƣợng Mass Spectroscopy NBS N-Bromosuccinimide NOESY Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy o Độ Cencius Pr Praseodymium C Psi Persquareinch PDC Pyridinium dichromate PMBCl PMB p-Methoxybenzylchloride p-Methoxybenzyl PMBCl p-Methoxybenzylchloride PTSA p-Toluenesulfonic acid RCM TCL THF Ring-closing metathesis Sắc kí lớp mỏng Thin Layer Chromatography Tetrahidrofuran DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1: Các con đƣờng tổng hợp indeoisoquinoline. ................................................7 Sơ đồ 2: Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquuinoline nhờ phản ứng ngƣng tụ của homophthalic anhydride với các bazơ Schiff khác nhau ............................................8 Sơ đồ 3: Tổng hợp các indenoisoquinoline bằng phản ứng ngƣng tụ 2carboxybenzaldehyde và phthalide. ............................................................................9 Sơ đồ 4: Tổng hợp các indenoisoquinoline bằng phản ứng ngƣng tụ của 6-cyano-3hydroxyphthalide với phthalide ..................................................................................9 Sơ đồ 5: Quy trình tổng hợp hợp chất 6-(2-hydroxy-3-(4-methylpiperidin-1yl)propyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline-5,11(6H)-dione .......................................41 Sơ đồ 6: Tổng hợp indeno[1,2-c]isochromen-5,11-dione (29) .................................48 Sơ đồ 7: Sơ đồ tổng hợp indenoisoquinoline 77 ........................................................52 Sơ đồ 8: Indenoisoquinoline (78) đƣợc tổng hợp đi từ 6-allyl-5H-indeno[1,2c]isoquinoline-5,11(6H)-dion....................................................................................52 Sơ đồ 9: Tổng hợp Hợp chất 6-(2-hydroxy-3-(4-methylpiperidin-1-yl)propyl)-5Hindeno[1,2-c]isoquinoline-5,11(6H)-dione ...............................................................55 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Camptothecin và một số dẫn xuất ..................................................................3 Hình 2. Mô hình phân tử không gian của indenoisoquinoline ....................................5 Hình 3. Mô hình phân tử piperidin trong không gian .................................................6 Hình 4. Một số dẫn xuất indenoisoquinoline bƣớc đầu đƣợc nghiên cứu bởi Mark Cushman ......................................................................................................................7 Hình 5. Hợp chất 6-(2-hydroxy-3-(4-methylpiperidin-1-yl)propyl)-5H-indeno[1,2c]isoquinoline-5,11(6H)-dione ..................................................................................10 Hình 6. Sự tạo phức Top1- DNA. .............................................................................12 Hình 7. Mô hình hoạt động của Tdp1 .......................................................................14 Hình 8. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm aminopropyl ( 38a- 40b) ..........18 Hình 9. Mô hình liên kết giả của 39 trong trung tâm hoạt đông của Tdp1 ...............20 Hình 10. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm aminopropyl (41a,b) ..............20 Hình 11. Khảo sát hoạt tính của hợp chất 41a,c........................................................21 Hình 12. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm aminopropyl với nhóm thế ở C3 (I,NH2) .......................................................................................................................21 Hình 13. Một số dẫn chất của indenoisoquinoline khi thay thế nhóm –NH2 bằng 1 số nhóm khác ( -OH, -Br, N3, morpholinyl,4-metylpiperidin….) ............................22 Hình 14. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm thế dimethylaminopropyl.......22 Hình 15. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có vòng imdazolyl propyl. ....................24 Hình 16. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có vòng morpholinopropyl ...................25 Hình 17. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm thế ethanol amino ..................26 Hình 18. Các dẫn chất có nhóm thế NO2 ở vòng A và các nhóm thế halogen nhƣ Cl, F và R1 là các nhóm amin vòng, amin bậc 1 và bậc 2 ..............................................28 Hình 19. Cấu trúc X-ray đơn tinh thể của hợp chất 78 .............................................45 Hình 20. Phổ 1H-NMR của hợp chất 29 ...................................................................49 Hình 21. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 29 ...................................................50 Hình 23. Phổ 13C-NMR giãn rộng của hợp chất 29 ..................................................51 Hình 24. Phổ 1H-NMR của hợp chất 78 ...................................................................53 Hình 25. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 78 ...................................................54 Hình 26. Mô hình cấu trúc phân tử của hợp chất 78 theo phƣơng pháp X-ray tinh thể. .............................................................................................................................54 Hình 27. Phổ 1H-NMR của hợp chất 79 ...................................................................56 Hình 28. Phổ 13C-NMR của hợp chất 79 ..................................................................57 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào (IC50a) và hoạt tính ức chế Top1 của các dẫn xuất indenoisoquinoline từ 38a-40b ............................................................19 Bảng 2: Hoạt tính gây độc (GI50 µM) của các dẫn chất từ 48,50, 51. ......................23 Bảng 3: Hoạt tính gây độc (GI50 µM) của các dẫn chất từ 52 – 54 ..........................24 Bảng 4: Hoạt tính gây độc (GI50 µM) của các dẫn chất từ 55 – 58 ...........................26 Bảng 5: Hoạt tính gây độc (GI50 µM) của các dẫn chất từ 59 – 62. ........................27 Bảng 6: Hoạt tính chống ung thƣ tế bào của các dẫn chất 63a-65i...........................28 Bảng 7: Cytotoxicity và hoạt động ức chế Topoisomerase của Indenoisoquinoline ...................................................................................................................................30 Bảng 8: Độ dài các liên kết trong hợp chất 78 ..........................................................45 Bảng 9: Các góc liên kết trong hợp chất 78 ..............................................................46 Bảng 10: Kết quả hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất 78, 79 ........................58 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Ung thƣ đang là một vấn đề toàn cầu, chiếm gần 13% số ca tử vong trên toàn thế giới. Điều này tƣơng đƣơng với hơn 7 triệu ngƣời mỗi năm, nhiều hơn số ngƣời chết vì HIV / AIDS, lao và sốt rét cộng lại. Ung thƣ hay còn đƣợc gọi là khối u ác tính, xuất phát từ sự tăng trƣởng bất thƣờng của các tế bào. Hiện có hơn 200 loại ung thƣ với các triệu chứng khác nhau, tùy thuộc vào từng loại ung thƣ. Bệnh thƣờng đƣợc điều trị bằng phẫu thuật, hóa trị và xạ trị, sinh trị liệu, dùng thuốc đông y [17]. Ung thƣ là căn bệnh nguy hiểm, căn bệnh của ngƣời khỏe mạnh, của ngƣời có tuổi thọ và là bệnh của xã hội phát triển, nó là một nguyên nhân gây ra tử vong hàng đầu trên toàn thế giới. Quỹ Nghiên cứu Ung thƣ thế giới (World Cancer Research Fund) cho biết có khoảng 14,1 triệu ngƣời mỗi năm đƣợc chẩn đoán mắc bệnh ung thƣ trong đó có khoảng 8,2 triệu trƣờng hợp tử vong, Trong đó, 57% (8 triệu ngƣời) các ca mắc mới và 65% (5,3 triệu ngƣời) tỷ lệ tử vong xảy ra ở các khu vực nghèo đói, kém phát triển. Gần một nửa các ca ung thƣ mắc mới và hơn một nửa các ca tử vong diễn ra ở khu vực châu Á và một phần tƣ gánh nặng ung thƣ toàn cầu nằm ở đất nƣớc đông dân nhất thế giới nhƣ là ở Trung Quốc. Nhƣng con số này đƣợc dự đoán sẽ tăng lên 19,3 triệu vào năm 2025, 22 triệu vào năm 2030 và 24 triệu vào năm 2035. Con số trên tƣơng đƣơng với việc cứ 54 giây trôi qua sẽ có ngƣời thiệt mạng vì căn bệnh này. Các dữ liệu có nghĩa là với tỷ lệ ung thƣ hiện tại, thì 1 trong 5 ngƣời đàn ông và 1 trong 6 phụ nữ trên toàn thế giới sẽ phát triển bệnh ung thƣ trƣớc khi họ đạt đến tuổi 75, trong khi đó 1 trong 8 ngƣời đàn ông và 1 trong 12 phụ nữ sẽ chết vì căn bệnh này. Các loại bệnh ung thƣ chính là ung thƣ phổi (1,59 triệu ca tử vong), ung thƣ gan (745.000 ca tử vong), ung thƣ dạ dày (723.000 ca tử vong), ung thƣ đại trực tràng (694.000 ca tử vong), ung thƣ vú (521.000 ca tử vong), ung thƣ thực quản (400.000 ca tử vong ) [ 15]. Mặt khác, chi phí cho điều trị ung thƣ đang là gánh nặng kinh tế, xã hội cho tất cả các quốc gia trên toàn cầu. Trong năm 2014, toàn cầu tốn đến 100 tỉ USD để mua thuốc trị ung thƣ, và khoản chi này dự báo tăng lên đến 147 tỉ USD vào năm 2018. 1 Con số trên do Công ty nghiên cứu IMS Health vừa công bố. Theo đó, chi phí mua thuốc trị ung thƣ của thế giới trong năm qua là 100 tỉ USD, tăng mạnh so với con số 75 tỉ USD của bốn năm trƣớc. Quốc gia chi nhiều tiền nhất để mua thuốc chống ung thƣ là Mỹ, chiếm 42,2% khoản chi trên, kế đó là Đức, Pháp, Anh, Tây Ban Nha và Ý. Những tổn hại về kinh tế toàn cầu do ung thƣ gây ra cho các cá nhân, gia đình và xã hội ƣớc tính khoảng 2,5 nghìn tỷ đô la Mỹ mỗi năm [16]. Hội thảo quốc gia phòng chống ung thƣ diễn ra trong hai ngày 16 - 17.10 ở Hà Nội, số liệu của Tổ chức Y tế thế giới (WHO) công bố cho thấy: Ở VN mỗi năm có 150.000 ngƣời mắc mới và trên 75.000 ngƣời chết. Nghĩa là cứ một ngày trôi qua thì chúng ta mất đi hơn 208 ngƣời, mỗi giờ trôi qua chúng ta mất gần 9 ngƣời vì căn bệnh ác tính này. Đáng sợ hơn khi căn bệnh ác tính này xảy ra ngày càng nhiều ở những ngƣời còn rất trẻ. Cụ thể là trên thế giới, độ tuổi mắc ung thƣ cao từ 60-80 tuổi. Còn ở Việt Nam, độ tuổi này chỉ vào khoảng 40-60 tuổi [15]. Tất cả những số liệu trên đủ để thấy ung thƣ đang có ảnh hƣởng nhƣ thế nào đối với sức khỏe và tính mạng của con ngƣời không chỉ ở Việt Nam mà còn ở trên toàn thế giới. Ngày nay, chúng ta có thể để điều trị ung thƣ trên cấp độ tế bào với độ chính xác và hiệu quả khá cao. Trong đó, Topoisomerase là đích đến hiệu quả trong việc nghiên cứu và tổng hợp thuốc điều trị ung thƣ vì Topoisomerase bị ức chế sẽ gây chết tế bào ung thƣ do tế bào này phân chia rất nhanh chóng. Trong cơ thể sống, Topoisomerase I (Top I) là enzym xúc tác cho nhiều thay đổi về cấu trúc liên kết của phân tử DNA, tạo điều kiện cho những quá trình sinh lý quan trọng diễn ra bên trong tế bào ung thƣ nhƣ phiên mã, sao mã và phân ly vào nhiễm sắc thể. Vai trò của Top I là để tháo xoắn DNA bằng cách tạo ra một sợi nucleotit duy nhất. Trong đó enzyme sẽ liên kết hóa trị với DNA cho đến khi đóng xoắn. Nhƣ vậy sự tồn tại và phát triển của tế bào nhân chuẩn phụ thuộc vào enzyme Top I. Do đó,nó là mục đích trị liệu tiềm năng trong việc điều trị chống ung thƣ. Có hai con đƣờng có thể ức chế Top I đó là ức chế khả năng tháo xoắn của các sợi DNA và phƣơng pháp thứ 2 là gây “ngộ độc” enzyme bằng cách đặt nó nhƣ một phức hợp cộng hóa trị với DNA [9]. 2 Trƣớc đây, ngƣời ta sử dụng camptothecin (1) nhƣ chất gây ức chế Top I. Các dẫn xuất Camptothecin nhƣ Topotecan (2), Irinotecan (3) là các chất gây ức chế Top I duy nhất hiện đƣợc Cục Quản lý Thực phẩm và Dƣợc phẩm Hoa Kỳ (The U.S.Food and Drug Administration) cấp phép làm thuốc chống ung thƣ [10]. Các hợp chất này là sản phẩm tan trong nƣớc đƣợc bán tổng hợp từ campothecin. Topotecan (2) (Hycamtin) đƣợc sử dụng cho chống ung thƣ buồng trứng và ung thƣ phổi tế bào nhỏ (SCL). Irinotecan (3) (Camptosar, Campto) đƣợc sử dụng rộng nhiều trong điều trị khối u ác tính ở đƣờng tiêu hóa (colorectal và gastroesophageal). Topotecan và Irinotecan cũng đƣợc dùng trong điều trị khối u ác tính ở não (glioblastomas), sarcomas... Tuy nhiên, hai hợp chất thuốc Topotecan và Irinotecan còn có nhiều nhƣợc điểm nhƣ: Camptothecin rất nhanh mất hoạt tính do thủy phân vòng E (vòng lacton) ngay cả trong môi trƣờng pH sinh lý và độc với tủy xƣơng [4]. Hình 1. Camptothecin và một số dẫn xuất Do những nhƣợc điểm của Camptothecin nhƣ vậy, các nhà khoa học đã nghiên cứu và tổng hợp các indenoisoquinoline để gây ức chế Top I. Indenisoquinoline là lớp chất có tính ổn định, không bị thủy phân, không gây độc giống nhƣ Camptothecin nhƣng lại có hoạt tính sinh học thấp hơn rất nhiều. Do vậy, các cuộc nghiên cứu đã đƣợc tiến hành nhằm cải thiện và nâng cao hoạt tính sinh học của các indenoisoquinoline. Việc nâng cao hoạt tính sinh học của các indenoisoquinoline có ý nghĩa thực tiễn vô cùng quan trọng trong việc điều trị ung thƣ trên thế giới cũng nhƣ là ở Việt Nam. Xuất phát từ những ý nghĩa cấp thiết và thực tiễn trên, tôi chọn đề tài cho khóa luận tốt nghiệp là: “Nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính sinh học của 6-(2- 3 hydroxy-3-(4-methylpiperidin-1-yl)propyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline5,11(6H)-dione”. Mục tiêu của khóa luận là thiết kế tổng hợp indenoisoquinoline mới có nhóm thế propyl ở vòng B và thiết kế khi đƣa thêm nhóm hydroxyl vào vị trí thứ 2 của mạch nối propyl còn vị trí thứ 3 là các dị vòng no 4-metylpiperidin với hy vọng sẽ làm tăng khả năng gây độc tế bào ung thƣ. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tổng hợp thành công và xác định cấu trúc, hoạt tính sinh học của 6-(2-hydroxy-3-(4-methylpiperidin-1-yl)propyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline5,11(6H)-dione nhằm tăng hoạt tính sinh học của các indenoisoquinoline, khả năng gây độc tế bào ung thƣ. Từ đó tạo cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực tổng hợp các hợp chất hữu cơ nói chung và nâng cao hoạt tính sinh học cho các dẫn chất của indenoisoquinoline nói riêng, góp phần vào sự phát triển của y học thế giới cũng nhƣ y học Việt Nam hiện đại về lĩnh vực chống ung thƣ. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu. - Nghiên cứu các tài liệu tham khảo liên quan đến đề tài (các đề tài, bài báo cáo khoa học, các công trình khoa học đã làm thành công về đề tài). - Nghiên cứu các hƣớng tổng hợp, các cơ chế và dự đoán các hƣớng sản phẩm của các phản ứng “Nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính sinh học của 6-(2-hydroxy-3(4-methylpiperidin-1-yl)propyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline-5,11(6H)-dione”. - Xác định cấu trúc của sản phẩm tổng hợp. - Tiến hành đo phổ và giải phổ để kiểm tra cấu trúc của sản phẩm tổng hợp. 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về indenoisoquinoline 1.1.1. Công thức cấu tạo O D C A B N R O Khung cacbon bao gồm vòng A và B là vòng isoquinoline và vòng C và D là vòng indeno Danh pháp: 6-R-indeno[1,2-c]isoquinoline-5,11-dion. 1.1.2. Mô hình phân tử trong không gian Hình 2. Mô hình phân tử không gian của indenoisoquinoline 1.1.3. Công thức phân tử: C16H8NO2R 1.2. Tổng quan về piperidin Piperidin, còn đƣợc gọi là Hexahydropyridine, Pentamethyleneamine … là một hợp chất hữu cơ với công thức phân tử (CH2)5NH. Nó là một amin thứ cấp có vòng, cũng đƣợc phân loại nhƣ một dị vòng bão hòa. Gồm năm nguyên tử carbon và một nguyên tử nitơ. Piperidin là một thành phần cấu trúc các alkaloid piperine thiên nhiên, có trong hạt tiêu đen, nicotine của cây thuốc lá ( Nicotiana glauca ), lobeline của thuốc lá Ấn Độ, và các alkaloid độc coniine từ cây độc cần độc … 5 1.2.1. Công thức cấu tạo N H Piperidin 1.2.2. Mô hình phân tử trong không gian Hình 3. Mô hình phân tử piperidin trong không gian 1.2.3. Công thức phân tử: C5H11N 1.3. Tình hình nghiên cứu 1.3.1. Trên thế giới Hợp chất indenoisoquinoline (4) (NSC 314622)- thể hiện hoạt tính ức chế Top I đƣợc tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1978, bởi Mark Cushman và cộng sự, thể hiện hoạt tính ức chế Top I nên hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính ức chế Top I của các dẫn xuất của indenoisoquinoline (4). Một số dẫn xuất của indenoisoquinoline nhƣ: Indotecan (5) và Indimitecan (6) có hoạt tính cao hơn so với thuốc hệ campothecin nhƣng không gây hiệu ứng phụ, đặc biệt bền, không bị thủy phân vì không có vòng lactam [9]. 6 Hình 4. Một số dẫn xuất indenoisoquinoline bƣớc đầu đƣợc nghiên cứu bởi Mark Cushman *Các phương pháp tổng hợp : Sơ đồ 1: Các con đường tổng hợp indeoisoquinoline. Hiện nay phƣơng pháp tổng hợp khung indenoisoquinoline đƣợc thực hiện theo các phƣơng pháp chính sau đây: Phương pháp thứ nhất (path a): tổng hợp dựa trên phản ứng của benz[d]indeno[1,2-b]pyran-5,11-diones (8) với các nhóm amin bậc. Phương pháp thứ hai (path b): Tổng hợp khung indenoisoquinoline nhờ phản ứng ngƣng tụ của homophthalic anhydride với các bazơ Schiff khác nhau. 7 Mark Cushman và các cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp các dẫn chất của indotecan (5) và indimitecan (6) nhƣ mô tả trong sơ đồ 2. Bƣớc chìa khóa tổng hợp khung indenoisoquinoline là phản ứng ngƣng tụ homophthalic anhydride (20) với bazơ Schiff (22) nhận đƣợc axit 23 chọn lọc ở dạng cis. Tiếp theo, cis axit phản ứng với SOCl2 tạo thành clorua axit, sau đó nhờ phản ứng axyl hóa Friedel−Crafts (axyl hóa nội phân tử) nhận đƣợc chất 24. Sau cùng hợp chất 24 đƣợc phản ứng với các amin nhận đƣợc các dẫn chất của indotecan (5) và indimitecan (6). MeO COOH O MeO a R1O MeO b O 1 RO 17 COOH R1O COOH 19 18 c H H O Br N d O MeO + O R1O O O O 22 21 O MeO N R1O R O MeO N R1O O O 25 COOH g f N O O O R1O O 20 e O O O MeO O O Br 24 23 Br Sơ đồ 2: Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquuinoline nhờ phản ứng ngưng tụ của homophthalic anhydride với các bazơ Schiff khác nhau Sơ đồ 2: Tác nhân và điều kiện phản ứng: a) H2CO, H2O, HCl, AcOH, 120°C đến nhiệt độ phòng; (b) (i) KOH, H2O, nhiệt độ phòng, (ii) KMnO4, H2O, 0°C đến nhiệt độ phòng, (iii) EtOH, đun hồi lƣu; (c) AcCl, đun hồi lƣu; (d) 3bromopropylamine, HBr, Et3N, Na2SO4, CHCl3, nhiệt độ phòng; (e) CHCl3, 0°C đến nhiệt độ phòng; (g) SOCl2, nhiệt độ phòng; (f) imidazole hoặc morpholine, NaI, DMF, 70°C. Phương pháp thứ ba (path c): tổng hợp nhờ phản ứng thế của NH tự do với hợp chất 3-arylisoquinolones (12) đã đƣợc phản ứng với adilithiated toluamide (13) benzonitrile (14) có sự đóng vòng trong quá trình phản ứng. Phương pháp thứ tư (path d): Phƣơng pháp tổng hợp khung indenoisoquinoline nhờ phản ứng ngƣng tụ của 2-carboxybenzaldehyde (26) và phthalide (27) trong sự có 8