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

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC DƢƠNG HỒNG NHUNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA 6-(2-HYDROXY-3(PIPERIDIN-1-YL)PROPYL)-5H-INDENO[1,2C]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. Trƣớc tiên, em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Lục Quang Tấn, thầy đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình xây dựng và hoàn thiện khóa luận này. 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 truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt quá trình học tập tại trƣờng. Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên giúp đỡ em trong quá trình học tập và làm khóa luận. Trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp, em đã hết sức cố gắng nhƣng chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu xót. Vì vậy, em kính mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp quý báu của thầy cô và bạn bè. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 5 năm 2016 Sinh viên Dƣơng Hồng Nhung 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-3piperidin-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 các tác giả khác. Hà Nội, tháng 5 năm 2016 Sinh viên Dƣơng Hồng nhung MỤC LỤC MỞ ĐẦU................................................................................................................................ 1 1. Lí do chọn đề tài................................................................................................................. 1 2. Mục đích nghiên cứu.......................................................................................................... 3 3. Nhiệm vụ nghiên cứu ......................................................................................................... 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.................................................................................................. 4 1.1. Tổng quan về indenoisoquinoline ................................................................................... 4 1.1.1. Công thức phân tử: C16H8NO2R ................................................................................ 4 1.1.2. Công thức cấu tạo...................................................................................................... 4 1.1.3. Danh pháp ................................................................................................................. 4 1.1.4. Mô hình phân tử trong không gian ............................................................................ 4 1.1.5. Tình hình nghiên cứu ................................................................................................ 4 1.2. Tổng quan về piperidin ................................................................................................... 7 1.2.1. Công thức phân tử: C5H11N....................................................................................... 7 1.2.2. Công thức cấu tạo...................................................................................................... 7 1.2.3. Mô hình phân tử trong không gian ............................................................................ 8 1.3. Hoạt tính chống ung thƣ của các hợp chất indenoisoquinoline ...................................... 8 1.3.1. Cơ chế ức chế topoisomerase I của indenoisoquinoline ........................................... 8 1.3.2. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm aminopropyl ở vòng B ........................ 11 1.3.3. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm thế dimethylaminopropyl ở vòng B… 15 1.4. Tổng quan về các phƣơng pháp nghiên cứu trong tổng hợp hữu cơ............................. 16 1.4.1. Phƣơng pháp sắc kí bản mỏng ................................................................................ 16 1.4.2. Chiết ........................................................................................................................ 17 1.4.3. Loại bỏ dung môi ở áp suất thấp ............................................................................. 17 1.4.4. Sắc kí cột ................................................................................................................. 17 1.4.5. Phƣơng pháp lựa chọn chất hấp phụ và dung môi chạy cột sắc kí ......................... 18 1.5. Tổng quan về các phƣơng pháp xác định cấu trúc hợp chất hữu cơ ............................. 20 1.5.1. Điểm nóng chảy (Mp) ............................................................................................. 20 1.5.2. Độ quay cực ([α]D) ................................................................................................. 20 1.5.3. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonancespectroscopy,NMR) .. 21 1.5.4. Phổ khối lƣợng (Mass spectrocopy, MS) ................................................................ 21 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM ........................................................................................... 23 2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu, nguyên liệu và thiết bị ......................................................... 23 2.1.1. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................... 23 2.1.2. Hóa chất và dung môi ............................................................................................. 23 2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất bằng sắc kí bản mỏng..................................................................................................................................... 25 2.1.4. Định lƣợng phản ứng .............................................................................................. 25 2.1.5. Xác nhận cấu trúc .................................................................................................... 27 2.2. Tổng hợp các hợp chất .................................................................................................. 27 2.2.1. Tổng hợp chất indeno[1,2-c]isochromen-5,11-dione (35) ...................................... 27 2.2.2. Tổng hợp chất 6-allyl-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline-5,11(6H)-dione (36) ........... 28 2.2.3. Tổng hợp chất 6-(3’-bromo-2’-hydroxypropyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline5,11(6H)-dione (37) ............................................................................................................. 29 2.2.4. Tổng hợp chất 6-(2’-hydroxy-3’-(piperidin-1-yl)propyl)-5H-indeno[1,2-c] isoquinoline-5,11(6H)-dione (38) ........................................................................................ 32 2.3. Hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ của các hợp chất ...................................................... 33 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................................. 35 3.1. Tổng hợp chất indeno[1,2-c]isochromen-5,11-dione (35) ............................................ 35 3.2. Tổng hợp chất 6-allyl-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline-5,11(6H)-dione (36) ................. 38 3.3. Tổng hợp chất 6-(3’-bromo-2’-hydroxypropyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinolin-5,11(6H)dione (37) ............................................................................................................................. 38 3.4. Tổng hợp chất 6-(2’-hydroxy-3’-(piperidin-1-yl)propyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline -5,11(6H)-dione (38) ............................................................................................................ 41 3.5. Hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất đƣợc tổng hợp ........................................... 44 KẾT LUẬN .......................................................................................................................... 46 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 47 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 Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân cacbon 13 Carbon – 13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy DEPT Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer DMF Dimethylfomamide 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 EtOAc Ethylacetat Hep-G2 Tế bào ung thƣ gan Hepatocellular carcinoma IR Phổ hồng ngoại Infrared Spectroscopy KB Tế bào ung thƣ biểu mô Human epidermic carcinoma o Độ Cencius Mp Điểm nóng chảy MGM Mean Graph Midpoint Me Nhóm Methyl MS Phổ khối lƣợng Mass Spectroscopy PP Phƣơng pháp PTSA p-Toluenesulfonic acid TCL Sắc kí lớp mỏng Thin Layer Chromatography THF Tetrahidrofuran to nhiệt độ Tdp1 Tyrosyl-DNA phosphodiesterase I Top1 Topoisomerase I C Val Valine Thr Threonine Pro Proline Lys Lysine His Histidine Ser Serine Tyr Tyrosyl N Asparagine Q Glutamine E Glutamic-acid DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1. Camptothecin và một số dẫn xuất ........................................................................ 2 Hình 2. Mô hình phân tử không gian của indenoisoquinoline .......................................... 4 Hình 3. Một số dẫn xuất indenoisoquinoline bƣớc đầu đƣợc nghiên cứu bởi Mark Cushman ............................................................................................................................ 5 Hình 4. Một số dẫn chất indenoisoquinoline mới đƣợc tổng hợp ở Việt Nam. ................ 6 Hình 5. Mô hình phân tử không gian của piperidin .......................................................... 8 Hình 6. Sự tạo phức Top1- DNA ...................................................................................... 8 Hình 7. Mô hình hoạt động của Tdp1 ............................................................................... 9 Hình 8. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm aminopropyl ( 18a- 20b) ................ 11 Hình 9. Mô hình liên kết giả của 19 trong trung tâm hoạt đông của Tdp1 ..................... 12 Hình 10. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm aminopropyl (21a,b) .................... 13 Hình 11. Khảo sát hoạt tính của hợp chất 21a,c.............................................................. 13 Hình 12. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm aminopropyl với nhóm thế ở C3 (I,NH2) ............................................................................................................................. 14 Hình 13. Một số dẫn chất của indenoisoquinoline khi thay thế nhóm –NH2 bằng 1 số nhóm khác (-OH, -Br, N3, morpholinyl) ........................................................................ 14 Hình 14. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm thế dimethylaminopropyl............. 15 Hình 15. Cấu trúc X-ray đơn tinh thể của hợp chất 37 ................................................... 30 Hình 16. Phổ 1H-NMR của hợp chất 35 ......................................................................... 36 Hình 17. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 35 ......................................................... 36 Hình 18. Phổ 13C-NMR của hợp chất 35 ........................................................................ 37 Hình 19. Phổ 13C-NMR giãn rộng của hợp chất 35 ........................................................ 38 Hình 20. Phổ 1H-NMR của hợp chất 37 ......................................................................... 40 Hình 21. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 37 ......................................................... 40 Hình 22. Mô hình cấu trúc phân tử của hợp chất 37 theo phƣơng pháp X-ray tinh thể . 41 Hình 23. Phổ 1H-NMR của hợp chất 38 ......................................................................... 43 Hình 24. Phổ 13C-NMR của hợp chất 38 ........................................................................ 44 Sơ đồ 1: Các con đƣờng tổng hợp indeoisoquinoline ....................................................... 5 Sơ đồ 2: Quy trình tổng hợp chất 6-(2–hydroxy–3–(piperidin-1-yl)propyl)-5Hindeno[1,2-c]isoquinoline-5,11(6H)-dione ..................................................................... 27 Sơ đồ 3: Tổng hợp indeno[1,2-c]isochromen-5,11-dione (35) ....................................... 35 Sơ đồ 4: Sơ đồ tổng hợp indenoisoquinoline 36 .............................................................. 38 Sơ đồ 5: Sơ đồ tổng hợp 6-(3’-bromo-2’-hydroxypropyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline5,11(6H)-dione (37) ........................................................................................................ 39 Sơ đồ 6: Tổng hợp 6-(2’-hydroxy-3’-(piperidin-1-yl)propyl)-5H-indeno[1,2-c] isoquinoline-5,11(6H)-dione (38) ................................................................................... 42 Bảng 1: Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào (IC50)a và hoạt tính ức chế Top1 của các dẫn xuất indenoisoquinoline từ 18a-20b ........................................................................ 11 Bảng 2: Hoạt tính gây độc (GI50 µM) của các dẫn chất từ 28, 30, 31. ........................... 15 Bảng 3: Các thiết bị chính sử dụng trong phòng thí nghiệm .......................................... 23 Bảng 4: Các dụng cụ chính sử dụng trong phòng thí nghiệm ......................................... 24 Bảng 5: Độ dài các liên kết trong hợp chất 37 ............................................................... 31 Bảng 6: Các góc liên kết trong hợp chất 37 .................................................................... 31 Bảng 7: Kết quả hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất. .......................................... 44 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Ung thƣ – căn bệnh “tử thần” gây tỉ lệ tử vong hàng đầu trên thế giới và hiện vẫn chƣa có thuốc đặc trị. Theo thống kê của quỹ nghiên cứu Ung thƣ thế giới (World Cancer Research Fund), năm 2012 có khoảng 14,1 triệu ca ung thƣ trên toàn thế giới với 7,4 triệu trƣờng hợp là ở nam giới và 6,7 triệu ở nữ giới, trong đó có khoảng 8,2 triệu trƣờng hợp tử vong. Đáng lo ngại hơn là con số này ngày càng có xu hƣớng gia tăng và dự kiến sẽ tăng lên 24 triệu vào năm 2035 [14]. Ở Việt Nam, tình trạng mắc bệnh ung thƣ cũng đang ở mức đáng báo động. Trung bình mỗi năm có khoảng 70.000 ngƣời chết do mắc bệnh ung thƣ và hơn 200.000 ngƣời mắc mới. Theo công bố của Tổ chức Y tế thế giới (WHO) về tỉ lệ tử vong do bệnh ung thƣ, Việt Nam đứng ở vị trí 78 với tỉ lệ tử vong là 110 ca/100.000 ngƣời và thuộc top 2 thế giới [12]. Tất cả những số liệu trên đủ để cho 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. Hiện 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, Topoisomease là những đích đến hiệu quả trong việc nghiên cứu và tổng hợp thuốc chống ung thƣ do enzym này bị ức chế sẽ gây chết tế bào ung thƣ do tế bào này sinh sản và phát triển 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 [3,8,11]. 1 Trƣớc đây, ngƣời ta sử dụng camptothecin (1) làm chất gây ức chế Top I. Các dẫn xuất Camptothecin nhƣ Topotecan (2), Irinotecan (3) là các chất gây ức chế Top I 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 vào năm 1996. Mặc dù hai hợp chất thuốc Topotecan và Irinotecan có thể hạn chế sự phát triển của các khối u, nhƣng không làm lành bệnh và cả hai đều có những hạn chế đáng kể nhƣ: Camptothecin rất nhanh mất hoạt tính do thủy phân vòng E (vòng lacton) ngay cả trong môi trƣờng pH sinh lý và tích tụ gây độc với tủy xƣơng. N OH O OH N OH O N OH O N O N O O N O 1 (camptothecin) O N N O O N O 2 (topotecan) 3 (Irinotecan) 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. Khác với các camptothecin, Indenisoquinoline là lớp chất có tính ổn định, không bị thủy phân, không gây độc với tủy xƣơng nhƣng lại có hoạt tính sinh học thấp hơn rất nhiều [4]. Vì 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 yêu cầu 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-hydroxy-3-piperidin-1yl)propyl-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline-5,11(6H)-dione” 2 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tổng hợp thành công, xác định cấu trúc và hoạt tính sinh học của 6-(2-hydroxy-3-piperidin-1-yl)propyl-5H-indeno[1,2-c]isoquinoline-5,11(6H)dione. 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-piperidin-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. 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về indenoisoquinoline 1.1.1. Công thức phân tử: C16H8NO2R 1.1.2. 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 1.1.3. Danh pháp 6-R-indeno[1,2-c]isoquinoline-5,11-dione. 1.1.4. Mô hình phân tử trong không gian Hình 2. Mô hình phân tử không gian của indenoisoquinoline 1.1.5. Tình hình nghiên cứu 1.1.5.1. Trên thế giới Năm 1987, Mark Cushman và cộng sự đã tổng hợp thành công hợp chất indenoisoquinoline (4) (NSC 314622) thể hiện hoạt tính ức chế Top I. Hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất của indenoisoquinoline và 4 nghiên cứu hoạt tính ức chế Top I của các dẫn chất của nó. Một số dẫn xuất của indenoisoquinoline nhƣ: Indotecan (5) và Indimitecan (6) đã đƣợc đƣa vào nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II. Các hợp chất này có hoạt tính cao hơn so với thuốc hệ camptothecin nhƣng không gây hiệu ứng phụ, đặc biệt bền, không bị thủy phân vì không có vòng lacton [8]. O O O O N MeO N MeO O O N O O MeO MeO MeO MeO O O O O CH3 N N N O 6 5 4 (NSC314622) Hình 3. Một số dẫn xuất indenoisoquinoline bƣớc đầu đƣợc nghiên cứu bởi Mark Cushman *Các phƣơng pháp tổng hợp : O O O D PP2 O + RNH2 HOOC C A PP1 O N R R 10 C 9 R 3 PP 4 PP + O O 11 8 N OH C OBn O N R 16 14 NH O OBn O N O R 7 O B N O Me 15 NHMe + NC O 13 Sơ đồ 1: Các con đường tổng hợp indeoisoquinoline 5 12 Hiện nay phƣơng pháp tổng hợp khung indenoisoquinoline đƣợc thực hiện theo các phƣơng pháp chính sau đây: Phương pháp thứ nhất (PP1): Nhờ phản ứng ngƣng tụ của homophthalic anhydride với các bazơ Schiff khác nhau. Đầu tiên là phản ứng ngƣng tụ Schiff bazo 8 với homophthalic anhydrides 7 tạo sản phảm ƣu tiên cis-isoquinolline 9, tiếp đó là thế SOCl2 nội phân tử và cuối cùng là phản ứng Fried-Crafts. Phương pháp thứ hai (PP2): Cho các hợp chất indeno[1,2-c]isochromene5,11-dione phản ứng với một amin bậc 1. Phương pháp thứ ba (PP3): Tổng hợp indenoisoquinoline thông qua phản ứng đóng vòng của 3–arylisoquinoline. Phương pháp thứ tư (PP4): Tổng hợp indenoisoquinoline thông qua phản ứng đóng vòng của dẫn chất styrenic enamide. 1.1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước Hiện nay, trong nƣớc chƣa có công trình nào công bố về các phƣơng pháp tổng hợp hay tổng hợp các hợp chất khung indenoisoquinoline. Nhóm nghiên cứu của GS Nguyễn Văn Tuyến, TS Lục Quang Tấn, cô Đặng Thị Tuyết Anh đã thành công tổng hợp một số dẫn chất mới của indenoisoquinoline 17a – 17d [1,2] và đang tiến hành đánh giá hoạt tính để tìm kiếm các chất có hoạt tính chống ung thƣ mới từ khung indenoisoquinoline. O N R O 17 17a : R= 4-metoxibenzyl (81%) 17b : R=3-metoxibenzyl (90%) 17c : R=benzyl (90%) 17d : R=allyl (93,57%) Hình 4. Một số dẫn chất indenoisoquinoline mới đƣợc tổng hợp ở Việt Nam 6 1.2. Tổng quan về piperidin Piperidin (hexahidropiridin) là chất lỏng không màu, dễ bay hơi, có mùi giống amoniac hoặc giống nhƣ mùi hạt tiêu. Nóng chảy ở -13oC, sôi ở 106oC. Piperidin tan trong nƣớc và một số dung môi hữu cơ nhƣ rƣợu và ete. Về mặt hóa học, piperidin là một amin dị vòng 6 cạnh no thể hiện tính chất của một amin bậc hai. Piperidin đƣợc báo cáo lần đầu tiên vào năm 1850 bởi nhà hóa học ngƣời Scotland Thomas Anderson (1819-1874) và một lần nữa đƣợc công bố vào năm 1852 bởi nhà hóa học ngƣời Pháp Auguste Cahours (1813-1891), ngƣời đã đặt tên cho nó. Piperidin và các dẫn xuất của nó đƣợc chiết xuất từ hạt tiêu đen, từ Psilocaulon absimile N.E.Br (họ phiên hạnh) và trong Petrosimonia monandra. Piperidin đƣợc sử dụng rộng rãi trong tổng hợp các hợp chất hữu cơ trong đó có tổng hợp dƣợc phẩm. Trong công nghiệp, nó đƣợc sử dụng nhƣ một dung môi đặc biệt trong tổng hợp pha rắn. Piperidin và dẫn xuất của nó đƣợc sử trong một số lĩnh vực công nghiệp cơ bản nhƣ: nguyên liệu cho chất làm cứng nhựa epoxy, chất ức chế ăn mòn, thuốc trừ sâu, sản xuất detrasulfire dipiperidinyl dithiuram làm tăng tốc độ lƣu hóa cao su, chất xúc tác urethane, chất chống oxy hóa và là một chất xúc tác cho este silicone. Trong tổng hợp dƣợc phẩm, piperidin là thành phần chính của một số loại thuốc nhƣ methylphenidate (kích thích hệ thần kinh trung ƣơng), budipine (thuốc antiparkinsonian) raloxifene (chọn lọc thụ thể estrogen), minoxidil (thuốc điều trị huyết áp cao), risperidone (thuốc an thần). Piperidin cũng thƣờng đƣợc sử dụng trong các phản ứng hóa học phân hủy, chẳng hạn nhƣ phân cắt các nucleotide sửa đổi trình tự của DNA và là một nhóm bảo vệ trong tổng hợp peptit [13]. 1.2.1. Công thức phân tử: C5H11N 1.2.2. Công thức cấu tạo N H Piperidin 7 1.2.3. Mô hình phân tử trong không gian Hình 5. Mô hình phân tử không gian của piperidin 1.3. Hoạt tính chống ung thƣ của các hợp chất indenoisoquinoline 1.3.1. Cơ chế ức chế topoisomerase I của indenoisoquinoline Topoisomerase I (Top1) ở sinh vật nhân chuẩn là một enzyme cần thiết cho nhiều quá trình quan trọng của tế bào vì nó giúp tháo xoắn DNA sợi kép khi DNA thực hiện các quá trình tái bản và phiên mã. Cơ chế tác động của Top1 bắt đầu với sự tấn công nucleophin của các nhóm hydroxyl Tyr723 của enzyme tới một liên kết phosphodiester trong DNA, thay các đầu 5' trở thành đồng hóa trị gắn liền với các đầu 3' của DNA, hình thành 1 liên kết cộng hóa trị phức hợp: Top1-DNA. Phức hợp này giúp quá trình tháo xoắn DNA đƣợc tiến hành nhanh chóng. Tuy nhiên Top1 cũng rất dễ bị mất hoạt tính do các tác động từ môi trƣờng trong và ngoài tế bào, dẫn đến sự sai khác, đứt gãy DNA, một số đơn vị DNA bị oxy hóa hoặc sửa đổi…[5]. O Base HN O OH O Base O Tyr 723 P O OO Hình 6. Sự tạo phức Top1- DNA 8 Mặt khác, trong tế bào liên kết phosphodieste đƣợc thủy phân bằng các enzyme đặc hiệu phospholipaza D ở nhiều môi trƣờng khác nhau. Trong đó Tyrosyl-DNA phosphodiesterase I (Tdp1) đã đƣợc chứng minh là siêu enzyme chỉ xúc tác cho quá trình thủy phân liên kết phosphodiester giữa Tyr723 của xúc tác Top1 và DNA-3'-phosphate. Do đó, Tdp1 đƣợc cho là gắn liền đến việc sửa chữa các tổn thƣơng DNA. Tdp1 cũng có khả năng loại bỏ các 3'- phosphoglycolate do sự oxy hóa DNA tổn thƣơng bởi bleomycin và sửa chữa lỗi của phức tách Top2DNA. Tất cả dữ kiện này cho thấy Tdp1 có một vai trò lớn trong việc duy trì sự ổn định của hệ gen, có thể là thuốc chống ung thƣ hiệu quả cao. Khi DNA thực hiện chức năng di truyền, DNA- topoisomerase I (top1) tiến lại gần và tƣơng tác với DNA sợi kép, tạo phức: Top1-DNA. Kết thúc quá trình, Tpd 1 cắt đứt liên kết cộng hóa trị Top1-DNA giải phóng enzyme Top1, sửa chữa những sai khác của DNA [5,9]. Hình 7. Mô hình hoạt động của Tdp1 9 Khi nghiên cứu về mặt lập thể, phản ứng xúc tác của Tpd1 đƣợc cho là xảy ra theo 2 bƣớc. Bƣớc đầu tiên bao gồm sự tấn công nucleophin của gốc His 263 tới nguyên tử P liên kết với nguyên tử O trong xúc tác Top1 và sự tấn công của gốc Tys723 tới đầu 3’ của DNA. Các nhóm chức của gốc Lys265 và Lys495 đƣợc tìm thấy trong trung tâm hoạt động của xúc tác là ở các liên kết giữa nguyên tử O với nhóm phosphate, tạo ra các liên kết cộng hóa trị của His263 với đầu 3’-phosphate của DNA. Kết quả là phosphoramide đƣợc ổn định bằng liên kết hidro với xúc tác K265 và K495. Ở bƣớc thứ 2, phức trung gian đƣợc thủy phân bởi 1 gốc His493.H2O thông qua một phản ứng SN2 thứ hai. Bƣớc phản ứng đề xuất này đƣợc chứng minh nhờ nghiên cứu invitro, cho thấy các đột biến SCAN1 H493R dẫn đến sự tích lũy các hợp chất trung gian cộng hóa trị Tdp1-DNA. Sản phẩm cuối cùng trong quá trình này là một phân tử DNA có đầu 3'-phosphate và giải phóng các gốc Hys. Quá trình tái tạo lại DNA sau đó đƣợc thực hiện bởi DNA-polimerase và DNA-ligarase. Vai trò của Tpd1 là thủy phân liên kết phosphotyrosyl-DNA trong phức Top1-DNA biến tính hoặc thoái hóa. Điều này giúp định hƣớng cho hóa trị liệu là dựa trên sự tạo thành những thƣơng tổn và sai khác trong DNA của tế bào khối u. Nhƣ vậy, phức hợp Top1-DNA bị mất hoạt tính có thể phát tác dụng của chất gây chất độc Top1 là indenoisoquinoline đƣợc sử dụng trong điều trị ung thƣ [9]. Các indenoisoquinoline đã đƣợc kiểm tra hoạt tính kháng sinh chống lại các dòng tế bào ung thƣ ở ngƣời tại Viện Ung thƣ Quốc gia, trong đó hoạt động của mỗi hợp chất đƣợc đánh giá với khoảng 55 dòng tế bào ung thƣ khác nhau. Ngƣời ta sử dụng giá trị gây độc tế bào GI50 là nồng độ tƣơng ứng với sự ức chế tăng trƣởng lên đến 50%. MGM (Mean Graph Midpoint) là các giá trị đồ thị trung bình dựa trên tính toán của giá trị GI50 trung bình cho tất cả các dòng tế bào thử nghiệm (khoảng 55 dòng) trong đó giá trị GI50 cho phép nằm trong phạm vi (10-8M - 10-4M với 10-8 và 10-4 lần lƣợt là nồng độ tối thiểu và tối đa của thuốc trong quá trình xét nghiệm kiểm tra). Một hợp chất đƣợc xem là “hoạt động” nếu nó có giá trị MGM ≤ 1µM và có khả năng ức chế Top I ngang bằng hoặc hơn hoạt tính của Camptothecin. Khả năng 10 ức chế Top I so với Camptothecin đƣợc thể hiện: 0/+ không phát hiện đƣợc hoạt tính, ++ hoạt động yếu, +++ hoạt động tƣơng tự camptothecin, ++++ và +++++ hoạt động mạnh hơn rất nhiều so với camptothecin [7]. 1.3.2. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm aminopropyl ở vòng B O O O O NH2 N n N H3CO H H3C O O N O 18a, n = 0 18b, n = 1 (CH2)3NH2.HCl N H O 19 OCH3 O O OCH3 NH2 HCl N N H2N O2N NH2. HCl O O 20b 20a Hình 8. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm aminopropyl ( 18a- 20b) Bảng 1: Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào (IC50)a và hoạt tính ức chế Top1 của các dẫn xuất indenoisoquinoline từ 18a-20b Chất thử Phổi Ruột HOP- HCT62 116 Khối u ác tính Thận UACC- SN12C 62 Tuyến tiền liệt DU- 145 Vú MDA- MGM MB- (μM)b Top I 435 1.86 ± 18a 0.65 0.57 1.22 2.53 1.11 3.36 18b 1.56 0.54 1.69 1.46 1.57 2.33 1.86 ++ 19 1.56 0.54 1.69 1.46 1.57 2.33 1.86 ++(+) 20a 0.93 0.44 2.25 1.75 1.68 3.05 1.69 +++ 20b <0.01 <0.01 0.1 <0.01 <0.01 0.12 0.04 +++(+) 0.38 0 a -Giá trị IC50 là giá trị đánh giá khả năng ức chế mạnh hay yếu của mẫu khảo sát. IC50 là nồng độ của mẫu mà tại đó nó có thể ức chế 50% gốc tự do, tế bào hoặc enzyme. Mẫu có hoạt tính càng cao thì giá trị IC50 càng thấp. b - Khảnăng ức chế Top I so với Camptothecin được thể hiện :0/+ không phát hiện được hoạt tính, ++ hoạt động yếu, +++hoạt động tương tự camptothecin, ++++ và +++++ hoạt động mạnh hơn rất nhiều so với camptothecin. 11