Tài liệu Nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng sinh học một số dẫn chất 2 -mercaptobenzimidazol

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI KOEUN SORPHIN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC MỘT SỐ DẪN CHẤT 2-MERCAPTOBENZIMIDAZOL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI – 2013 BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI KOEUN SORPHIN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC MỘT SỐ DẪN CHẤT 2-MERCAPTOBENZIMIDAZOL KHOA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn: DS. Nguyễn Văn Giang DS. Nguyễn Thị Phương Nơ thực hiện: Bộ môn Công nghiệp Dược Trường Đại học Dược Hà Nội HÀ NỘI –2013 LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến DS. Nguyễn Văn Giang và DS. Nguyễn Thị Phương, đã trực tiếp hướng dẫn, cho tôi những lời khuyên quý báu và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Công Nghiệp Dược, đặc biệt là PSG. TS. Nguyễn Đình Luyện và DS. Phạm Thị Hiền, DS. Nguyễn Thị Thanh Phúc, CN. Phan Tiến Thành của Tổ môn Tổng hợp Hóa dược đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Trong quá trình thực hiện khóa luận tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các cán bộ Phòng Phân tích phổ - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm và Khoa học Công nghệ Việt Nam, Phòng Phân tích hữu cơ - Viện Hợp chất thiên nhiên Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam cùng thư viện trường Đại học Dược Hà Nôi, tôi xin chân thành cảm ơn. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến bố mẹ và bạn bè - những người luôn động viên, khích lệ tôi trong cuộc sống và học tập. Hà Nội, ngày 21 tháng 5 năm 2013. Sinh viên Koeun Sorphin MỤC LỤC Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................... 2 1.1. Tổn quan về 2-mercaptobenzimidazol ..................................................... 2 1.2. Tác dụng sinh học của dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol ................ 2 1.2.1. Tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn............................................................... 2 1.2.2. Tác dụng giảm đau và tác dụng chống co giật. ........................................... 7 1.2.3. Tác dụng khác của dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol .............................. 9 1.3. Phương pháp tổng hợp dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol. .............. 9 1.3.1. Phương pháp tổng hợp khung 2-mercaptobenzimidazol........................... 9 1.3.2. Tổng hợp các dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol ..................................... 11 CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................................ 15 2.1. Nguyên liệu, thiết bị ........................................................................................ 15 2.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 16 2.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 17 2.3.1. Tổng hợp hóa học và kiểm tra độ tinh kiết ................................................ 17 2.3.2. Xác định cấu trú .............................................................................................. 17 2.3.3. Thử tác dụng sinh học ................................................................................... 18 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC............................................................................................................................. 19 3.1. Hóa học ............................................................................................................... 19 3.1.1. Tổng hợp hóa dược ........................................................................................ 19 3.1.2. Kiểm tra độ tinh khiết của dẫn chất đã tổng hợp được ............................ 30 3.1.3. Xác định cấu trúc ............................................................................................ 31 3.2. Thử tác dụng sinh học ................................................................................... 35 3.2.1.Nguyên tắc, cách tiến hành thử hoạt tính kháng khuẩn ............................ 35 3.2.2. Nguyên tắc, cách tiến hành thử hoạt tính kháng nấm .............................. 38 CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN ..................................................................................... 41 4.1. Về tổn hợp hóa học......................................................................................... 41 4.2. Về tác dụng sinh học ....................................................................................... 42 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ................................................................................... 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1 H-NMR 1 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ( H nuclear magnetic resonance) CTCT Công thức cấu tạo DMF N,N-dimethylformamid ECA Ethyl cloroacetat IC50 Nồng độ ức chế 50 phần trăm (half maximal inhibitory concentration) IR 2-MBI Phổ hồng ngoại (infrared) 2-mercaptobenzimidazol MCA Methyl cloroacetat MIC Nồng độ ức chế tối thiểu (minimum inhibitory concentration) MS Phổ khối (mass spectroscopy) MT Môi trường t° Nhiệt độ t°nc Nhiệt độ nóng chảy SKLM Sắc ký lớp mỏng (Thin layer chromatography) TLTK Tài liệu tham khảo VSV Vi sinh vật Rf Hệ số lưu giữ (Retention factor) DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 1.1: Các tác nhân thế R 3 Bảng 1.2: Hoạt động kháng khuẩn của dẫn chất 23 Mercaptobenzimidazol Bảng 1.3: Các amin khác nhau với ký hiệu như sau 4 Bảng 1.4: Đường kínhvùng ức chế (mm) 5 Bảng 1.5: Nồng độ ức chế tối thiểu của các hợp chất 7 Bảng 1.6: Tác dụng chống co giật của một số dẫn chất 28 mercaptobenzimidazol Bảng 1.7: Một số tác nhân và điều kiện phản ứng Bảng 2.1: Các hóa chất, dung môi sử dụng trong quá trình thực nghiệm Bảng 2.2: Các máy móc, dụng cụ sử dụng trong quá trình thực nghiệm Bảng 3.1: Kết quả tổng hợp hóa học 13 15 16 30 o Bảng 3.2: Giá trị Rf và nhiệt độ nóng chảy (t nc) của các chất Bảng 3.3: Giá trị phổ khối của các chất 31 32 Bảng 3.4: Số liệu phân tích phổ IR 33 Bảng 3.5: Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân của chất I, II, III, IV, V 34 Bảng 3.6: Kết quả thử nghiệm 37 Bảng 3.7: Bảng kết quả thử tác dụng chống nấm 40 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình vẽ Trang Hình 1.1: Công thức cấu tạo của 2-mercaptobenzimidazol 2 Hình 1.2: Công thức cấu tạo của dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol 2 Hình 1.3: Tổng hợp dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol của Ginani 3 Yaseen Hình 1.4: Tổng hợp một số dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol 4 Hình 1.5: Công thức chung của các dẫn chất 2-mercaptobzimidazol 6 Hình 1.6: Tổng hợp một số dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol 7 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ Sơ đồ 1.1: Tổng hợp 2-mercaptobenzimidazol của Maw-Lang Wang Sơ đồ 1.2: Tổng hợp 2-mercaptobenzimidazol của Vanallan và Deacon Trang 10 10 Sơ đồ 1.3: Tổng hợp dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol 10 Sơ đồ 1.4: Tổng hợp vài dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol 13 Sơ đồ 3.1: Tổng hợp các dẫn chất của 2-mercaptobenzimidazol 19 Sơ đồ 3.2: Tổng hợp 2-mercaptobenzimidazol từ o-phenylendiamin 19 Sơ đồ 3.3: Quy trình tổng hợp 2-mercaptobenzimidazol từ ophenylendiamin 21 Sơ đồ 3.4: Tổng hợp 2-benzylthio-1H-benzo[d]imidazol 22 Sơ đồ 3.5: Quy trình tổng hợp 2-benzylthio-1H-benzo[d]imidazol 23 Sơ đồ 3.6: Tổng hợp 1-benzyl-2-(benzylthio)-1H-benzo[d]imidazol 24 Sơ đồ 3.7: Quy trình tổng hợp 1-benzyl-2-(benzythio)-1Hbenzo[d]imidazol Sơ đồ 3.8: Tổng hợp methyl 2-(2-(benzylthio)-1Hbenzo[d]imidazol-1-yl)acetat Sơ đồ 3.9: Quy trình tổng hợp methyl 2-(2-(benzylthio)-1Hbenzo[d]imidazol-1-yl)acetat Sơ đồ 3.10: Tổng hợp ethyl 2-(2-(benzylthio)-1Hbenzo[d]imidazol-1-yl) acetat Sơ đồ 3.11: Quy trình tổng hợp ethyl 2-(2-(benzylthio)-1H-benzo [d]imidazol-1-yl)acetat Sơ đồ 4.1: Cơ chế phản ứng đóng vòng 2-mercaptobenzimidazol 25 26 27 28 29 41 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, đời sống xã hội được nâng cao, khoa học kỹ thuật và công nghệ ngày càng phát triển thì mô hình bệnh tật ngày càng trở nên đa dạng và phức tạp. Vấn đề nan giải đặt ra cho ngành Y Tế nói chung và ngành Dược nói riêng, chính là làm sao nghiên cứu kịp thời các loại thuốc có hiệu quả phòng và chữa bệnh. Để tìm được các hoạt chất có hiệu quả điều trị cao, ít độc tính và có thể ứng dụng trong điều trị và lâm sàng, các nhà nghiên cứu hóa dược thường dựa vào cấu trúc của các chất đang được dùng làm thuốc hoặc các chất có tác dụng sinh học triển vọng để tổng hợp hoặc bán tổng hợp tạo ra nhiều thuốc mới. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy dẫn chất benzimidazol là nhóm hợp chất dị vòng có tác dụng sinh học rất đa dạng như: tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn, kháng tế bào ung thư, kháng viêm, tác dụng hạ huyết áp, tác dụng trị giun sán…[3, 4, 5, 7, 9] Để góp phần làm phong phú thêm các nghiên cứu về tổng hợp và tác dụng sinh học của dẫn chất benzimidazol, chúng tôi đã quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng sinh học một số dẫn chất 2mercaptobenzimidazol” với các mục tiêu sau: 1. Tổng hợp một số dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol với các nhóm thế khác nhau ở vị trí N-1. 2. Thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của một số dẫn chất 2mercaptobenzimidazol tổng hợp được. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về 2-mercaptobenzimidazol - Tên khoa học: 1H-benzimidazol-2-thiol - Công thức phân tử: C7H 6N 2S - Nhiệt độ nóng chảy: 302-305ºC - Độ tan trong nước <0,1 g /100 ml tại 23,5ºC - Công thức cấu tạo của 2-mercaptobenzimidazol Hình 1.1: Công thức cấu tạo của 2-mercaptobenzimidazol 1.2. Tác dụng sinh học của dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol 2-mercaptobenzimidazol và dẫn chất có công thức cấu tạo chung như sau: Hình 1.2: Cấu tạo chung của các dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol Có nhiều công trình nghiên cứu đã công bố cho biết các dẫn chất của 2mercaptobenzimidazol có nhiều tác dụng sinh học như sau: tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn, tác dụng kháng ung thư, tác dụng chống viêm, giảm đau, tác dụng chống co giật…[8,12,13,14]. 1.2.1. Tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn Năm 2011, Srikanth Gurrala đã tổng hợp được dẫn chất 2mercaptobenzimidazol và tiến hành thử hoạt tính kháng khuẩn với 2 chủng vi khuẩn S. aureus và E. coli. Các dẫn chất này cũng được kiểm tra hoạt tính kháng nấm Candida albacans trên môi trường thạch dinh dưỡng với 2 thuốc đối chiếu là ampicillin và ketoconazol. Kết quả cho thấy các dẫn chất này có hoạt tính kháng nấm [5, 6]. 3 Hình 1.3: Công thức cấu tạo của dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol Bảng 1.1: Các tác nhân thế R Chất n R 1a 2 H 1b 3 H 1c 2 CH 3O- 1d 3 CH 3O- 1e 2 F 2HCO- 1f 3 F 2HCO-  Tác dụng kháng nấm: Chất 1c, 1d có tác dụng ức chế mạnh Candida albicans tại nồng độ 250 μg/ml và 5 μg/ ml. Tuy nhiên tác dụng ức chế này kém hơn ketoconazol.  Tác dụng kháng khuẩn: Bảng 1.2: Hoạt động kháng khuẩn của dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol Chất 1a 1b 1c 1d 1e 1f Nồn độ µ /ml 50 100 50 100 50 100 50 100 50 100 50 E. coli (mm) 6 9 7 7 11 13 12 15 9 11 10 S. aueus (mm) 9 10 10 11 12 14 10 15 10 11 11 4 100 50 100 Ampicillin 12 24 25 13 25 25 Kết quả kiểm tra trên 2 chủng vi khuẩn E. coli và S. aureus được trình bày ở bảng trên cho thấy các hợp chất 1a, 1b có tác dụng kháng khuẩn yếu tại nồng độ 50µg/ml, và tác dụng kháng khuẩn trung bình ở nồng độ 100µg/ml. Các hợp chất 1c, 1d thể hiện tác dụng kháng khuẩn trung bình ở nồng độ 50 µg/ml, nhưng thể hiện khả năng kháng khuẩn tốt ở nồng độ 100µg/ml. Hợp chất 1e, 1f đã cho thấy hoạt tính kháng khuẩn trung bình trên chủng S. aureus ở nồng độ 100µg/ml khi so sánh với thuốc đối chứng là ampicillin. Năm 2010 Gigani Yaseen lựa chọn amin để tổng hợp các cấu trúc của những dẫn chất khác nhau của 2-mercaptobenzimidazol [7] CH2O + R-NH2; R NH RNHCH2OH Ðun 3h 2-MBI R H2O N S CH2 NH R N H Hình 1.4: Tổng hợp dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol của Ginani Yaseen. Bảng 1.3: Công thức của các amin khác nhau Số TT Chất 1 2a 2 2b 3 2c R= 5 4 2d 5 2e 6 2f Bảng 1.4: Đường kính vùng ức chế (mm) B.subtilis 6633 Chất E.coli ACTT3750 50μg/ml 100μg/ml 200μg/ml 50μg/ml 100μg/ml 200μg/ml 2a 4 9 14 - 8 9 2b 5 7 9 3 7 8 2c 5 11 16 8 9 14 2d 3 3 4 - 7 10 2e 4 10 13 5 9 16 2f - - 4 7 10 10 10 14 18 8 10 19 Ciprofl oxacin Kết quả từ bảng trên cho thấy 2f không có hoạt tính kháng khuẩn đối với B.subtilis, 2a và 2d không có hoạt tính kháng khuẩn đối với E.coli ở nồng độ thấp hơn (50µg/ml). Trong khi đó, 2c và 2e thể hiện hoạt tính kháng khuẩn tốt trên 2 chủng thử nghiệm. Trong nghiên cứu này, thuốc đối chiếu được sử dụng là ciprofloxacin 200µg/ml (theo phương pháp của Gaud RS và Gupta năm 2006) [6,17]. 6  Chọn một nhóm thế khác của dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol Hình 1.5: Tổng hợp một số dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol Các dẫn chất mới được tiến hành xác định nồng độ ức chế tối thiểu in vitro trên các vi khuẩn Gram(+) như Bacillus subtilis và Staphylococcus aurreus, các vi khuẩn Gram(–) như Escherichia coli và Pseudomonas aeruginosa. Trong nghiên cứu này các nhà khoa học đã sử dụng gentamycin làm thuốc đối chứng [15, 16, 7]. 7 Bảng 1.5: Nồng độ ức chế tối thiểu của các hợp chất Ký hiệu dẫn chất Các vi sinh vật Vi khuẩn Gram (+) Vi khuẩn Gram (-) A B C D 3a 74 - 26 - 3b 85 - 58 - 4a 75 105 62 - 4b 79 - 42 - Gentamycin 64 56 72 48 (30 µg/ml) Vi sinh vật A: Bacillussubtilis, B: Staphylococcus aureus, C: Escherichia coli và D: Pseudomonas aeruginosa. Từ các kết quả thu được cho thấy các dẫn chất 3a và 4a có hoạt tính mạnh trên chủng Bacillussubtilis, tương đương với gentamycin. Trong khi các dẫn chất 3b, 4b thể hiện hoạt tính trung bình. Theo bảng trên, tất cả các dẫn chất đã được cho thấy hoạt tính tốt đối với vi khuẩn Escherichia coli [7]. 1.2.2. Tác dụng giảm đau và tác dụng chống co giật Năm 2010, K. Anandarajagopal đã tiến hành tổng hợp một số dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol và thử tác dụng giảm đau, chống co giật [4]. R1 N N S R N H Hình 1.6: Công thức chung của các dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol 8 Bảng 1.6: Tác dụng chống co giật của một số dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol Chất Gốc -NR(R1) Tỉ lệ % chống co giật Chất chuẩn phenytoin 86,84 5a 26,10 5b 75,96 5c 38,49 5d 82,51 5e 85,98 5f 80,24 5g 42,76 5h 74,22 5i 82,02 5j 68,81 9  Tác dụng giảm đau Khảo sát tác dụng giảm đau của các dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol trên chuột bạch (20 - 30g). Kết quả cho thấy tất cả các dẫn chất thử nghiệm đều có tác dụng giảm đau đáng kể ở liều 20mg/ml. Chất chuẩn được sử dụng trong nghiên cứu này là pentazocine 5mg/ml.  Tác dụng chống co giật Tất cả các hợp chất tổng hợp được thử nghiệm ở liều 20mg/kg đều có tác dụng chống co giật (26,10 -85,98%). Các hợp chất 5e, 5f và 5i thể hiện tác dụng chống co giật cao [3]. 1.2.3. Tác dụng khác của dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol Một số nghiên cứu cũng cho thấy các dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol có tác dụng chống ký sinh trùng Trichinella spiralis trong thử nghiệm in vitro trên chuột bạch [9]. Thêm vào đó nhóm này còn có tác dụng trong điều trị đái tháo đường, nhồi máu não, hạ sốt [19], chống viêm [5]. Nhóm dẫn chất này còn được sử dụng trong điều trị bệnh tâm thần phân liệt, chứng động kinh, bệnh Parkison, chứng đau nửa đầu, đau dây thần kinh, các bệnh về máu, chống virus HIV…[10]. Nhóm dẫn chất benzimidazol cũng đã được nghiên cứu là có tác dụng chống ung thư. Một số dẫn chất của nhóm này đã được sử dụng trong điều trị ung thư đại tràng [19]. 1.3. Phương pháp tổng hợp dẫn chất 2-mercapto benzimidazol. 1.3.1. Phương pháp tổng hợp khung 2-mercapto benzimidazol Hầu hết các phương pháp tổng hợp 2-mercaptobenzimidazol đều đi từ nguyên liệu o-phenylendiamin và dẫn chất o-phenylendiamin với sự tham gia của CS2, KOH, alcol và nước để tạo khung 2-mercapto benzimidazol. 10 a) Theo M.L. Wang [12] Quy trình tổng hợp được mô tả theo sơ đồ sau: Sơ đồ 1.1: Tổng hợp 2-mercaptobenzimidazol b) Theo V. Allan và cộng sự [12] Quy trình tổng hợp được mô tả theo sơ đồ sau: Sơ đồ 1.2: Tổng hợp 2-mercaptobenzimidazol của V. Allan và vộng sự c) phương pháp tổng hợp một số dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol Sơ đồ 1.3: Tổng hợp dẫn chất 2-mercapto benzimidazol Quy trình: Hỗn hợp của o-phenylendiaminethyl xanthat, ethanol và nước được hồi lưu trong 3 giờ, để hỗn hợp ở nhiệt độ phòng trong 10 phút. 0 Sau đó lọc, dịch lọc thu được đun nóng đến 60-70 C. Thêm nước, acid acetic khuấy đều. Hỗn hợp được xử lý để thu tinh thể 2-mercaptobenzimidazol. 11 1.3.2. Tổng hợp các dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol Để tổng hợp được các dẫn chất 2-mercaptobenzimidazol thường sử dụng các tác nhân khác nhau gồm nitro hóa, alkyl hóa và acyl hóa. 1.3.2.1. Tạo dẫn chất nitro benzimidazol Sau đây là một số tác nhân sử dụng: a. Acid nitric Chất lỏng tinh khiết, mùi hắc mạnh, đun lâu hoặc để ngoài ánh sáng bị phân hủy, được sử dụng ở nhiều nồng độ khác nhau. Ở nhiệt độ thường, trong acid nitric chỉ chứa khoảng 4% ion nitroni, do đó nó là tác nhân nitro hóa yếu. Mặt khác, đây lại là một tác nhân oxy hóa mạnh nên tạo nhiều tạp chất. Cation nitroni được tạo ra như sau: 2HNO3 + - NO 2 + NO 3 + H2 O b. Hỗn hợp sulfo-nitric Hỗn hợp sulfo-nitric là hỗn hợp gồm 3 thành phần H2SO4, HNO 3, H2O theo tỉ lệ khác nhau, phụ thuộc vào bản chất của các hợp chất được nitro hóa. Tác dụng nitro hóa mạnh, đồng thời làm giảm tác dụng oxy hóa của HNO 3. Cation nitroni được tạo ra như sau: HNO 3 + 2H 2SO 4 + - NO 2 + 2HSO 4 + H 3O + c. Muối nitrat và acid sulfuric Đây là tác nhân được sử dụng khi cần nitro hóa trong môi trường khan, thường được sử dụng để điều chế các dẫn chất polynitro. 2NaNO3 + H2SO4 → 2HNO3 +Na2SO4 d. Alkylnitrat (R-ONO2)