Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của Indirubin và dẫn chất

  • Số trang: 63 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 21 |
  • Lượt tải: 0
minhtuan

Đã đăng 15929 tài liệu

Mô tả:

Bộ Y T Ế TRƯỜNG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI PHẠM THỊ HOA TỔNG HỢP • VÀ THỬ HOẠT • TÍNH SINH HỌC • CỦA INDIRUBIN VÀ DẪN CHẤT KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP Dược SỸ Người hướng dẫn: 1. TS. Nguyễn H ải Nam 2. DS. Nghiêm Thị Minh Nơi thực hiện: Bộ môn Hoá dược \CL HÀ NỘI - 2010 LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến: TS. Nguyễn Hải Nam, DS. Nghiêm Thị Minh, DS. Trần Phương Thảo - Bộ môn Hoả Dược - Trường Đại học Dược Hà Nội, những người thày đã trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt, chỉ bảo cho tôi trong quà trình thực hiện và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp. Tôi xỉn chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thày, các cô, các em kỹ thuật viên Bộ môn Hoá Dược đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành khoả luận này. Trong quá trình thực hiện khoá luận, tôi cũng đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các cán bộ Phòng Thí nghiệm trung tâm - Trường Đại học Dược Hà Nội; Phòng Sinh học - Viện Hoả học các hợp chất tự nhiên; Phòng Phân tích phổ - Viện Hoá học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam ...cùng toàn thể các thày cô giáo trong trường, các phòng ban, thư viện. Tôi xin chân thành cảm ơn. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đĩnh và bạn bè - những người luôn sát cánh, động viên, khích lệ tôi trong cuộc sống và học tập. Hà nội, ngày 10 tháng 5 năm 2010 Sinh viên Phạm Thị Hoa MỤC LỤC Trang ĐẶT VẤN ĐÈ...................................................................................... 1 Chương 1, TỎNG QUAN................................................................... 3 1.1. Tác dụng sinh học của indirubin và dẫn chất......................... 3 1.2. Tổng họp indimbin và dẫn chất............................................. 5 1.2.1. Tổng hợp một số dẫn chất isatin.................................. 8 1.2.2. Tổng hợp một số dẫn chất indirubin............................ 9 Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u 10 (NGUYÊN LIỆU, THIÉT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU) 2.1. Nguyên liệu, thiết bị, dụng cụ............................................... 10 2.1.1. Nguyên vật liệu........................................................... 10 2.1.2. Thiết bị, dụng cụ......................................................... 10 2 .2 . Nội dung nghiên cứu............................................................. 11 2 . 3 . P h ư ơ n g p h á p n g h i ê n c ứ u ..................................................................................... 11 2.3.1. Tổng họp hoá học và kiểm tra độ tinh khiết............... 11 2.3.2. Xác định cấu trúc......................................................... 12 2.3.3. Thử tác dụng sinh học................................................. 12 Chương 3. THựC NGHIỆM, KÉT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 13 3.1.Hoáhọ c.................................................................. ............... 13 3.1.1. Tổng hợp hoá học......................................................... 13 3.1.2. Kiểm tra độ tinh khiết................................................... 17 3.1.3. Xác định cấu trúc.......................................................... 19 Thử tác dụng sinh học................................................ 26 3.2.1. Thử tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm...................................... 26 3.2. 3.2.2. Thử tác dụng kháng các dòng tế bào ung thư người................... 30 3.3. Bàn luận....................................................................................... 33 3.3.1. Tổng họp hoá học và xác định cấu trúc...................................... 33 3.3.2. Tác dụng sinh học....................................................................... 35 KÉT LUẬN VÀ ĐÈ XUẤT TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1. Một số phương pháp tổng họp indirubin. 7 Bảng 2 : Hiệu suất và một số chỉ số hóa lý của indirubin và dẫn chất 17 Bảng 3: Giá trị Rf với hệ dung môi khai triển n-hexan/aceton (2:1) và 18 t°nc của 6 chất I-VI Bảng 4; số liệu phân tích phổ IR (em'*) 20 Bảng 5: số liệu phổ EI-MS của 6 chất tổng hợp được 22 Bảng 6: số liệu p h â n tích phổ *H-NMR 25 Bảng 7: Kết quả thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm 29 Bảng 8 : Kết quả thử độc tính tế bào của các chất I, II, IV 32 DANH MỤC CÁC s ơ ĐÒ Trang Sơ đồ 1: Tổng họp indirubin theo phương pháp Baeyer 5 Sơ đồ 2: Tổng hợp indirubin theo phương pháp Rusell và Kaupp Sơ đồ 3; Tổng hợp dẫn chất 5 -bromoisatin 8 Sơ đồ 4: Tổng họp một số dẫn chất kháccủa isatin 8 Sơ đồ 5: Tổng hợp một số dẫn chất của indirubin 9 Sơ đồ 6 : Tổng họp các dẫn chất của i n d i r u b i n . 13 Sơ đồ 6 : Sơ đồ phân mảnh của chất II. 23 Sơ đồ 7: Sơ đồ phân mảnh của chất VI. 23 6 CHÚ GIẢI CÁC CHỮ VIẾT TẮT K562 Tế bào ung thư bạch cầu DCM Dicloromethan DMSO Dimethylsulfoxid IC50 Inhibitory Concentration 50 (Nồng độ ức chế 50% sự phát triển của tế bào) ‘h -n m r ^H-Nuclear Magnetic Resonance Spectrometry (Phổ cộng hưỏng từ hạt nhân) IR Infrared spectrometry (Phổ hồng ngoại) MS Mass Spectrometry (Phổ khối lượng) KLPT Khối lượng phân tử MDA-MB-231 Tế bào ung thư vú đã di căn của người DPT Deoxypodophyllotoxin (Chất chuẩn dương tính) MIC Minimal Inhibitory Concentration (Nồng độ ức chế tối thiểu) v sv Vi sinh vật SKLM Sắc ký lóp mỏng ĐẶT VẤN ĐỂ Khi xã hội ngày càng phát triển thì mô hình bệnh tật của con người càng trở nên phức tạp và nhu cầu chăm sóc sức khoẻ cũng ngày càng tăng lên. Nếu đơn thuần chỉ dựa vào những thuốc lâu đời có nguồn gốc từ dược liệu hay tổng họp vi sinh thì chưa đủ để đáp ứng được nhu cầu đó. Ngày nay, việc nghiên cứu tìm ra thuốc mới và đưa vào sử dụng trên lâm sàng là thành tựu của nhiều ngành khoa học như bào chế, hoá dược, vi sinh, dược lâm sàng...trong đó tổng hợp hoá dược đóng vai trò rất quan trọng. Được hình thành và phát triển trên cơ sở kĩ thuật tổng hợp hữu cơ, tổng hợp hoá dược đã trở thành một ngành khoa học chuyên biệt chuyên nghiên cứu tìm ra các loại thuốc mới phục vụ cho việc phòng và điều trị bệnh cho con người. Các thuốc có nguồn gốc tổng hợp hoá dược đóng vai trò không thể thiếu trong cuộc sống và chiếm một số lượng rất lớn. Để tìm được các hoạt chất có hiệu quả điều trị cao, ít độc tính và có thể ứng dụng trong điều trị, các nhà tổng hợp hoá 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 họp hoặc bán tổng họp tạo ra nhiều thuốc mới. Một số công trình nghiên cứu cho thấy indirubin và các dẫn chất có tác dụng sinh học rất đáng quan tâm như; kháng các dòng tế bào gây bệnh ung thư ở người, kháng nấm, kháng khuẩn... V ớ i m o n g m u ố n là m p h o n g p h ú t h ê m c á c n g h iê n c ứ u v ề tá c d ụ n g s in h h ọ c của các dẫn chất indirubin, chúng tôi đã quyết định thực hiện đề tài: “Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của indirubin và dẫn chất” với các mục tiêu sau: 1. Tổng hợp indirubin và một số dẫn chất với các nhóm thế khác nhau tại vị trí C-5, C-7 2. Thử hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn và kháng tế bào ung thư của chất tổng hợp được. Với những mục tiêu trên, chúng tôi hy vọng khoá luận này sẽ góp phần vào việc nghiên cứu, tổng hợp các dẫn chất indirubin có hoạt tính sinh học có thể được ứng dụng trong lâm sàng. Chương 1. TỎNG QUAN 1.1. TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA INDIRUBIN Trong những năm gần đây, thế giới đang phải đối mặt với nhiều bệnh nan y do đó nhu cầu tìm ra các phương thuốc đặc trị càng trở nên bức thiết. Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đồng thời do yêu cầu thực tiễn, năm 1966, Viện huyết học thuộc Học viện khoa học y dược Trung Quốc nghiên cứu tác dụng chữa bệnh máu trắng của bài thuốc truyền thống Trung Quốc có tên Danggui Longhui Wan gồm 11 loài cây thuốc. Nghiên cứu cho thấy, tác dụng chữa bệnh máu trắng được xác định là do sự có mặt của indirubin [8,13], Ngoài ra, indirubin cũng được biết đến trong việc điều trị các bệnh: Bệnh do virus, bệnh tiểu đường [8 ], các bệnh về thần kinh như Alzheimer's, parkinson. Tuy nhiên indirubin rất ít tan trong nước, sinh khả dụng thấp vì vậy để tăng khả năng hấp thu, giảm tác dụng phụ và đặc biệt là tăng tác dụng sinh học, các nhà khoa học đã và đang tiếp tục nghiên cứu để tổng hợp ra các dẫn chất mới của indirubin (hình 1. 1) Hình 1.1: Công thức cấu tạo của indirubin Tên khoa học: 2',3-Bis(2,3-dihydroindolyliden)-2,3'-dion Sau đây chúng tôi xin trình bày một số tác dụng chính của indirubin. Năm 1999, Hoessel và cộng sự phát hiện ra tác dụng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư của indirubin, là do ức chế enzym CDK (cyclindependent kinase) [9,13] - enzym đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân chia của chu kỳ tế bào qua liên kết tạo phức với các cyclin [19]. (Các cyclin là một họ các protein kiểm soát sự phát triển của tế bào trong chu kỳ tế bào). Ngoài ra các CDK còn điều khiển các quá trình sao mã. Năm 1999, Leclerc và cộng sự khám phá ra tác dụng ức chế GSK-3 (glycogen synthase kinase 3) của dẫn xuất indirubin. Đồng thời, khi nghiên cứu độc lập, Meijer và cộng sự cũng phát hiện hoạt tính này ở các dẫn xuất thế indirubin. (GSK-3 là một loại protein kinase của serin/threonin phổ biến trong não, tham gia vào quá trình điều chỉnh lượng glycogen nhờ vai trò của insulin [5] và liên quan tới một số quá trình sinh học khác như quá trình phát triển của tế bào sống và của mô tế bào. Các GSK giữ vai trò thiết yếu đối với enzym trong sự chuyển hoá glycogen và điều khiển nhiều hoạt động khác nhau của té bào. Năm 2001, Adachi và các cộng sự đã phát hiện ra hoạt tính AhR (aryl hydrocacbon receptor) ở indirubin. AhR là một phối tử bHLB/PAS - tác nhân chứa nhân tố phiên mã, điều khiển các gen khác nhau [20]. AhR có thể liên kết và hoạt hoá nhiều quá trình hoá học khác nhau. AhR là đích để phát triển các phối tử trong hoá trị liệu và một vài dạng của tế bào ung thư như tế bào ung thư vú MCF-7. Năm 2005, Nam và các cộng sự phát hiện thấy các hoạt tính Src tyrosin kinase và Stat3 (signal transducer and activator of transctiption 3) [20]. Protein Stat (signal transducer and activator of transctiption-tin hiệu chuyển đổi và hoạt hoá trong quá trình phiên mã) có vai trò quan trọng đối với sự phát triển của các tế bào khối u [20]. Stat3-họp phần của họ stat, là nhân tố có vai trò quan trọng trong sự chuyển pha Gl-S của chu kỳ tế bào, thúc đẩy quá trình phân bào và phát triển của tế bào [21]. Protein Stat3 có vai trò đặc biệt đối với sự phát sinh, phát triển bệnh ung thư, hoạt tính này sẽ trở thành một liệu pháp nhắm trúng đích khi điều trị bệnh ung thư. Hiện nay, khoảng 30% lượng thuốc trong công nghiệp dược phẩm nhằm tới đích là các protein kinase [4] Năm 2006, theo Yoan Ferandin và các cộng sự, một số dẫn chất thế C-7 đặc biệt là các dẫn xuất thế halogen có hoạt tính ức chế enzym CDK và GSK3 cao hơn indirubin [12'. Năm 2006, MJ.Moon và cộng sự chứng minh một số dẫn chất thế C-5, C-7 của indirubin có độc tính đối với một số tế bào gây bệnh ung thư ở người như: ung thư phổi, ung thư dạ dày, ung thư ruột thừa, ung thư máu, ung thư vú...[19], 1.2. TỔNG HỢP INDIRUBIN VÀ DẪN CHẤT Ngoài các phương pháp tách, phân lập trực tiếp từ các nguồn thực vật, indirubin có thể được tổng hợp toàn phần từ các dẫn xuất indoxyl và dẫn xuất isatin. Indimbin được tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1881 bởi Baeyer từ i n d o x y l v à i s a t i n v ớ i x ú c t á c N a a C O s t r o n g d u n g m ô i C 2H 5O H v ớ i m ô i t r ư ờ n g trơ Argon ở nhiệt độ phòng [14]. OH > H o Indoxyl H Isatin Sơ đồ 1: Tổng hợp indirubin theo phương pháp Baeyer Phương pháp tổng hợp indirubin đã được các nhà khoa học liên tục cải tiến để nâng cao hiệu suất. Năm 1910, Wahl và Bagard sử dụng 2-clo-3H-indol-3-on và oxidol trong dung môi pyridin. Cũng bằng phương pháp này năm 1989, Katritzky và các cộng sự đã thay dung môi pyridin bằng toluen [14]. Đen năm 1913, chính Wahl và Bagard cải tiến phương pháp của mình bằng cách sử dụng 2-methoxy-3H-indol-3-on thay cho 2-clo-3H-indol-3-on với dung môi benzen, anhydrid acetic, H 2S O 4 [14]. Năm 1919, Vorländer và cộng sự đã thay indoxyl bằng indoxylacetat trong dung môi H 2O2 30%. Vào năm 1931, Spencer cải tiến phương pháp của Vorländer bằng cách thay H2O2 bằng FeCls [14]. Từ đó đến năm 1966, đã có rất nhiều cải tiến trong phương pháp tổng hợp indirubin. Tuy nhiên phương pháp của Baeyer được Rusell và Kaupp cải tiến bằng cách thay indoxyl bằng indoxylacetat, thay dung môi C2H5OH bằng dung môi C H 3O H [14]. Phương pháp cải tiến này cho hiệu suất đối với các dẫn xuất thế của indirubin có thể đạt được từ 25-98% [12]. Hiện nay phương pháp này đang được sử dụng rộng rãi để tổng hợp indirubin và dẫn chất. C H ,O H NazCOj o Indoxylacetat Isatin Indirubin Sơ đồ 2: Tổng họp indirubin theo phương pháp Rusell và Kaupp Bảng 1. Một số phương pháp tổng hợp indirubin. Chất tham gia phản ứng Môi trường/ TPL ^ Tác giả? Xúc tác C2H5OH Baeyer NajCOs 1881 - Pyridin - Indoxyl Isatin - Toluen Wahl và Bagard, 1910 - Katrizky và 2-clo-3H-indol-3-on các cộng sự, Oxidol 1989 - Benzen (C H 3 C 0 )2 0 , OMe Wahl và Bagard, 1913 H2SO4 2-methoxy-3H-indol-3-on Oxidol O C O C H 3 H2O2 FeCls 30% -Vorländer và cộng sự, 1919 -Spencer, Indoxylaceta 0 C2H. 1931 Isatin -O 2 - Plieningr và Benzen, Wild, 1966. PbOi 2 -ethoxyindol - Bauer, 1967 OCOCH3 Ov % 7 ^ > Rusell - CH3OH Kaupp, 1969 - NaaCOs H ơ Indoxylaceta và H Isatin 1.2.1. Tổng hợp một số dẫn chất isatin: Các phản ứng thế ái điện tử vào nhân benzen của isatin thường xảy ra ở vị trí 5 hoặc 7, các phản ứng thường gặp như thế brom, nitro [6 ] Tổng hợp dẫn chất 5-bromoisatin theo sơ đồ sau: Ọ Br9/H7 0 ,HC1 Isatin 5-bromoisatin Sơ đồ 3: Tổng hợp dẫn chất 5-bromoisatin Các dẫn chất với các nhóm thể khác của isatin như: 5-cloro, 5-fluoro, 7cloroi satin được tổng hợp từ các anilin tương ứng và cloralhydrat theo phương pháp Sandmeyer công bố năm 1919 [17]. NH, - H. + Cl3 CCH(OH)2 + NH2 OH.HCI H H2 SO4 R= R= R= R= 5-Cl 5-F 5-OCH3 7-Cl Sơ đồ 4: Tổng hợp một số dẫn chất khác của isatin NOH 1.2.2. Tổng hợp một số dẫn chất của indirubin Phương pháp Rusell-Kaupp thường được áp dụng để điều chế các dẫn xuất thế trong vòng benzen. Tuỳ thuộc vị trí các nhóm thế của dẫn xuất indoxylacetat và isatin có thể thu được các sản phẩm thế khác nhau nhưng chủ yếu được tạo ra ở các vị trí C-5, C-7 của indirubin, do ở các chất ban đầu có các vị trí C-5, C-7 dễ gắn các nhóm thế hơn do sự tập trung mật độ điện tích lớn tại đây. +o R=H R = 5-Cl R = 5-Br R = 5 -OCH3 R -5 -F R - 7-Cl Sơ đồ 5: Tổng họp một số dẫn chất của indirubin , 10 Chuwng 2. ĐÓI TƯỢNG VÀ PHƯOÍNG PHÁP NGHIÊN CỨU (NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU) 2.1. NGUYÊN LIỆU, THIÉT BỊ Các hoá chất, dung môi sử dụng trong quá trình thực nghiệm là loại dành cho tổng hợp tại bộ môn Hoá dược và được nhập từ công ty Merck hoặc Sigma-Aldrich, được sử dụng trực tiếp không có tinh chế gì thêm. Bao gồm: 2.1.1. Nguyên vật liệu: a) Hóa chất chính: - 3-indoxyl acetat - isatin - các dẫn chất isatin: + 5-bromoisatin + 5-cloroisatin + 7-cloroisatin + 5-fluoroisatin + 5-methoxyisatin b) Dung môi và các hóa chất khác: - Methanol - Dimethylformamid - n -h e x a n - Aceton - Dicloromethan (DCM) - N a tri c a rb o n a t (N a a C O s ) 2.1.2. Thiết bị, dụng cụ - Bình cầu đáy tròn dung tích 50ml có nút mài, máy khuấy từ gia nhiệt, sinh hàn hồi lưu, máy cất quay chân không, tủ lạnh, tủ sấy, pipet, bình chiết, 11 phễu thủy tinh, giấy lọc, cân phân tích, cân kỹ thuật, bình chạy sắc ký lớp mỏng (SKLM), cột sắc ký. - SKLM tiến hành trên bản mỏng silicagel Merck 70-230 mesh. - Nhiệt độ nóng chảy (t°„c) được xác định bằng máy đo nhiệt độ nóng chảy nhiệt điện (Electrothermal digital). - Phổ hồng ngoại (IR) được ghi trên máy Perkin Elmer, sử dụng kỹ thuật viên nén KBr, ghi ở vùng 4000-500 em'' tại phòng thí nghiệm trung tâm trường Đại học Dược Hà Nội. - Phổ khối lượng (MS) được ghi bằng máy khối phổ HP 5989B-MS của Viện hóa học Việt Nam. - Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 'H-NMR được ghi bằng máy Bruker AV500, dùng CDCI3 làm dung môi. Độ chuyển dịch hóa học (ô) được biểu thị bằng đơn vị phần triệu (parts per million - ppm), lấy mốc là pic của chất chuẩn nội tetramethylsilan (TMS). 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN cứ u - Tổng họp indirubin và 5 dẫn chất. - Kiểm tra độ tinh khiết và xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được. - T h ử tá c d ụ n g k h á n g k h u ẩ n , k h á n g n ấ m v à t á c d ụ n g k h á n g tế b à o u n g thư của chất tổng hợp được. - Nhận xét và đánh giá các chất tổng hợp được. 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u 2.3.1. Tổng hợp hóa học và kiểm tra độ tinh khiết - Sử dụng phương pháp Rusell-Kaupp để tổng hợp indirubin và 5 dẫn chất. 12 - Dùng SKLM đ ể th e o d õ i q u á t r ìn h tiến triển của phản ứ n g . - Kiểm tra độ tinh khiết của sản phẩm bàng SKLM và đo nhiệt độ nóng chảy. 2.3.2. Xác định cấu trúc Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được dựa trên kết quả phân tích phổ IR, MS, ’H-NMR. 2.3.3. Thử tác dụng sinh học - Thử tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm theo phương pháp Vanden Bergher và Vlietlinhk trên phiến kính vi lượng 96 giếng. - Thử tác dụng kháng tế bào ung thư được tiến hành theo phương pháp SRB. 13 Chương 3. THựC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. HÓA HỌC 3.1.1. Tổng hợp hóa học Sau khi tham khảo các tài liệu và dựa vào điều kiện thí nghiệm, các hóa chất cho phép, chúng tôi đã tiến hành tổng hợp dẫn chất của indirubin dựa trên cơ sở phản ứng ngưng tụ giữa 3-indoxyl acetat với các dẫn chất isatin khác nhau. Sơ đồ phản ứng chung tạo các chất từ I đến VI như sau: R 0 Ọ CO CH 3 4’ R NasCOs MeOH =0 + H 7' d/c isatin H // 0 ' d/c indirubin 3 -indoxylacetat Sơ đồ 6: Tổng họp các dẫn chất của indirubin. Trong đó: R=H I IV R = 7-Cl II R = 5-Br V R = 5 -F III R = 5-Cl VI R = 5 -OCH3 Dưới đây là các phản ứng cụ thể tổng họp các dẫn chất từ I đến VI. 3.1.1.1. Tổng hợp ìndirubin (I) - Sơ đồ phản ứng; O C O C H 3 1 1 [ )= 0 + 1 NajCOs MeOH*
- Xem thêm -