Tài liệu Tổng hợp và thử tác dụng sinh học một số dẫn chất Isoquinolin - 3- Carboxylat

B ộ Y TÉ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI NGUYỄN THỊ PHƯƠNG TỎNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC MỘT SÓ DẢN CHẤT is o q Úin o l in - 3-CARBOXYLAT KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP D ư ợc sĩ Người hướng dẫn: 1. TS. Nguyễn Văn Hân 2. DS. Nguyễn Văn Hải Nơi thực hiện: Bộ môn Công nghiệp Dược Trườngo Đai Dươc Hà Nôi • hoc • • • TRL-ỜN(? đ h d ữ ợ c e I n ộ ì HÀ NỘI - 2011 í T H i / V iỆ N Ị ^'gày ..JU. tháng -------------------- nàm 20 - ........................ 'T l ẢĨỮVỈ Ĩ Í Ì ■ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới: PGS-TS Nguyễn Đình Luyện, chủ nhiệm bộ môn Công nghiệp Dược-Trường Đại học Dược Hà Nội, người thầy trực tiếp hướng dẫn và tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Văn Hân, DS Nguyễn Văn Hải, DS Nguyễn Văn Giang, thầy Phan Tiến Thành đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm thực nghiệm tại bộ môn. Tôi cũng xin cảm ơn tới Ban giám hiệu, các phòng ban, các thầy cô giáo và cán bộ nhân viên trường đại học Dược Hà Nội những người đã dạy bảo và giúp đỡ tôi trong suốt 5 năm học tập tại đây. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã luôn ở bên cạnh chia sẻ kinh nghiệm, khích lệ tinh thần, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm khóa luận. Hà Nội, ngày 11 tháng 5 năm 2011 Sinh viên Nguyễn Thị Phương MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH ĐẶT VẤN ĐÈ.................................................................................................... 1 Chương I. TỎNG QUAN VÈ ISOQƯINOLIN............................................. 2 1.1 Giới thiệu chung....................................................................................... 2 1.2. Các phương pháp tổng hợp dẫn chất isoquinoiin.................................. 8 1.3. Một số tác dụng của dẫn chất ỉsoquinolin :...........................................12 1.4. Một số phương pháp tổng hợp isoquino!in-3-carboxyỉat....................14 Chương II. ĐÓI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu ............. 19 2.1.Nguyên vât liêu và thiết bi dung cu.........................................................19 2.2. Phương pháp nghiên cứu........................................................... 20 Chương III. THỤC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN....................22 3.1. Tổng hợp ethyl 2-amino-3-(4-hydroxyphenyl) propanoat (i)............. 22 3.2. Tổng hợp ethyl 2-acetamido-3-(4-hydroxyphenyl) propanoat (ii)....26 3.3. Tổng hợp ethyl 7-hydroxy-l-methyl-3,4-dihydroisoquinolin-3carboxylat........................................................................................................ 30 3.4. Kết quả thử tác dụng chống đông invivo của sản phẩm (iii)............. 34 3.5. Kết quả phân tích số liệu phổ các sản phẩm........................................35 3.6. Bàn luận................................................................................................... 37 KÉT LUẬN VÀ ĐÈ XUẤT........................................................................... 40 Kết luận:......................................................................................................... 40 Đề xuất:........................................................................................................... 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Nguyên liệu sử dụng trong khóa luận.......................... ..................... 19 Bảng 2. Thiết bị - dụng cụ sử dụng trong khóa luận ......................................20 Bảng 3. Khảo sát thời gian phản ứng ester hóa tạo chất ( i) ............................23 Băng 4. Khảo sát tỷ lệ mol ni;n(CH3 C0 ) 2 0 ...................................................27 Bảng 5. Kết quả thời gian đông máu ..............................................................34 Bảng 6. Số liệu phổ hồng ngoại IR của chất (ií) và chất (iii)..........................36 Bảng 7, Số liệu phổ cộng hưởng từ 'H-NMR của ethyl 2-acetamido-3-(4hydroxyphenyl) propanoat (ii)....................................................................... 37 DANH MỤC HÌNH Hình 1. Sơ đồ quy trình tổng họp dẫn chất isoquinolin-3-carboxylat.........22 Hình 2. Biểu đồ khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng ester hóa tạo chất (i)....................................................................................... 23 Hình 3. Sơ đồ quy trình tổng họp ethyl 2-amino-3-(4hydroxyphenyl) propanoat (i)................................................................................................... 25 Hình 4. Biểu đồ khảo sát ảnh hưỏng tỷ lệ mol rii:n(CH3 C0 ) 2 0 đến hiệu suất phản ứng acyl hóa........................................................................................... 27 Hình 5. Sơ đồ quy trình tổng họp ethyl 2-acetamido-3-(4-hydroxyphenyl) propanoat (ii).................................................................................................. 29 Hình 6. Sơ đồ quy trình tổng họp ethyl 3,4-dihydro-7-hydroxy-l-methyl isoquinolin-3-carboxylat (iii).........................................................................^ ĐẶT VẤN ĐÈ • Xã hội phát triển là nền tảng cho sự phát triển các ngành sản xuất, trong đó có ngành Dược. Những năm gần đây ngành Dược ngày càng có nhŨTig đóng góp đáng kế vào sự nghiệp chăm sóc và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Trong cuộc đấu tranh phòng chống bệnh tật, con người không ngừng nghiên cứu để tìm ra các thuốc mới có hiệu quả trong phòng và chữa bệnh. Cùng với các thuốc có nguồn gốc khác, thuốc có nguồn gốc tổng hợp hóa dược ngày càng có vai trò quan trọng và chiếm số lượng lớn trong số các thuốc đã được sử dụng. Trong lĩnh vực tổng hợp hóa dược, các nhà nghiên cứu luôn tìm cách để biến đổi cấu trúc các chất đã biết tác dụng dược lý hay đã được sử dụng làm thuốc để tạo ra các chất mới được dự đoán có tác dụng tốt hơn và độc tính giảm. ỉsoquinolin- một trong những nhóm alcaloid lớn và phổ biến. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy các dẫn chất của isoquinolin có nhiều tác dụng sinh học phong phú như: kháng khuẩn, giảm đau, chống co thắt cơ trơn, kháng nấm[l], [5], [8 ], [12], [14]... Gần đây người ta bắt đầu nghiên cứu và bước đầu tìm thấy các dẫn chất isoquinolin trong việc điều trị hai căn bệnh ung thư [13] và HIV[8 ]- được coi là hiểm họa của thế giới. Với những tác dụng to lớn của các dẫn chất isoquinolin, chúng tôi thực hiện đề tài: "Tổng hợp và thử tác dụng sinh học một số dẫn chất isoquinolin3-carboxylat" với 2 mục tiêu chính như sau: 1. Tổng hợp được hợp chất ethyl 7-hydroxy-l-methyI-3,4dỉhydroisoquinolin-3-carboxylat, chứng minh cẩu trúc hợp chất này và các hợp chất trung gian. 2. Thử tác dụng chống đông máu ỉn vivo của ethyl 7-hydroxy-lmethyỉ-3,4-dihydroisoquinoỉin-3-carboxylat. Chương I. TỔNG QƯAN VÈ ISOQUINOLIN 1.1. Giới thiệu chung Isoquinolin là một trong những nhóm alcaloid phổ biến nhất. Nó có thể được phân lập trực tiếp từ động, thực vật, có thể được sinh tổng hợp từ Tyrosin hoặc tổng hợp bằng phương pháp hóa học. Các alcaloid nhân isoquinolin được phân thành 8 nhóm như sau; [1], [24], - Nhóm Bemylisoquỉnolin Là một trong những nhóm phổ biến nhất trong nhóm isoquinolin. Các alcaloid nhóm này có nhiều ứng dụng quan trọng trong y dược học. Điển hình là Papaverin trong nhựa thuốc phiện với tác dụng giãn cơ trơn, điều trị đau thắt ngực. - Nhóm Tetrahydroisoquinolin R Đại diện của nhóm này có thể kể đến anhalinin trong Anhalinium lewinii với tác dụng ức chế cholinergic. - Nhóm Aporphỉn Các alcaloid này có tác dụng đối kháng với dopamin, có thể gây chống co giật. Phổ biến trong nhóm này phải kể đến Apomorphin, ngoài tác dụng chống co giật còn có tác dụng điều trị rối loạn tình dục. - Nhóm Protoberberỉn Đây là nhóm chứa các alcaloid được phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Nổi bật trong nhóm này phải kể đến Berberin được chiết từ cây Hoàng liên thuộc họ Jatrorrhiza Palmata với tác dụng kháng khuẩn tổng họp, kháng nấm, trị Trypanosoma, trị amip, trị Leishmania. - Nhóm Morphinan M—R3 Gồm các alcaloid trong nhựa thuốc phiện như Morphin, Codein, Thebain... Các alcaloid này được biết đến với tác dụng ức chế thần kinh trung ương làm giảm đau, gây ngủ, an thần. Ngoài ra còn được biết đến với tác dụng ức chế ho mạnh mẽ. - Nhóm Bemophenanthradin Được tìm thấy nhiều trong Pumarỉaceae, Papaveraceae, Rutaceae, ...Các alcaloid cụ thể có thể được kể đến như Sanguinarine, Chelerythrine với tác dụng kháng nấm, chống viêm. - Nhóm Phthalidisoquinoỉỉn Nhóm này thường được tìm thấy trong các cây họ Papaveraceae, Berberidaceae. - Nhóm Emetin Alcaloid đơn giản nhất của nhóm này là Emetin trong cây Ipeca. 1.1.1. Tính chất của isoquinoỉin Công thức cấu tạo và danh pháp: [12] 8 1 7 • Tên khoa học: 2-benzazin, benzo[c] pyridin. • Thông thưòmg tan kém trong nước, nhưng tan tốt trongethanol,aceton, diethyl ether, carbon disulfid, và các dung môi hữu cơ thông thường khác. Nó cũng tan được trong các acid loãng. • Có tính base yếu (giống pyridin) vì có chứa nitơ bậc 3, có thể chuyển sang dạng muối dễ dàng khi xử lí với acid mạnh như HCl. 1.1.2. Một số phản ứng đặc trưng của isoquỉnolin Xét về cấu tạo cơ bản, isoquinolin là phân tử hợp nhất củamột vòng benzen và một vòng pyridin, bộ khung tổng thể tưong tự như khung naphtalen. Cho nên về tính chất, isoquinolin có tính chất tương tự như pyridin, các tính chất ở các vị trí còn lại sẽ tương tự như naphtalen[l 1 ], 1.1.2.1. Phản ứng thế ái điện Íílr; [1], [10], [11 . Phản ứng thế ái điện tử ưu tiên thế vào carbon ở vị trí số 5 và số carbon ở gần 2 8 (là 2 carbon cầu nối nhất), vì ở 2 vị trí này, mật độ electron được xác định là dày đặc nhất. Hơn nữa, một giả định cho rằng thế ở 2 vị trí này sẽ ít làm ảnh hưởng đến tính thơm của vòng còn lại nhất. Ví dụ: - Thế nhóm nitro: Tỉ lệ sản phẩm thế ở vị trí carbon số 5 so với sản phẩm thế ở vị trí carbon số 8 là 9 : 1. NO2 HNO, H 2 SO 4 NO2 - Thế nhóm Brom: với tác nhân là Bĩ2 , xúc tác là AICI3, ở nhiệt độ thấp hơn 80°c, nguyên tử Brom chỉ thế được vào vị trí carbon số 5, còn ở 80°c nguyên tử Brom có thể thế thêm vào vị trí carbon số 8 , nhưng với tỉ lệ thấp hơn: Br B r 2, A I C I 3 80“c Br 1.L2.2. Phản ứng thế ái nhân: [1], [10], [11], [21], Vòng benzen không có khả năng tham gia phản ứng thế ái nhân, chỉ có vòng pyridin tham gia phản ứng này. Thế ái nhân thường xảy ra ở vị trí a so với nguyên tử nitơ (tức là vị trí carbon số 1 và số 3). Tuy nhiên vị trí carbon số 1 được ưu tiên hơn. Các ví dụ; • Thế nguyên tử hydro - Phản ÚTig hydroxyl hóa: isoquinolin bị hydroxyl hóa trong môi trường kiềm NaOH khi đun nóng: KOH, NaOH - Phản ứng với anion amid: phản ứng thế xảy ra ở -65°C: KNH2 ,NH3 (dd) NH, - Phản ứng alkyl hóa: Tác nhân thường dùng là RLi: PhNƠ 2 BuLi NH r n-Bu n-Bu 1.1.2.3. Phản ứng oxy hóa khử - Phản ứng oxy hóa: isoquinolin khi được oxy hóa ở nhiệt độ cao sẽ thu được acid carboxylic tương ứng [1 0 . oxv hóa - Phản ứng khử: Dan chất isoquinolin khi được khử bằng tác nhân mạnh như NaBH4 thu được dẫn chất tetrahydroisoquinolin : [12’ N aBH 4 iN M e I EtOH 1.1.2,4. Mội số phản ứng khác - Tạo acid isoquinalic [23] PhCOCl, KCN - Phản ứng của isoquinolin N-Oxyd [10] AcOH -AcOH AcC OAc 1.2. Các phương pháp tổng hợp dẫn chất isoquinoỉỉn 1.2.1. Phương pháp Bìschler -Napìeralski Đây là phương pháp phổ biến nhất trong tổng hợp các dẫn chất isoquinolin [9], [24], Nguyên liệu: Trong phương pháp này, arylethylamin là nguyên liệu tổng hợp. Phương pháp: RCOCI POCI, NH, ^ toluen Có 2 cơ chế được đưa ra về phản ứng này : Cơ chế 1: Mechanism I U \NH G 'i" " " v 3 OPOCI2 OPOCI2-Ì pheneth/laimáe 9 Ll -HCl dihyđro isoquino liae Cơ chế 2 Mechamsm II p ! cr / CI u phenietlijrlaimde ô -HCl - Cl tĨH -HCl ClV^ díh|niiroisoquìiKĩlme R c 10 - Sản phẩm đóng vòng theo phương pháp Bischler-Napieralski là dẫn chất dihydroisoquinolin. Sản phẩm này sau đó được oxy hóa để tạo thành dẫn chất isoquinolin. - Sự oxy hóa 3,4-dihydroisoquinolin thành vòng isoquinolin có thể sử dụng nhiều các tác nhân khác ngoài tác nhân Pd-C ở nhiệt độ 190°c. 1.2.2. Phương pháp Pictet-Spengler [22]. Phương pháp: Phưong pháp này sử dụng một phân tử phenylethylamin và aldehyd trong môi trường acid để đóng vòng sản phẩm trung gian imin. Sản phẩm thu được là tetrahydroisoquinolin thay vì dihydroisoquinolin như phản ứng Bischler-Napieralski. R NH, MeO NH N -H ,0 MeO M edy jQ j NH; ọ J MeO [O] MeO Sản phẩm là dẫn chất tetrahydroisoquinolin muốn tạo thành dẫn chất isoquinolin phải tiến hành oxy hoá. 1.2.3. Phương pháp Pomeranz-Fritsch {A\. Phương pháp: Tổng hợp phân tử dihydroisoquinolin hoặc isoquinoliĩi từ một phân tử benzaldehyd và aminoacetoaldehyd diethyl acetal. Sản phẩm thu được là dẫn chất dihydroisoquinolin như phương pháp Bischler-Napieralski. C 2 H 5 0 --^ ^ -^ 0 C 2 H 5 R HoN+ II R o Cơ chế: R-ft is o q u m o lỉn - EtOH ^ dihydroisoquinofin o ¿ đ ■ tetrah yd roỉsoq u in olin Nhược điểm của phương pháp này là; - Không phù họp để điều chế dẫn chất có khung thơm vì phân tử imin rất cồng kềnh. - Hiệu suất không ổn định vì phân tử imin dễ thủy phân thành amin và aldehyd. 1.2.4. Phương pháp Pìctet-Gams Phương pháp: 12 Phương pháp này tổng họp isoquinolin từ phân tử P-phenylethylamin có chứa nhóm hydroxyl ở mạch nhánh. Uu điểm của phương pháp này so với phương pháp Bischler-Napieralski là sản phẩm tạo ra trực tiếp là dẫn chất isoquinolin, nên không phải thực hiện thêm bước dehydrogen hóa. P2 0 5 ,decalin Cơ chế: OH OH , , pl5 - p; / o o R OH ỌPO, 1 <>H r R 1.3. Một số tác dụng của dẫn chất isoquinoiin : Tác dụng gây tê: [6 ] ỏ 13 Các nghiên cứu cho thấy tác dụng gây tê của dẫn xuất isoquinolin có được khi vị trí 3 được thay thể bởi nhóm butyl và vị trí 1 được thay thế bởi nhóm 3-(l-methylpiperidyloxy). Dimethisoquin là một ví dụ: • Tác dụng kháng nấm và kháng vi khuẩn. Ví dụ các dẫn chất của 3-carbazoyl isoquinolin; 2,4-D im eth yl-1-0X0- 1,2-dihydro-3-carbazoyl-isoquinoline • Tác dụng giãn cơ: điển hình là Papaverin [1], [20 Ngoài ra dẫn xuất của isoquinolin còn có các tác dụng như: chống tăng huyết áp (Quinapril [16], Quinapirilat, Debrisoquin...); chất sát trùng (Nlaurylisoquinolinium bromid), tác dụng đối kháng GABA trên thần kinh trung ương (Bicucullin) [2] để điều trị trầm cảm và Parkison... 14 Trong số các dẫn chất của isoquinolin thì nhóm isoquinolin-3carboxylat đang được nghiên cứu bởi những tác dụng đáng quan tâm như: - Tác dụng chống đông máu [17], [27] đặc biệt chống kết tập tiểu cầu được dùng để phòng, chống huyết khối - nghẽn mạch để điều trị dự phỏng trong huyết khối tim mạch, đau thắt ngực ( đặc biệt đau thắt ngực không ổn định), dự phòng tránh tái phát của cơn đột quỵ ( thiếu máu não, thiếu máu tim cục bộ). Ví dụ như dẫn chất N-( 3S 1,2,3,4-tetrahydroisoquinolin-3-carbonyl) amino acid, dẫn chất này đã được nghiên cứu là có tác dụng chống kết tập tiểu cầu trong in vitro và chống đông máu trong in vivo. Cơ chế chống kết tập tiểu cầu do làm giảm acid arachidonic, ức chế sản xuất ra thromboxan A2 (TXA2 ) nên giảm TXA2 làm cho tiểu cầu không kết tập được. - Tác dụng chống ung thư [13]: Các dẫn chất A^-isoquinolin-3-carbonylamino acid benzyl esters chống lại tế bào ung thư với liều IC5 0 . Nghiên cứu cho thấy hiệu quả tác dụng ức chế ung thư của dẫn chất 7V-isoquinoline-3carbonylamino acid benzyl esters mạnh hơn isoquinolin-3-carboxylat, trong in vitro mạnh hơn gấp 2,5 lần, trong in vivo mạnh gấp 4,4 lần. - Ngoài ra các dẫn chất isoquinolin-3-carboxylat còn được sử dụng để chẩn đoán hình ảnh trong ung thư tuyến tiền liệt[ 15].... 1.4. Một số phương pháp tổng hợp isoquinolin-3-carboxylat 1.4.1. Phương pháp Pictet-Spengler: 1.4.1.1. Nguyên liệu là phenylalanin Hỗn dịch của L-phenylalanin trong dung dịch HBr 47%, nhỏ giọt dung dịch HCHO 37% vào hỗn dịch trên. Hỗn hợp phản ứng được khuấy ở 65°c trong 7 giờ, sau đó để kết tinh trong điều kiện nước đá 3h. Lọc tủa, sấy ở 55°c dưới áp suất giảm thu được l,2,3,4-tetrahydroisoquinolin-3-carboxylic acid hydrobromid (hiệu suất 97%). 15 'NH OH !,HBr;2.HCH0 o .HBr 1.4.1.2. Nguyên liệu là dẫn chất phenylalanin [26] Ví dụ: Dung dịch của N-acetyl-(3 -hydroxy-4 -methoxy-5-methyl) phenylalanin methyl ester trong trifluoracetic acid (TFA) và thêm hexamethylenetetramin (HMTA). Hỗn hợp được hồi lưu ở 80°c trong 2h và cô đặc. Phần cặn được hòa tan trong ethyl acetat (EtOAc), dung dịch NaHCOs được thêm vào. Hỗn hợp được khuấy 6 h tại nhiệt độ phòng, sau đó pha hữu cơ được tách ra và rửa với dung dịch NaCl bào hòa, làm khan bằng Na2 SƠ4 trong lOh. Pha hữu cơ được cất quay và sản phẩm được tinh chế bằng sắc ký thu được dẫn chất isoquinolin-3-carboxylat ( hiệu suất 40%). Sơ đồ phản ứng tổng hợp: 1.HMTA/TFA. ọ A 2.NaHCOVEtOAc OCH. 1.4.1.3. Nguyên liệu là Tyrosin Với D,L-m-tyrosin: Hỗn dịch của D,L-m-tyrosin trong dung dịch H2SO4 0,05N, thêm nhỏ giọt dung dịch HCHO 37% vào. Hỗn hợp phản ứng được khuấy ở 70^c trong 12h. Sau đó để kết tủa trong điều kiện nước đá 2h, lọc tủa hòa tan vào dung dịch NaOH 2N sau đó điều chỉnh về pH 5 bằng HGl đặc thu được tủa. Tủa