Tổng hợp và khảo sát hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất mới của artemisinin TT

Bên cạnh tác dụng chống sốt rét, nhiều hoạt tính mới của artemisinin và dẫn xuất của nó đã được phát hiện, đặc biệt là tác dụng kháng ung thư dựa trên nguyên lý tương tự tác dụng chống s

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VŨ TUẤN KIÊN

TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO

CỦA CÁC DẪN XUẤT MỚI CỦA ARTEMISININ

Ngành: Hóa học

Mã số: 9440112

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội – 2021

Công trình được hoàn thành tại:

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:

Vào hồi …… giờ, ngày ……… tháng ……… năm ……

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1 Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội

2 Thư viện Quốc gia Việt Nam

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

1 Le Huy Binh, Nguyen Thi Thuy Van, Vu Tuan Kien, Nguyen Thi Thuy My, Luu

Van Chinh, Nguyen Thi Nga, Tran Khac Vu Synthesis and In Vitro Evaluation of New Triazole Derivatives Based on Artemisinin via Click Chemistry, Medicinal

Chemistry Research.2016, 25, 738-750

2 Vu Thi Ha, Vu Tuan Kien, Le Huy Binh, Vu Dinh Tien, Nguyen Thi Thuy My, Nguyen Hai Nam, Michael Baltas, Hyunggu Hahn, Byung Woo Han, Do Thi Thao, Tran Khac Vu Design, synthesis and biological evaluation of novel

hydroxamic acids bearing artemisinin skeleton Bioorganic Chemistry, 2016, 66,

63-71

3 Vu Tuan Kien, Le Huy Binh, Phan Hai Phong, Doan Thi Hien, Nguyen Thi Thuy

My, Nguyen Hai Nam, Do Thi Thao, Michael Baltas, Tran Khac Vu Novel Artemisinin-Derived Dimers: Synthesis and Evaluation of Anticancer

Activities Letters in Drug Design & Discovery 2017, 14, 102-111

GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Tính cấp thiết của luận án

Ung thư là căn bệnh có tỷ lệ tử vong lớn chỉ sau bệnh về tim mạch Mặc dù có rất nhiều tiến bộ trong chẩn đoán và điều trị, ung thư vẫn là căn bệnh gây nên 8 triệu ca tử vong mỗi năm, con số này tương đương với khoảng 15% số ca tử vong trên toàn thế giới Mặc dù

có nhiều tiến bộ trong các biện pháp trong điều trị ung thư như hóa trị, phẫu thuật và xạ trị Các phương pháp này vẫn tồn tại những hạn chế Theo dự báo của WHO, có khoảng 22 triệu người có thể phát triển ung thư hàng năm trong vòng hai thập kỷ tới và con số tử vong

có thể lên 13 triệu ca mỗi năm Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển các thuốc trị hiệu quả, an toàn và chọn lọc luôn là đòi hỏi cấp bách

Artemisinin là một sesquiterpen lactone chiết xuất từ cây thanh hao hoa vàng

Artemisia annua L Artemisinin và một số dẫn xuất của nó như artemether, arteether và

artesunat đã được sử dụng trên lâm sang điều trị sốt rét Bên cạnh tác dụng chống sốt rét, nhiều hoạt tính mới của artemisinin và dẫn xuất của nó đã được phát hiện, đặc biệt là tác dụng kháng ung thư dựa trên nguyên lý tương tự tác dụng chống sốt rét thông qua gốc tự do tạo ra từ tương tác của cầu peroxit của artemisinin và sắt trong nhân hem Nhằm tìm kiếm các hợp chất mới có tác dụng kháng u, đề tài luận văn đặt vấn đề ‘’Tổng hợp và khảo sát hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất mới của artemisinin’’ nhằm giải quyết mục tiêu sau đây

* Nghiên cứu tổng hợp các dãy hợp chất mới chứa khung artemisinin

* Đánh giá hoạt tính kháng một số dòng tế bào ung thư của các chất tổng hợp được

Những đóng góp mới của luận án

1 Đã tổng hợp được 19 hợp chất mới là các dẫn xuất triazole artemisisinin sử dụng phản ứng Click Kết quả đánh giá hoạt tính gây độc với các dòng tế bào MCF-7, LU-1, HL-

60 và P388 cho thấy hầu hết các dẫn xuất triazole đều thể hiện hoạt tính gây độc với 3

dòng tế bào đã thử, trong đó hợp chất 61g thể tác dụng gây độc mạnh nhất với dòng tế

bào HL-60 với giá trị IC50: 2,5 µM

2 Đã tổng hợp 7 dẫn xuất C10-amino dimer artemisinin được tổng hợp và đánh giá tác dụng gây độc với 3 dòn tế bào ung thư: HepG2, MCF-7 và HL-60 Kết quả cho thấy

chất 66d thể hiện hoạt tính gây độc với 3 dòng tế bào thử nghiệm với giá trị IC50 tương

ứng 7,86; 7,46 and 2,04 µM

3 Lần đầu tiên các dẫn xuất mới của artemisinin chứa nhóm axit hydroxamic được thiết

kế, tổng hợp và đánh giá tác dụng ức chế enzym HDAC và tác dụng gây độc với 3 dòng

tế bào HepG2, MCF-7 và HL-60 Kết quả đánh giá sinh học cho thấy hợp chất 67g thể

hiện hoạt tính gây độc tiềm năng với các dòng tế bào đã thử với giá trị IC50 tương ứng:

5,5; 5,77 và 2,81 µM Nghiên cứu docking với HDAC cho thấy, chất 67g thể hiện tác

dụng ức chế HDAC Nghiên cứu này cũng cho thấy hầu hết các dẫn chất của artemisinin chứa nhóm axit hydroxamic có xu hướng độc với dòng tế bào HL-60 hơn hai dòng HepG2 và MCF-7

Bố cục của luận án

Luận án gồm 132 trang với 141 tài liệu tham khảo cập nhật đến năn 2020 Bố cục luận

án gồm: Mở đầu (1 trang); Chương 1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu (36 trang); Chương 2 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu (7 trang); Chương 3 Thực nghiệm (38 trang); Chương 4 Kết quả và thảo luận (33 trang); Kết luận và kiến nghị (1 trang); Danh mục các công trình đã công bố của luận án (1 trang); Tài liệu tham khảo (14 trang)

NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN

MỞ ĐẦU

Phần này đề cập đến ý nghĩa khoa học, mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

Phần này trình bày tổng quan các nghiên cứu trong nước và quốc tế về Artemisinin

và cây thanh hao hoa vàng Một số phương pháp sản xuất, các dẫn xuất có hoạt tính của artemisinin

CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ DỤNG CỤ, PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.1.Thiết bị, dụng cụ dùng trong tổng hợp

- Máy khuấy từ gia nhiệt Heidolph MR Hei-Standard của Đức

- Máy cất quay chân không IKA RV 06.2 của Đức

- Bơm chân không Buchi Vac V-500 của Thuỵ Sỹ

- Bếp đun bình cầu Trung Quốc

- Dụng cụ thuỷ tinh: bình cầu 3 cổ các loại, sinh hàn, cột vigreux, phễu nhỏ giọt, phễu các loại, ống đong, cốc các loại, pipette

- Cân điện tử 10-3 Ohaus Explorer Pro EP613C (610g/1mg)

- Cân kỹ thuật 10-2 Ohaus Explorer Pro EP4102C (4100g/0.01g)

- Tủ hút khí độc Việt Nam

- Các hoá chất dùng trong tổng hợp đều được mua từ hãng Merck-Đức, dung môi từ Trung Quốc được cất qua cột vigreux trước khi sử dụng

2.2 Hóa chất dung trong thực nghiệm : Merck , Việt Nam, Trung Quốc

2.3.Các phương pháp sử dụng trong tổng hợp và tinh chế sản phẩm

- Sắc ký bản mỏng (SKBM) được thực hiện trên các tấm bản mỏng đế nhôm tráng Silicagel 60 F254 của hãng Merck–Đức Hiện màu bằng đèn soi UV Camag Viewing Box 3

ở bước sóng 254nm hoặc bằng bình phun thuốc thử H2SO4 10% và đốt nóng ở 100oC

- Sắc ký cột sử dụng silicagel có cỡ hạt 0.040-0.063µm của hãng Merck-Đức

- Các điểm nóng chảy được xác định bằng phương pháp mao quản hở trên thiết bị Electrothermal IA 9200 Shimazu

2.4.Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc sản phẩm

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR, 13C-NMR được đo trên máy BRUKER

ADVANCE-500Mz của Đức tại Phòng phân tích cấu trúc, Viện Hoá học-Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Các điều kiện đo: tần số 500MHz với phổ 1H NMR và 125MHz với phổ 13C NMR, dung môi CD3OD, CDCl3 và DMSO-d6, chất chuẩn nội TMS

2.5.Các phương pháp tổng hợp

Sử dụng các phản ứng hữu cơ cơ bản để tổng hợp các chất trung gian và hợp chất đích như: phản ứng thế, cộng, phản ứng Click và nhiều xúc tác cơ bản và hiện đại

2.6 Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học

2.6.1 Phương pháp đánh giá hoạt tính gây độc tế bào

2.6.2 Phương pháp xác định tính độc tế bào ung thư (cytotoxic assay)

2.6.3 Phương pháp xác định khả năng ức chế enzyme histone deacetylases (HDAC) trên dòng tế bào MCF7

2.6.4.Phương pháp mô hình docking

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM 3.1 Tổng hợp các dẫn xuất triazole của artemisinin

Quy trình chung tổng hợp chất 57a,b

4-Aminobenzoic axit hoặc 3-aminobenzoic axit (5 g; 36,50 mmol) được hòa tan trong HCl 37% (15 mL) và nước (15 mL) Hỗn hợp được làm lạnh đến O oC NaNO2 (3,02 g; 43,80 mmol; 1,2 eq) được bổ sung vào hỗn hợp trên, dung dịch phản ứng chuyển dần màu vàng, được khuấy thêm 2 giờ NaN3 (4,75 g; 73 mmol; 2 eq) được bổ sung từ từ vào dung dịch phản ứng trên và hỗn hợp được khuấy thêm 2 giờ, sau đó để đến nhiệt độ phòng Tinh

thể thô được lọc, rửa với nước cất và kết tinh lại trong EtOH cho 57a (5,3 g, 89 %) và 57b

(5,05 g; 85 %) được dùng luôn cho bước tiếp theo

Quy trình chung tổng hợp amit 58a–i và 59a–i

Một hỗn hợp của 4-azidobenzoic acid (57a) hoặc 3-azidobenzoic acid (57b) (500 mg;

3,06 mmol), EDC (703 mg; 3,67 mmol; 1,2 eq), DMAP (186 mg; 1,53 mmol; 0,5 eq) trong

CH2Cl2 (15 mL) được khuấy ở nhiệt độ phòng trong 2 ngày Phản ứng được theo dõi bằng TLC Hỗn hợp phản ứng sau đó được pha loãng với CH2Cl2 (10 mL) và chiết lần lượt với

H2O (3 × 15 mL), 5 % NaHCO3 (2 × 15 mL), 5 % HCl (2 × 15 mL) và rửa với H2O (2 × 10 mL) Pha hữu cơ được tách ra, làm khan bằng Na2SO4 và cô dung môi dưới áp suất giảm thu

được 58a–i và 59a–i là các chất rắn được dùng luôn cho bước tiếp theo mà không cần tính

chế gì thêm

Sơ đồ 15: Tổng hợp các chất trung gian 58a-i, 59a-i; i) NaNO2, HCl đặc, NaN3, 85–89

%; ii) EDC, DMAP, amines, CH2Cl2, nhiệt độ phòng, 2 ngày, 49–71 %

Tổng hợp chất trung gian 60

BF3.Et2O (5 giọt) trong CH2Cl2 (5 mL) được nhỏ từ vào dung dịch dihydroartemisinin (1,00 g; 3,54 mmol, 1 đương lượng) và propargyl ancol (794 mg; 14,2 mmol, 4 đương lượng) trong CH2Cl2 (10 mL) ở 0oC Hỗn phản ứng được làm ấm đến 25 oC và khuấy ở nhiệt

độ này trong 10 giờ Hỗn hợp sản phẩm, sau khi pha loãng bằng CH2Cl2, được rửa liên tiếp bằng dung dịch nước NaHCO3 5%, nước và nước muối Lớp hữu cơ được làm khan bằng

Na2SO4 và cô đặc dưới áp suất giảm cho cặn phản ứng Tinh chế sản phẩm thô bằng sắc ký cột (0–20% EtOAc/Hex) thu được sản phẩm đồng phân β

(3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyl-10(prop-2-yn-1-yloxy)decahydro-12H-3,12

epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromene (60)

Quy trình chung tổng hợp triazole 61a–i và 62a–i

Một hỗn hợp của 60 (322 mg, 1 mmol) và các azide tương ứng 58a–i và 59a–i (1,2 eq)

trong MeCN (10 mL) được khuấy ở nhiệt độ phòng trog 10 phút Một lượng nhỏ xúc tác CuI được bổ sung vào và phản ứng được khuấy thêm 2-5 giờ Hỗn hợp phản ứng sau đó được pha loãng với CH2Cl2 (15 mL) và chiết với H2O (2 × 10 mL) Pha hữu cơ được tách ra

và làm khan bằng Na2SO4, bốc hơi dưới áp suất giảm Các triazole 61a–i và 62a–i thu được

bằng sắc ký cột silica gel hệ dung môi rửa giải CH2Cl2 : MeOH : Et3N

Sơ đồ 16: Tổng hợp các triazole sử dụng phản ứng Click i) propargyl alcohol, BF3Et2O, 2

ngày, 82 %; ii) CuI, MeCN, nhiệt độ phòng, 3–5 giờ, 49–66 %

3,12 epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-

(4-Methylpiperazin-1-yl)(4-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-yl)phenyl)methanone (61c)

3,12-epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-

(4-Ethylpiperazin-1-yl)(4-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-yl)phenyl)-methanone (61d)

3,12-epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-

(4-Phenylpiperazin-1-yl)(4-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-yl)phenyl)methanone (61e)

epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-

Piperidin-1-yl(4-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-3,12-yl)phenyl)methanone (61f)

3,12-epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-

(4-Methylpiperidin-1-yl)(4-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-yl)phenyl)methanone (61g)

3,12-epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-

(2-Methylpiperidin-1-yl)(4-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-yl)phenyl)methanone (61h)

epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)phenyl)

Pyrrolidin-1-yl(4-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-3,12-methanone (61i)

Morpholino(3-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-3,12-

epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)phenyl)methanone (62a)

N,N-Diethyl-3-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-3,12-epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)benzamide

(62b)

3,12epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-

(4-Methylpiperazin-1-yl)(3-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-yl)phenyl)methanone (62c)

3,12-epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1

(4-Ethylpiperazin-1-yl)(3-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-yl)phenyl)methanone (62d)

3,12-epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-

(4-Phenylpiperazin-1-yl)(3-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-yl)phenyl)methanone (62e)

epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-

Piperidin-1-yl(3-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-3,12-yl)phenyl)methanone (62f)

3,12-epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-

(4-Methylpiperidin-1-yl)(3-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-,6,9-trimethyldecahydro-3H-yl)phenyl)methanone (62g)

3,12-epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-

(2-Methylpiperidin-1-yl)(3-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-yl)phenyl)methanone (62h)

epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-

Pyrrolidin-1-yl(3-(4-((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-3,12-yl)phenyl)methanone (62i)

ký cột sử dụng hệ dung môi CH2Cl2 : MeOH : Et3N (99 : 1 : 0,2)

Sơ đồ 17 Tổng hợp chất 63: i) NaN3, DMF,60 oC, 2 giờ; 75 %; ii) sodium ascorbate,

CuSO4.5H2O,CH2Cl2, nhiệt độ phòng, 20 giờ, 61 %

7-Chloro-4-(4

((((3R,6R,9R,10S,12R,12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-3,12-epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)quinoline

(63)

3.2 Tổng hợp các dẫn xuất dime artemisinin

Sơ đồ 18: Tổng hợp các chất trung gian 65a-g (i) (CH3)3SiCl, NaN3, KI, CH2Cl2,

0 oC, 2.5 giờ, 45%; (ii) Ph3P, THF/H2O (1 : 1), 65 oC, 8 giờ, 81%; (iii) succinic anhydride, glutaric anhydride, 3,3-dimethylglutaric anhydride, maleic anhydride, naphthalic anhydride, EDC.HCl, DMAP, CH2Cl2, nhiệt độ phòng, 12-15 giờ, 70-86%; (iv) adipic acid monomethyl ester, suberic acid monomethyl ester,

EDC.HCl, DMAP, CH2Cl2, rt, 12-15 giờ; (v) NaOH 0.2 N trong MeOH, CH2Cl2 :

MeOH (9 : 1), 20 giờ, 74-80% (2 bước)

3.2.1 Tổng hợp chất trung gian 10β-aminoartemisinin (64)

Một hỗn hợp của 10β-azidoartemisinin (1,90 g; 6,15 mmol, 1 eq); Ph3P (2,417 g; 9,20 mmol, 1.5 eq) trong THF (10 mL)và H2O (15 mL) được khuấy ở 65 oC trong 8 giờ Phản ứng được kiểm tra bằng TLC với hệ dung môi triển khai CH2Cl2 : MeOH = 10 : 1 Hỗn hợp phản ứng sau đó được pha loãng với CH2Cl2 (15 mL) và chiết với H2O (2×10 mL) Pha hữu cơ được tách ra, làm khan bằng Na2SO4, cô bốc hơi dung môi dưới áp suất giảm

thu được cặn phản ứng, cặn được để trong tủ lạnh, rửa vài lần với hỗn hợp lạnh n-hexan :

ethylacetate (10 : 1) để loại bỏ sản phẩm phụ Ph3PO Sản phẩm 64 ở dạng chất dầu màu

vàng (2,108 g; 81%), đủ tinh khiết để thực hiện phản ứng tiếp theo

3.2.2 Quy trình chung tổng hợp chất 65a-e

Một hỗn hợp của 64 (500mg; 1,78 mmol; 1 eq), các anhydride dicarboxylic tương

ứng (1.2 eq), DMAP (4,47 mg; 0,89 mmol; 0,5 eq) trong CH2Cl2 (15 mL) được khuấy ở nhiệt độ phòng trong 12 -15 giờ Phản ứng được kiểm tra bằng TLC với hệ dung môi triển khai CH2Cl2 : MeOH = 20 : 1 Hỗn hợp phản ứng được pha loãng với CH2Cl2 (15mL) và chiết lần lượt với H2O, % HCl Pha hữu cơ tách ra được làm khan với Na2SO4, bốc hơi dung

môi dưới áp suất giảm Các hợp chất 64a-e thu được bằng sắc ký cột silica gel sử dụng hệ

dung môi MeOH (9,5 : 0,5)

4-Oxo-4-(((3R, 6R, 9R, 10S, 12R,

12aR)-3,6,9-trimethyldecahydro-3H-3,12-epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isochromen-10-yl)amino)butanoic acid (65a)