nghiên cứu phản ứng khoá nhóm chức - oh của dãy thymidin và uridin

Theo các phương pháp này, phản ứng đầu tiên là khoá nhóm chức OH của vòng ribofuranozơ bằng các tác nhân khác nhau.. Để góp phần vào nghiên cứu phương pháp tổng hợp AZT và D4T, trong bản

Mở đầu

HIV-AIDS hiện nay là một căn bệnh thế kỷ Hàng năm, hàng triệu người trên thế giới bị cướp đi sinh mệnh Ở nước ta cũng vậy, trên tất cả các tỉnh thành phố trong cả nước đều có người chết vì căn bệnh này

Theo những nghiên cứu về quá trình điều trị HIV-AIDS cho thấy một số loại hợp chất thuộc loại nucleozit tự nhiên như thymidin, uridin, xitidin, adenosin có khả năng ức chế sự phát triển của virut hiv-aids Trong số các thuốc điều trị HIV-AIDS hiện nay, thuốc được sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam là cặp AZT và D4T (zidovudin và stavudin) Phương pháp chung để tổng hợp AZT và D4T có thể xuất phát từ thymidin và uridin Theo các phương pháp này, phản ứng đầu tiên là khoá nhóm chức OH của vòng ribofuranozơ bằng các tác nhân khác nhau

Để góp phần vào nghiên cứu phương pháp tổng hợp AZT và D4T, trong bản khoá luận này, chúng tôi tập trung nghiên cứu các phản ứng khoá nhóm chức

OH của dãy thymidin và uridin

Nghiªn cøu ph¶n øng kho¸ nhãm chøc - OH

cña d·y thymidin vµ uridin

Phần 1 TỔNG QUAN

1.1 Cấu tạo của thymidin và uridin

Thymidin và uridin đều là những nucleozit Nucleozit là sản phẩm thuỷ phân không hoàn toàn của axit nucleic Nucleozit có thành phần gồm bazơ dị vòng và đường pentozơ Trong đó ribozơ hay D-2-đeoxyribozơ liên kết với nguyên tử nitơ thứ ba của vòng pyrimiđin hay nguyên tử nitơ thứ chín của vòng purin ở vị trí C1 của pentozơ (liên kết β - N1 -glucozit) Nucleozit ngoài vai trò là chất tham gia cấu tạo axit nucleic còn có nhiều vai trò quan trọng khác trong đời sống và sức khoẻ

Thymiđin là một nucleozit được hình thành khi thymin kết hợp với vòng đeoxyribozơ (vòng đeoxyribofuranozơ) bằng liên kết β - N1 -glucozit)

Uriđin là nucleozit được hình thành khi uraxin kết hợp với vòng ribozơ (vòng ribofuranozơ) bằng liên kết β - N1 -glucozit

Liên kết glucozit

1.2 Các phương pháp khoá nhóm chức của OH cúa dãy nucleozit

Phương pháp chung để khoá nhóm chức OH của các nucleozit có thể

thực hiện với một số tác nhân theo sơ đồ phản ứng sau:

Liên kết glucozit

R-OCH3 ( tác nhân điazometan hay metyliodua) [13]

I CH H

C N

R-O-SO2CH3 ( tác nhân mesylclorua )[8, 12]

R - O - P – OH ( tác nhân axit photphoric ) [1, 3]

OHOR-OH

1.2.1 Ankyl hoá các nucleozit

1.2.1.1 Ankyl hoá các nucleozit bằng điazometan và hiđroxit trimetylsunfonyl [13]

Phương pháp ankyl hoá các nucleozit bằng điazometan và hiđroxit trimetylsunfonyl được thực hiện theo phương trình sau:

Tác giả [13] đã tổng hợp 1 dãy các nucleozit có nhóm thế ở vị trí 2’- O cho hiệu suất từ 20% - 40%

Nu

N2NuH-Me2S

MeNu2

2 3

2

2

H C S Me H

O S Me

Me N N H

C N N NuH

O H

Nu

− +

−

∆

− +

+

−

− +

Nucleozit Hiệu suất

30206262228

Bảng 2 Hiệu suất của phản ứng tổng hợp các nucleozit có nhóm thế ở vị

trí 2’-O với các tác nhân khác nhau

1.2.1.2 Ankyl hoá các nucleozit bằng ankylhalogenua trong sự có mặt của Ag 2 O

Tr = (C6H5)3C –

1.2.1.3 Ankyl hoá các nucleozit bằng đimetylsunfat trong sự có mặt của 1 hiđroxit kim loại kiềm [13]

Phản ứng này được thực hiện qua 2 giai đoạn :

+ Gđ 1: Phản ứng khan với hiđrôxit kim loại kiềm

+ Gđ2: Thuỷ phân trong H2O

(DMF=Đimetylfomamit)

1.2.1.4 Ankyl hoá các nucleozit bằng alkylhalogenua trong bazơ hữu cơ[9]

Người ta có thể sử dụng bazơ hữu cơ như piriđin cho các phản ứng dạng này

HN N

1.2.2 Sunfonyl hoá các nucleozit

Thực hiện phản ứng sunfonyl hoá các nucleozit bằng toluensunfonylclorua(tosylclorua), axitmetansunfonic hoặc metansunfonylclorua(mesylclorua) [8, 9, 12]

Thymidin 5’-O-tosylthymidin

N O

CH3

O

OH Ts-O

HN

HN N

1.2.3 Benzoyl hoá các nucleozit

Phản ứng benzoyl hoá các nucleozit được thực hiện với tác nhân benzoylclorua hoặc muối natribenzoat trong piridin [6]

HN N

O

O O

O HOH

C 6 H 5 C O O

5'-O-benzoyluridin

N N

O

O O

O H

C 6 H 5 C O O

C6H5C O O 3' 5'-O- đibenzoyluridin

2 C 6 H 5 COCl

Piridin

1.2.4 Photphat hoá các nucleozit

Nucleozit có thể bị photphat hoá bằng axit photphoric tạo mono photphat nucleozit (NMP) (hay mono nucleotit), điphotphat nucleozit (NPP); triphotphat nucleozit (NTP) [1, 3]

Chẳng hạn thymidin có thể bị photphat hoá với 1,2 hoặc 3 phân tử nhóm axit photphoric tạo thymiđin mono, đi hoặc triphotphat (TMP, TDP, TTP )

Thymidin mono, đi, tri photphat

1.3 Các phản ứng của nhóm OR

1.3.1 Phản ứng tạo cầu O ( Anhidro nucleozit )

1.3.1.1 Đi từ dẫn xuất thế mono-O-nucleozit

Tổng hợp 2, 3’- anhidro- 5’ – O-trityl thymiđin từ 5’-O- trithymiđin và triphenylphotphin trong dung môi DMF và 1 bazơ hữu cơ [6]

Tổng hợp 2, 3’ -anhidro -1- (2’ -deoxy- β-D -lyxo-furanosyl) thymin từ 3’ -

N HN O

O

OH

N HN O

O

OH

N HN O

1.3.1.2 Phản ứng tạo anhidro nucleozit từ dẫn xuất thế đi hoặc tri - O - nucleozit

Tổng hợp 2, 3’ - anhidro - 1 - ( 5’ - O - mesyl - 2’ - deoxy - lyoxyl) thymin

+ Phương pháp 1: Trực tiếp chuyển 5 - O - trityl - 3 - O - mesylthymiđin bằng phản ứng với NaOH 1 N trong etanol 90%.

+ Phương pháp 2: Phản ứng được tiến hành qua 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Thế 3’ - O - mesyl bằng halogen (LiBr hoặc NaI) trong axeton

ở 100o C

Giai đoạn 2: Tạo dẫn xuất 2, 3’ - anhidro bằng bạc axetat trong môi trường axit

HN N

O

CH3

O

O TrO

OMs

NaOH /C 2 H 5 OH

HN N

O

CH3

O

O TrO

3'-O-mesyl-5'-O-tritylthymidin 2, 3’-anhidro-5’-O-tritylthymidin

C H3

O O

T r O

X

1 H+2.AgOCOCH3

H N N

O

C H3

O O

Tổng hợp dẫn xuất 2 ,3 - anhidro của 1 - (2 , 3 ,5 - tri - O - mesyl-β-D - arabinosyl) uraxin bằng cách đun nóng trong axetat với dung môi DMF [11].

OMs

HN N

O

CH3

3'-mesyl-tritylthymidin AZT

1.3.2.2 Phản ứng tạo epoxit

Tổng hợp 1 - ( 3',5 ’ - epoxit - β - D lyxofuranosyl ) uraxin (I) hoặc 1- ( 2',5’

- epoxit - β - D- lyxofuranosyl ) uraxin bằng cách xử lý 1 – (5’ - O - mesyl - β - D – lyxofuranosyl) uraxin với 1 bazơ [11]

O

O

N HN

1-Đồng thời cũng tổng hợp dẫn xuất 2’- mesyl của nó qua các bước:

+ Bước 1: Đun nóng 1 - (2’ - 3’, 5’ - tri - O - mesyl - β - D - arabinosyl) uraxin (III) với NaCH3COO trong DMF hoặc dung dịch NaOH trong etanol - H2O thu được dẫn xuất 2, 3’ - anhidro (IV)

+ Bước 2: Đun hồi lưu (IV) trong H2SO4 loãng với etanol – H2O thu được 1

- (2’, 5’ - đi - O - mesyl - β - D - lyxofuranosyl) uraxin (V)

+ Bước 3: Xử lý (V) với NaOH thu được (VI)

O

CH3

O OH

1-(3'-mesyl- β -D-lyso

furanosyl)uraxin 1-(2', 5'-epoxit-β -D-lyso

furanosyl)uraxin

1.4.2 Phản ứng tách loại H 2 O

Khi cho dẫn xuất 2, 3’ - anhidro của thymiđin hoặc uriđin phản ứng với một bazơ tách loại H2O tạo ra stavudin ( D4T)

CH3

O O ZO

B

-HN N

O

CH3O

O HO

Stavudin(D4T) 2',3'-®i®ehidro-3'-đeoxithymidin

HN N

O

CH3

O O

MsO NaC6 H5COO

DMF

HN N

O

CH3

O HO

OBz

¤

2,3'-anhidro-5'-O-mesylthymidin

3',5'-O-đibenzoylthymidin

Phần 2 Kết quả và thảo luận

2.1 Phổ hồng ngoại của thymidin và uridin

Cấu tạo của thymidin và uridin:

O

O

CH3

N HN

OH HO

Thymidin

N HN O

O

HO

OHOH Uridin

Phổ hồng ngoại của thymidin và uridin xuất hiện các đỉnh đặc trưng cho nhóm C=O, OH và NH ở các tần số hấp thụ sau:

νOH 3312-3346 cm-1

νNH 3311-3172 cm-1

νC=O 1702- 1663 cm-1

2.2 Các phản ứng khoá nhóm chức OH của thymidin

Phản ứng khoá nhóm chức OH của thymidin có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau Ở đây chúng tôi dùng phương pháp ankyl hóa thymidin bằng tritylclorua, arylsunfonyl hoá thymidin bằng tosylclorua và benzoyl hoá thymidin bằng benzoylclorua

2.2.1 Phản ứng khoá nhóm chức OH của thymidin sử dụng tác nhân tosylclorua

Như đã nêu trong phần tổng quan phản ứng giữa tosylclorua và thymidin

có thể xảy ra ở vị trí 5’-O - hoặc 3’, 5’-O- Chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu khả năng phản ứng, hiệu suất phản ứng ở các điều kiện nhiệt độ T =T1 + T1 và ở những thời gian phản ứng khác nhau t= t1 +t1 để tìm điều kiện tối ưu

Phản ứng này tuỳ điều kiện có thể tạo dẫn xuất 5'-O-tosylthymidin hoặc 3',5'-O-đitosylthymidin

Phản ứng này xảy ra theo sơ đồ sau:

+Nếu tỉ lệ nthymidin : ntosylclorua = 1 : 1

+ nếu nthymidin : ntosylclorua = 1 : 2

H N O

N O

N O

CH3 ở 1,78 ppm và của phenyl ở 7,2-7,8 ppm cũng như các tín hiệu cộng hưởng của các proton khác trong phân tử như sau:

CH3

• Lưu ý khi tiến hành hai phản ứng này:

+ Phản ứng phải được tiến hành trong điều kiện khô tuyệt đối, yêu cầu nghiêm ngặt về nhiệt độ, tỷ lệ các chất chính xác

+ Phản ứng cho hiệu suất tốt với 5’-O- tosylthymidin ở nhiệt độ T=T1+5(oC) và thời gian t= t1+96(h); đối với 3’, 5’-O-đitosylthymidin thì ở nhiệt độ

T=T1 +30(oC) và thời gian t =t1+48(h)

+ Tosylclorua rất dễ bị thuỷ phân nên cần tinh chế trước khi tiến hành phản ứng

2.2.2 Phản ứng khoá nhóm chức OH của thymidin sử dụng tác nhân tritylclorua

Phản ứng xảy ra theo sơ đồ sau:

+Nếu nthymidin : ntritylclorua= 1:1

5'-O-tritylthymidin Thymidin

OH (C6H5)3C

HN O

N O

CH3

Piridin (C6H5)3CCl

+

O

OH HO

HN O

N O

CH3

O

+ Nếu nthymidin : ntritylclorua= 1:2

(C 6 H 5 ) 3 CO

Tr = (C6H5)3C

Ở đây chúng tôi khảo sát phản ứng ở các nhiệt độ T=T2 +T2 Đồng thời chúng tôi cũng nhận thấy để tạo thành 3’,5’-O- đitritylthymidin thì điều kiện phản ứng rất khắc nghiệt, hiệu suất rất thấp nên chúng tôi tập trung nghiên cứu phản ứng tổng hợp 5’-O- tritylthymidin

Xét ảnh hưởng của nhiệt độ tới phản ứng tổng hợp 5’-O- tritylthymidin như sau:

Qua đó cho thấy nhiệt độ tối ưu là T=T2 +50(oC)

Sản phẩm 5’-O- tritylthymidin thu được ở dạng tinh thể màu trắng có nhiệt

độ nóng chảy t 0

nc = 125-1280C, được chứng minh cấu tạo qua phổ hồng ngoại.Phổ hồng ngoại của 5’-O- tritylthymidin xuất hiện các đỉnh đặc trưng của nhóm OH, C=O, NH có thay đổi so với của thymidin đồng thời xuất hiện đặc trưng của vòng benzen của nhóm (C6H5)3C- mới đưa vào như dưới đây:

νC=C benzen 1472.76-1448,24cm-1

• Lưu ý khi tiến hành phản ứng này:

+ Phản ứng cần thực hiện ở nhiệt độ và thời gian thích hợp

O

O

CH 3

N HN

OTr TrO

Thymidin

Piridin (C6H5)CCl

3',5'-O- đitritylthymidin

+ Tritylclorua rất dễ bị thuỷ phân nên phản ứng cần tiến hành ở điều kiện khô tuyệt đối.

2.2.3 Phản ứng khoá vòng OH của thymidin sử dụng tác nhân benzoylclorua

Sơ đồ của phản ứng như sau:

Tiến hành phản ứng ở các nhiệt độ T=T3 +T3 và thấy rằng ở nhiệt độ

T=T3 +60(OC) thu được hiệu suất cao nhất h=40%

Sản phẩm 5’-O-benzoylthymidin thu được ở dạng tinh thể màu trắng có nhiệt độ nóng chảy t0

nc = 192 - 1930 C và được chứng minh cấu tạo qua phổ hồng ngoại

Phổ hồng ngoại của 5’-O-benzoylthymidin xuất hiện các đỉnh đặc trưng của nhóm OH, C=O, NH có thay đổi so với của thymidin đồng thời xuất hiện đỉnh đặc trưng của vòng benzen của gốc benzoyl mới đưa vào như sau:

HNO

NOO

CH3

O

OH

C6H5COO-

HCl+

2.3 Các phản ứng khoá nhóm chức OH của uridin

Phản ứng khoá nhóm chức OH của uridin có thể sử dụng nhiều phương pháp Ở đây, chúng tôi sử dụng phương pháp arylsunfonyl hoá uridin bằng tác nhân tosylclorua; phương pháp ankyl hoá uridin bằng tác nhân tritylclorua

2.3.1 Phản ứng khoá nhóm chức OH của uridin sử dụng tác nhân tosyl clorua

Phản ứng xảy ra theo sơ đồ sau:

N

HNO

O

O H

+ HCl TsO

O H 5'-O-tosyluridin Uridin

TsCl

Chúng tôi tập trung tổng hợp 5’-O- tosyluridin sau khi khảo sát các điều kiện nhiệt độ chúng tôi thấy phản ứng chạy tốt ở nhiệt độ T=T1 +50(oC) và thời gian t=t1 +96(h) cho hiệu suất h= 45%

Sản phẩm thu được ở dạng tinh thể trắng có nhiệt độ nóng chảy t0

Tr = (C6H5)3CQua khảo sát các điều kiện chúng tôi thấy điều kiện tối ưu cũng là T=T2+50(oC) và thời gian t=t2+2(h) Sản phẩm thu được ở dạng tinh thể trắng, có điểm chảy xác định và được chứng minh cấu tạo qua phổ hồng ngoại

Phổ hồng ngoại của 5’-O- trityluridin xuất hiện các đỉnh đặc trưng của nhóm OH, C=O đồng thời xuất hiện các đỉnh đặc trưng của gốc trityl mới đưa vào dưới đây:

νOH 3478,19 cm-1

ν=CH benzen 3001,97 cm-1

νC=O 1693,99 cm-1

νC=C benzen 1491,17 cm-1 1445,02 cm-1

Bảng 3: Kết quả tổng hợp các chất

sắc

Nhiệt độ nóng chảy ( 0C )

Hiệu suất ( % )

Bảng 4: Phổ hồng ngoại của các chất tổng hợp được ( cm-1 )

Sản phẩm thu được chứng minh cấu tạo qua phổ hồng ngoại và phổ cộng hưởng từ hạt nhân.

CH3

νC=O 1721cm

νC=C 1659cm-1

νC=C benzen 1596,1477cm-1

νSO2 1359,1272,1176 cm-1Phổ cộng hưởng từ hạt nhân

Sản phẩm được chứng minh cấu tạo qua phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng

H2O Kết tinh lại sản phẩm trong cồn

Sản phẩm được chứng minh cấu tạo qua phổ hồng ngoại

3.5 Tổng hợp 5 ’ - O - tosyluriđin

Cân chính xác 0,0035 mol uridin và 0,0052 mol tosylclorua.Hỗn hợp được cho vào bình cầu 50ml chứa 6,5 ml piridin khô Hỗn hợp này được giữ ở thời gian khảo sát Dung môi được loại đi, thu được một dạng siro Sau đó dạng siro này được chiết với ete, thêm 8ml nước đá vào hỗn hợp còn lại, sản phẩm kết tủa Kết tinh lại sản phẩm trong cồn - nước

to

nc = 168-169o C

3.6 Tổng hợp 5 ’ - O – trityluridin

Dùng bình cầu 3 cổ 50ml có máy khuấy, nhiệt kế Cân 1 lượng chính xác 1mmol uridin, 1mmol tritylclorua và 3ml piridin Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ và thời gian khảo sát Hỗn hợp phản ứng sau đó được rót vào 20ml nước

đá, kết tủa trắng hình thành Sản phẩm được kết tinh lại trong cồn-nước

KẾT LUẬN

Trong bản khoá luận này chúng tôi đã nghiên cứu và thu được các kết quả sau:

1 Đã khảo sát được điều kiện nhiệt độ và thời gian phản ứng tổng hợp O-tosyl-, 3’,5’- O – đitosyl-, 5’-O-trityl-, 5’-O-benzoylthymidin thu được sản phẩm có hiệu suất từ 40-75%

2 Đã khảo sát được điều kiện nhiệt độ và thời gian phản ứng tổng hợp O-tosyl-, 5’-O-trityluridin thu được sản phẩm có hiệu suất từ 40-45%

5’-3 Cấu tạo của sản phẩm được xác định qua phổ hồng ngoại và phổ cộng hưởng từ hạt nhân

Tài liệu tham khảo

1 Đỗ Đình Hồ, Hoá-Sinh-Y Học, nxbY học, tp Hồ Chí Minh, 2003, trang

4 Nguyễn Đình Triệu, Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hoá học,

nxb Khoa học - kĩ thuật, Hà Nội, 2002.

5 Phan Tống Sơn-Trần Quốc Sơn-Đặng Như Tại, Cơ sở hoá học hữu cơ,

nxb Đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, 1980

6 Staniscos Czerneccki , Proceess for preparing

AZT(3'-azido-3'-deoxythy ) and related compounds, U.S.Patent, 5.124, 442, jun-23-1992.

7 Stringner S.Yang, Goedon M.Cragg, David J Newman and John P

Bader, Natural product - Based anti HIV Drug discovery and

devolopment facilitated by the NCI Developmenttal therapeutics

program, Journal of natural products, vol 64, No 2, 265(2001).

8 Jerome P Horwitz, Jonathan Chua and Michael Noen, Nucleoside.V

The monomesylates of 1-(2'-Deoxy-β-D-lysofuranosyl) thymin,

J.Org.Chem, vol 20, No 64, 2076(1964 )

9 Tai Shun Lin, John P, Neenan , Yung Chi Cheng , William H

Prusoff, Synthesis and antiviral activity of 5- and 5' - substituted

Thymidin Analogs, Journal of Medicial Chemistry, vol 19, No4,

496-497(1976).

10 Jack J Fox and Naishun C Muller, Nucleosides XVI Further studies

of anhydronucleosides, J.Org.Chem, vol 28, 936(1983).

11 Iris L Doerr, John F Codington and Jack J Fox, Nucleosides

XXIII.2',5'-and 3',5'-epoxides of pentofuranosyluracils 1-3, J.Org.Chem, vol

30, No 11, 467 (1964)

12 Jerome.P.Horwirt, Joyce A Urbanski, Jonathan Chua, Nucleosides

II 5'-O-mesylthymidine and 3'-O-mesylthymidine J.Org.Chem, vol 27, No

20, 3300(1962)

13 T.C.Zatsepin, E.A.Potanova, T.C.Oretska. Sintez

2’-O-ankinnukleozidov, Uxpex Khimii, 71, 6, 586-588(2002), (Tiếng Nga)