Tổng hợp dẫn xuất của 2 deoxy glucose

Trên thế giới, các nhà khoa học, nghiên cứu, phát minh đã tìm tòi, sáng tạo không ngừng để cho ra đời nhiều sản phẩm mang lại lợi ích về sức khỏe thể chất cho con người, cũng như góp phầ

TÁC GIẢ: Nguyễn Thanh Tâm

TÓM TẤT

Lĩnh vực hóa-dược phẩm là một lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng hóa học vào ngành dược phẩm, đóng vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống Trên thế giới, các nhà khoa học, nghiên cứu, phát minh đã tìm tòi, sáng tạo không ngừng để cho ra đời nhiều sản phẩm mang lại lợi ích về sức khỏe thể chất cho con người, cũng như góp phần rất lớn vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật nhằm mục tiêu bảo đảm cho con người có cuộc sống khỏe mạnh, thế giới ngày càng phát triển

Đi theo con đường đó, tôi tiến hành nghiên cứu về việc tổng hợp các dẫn xuất của 2- deoxy-glucose,

là một họ các hợp chất được cho rằng có hoạt tính chống ung thư Đây là vấn đề đã được nghiên cứu nhiều trên thế giới từ cách đây nhiều năm, tuy nhiên vẫn còn khá mới mẻ ở Việt Nam Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, tôi đã thực hiện các phản ứng tổng hợp hữu cơ, có áp dụng các phương pháp cô lập và làm tinh sạch hợp chất hữu cơ: phản ứng cộng hợp nước, phản ứng methanolysis, và thực hiện với các tỉ lệ về lượng chất khác nhau nhằm tối ưu hóa và tổng hợp thành công Kết quả đạt được là tôi đã tổng hợp được hợp chất l-(furan-2-yl)-2-(trityloxy)ethanol

mà theo một số tài liệu tham khảo cho thấy nó có khả năng kháng nấm và tế bào ung thư Tuy đã hết sức cố gắng để hoàn thành nhiệm vụ đặt ra, nhưng tôi vẫn còn gặp một số khó khăn khách quan, vì thế có thể kết quả nghiên cứu chưa thật sự tốt Tôi rất mong nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo cũng như phê bình của Ban giám khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tồng quan về glucose vàD-glucal

Glucose (C6H1206) CÓ sáu nguyên tử carbón, một trong số đó là của nhóm aldehyde, do đó được

đề cập đến như là một aldohexose Trong dung dịch, phân tử

glucose có thể tồn tại ở dạng mạch hở hoặc mạch vòng (với tỉ lệ bằng nhau) Tuy nhiên, ở pH 7 thì dạng mạch vòng chiếm ưu thế hơn Ở thể rắn, glucose có dạng vòng Vì dạng mạch vòng chứa năm nguyên tử carbon và một nguyên tử oxy, tương tự với cấu trúc của pyran nên nó cũng được xem là glucopyranose Trong vòng này, mỗi nguyên tử carbon nối với một nhóm hydroxyl, ngoại trừ nguyên tử carbon thứ năm là nối với nguyên tử carbon thứ sáu ngoài vòng, tạo thành nhóm CH2OH Glucose

thường tôn tại ở dạng khôi trăng hoặc những

tại ở dạng dung dịch với nước

° -

M-

ưi V

n H U n

Công thức Fischer của D-gỉucose mạch hở

thê răn Ngoài ra nó cũng có thê tôn

từ các chất trung gian không phải carbohydrate như pyruvate và glycerol (gluconeogenesis) Glucose gặp nhiều trong trái nho chín, các loại trái cây chín khác, cũng như mật ong

Trong thương mại, glucose được sản xuất thông qua quá trình thủy phân tinh bột có

sự tham gia của enzyme

Glucose Glucose dạng bánh

1.1.2 D-glucal

D-glucal tên đầy đủ là 3,4,6-tri-O-acetyl-D-glucal (D-glucal triacetate) có công thức phân tử là

C12H1607, khối luợng mol phân tử là 272.25, nhiệt độ nóng chảy là 51 - 53°c, D-glucal có dạng tinh thể, màu trắng, công thức cấu tạo ở dạng sau:

3,4,6-tri-ơ-acetyl-trong đó Ac là nhóm CH3CO- Xét về ảnh hưởng đến thể chất, D-glucal được xếp vào loại an toàn (safe) Việc gắn các nhóm thế vào hợp chất này được cho là mang lại các sản phẩm có hoạt tính sinh học, dược học và vẫn tiếp tục được thử nghiệm

II Các nghiên cứu về D-glucal

Ở Việt Nam, tính đến nay chúng ta vẫn chưa có nhiều nghiên cứu sâu về D-glucal và các dẫn xuất của nó Tuy nhiên, trên thế giới, việc đi sâu nghiên cứu tìm hiểu về cấu tạo, tính chất, hoạt tính nhất là dược tính của chúng đã bắt đầu từ rất lâu và hiện nay công việc này vẫn tiếp diễn Đã

có rất nhiều bài báo cáo khoa học trên các tờ báo, tạp chí uy tín trên thế giới về các hợp chất này

Từ năm 1985, người ta đã nghiên cứu tổng hợp nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học đáng lưu

ý Một báo cáo ngày 16 tháng 3 năm 1985 của các tác giả: Yi-Guo Zhou, Chyng-Yann Shiue, Alfred p Wolf, và Carroll D Arnett (Department of Chemistry, Brookhaven National Laboratory, Upton, New York 11973, USA) được đãng trên European Journal of Nuclear Medicine Báo cáo này nói về sự tổng hợp 2-deoxy-2- [82Br]bromo-D-mannose (4b) và các hợp chất liên quan (ví dụ 2-deoxy-2-[82Br]bromo- 3,4,6-ưi-ơ-acetyl-a-D-mannopyranosyl chloride (3b) và sự phân bố sinh học của chúng trên chuột Trong nghiên cứu này, phản ứng giữa 3,4,6-tri-O-acetyl-D-glucal (TAG-2) với bromine chloride unlabeled và labeled (la, lb) nội sinh từ sự oxy hóa bromide với N-chloro-succinimide cho ra 2-deoxy-2-bromo-3,4,6-tri-ơ-acetyl-a-D-

mannopyranosyl chloride unlábeled và labeled (3 a, 3b) với hiệu suất hóa học phóng xạ là 58% (hiệu suất hóa học, 63%) Sự thủy phân 3a, 3b với 2N HC1 cho ra 2-deoxy-2- bromo-D-mannose (4a, 4b) với hiệu suất hóa học phóng xạ là 72% Sau khi tiêm 3b và 4b lên cơ thể chuột, kết quả cho thấy 2% tính phóng xạ tập trung ở não, 6% ở tim; tuy nhiên tính phóng xạ trên hai cơ quan này sụt giảm sau 15’

-Sau khỉ làm các thí nghiệm tổng hợp bromine chloride nội sinh, 3a, 4a, 3b, 4b và hòa tan 3b, 4b trong dung dịch muối isotonic, người ta tiêm chúng vào tĩnh mạch của loài chuột bạch Thụy Sĩ giống cái Sau khoảng thời gian dự trù, con vật chết vi gãy cổ

Trong nghiên cứu này, thông qua kết quả thu được, tác giả có những ý kiến bản luận như sau: 4a được tổng hợp bởi phản ứng giữa TAG với bromine fluoride, đi kèm với sự phân hủy bởi acid

Sự brom hóa 2 cho ra hỗn hợp 2-deoxy-2-bromo-3,4,6-tri-0- acetyl-D-glucopyranosyl bromide và 2-deoxy-2-bromo-3,4,6-tri-ỡ-acetyl-D- mannopyranosyl bromide vói tỉ lệ 2:1

Bromine chloride sinh ra do hóa đặc khí chlorine vào bromine lỏng, tuy nhiên phương pháp này không thích hợp cho tổng hợp thuốc cố phóng xạ bởi vì rất khố định lượng lượng của mỗi halide thêm vào Các hợp chất la, lb được tổng hợp nội sinh bởi sự oxy hóa bromide và 82Br-bromide vói N-chlorosuccinimide Tác nhân này được dùng để tổng hợp 3a, 3b, 4a, 4b

Unlabeled 2-deoxy-2-bromo-D-mannose sinh ra do phản ứng giữa unlábeled bromine chloride

và TAG, kèm theo sự phân hủy bởi acid (Fig 1) Phản ứng giữa TAG với BrCỈ trong THF ở nhiệt

độ phòng sinh ra sản phẩm chính là 3a Sự thủy phân 3a trong 2N HC1 lọc qua cột silica gel tạo

ra 4a 3b và 4b cũng được tổng hợp bằng con đường tương tụ

Cấu tróc của 3 a và 4a khi cho qua phân tích nguyên tố và phổ NMR thấy rằng a-D- mannopyranose cho tín hiệu của các proton anomeric cho tần số ghép 1.0-1.5 Hz,

trong khi a-D-glucopyranose cho tín hiệu này với tần số ghép 3-4 Hz Tần số ghép của các proton anomeric và các proton C-2 cho 3a và 4a (J = 1.5 Hz) cho thấy rằng các hợp chất này có cấu hình a-D-manno

Mặc dù phản ứng cộng BrF vào TAG là được chỉ ra là phản ứng cộng hợp kiểu cỉs, phản ứng

của BrCl với TAG lại là phản ứng cộng hợp ái điện tử với ion bromonium trung gian và cho sản

phẩm cộng hợp kiểu trans Điều này phù hợp với phản ứng của BrCl với cyclo hexene và các cyclo

hexene có nhóm thế

Hợp chất 4b 82Br-labeled khá bền trong dung dịch muối, hoặc dung dịch natri bicarbonate bão hòa ở 37°c và lên tới 60 h, được xác định bằng TLC

Khi nghiên cứu về sự phân bố sinh học của 3b và 4b trong khoảng thời gian 1,15, 30, 60, và

120 phút sau khi tiêm lên giống chuột bạch Thụy Sĩ (giống BNL), người ta thấy rằng một tỉ lệ nhỏ

tính phóng xạ tiêm vào nhanh chóng tập trung ở não (~ 2%), tim (~ 6%; Table 1, 2) Não hấp thu

3b chậm hơn 4b trong thời gian 1 phút, nhưng từ đó về sau thì tương tự nhau Sự phân bố sinh học của 4b lên chuột khác với sự phân bố của 2-18FDG Cả 3 và 4 đều không ổn định trong cơ thể sống

và không làm chất nền cho hexokinase Vỉ lý do này, các hợp chất 3 và 4 không phải là các chất tương tự của 2-deoxyglucose cho việc đo đạc sự trao đổi, chuyển hóa glucose ở não trên cơ thể sống Tuy nhiên ta vẫn có thể nghiên cứu được tỉ lệ chuyển tải glucose trên cơ thể sống

lábil: I Hhxliyrtbuiion or fadKiacli^ly Jfi mouse tissues !'|blowing fiOfavciidus injKtioo oí 2-<l«Kijr-24 ,J! BrJbi!iDanp-Jyt 1 í-it‘ÍHC^lOrtyi- s-u-nunttapjTjniísvI chuiriif

TÍ«J* [ íii¡m 1 Siren 60min

L 8 (1.7-1.9) Blood

(*.7(6 2-7,2)

6,2 (6.1-6,3) B.3 Í7.6-9.2)

4.5(19-54 6.Ữ (í I 69)

15(1.3-1.6) 13(11 2.4) ll (lo 2 J) I9¿;ÍJ-2J8)

2.2 (10-2-3) 1.5 í 1.5-1 jfi)

ÍI.H (Ü'.S-O 9)

* ì-V:nKftUjge oí Iii-Pttitti ỨOiC per eran óf tissue (mean and ranee t<»r l'níí ÍO IOunr áiumiti per pecnt}

I *hlt J, tìiỊXliitnblitiùá or iaditHc1ñ1jrir EDinitt lissuc? fnjiiiwing inlravimms irnjtKlioo ol"2 dcosy S-f'-BfjhroTnci.n-inimiO'n:*

1 Percenrliige of injeuiesi dase pw fu MI üT tiara (n&eaa± SDM far five

KI »II aminạlí prr point)Tóm lại, các tác giả đã nghiên cứu tổng hợp 2-deoxy-2-bromo-3,4,6-ưi-0-acetyl-a- D-mannosyl chloride (3a) từ phản ứng của TAG (2) với BrCl (la) với hiệu suất 63% Sự thủy phân 3a với 2N HC1 tạo ra 4a, hiệu suất 35% 3b và 4b cũng được tổng hợp với hiệu suất hóa phóng xạ cao và tinh khiết Sự phân bố sinh học trên chuột là: 2% tổng lượng hoạt tính phóng xạ tập trung ở não, 6% ở tỉm nhung ở não sẽ bắt đầu suy giảm sau 15 phút [3]

Ngày 2 tháng 2 năm 1998, một báo cáo về việc tổng hợp và hoạt tính chống ung thư của các glycoside mới của epỉpodophyllotoxin, những chất tương tự etoposỉde, và NK 611 của các tác giả Laurent Daley, Pierre Demerseman, Claude Monneret (UMR 176 CNRS/Ihstitut Curie, Section Recherche, Paris), Yves Guminski, Chantal Etiévant, Thierry ỉmbert (Pierre Fabre Medicament C.R.P.F., Division de Chimie Mểdỉcinale), Anna Kruczynski và Bridget T Hill (Pierre Fabre Medicament C.R.P.F., Division Cacérologỉe Experimental) được đãng trên Journal of Medicinal Chemistry 1998, Vol 41, No 23 Trong nghiên cứu này, một loạt 3-amino- và 3-alkylamino-2- deoxy-b-D-ribo và b-D-arabino-glycosides của 4’-demethylepipodophyllotoxin được tổng hợp bằng con đường trimethylsilyliodide cải tiến để chuyển hóa podophyllotoxin-

4’- demethylepipodophyllotoxin, một cách tổng hợp chất cho silyl glycoside của 3- dideoxy-b-D-ribo- và b-D-arabino-hexopyranosides hiệu quả, chọn lọc và cho hiệu suất cao Đánh giá trong ống nghiệm các hiệu ứng đầu độc tế bào bạch cầu L1210 cho thấy hoạt tính sinh học quan trọng của 4,6-acetal Trong số các hợp chất có tính đầu độc tế bào cao nhất thì 17, 27-29, các chất tương tự 3-amino-2,3-dideoxy- và 3-N,N-(dimethylamino)-2,3-dideoxy etoposide, có hiệu nghiệm như etoposide trên các mẫu tế bào bạch cầu của cơ the song P388 (iv/ip) Tuy nhiên, không có hợp chất nào trong số những hợp chất này ức chế các topoisomerase DNA I và n ở người, hay kết nối vào các tiểu quản để ngăn sự polymer hóa của nó hoặc sự tổ hợp các vi tiểu quản Vì thế, cơ chế hoạt động của chúng vẫn cần được làm sáng tỏ.[4]

azido-2,3-Ngày 4 tháng 11 năm 2003, người ta nhận được báo cáo tổng hợp 2,3,4,6-tetra-ơ- glucal trong phạm vi tính bằng gram, đây là phương pháp tổng hợp đơn giản, tiện lợi và có kèm sự propane hóa đóng vòng chọn lọc Báo cáo này là kết quả nghiên cứu của Corin M Storkey, Anna

benzyl-D-L Win và John o Hoberg của School of Chemical and Physical Sciences, Victoria University of Wellington, PO Box 600, Wellington, New Zealand Trong nghiên cứu này, dựa trên những lợi ích

mà glycal mang lại trong nhiều quá trình khác nhau, người ta nghiên cứu tổng hợp 2,3,4,6-tetra- benzyl-D-glucal; tuy nhiên, quá trình này có hiệu suất thấp và còn nhiều vấn đề phải bàn lại nên ứng dụng của hợp chất này còn khá hạn chế Đã từng có báo cáo liên quan đến vấn đề này bao gồm

ơ-cả việc mesyl hóa, sau đó là khử Pd(PPh3)4 có xúc tác của hợp chất 2 Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi phải có methane sulfonic anhydride, để tinh sạch 1 khá phức tạp, hơn nữa phản ứng tổng hợp 2 có hiệu suất thấp

Sau đó 3 được brom hóa sau đó là với DBU, sẽ cho ra 1 Phương pháp Fraser-Reid được dùng

để tạo glucopyranosyl bromide, vì nó là phương pháp ngắn gọn, đơn giản và có thể tổng hợp nhiều gram

Ngoài ra, chúng ta còn có thể sử dụng phản ứng propane hóa đóng vòng Furukawa để tạo ra 4 với hiệu suất 87%:

Ngoài ra, tại Ý, vào ngày 6 tháng 7 năm 2006, người ta nhận được bản báo cáo của Pavel Cheshev, Alberto Marra và Alessandro Dondoni Đây là bản báo cáo về quá

trình epoxỉ hóa trực tiếp D-glucal và các dẫn xuất của D-galactal trong đó có sự tạo thảnh DMDO tại chỗ (in situ) Có thể tóm tắt nghiên cứu này như sau: sự epoxỉ hóa 3,4,6-tri-0-benzyl-D-glucal

và D-galactal có dimethyldioxirane (DMDO) in situ từ Oxone®/acetone trong hệ 2 pha (CH2Cl2NaHCC>3 ngậm nước) tạo thành 1,2- anhydrosugars với hiệu suất 99% và độ chọn lọc 100% Tương tự, với 3,4,6 -tri-O- acetyl-D-glucal sẽ cho kết quả là một hỗn hợp dẫn xuất gluco và manno,

-tỉ lệ 7:1, hiệu suất 87%.[9] Các phản ứng xảy ra là:

Ose™ atwlcra -

Nói chung đây là một lĩnh vực nhận được nhiều sự quan tâm của giới khoa học trên đường tìm

ra những phương thức mới điều trị các căn bệnh ung thư, kháng nấm

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Phản ứng công hơp nước 2.1.1

CH2C12 (để hoàn tan mẫu néu cần thiết)

Đây là phản ứng theo tỉ lệ mol 1:1 Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng và áp suất thuờng, và được hòa tan trong THF Ta xét phản ứng ở tỉ lệ mol này

Sau đó ta lần lượt xét phản ứng này với các tỉ lệ mo 1 khác nhau: 1:2, 1:4, 1:8, 1:10

Sau phản ứng, ta trung hòa dung dịch phản ứng với dung dịch NaHC03 10%

Các giai đoạn trên ta thực hiện với cả acid HBr 5M và IM

Trong quá trình thực hiện phản ứng, để theo dõi tiến trình, ta thực hiện sắc ký bản mỏng với dung môi là cyclo hexane : ethyl acetate 3:1

Két thúc phản ứng, ta chiết hỗn hợp này với ethyl acetate, lấy lớp trên là lớp ethyl acetate Sau

đó ta làm khan lớp ethyl acetate thu được bằng Na2SƠ4 khan, cô quay dung dịch này Khi đã thu được hỗn hợp đậm đặc, ta hòa tan hỗn hợp này với một ít dichloromethane để tiếp tục nạp mẫu lỏng cho cột sắc ký

Khi đã thu được chất cần tách, ta sẽ tiếp tục cho phản ứng với pyridine và Ac20, đây là phản ứng kiểm tra xem chất trung gian thu được có phải là B hay không:

Nếu sản phẩm của (1) đúng là B, ta sẽ dùng B làm tác chất để tiếp tục thực hiện các phản ứng tổng hợp dẫn xuất của 2-deoxy-glucose

(5)

Tuy nhiên, quá trình này kết quả không tốt nên ta sẽ thực hiện các giai đoạn khác

(6)

F là furandiol

Phản ứng này ta thực hiện ở pH ban đầu là 3 - 4, sử dụng khoảng HgS04 với một

lượng khoảng 5% lượng D Phản ứng được thực hiện trong môi trường nước để hòa

tan HgS04

Ta theo dõi tiến trình phản ứng bằng TLC, hệ dung môi giải ly là ethyl aceate :

cyclo hexane 1:3

Sau phản ứng, ta cũng trung hòa bằng NaHC03 10%

Ta chiết dung dịch thu được với ethyl acetate, nhưng lần này ta thu lớp nước vì kết

quả TLC cho thấy chất cần tách nằm trong lớp nước Tiến hành cô quay, rồi pha loãng

dung dịch đậm đặc thu được với dichloromethane để nạp mẫu lỏng lên cột (chủ yếu để

loại bớt HgS04 còn lại và các chất bẩn)

2.4 Phản ứng tồng hơp dẫn xuất của 2-deoxv-glucose

Sau khi ta thu được F, ta tiếp tục thực hiện phản ứng sau:

V

2 eq TrCl 0.1-0.2 ml EtgN

Phản ứng được theo dõi bằng TLC với hệ ethyl acetate : cyclo hexane 1:1

Sau phản ứng, ta chiết dung dịch thu được với ethyl acetate, thu lớp ethyl acetate, làm khan với

Na2S04 khan, cô quay rồi lại hòa tan mẫu, nạp lên cột để tiến hành tách lấy G G là 2-(trityloxy)ethanol, một dẫn xuất của 2-deoxy-glucose