Tổng hợp thư viện các peptidomimetic mới từ khung biaryl (Tóm tắt trích đoạn)

--- LÊ THÚY QUỲNH TỔNG HỢP THƢ VIỆN CÁC HỢP CHẤT PEPTIDOMIMETIC TỪ KHUNG BIARYL Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số:60440114 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS... Lê Thu

-

LÊ THÚY QUỲNH

TỔNG HỢP THƢ VIỆN CÁC HỢP CHẤT PEPTIDOMIMETIC TỪ KHUNG BIARYL

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Mã số:60440114

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Mạc Đình Hùng

Hà Nội – Năm 2016

Lê Thúy Quỳnh

Em cũng xin chân thành cảm ơn các b ạn cùng nhóm, những người luôn nhiệt tính giúp đỡ em trong quá trính thực nghiệm đề tài

Học viên

Lê Thúy Quỳnh

Lê Thúy Quỳnh

NỘI DUNG

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 9

1.1 Peptidomimetic 9

1.1.1 Định nghĩa về peptidomimetic 9

1.1.2 Phân loại peptidomimetic 10

1.1.3 Các phương pháp thiết kế peptidomimetic 11

1.1.3.1 Sử a đổi các acid amin 11

1.1.3.2 Hạn chế về cấu dạng 12

1.1.3.3 Bắt chướ c các cấu trúc bâ ̣c hai 13

1.1.4 Một số Peptidomimetic đươ ̣c sử du ̣ng trong tổng hợp thuốc 16

1.1.4.1 Chất ứ c chế ACE 16

1.1.4.2 Chất ưc chế Thrombin 17

1.2 Peptit- biphenyl 18

1.2.1 Các peptit biphenyl trong tự nhiên 19

1.2.1.1 Vancomycin [54] 19

1.2.1.2 Biphenomycin [56] 20

1.2.1.3 Chất ứ c chế proteasom TMC-95a [58] 21

1.2.2 Các peptit-biphenyl bắt phiến β (β-sheet) và vòng ngược (β-turn) [54] 22

1.2.3 Peptit-2,2‟-biphenyl cấu trú c và khả năng ức chế Calpain I 23

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 Tổng hơ ̣p các peptit-2-2 ’ -biphenyl đối xư ́ ng Error! Bookmark not defined 2.2 Tổng hơ ̣p các peptit-2-2 ’ -biphenyl không đối xư ́ ng Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Tổng hơ ̣p các peptit-2-2 ’ -biphenyl đối xư ́ ng Error! Bookmark not defined 3.2 Tổng hơ ̣p các peptit-2-2 ’ -biphenyl không đối xư ́ ng Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

Lê Thúy Quỳnh

DANH MỤC HÌNH

Hính 1: Petidomimetic (2) dựa trên khung cyclohexan 10

Hính 2: Xây dựng các Peptidomimetic từ các amino acid tự nhiên 11

Hính 3: Các kìch thước vòng khác nhau của α-aminocycloalkan cacboxylic acid 12

Hính 4: Thay thế 5,5-dimethylthiazolidin-4cacboxylic acid cho Prolin trong Angiotensin II 12

Hính 5: Tổng hơ ̣p Macrocyclic Peptit [33b] 13

Hính 6: Vì dụ về các dẫn xuất bắt chước xoắn α 14

Hính 7: Mô ̣t số ví du ̣ về các peptidomimetic bắt chước nếp gấp β (β- sheet) 15

Hính 8: Mô ̣t số khung phân tử dùng bắt chước vòng ngược (β- turn) 16

Hính 9: Các peptidomimetic làm thuốc ức chế ACE 17

Hính 10: Aratroban từ phương pháp peptidomimetic 18

Hính 11: Hơ ̣p chất peptit-2,2‟-biphenyl 19

Hính 12: Cấu trúc của Vancomycin 20

Hính 13: Cấu trúc của Biphenomycin 21

Hính 14: Cấu trúc của TMC-95a và các chất tổng hợp 2a, 2b [58b] 21

Hính 15: Macro vòng chứa hai đơn vi ̣ biphenyl và hai alanin 22

Hính 16: Mẫu biphenyl thay thế cho D -Pro-L-Pro 23

Hính 17: Sự quay xung quanh liên kết aryl-aryl của peptit-biphenyl 23

Hính 18:Sự chuyển đổi cân bằng giữa hai đồng phân atrpisomer 24

Hính 19: Cấu trúc đơn tinh thể của dẫn xuất peptit-biphenyl 25

Hính 20: Dẫn xuất peptit-piphenyl ức chế calpain 25

Lê Thúy Quỳnh

Hính 21: Phương pháp tổng hợp các peptit-2,2‟-biphenyl đối xứng 26

Hính 22: Phương pháp tổng hợp các peptit-2,2‟-biphenyl không đối xưng 26

Hính 23 : Sơ đồ tổng hơ ̣p 2,2-biphenyl diclorua acid Error! Bookmark not defined

Hính 24 : Cơ chế ta ̣o thành phenol 12 Error! Bookmark not defined

Hính 25: Phản ứng tổng hợp peptit-2-2‟-biphenyl 13-18Error! Bookmark not defined

Hính 26 : Phổ 1

HNMR của (500 MHz, CDCl3) của peptit-biphenyl 15Error! Bookmark not defined

Hính 27: Dẫn xuất peptide-2-2'-biphenylchứa chuỗi peptit ngắnError! Bookmark not defined Hính 28 : Sơ đồ tổng hơ ̣p chuỗi peptit Error! Bookmark not defined

Hính 29: Sơ đồ tổng hơ ̣p các dẫn xuất peptide-2-2'-biphenyl (25-27)Error! Bookmark not defined Hính 30: Cấu trúc của các dẫn xuất peptit-2-2‟-biphenyl (26-27)Error! Bookmark not defined Hính 31 : Sơ đồ tổng hơ ̣p mono peptit-2-2‟-biphenyl (29-34)Error! Bookmark not defined

Hính 32 : Sơ đồ tổng hơ ̣p peptit-2-2‟-biphenyl (35-53)Error! Bookmark not defined

Hính 33 : Phản ứng Suzuki-Miyaura Error! Bookmark not defined

Lê Thúy Quỳnh

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Các dẫn xuất peptit-2-2‟-biphenyl 13-18 Error! Bookmark not defined Bảng 2: Dẫn xuất mono peptit-2-2‟-biphenyl (29-34) Error! Bookmark not defined Bảng 3: Dẫn xuất peptit-2-2‟-biphenyl (35-53) Error! Bookmark not defined

Lê Thúy Quỳnh

DANH MỤC VIẾT TẮT

Lê Thúy Quỳnh

Lê Thúy Quỳnh

MỞ ĐẦU

Peptidomimetic là tên gọi của những hợp chất có cấu trúc hoặc các tình chất sinh học giống một peptit hoặc một protein tự nhiên mà vẫn giữ được khả năng tương tác với các đìch sinh học và cho các tác dụng sinh học tương tự [1-3].Trong những năm gần đây, việc tổng hợp, thiết kế và phát triển các dẫn xuất peptidomimetic đang là một trong những hướng nghiên cứu lớn trong hóa sinh và tổng hợp thuốc Việc tổng hợp các peptidomimetic có thể được xem xét từ nhiều góc độ, phương pháp và mục đìch khác nhau [2,4,5,6] vì dụ như: việc tạo ra các dẫn xuất peptidomimetic cùng tình chất sinh học trong tổng hợp các chất ức chế enzyme HIV-1 [7], tổng hợp pha rắn các dẫn xuất của pyrolidin cho việc xác định các chất ức chế ACE mạnh [8], phương pháp sử dụng phản ứng “click” để tạo thành vòng 1,2,3-triazol cho các chất ức chế AChE [9], ức chế HIV [10] và ức chế MMP [11]…

Bên cạnh đó các dẫn xuất có cấu trúc từ khung biphenyl cũng có mặt trong nhiều dược phẩm [12] Chúng còn được ứng dụng rộng rãi như các phối tử trong tổng hợp bất đối xứng [13] cũng như vật liệu tinh thể lỏng [14] Theo như báo cáo của Bernardo Herrado các dẫn xuất của peptit bisphenyl cho khả năng ức chế Calpain- một loại enzym liên quan đến một loạt các điều kiện sinh lý bệnh như thiếu máu cục bộ, bệnh Alzheimer

và các bệnh thoái hóa khác [15,16]

Dưa trên các hoạt tình sinh học hữu ìch của vòng biphenyl và các peptidomimetic ,

trong khóa luâ ̣n này chúng tôi tiến hành triển khai đề tài “Tổng hơ ̣p thƣ viê ̣n các hơ ̣p

chất peptidomimetic tƣ̀ khung biaryl” bằng việc kết hợp khung biaryl và chuỗi acid

amin nhằm tạo ra hợp chất mới có khả năng đóng vai trò như một peptit nhằm tạo tiền đề cho các nghiên cứu về hoạt tình sinh học và ứng dụng của chúng trong lĩnh vực tím kiếm thuốc mới

Lê Thúy Quỳnh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Peptidomimetic

1.1.1 Đi ̣nh nghi ̃a về peptidomimetic

Mô ̣t hợp chất peptidomimetic có thể được đi ̣nh nghĩa như là mô ̣t chuỗi protein nhỏ

mà được thiết kế để bắt chước các peptit tự nhiên cả về các đặc điểm về cấu trúc cũng như hoa ̣t tính sinh ho ̣c Ngoài việc có nhiều sự lựa cho ̣n cũng như tr ánh được các tác dụng phụ không mong muốn , các peptidomimetic còn cho thấy sinh khả dụng đường uống và hoa ̣t tính sinh ho ̣c cao hơn các peptit tự nhiên do đã giảm được viê ̣c bi ̣ phân hủy bởi các enzyme trong cơ thể [17, 18] Các peptidomimetic tập tru ng nghiên cứu về các

đă ̣c điểm điê ̣n tử và cấu hình không gian của các peptit tự nhiên và thu ̣ thể của nó hoă ̣c các vị trì hoạt động của enzyme Như vâ ̣y, để phát triển các peptidomietic cần phải chú ý tới mô ̣t số nguyên tắc cơ bản như sau [19]:

 Thay thế các khung xương peptit bằng các mảnh không phải peptit : nếu viê ̣c thay thế mô ̣t liên kết amit không làm thay đổi hoa ̣t tính sinh ho ̣c hoă ̣c các liên kết amit không tương tác với vùng hoa ̣t đô ̣ng thì các peptidomimetic có thể được thiết kế để loa ̣i bỏ các liên kết peptit

 Giữ la ̣i các chuỗi phu ̣ mà có liên quan đến hoa ̣t tính sinh ho ̣c , ví chúng tạo thành phần cấu trúc chứa dược tính của thuốc Để cải thiê ̣n hoa ̣t tính sinh ho ̣ c của thuốc mô ̣t số thay đổi có thể được đưa vào như : thay đổi chiều dài của chuỗi , thay thế các liên kết cyclopetit bằng liên kết cô ̣ng hóa tri ̣ , thay thế bằng các nhóm có cấu trúc không gian và cấu trúc điê ̣n tử tương tự (isosteric) [20]

 Duy trì sự linh đô ̣ng của cấu trúc trong các peptidomimetic thế hê ̣ đầu tiên nếu hoa ̣t đô ̣ng sinh ho ̣c được quan sát thấy là có liên quan đến sự linh đô ̣ng của cấu trúc, sau đó viê ̣c đưa thêm các yếu tố cố đi ̣nh cấu dạng vào các chuỗi phụ là

mô ̣t cách tiếp câ ̣n cần thiết và tỏ ra hiê ̣u quả đem la ̣i tính đă ̣c hiê ̣u trong tương tác với thu ̣ thể và giảm tác du ̣ng phu ̣ không mong muốn

 Lựa cho ̣n các mu ̣c tiêu thích hợp dựa trên giả thuyết về phần cấu trúc mang dươ ̣c tính Nói cách khác, viê ̣c hiểu biết về mối quan hê ̣ giữa cấu trúc và hoa ̣t tính

Lê Thúy Quỳnh

hoă ̣c cấu trúc 3D của các cấu da ̣ng có hoa ̣t tính sinh ho ̣c là mô ̣t con đường đầy hứa hẹn để nhanh chóng đạt được nhữ ng hơ ̣p chất tôt nhất mà không ta ̣o ra số lượng lớn các chất có hoa ̣t tính kém

1.1.2 Phân loa ̣i peptidomimetic

Peptidomimetic có thể được chia thành ba nhóm tùy thuộc vào đặc điểm cấu trúc và chức năng của chú ng [21]:

• Loại I-bắt chước về cấu trúc: thể hiê ̣n sự tương đồng về hình da ̣ng với các chất tự nhiên và mang tất cả các chức năng đáp ứng cho sự tương tác với enzyme hoă ̣c thu ̣ thể trong mô ̣t sự đi ̣nh hướng không gian nhất đi ̣nh

• Type II-bắt chước chức năng: tương tự với các chất tự nhiên dựa trên sự tương tác với thụ thể đích hoặc enzyme mà không cần thể hiê ̣n sự giống nhau về cấu trúc

• Loại III- bắt chước cả cấu trúc và chức năng

Mô ̣t vì dụ về peptidomimetic : hormon giải phóng TRH (1) (thyrotropin-releasing

hormone) là một hormone vùng dưới đồi có cấu trúc đơn giản , cấu tạo chỉ bởi 3 acid amin: Glu-His-Pro Một peptidomimetic đươ ̣c thiết kế bắt chước TRH dựa trên mô ̣t

khung cyclohexan (2, Hình 1), ba nhóm chức ma ng hoa ̣t tính được đă ̣t trên khung với cùng định hướng không gian với mạch bên acid amin được tìm thấy trong hormone TRH [18]

Hình 1: Petidomimetic (2) dựa trên khung cyclohexan

Lê Thúy Quỳnh

1.1.3 Các phương pháp thiết kế peptidomimetic

1.1.3.1 Sư ̉ a đổi các acid amin

Các peptidomimtetic có thể được chuẩn bị từ nhiều cách nh ư đóng vòng các peptide [23] hoặc cô ̣ng hơ ̣p các acid amin không tự nhiên [22, 24] Các acid amin không tự nhiên

có thể đượ c ta ̣o thành từ các acid amin tự nhiên thông qua các biên đổi như alkyl hóa amin [25], thay thế mạch bên [26] , mở rô ̣ng cấu trúc [27], đóng vòng [28] và thay thế

khung peptide bằng các đẳng cấu điê ̣n tử (isosteric) [22c, 29] (Hính 2)

Hình 2: Xây dựng các Peptidomimetic từ các amino acid tự nhiên

Sự can thiê ̣p vào khung hoă ̣c ma ̣ch bên của các amino acid nhằm giảm các sự ha ̣n chế của cấu hình và sự nh ận biết của các enzym phân hủy dẫn đến kết quả là ho ạt tình dươ ̣c – đô ̣ng ho ̣c được cải thiê ̣n

Vì dụ về thay thế các kìch thước vòng khác nhau của α-aminocycloalkan cacboxylic acid vào các vi ̣ tr ì khác nhau của enkephalin (H-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-OH), mô ̣t peptit chịu trách nhiệm điều chỉnh đáp ứng đau , đã thu được mô ̣t peptidomimetic với hoa ̣t tính

invivo tốt hơn ( Hính 3) [30]

Lê Thúy Quỳnh

Hình 3: Các kìch thước vòng khác nhau của α-aminocycloalkan cacboxylic acid

Vì dụ về việc thế 5,5-dimethylthiazolidin-4cacboxylic acid cho Prolin (Hính 4) trong

Angiotensin II - một peptit quan tro ̣ng trong viê ̣c điều hòa huyết áp , kết quả là peptidomimetic cho hoa ̣t tính cao hơn các peptit tự nhiên 39% [31]

Hình 4: Thay thế 5,5-dimethylthiazolidin-4cacboxylic acid cho Prolin trong Angiotensin

II

1.1.3.2 Hạn chế về cấu da ̣ng

Sự ta ̣o vòng của chuỗi peptit thường dẫn đến sự ổn đi ̣nh của các peptidomimetic trong cơ thể cao hơn so với các peptit b an đầu Thiên nhiên cũng đã lợi du ̣ng ưu điểm này, rất nhiều các macrocyclic peptit có hoa ̣t tính sinh ho ̣c đã được tìm thấy trong tự nhiên Vì dụ như somatostanin là một hormon macrocylic peptit được hính thành ở vùng dưới đồi, nó điều hòa việc tiết ra các hormon tăng trưởng Nó cũng hoạt động trong tuyến tụy, ngăn chă ̣n viê ̣c tiết ra glucagon và insulin , dẫn tơi viê ̣c giảm nồng đô ̣ đường trong máu [32] Hoạt động điều tiết này là do sự tương tác của vòng macrocyclic với một vùng của thụ thể

Phương pháp đóng vòng chuỗi peptit với mu ̣c đích làm giảm cấu da ̣ng linh đô ̣ng của của cấu trúc Viê ̣c ha ̣n chế cấu da ̣ng của các hợp chất macrocyclic có thể làm tăng liên kết chọn lọc với thụ thể

Lê Thúy Quỳnh

Phương pháp này không sửa đổi các peptit riêng biê ̣t mà thay đổi toàn bô ̣ cấu da ̣ng của hợp chất peptit mục tiêu Viê ̣c đóng vòng khung cơ sở đã được tiếp câ ̣n bằng rất nhiều cách như:

 Tạo liên kết giữa hai nguyên tử Nitơ amit

 Tạo liên kết giữa Cα vớ i mô ̣t nguyên tử Nitơ

 Tạo liên kết giữa đầu N của nhóm amin với một nguyên tử Nitơ amit

 Đóng vòng hai đầu N và C của peptidomimetic bằng liên kết amit

 Tạo liên kết hóa học giữa hai mạch bên

Phương pháp cuối cùng được sử du ̣ng phổ bi ến nhất trong việc đóng vòng các peptidomimetic Việc ta ̣o vòng được thực hiê ̣n bằng cách ta ̣o liên kết amid hoă ̣c ta ̣o thành cầu disulfua cũng được tìm thấy trong tự nhiên, tuy nhiên cấu trúc như vâ ̣y không ổn đi ̣nh trong cơ thể, ví vậy phương pháp đóng vòng mà chỉ chứa hydrocacbon đem lại hiệu quả cao hơn Bước đóng vòng này có thể được thực hiê ̣n băng phản ứng metathesi s sử du ̣ng xúc tác Grubbs [33]

Hình 5: Tổng hợp Macrocyclic Peptit [33b]

1.1.3.3 Bắt chươ ́ c các cấu trúc bâ ̣c hai

Mục tiêu việc tạo ra các peptidomimetic bắt chước cấu trúc bậc hai như xoắn α hay nếp gấp β của các peptit là để ổn định các cấu da ̣ng đă ̣c trưng có hoa ̣t tính sinh ho ̣c ở mức

đô ̣ cao hơn Các peptidomimetic này có khả năng thay thế các vòng và xoắn cần thiết để tạo ra các peptit và protein , tạo ra mô ̣t phương pháp tiếp câ ̣n tôt hơn trong tổng hợ p thuốc

Lê Thúy Quỳnh

Hình 6: Vì dụ về các dẫn xuất bắt chước xoắn α

Các xoắn α là cấu trúc bậc hai phổ biến nhất trong các peptit , chiếm gần mô ̣t nửa của cấu trúc polypeptide trong protein Viê ̣c bắt chước một xoắn α lần đầu tiên được đề xuất bởi Hamilton , người đã báo cáo mẫu phân tử dựa trên khung terphenyl (9) [34] và terpyridyl (10) [35] (Hính 7) Sau đó các nhóm nghiên cứu của Boger và Koenig cũng lần

lươ ̣t báo cáo các dẫn xuất của 3-alkoxy-4-aminobenzoic acid amid (11) có chứa từ 1 đến

3 đơn vị vòng thơm [36] và 1,4-dipiperazinobenzen bắt chước mô ̣t peptit ngắn (12) [37] (Hính 6)

Nếp gấp β là cấu trúc quan trọng trong cấu trúc ba chiều và h oạt tính sinh ho ̣c của protein Trong dạng cấu trúc polypeptide này không có dạng xoắn ốc, thay ví thế, nó có dạng zigzag hơn là xoắn α Trong một phiến β với 2 hoặc nhiều hơn 2 chuỗi polypeptide chạy dọc nhau và được liên kết theo một phương thức chung bởi liên kết hydrogen giữa các nhóm CO và NH của chuỗi chình Ví vậy tất cả các liên kết hydrogen trong phiến β

nhà khoa học đang quan tâm đến các bệnh lý về t hần kinh mà có liên quan đến sự tâ ̣p hợp

Lê Thúy Quỳnh

các mảng oligome trong đó có chứa dạng cấu trúc phẳng này [38] Tuy nhiên cấu trúc và tình ổn định của các phiến β vẫn chưa

Hình 7: Mô ̣t số ví du ̣ về các peptidomimetic bắt chước nếp gấp β (β- sheet)

đươ ̣c hiểu rõ như xoắn α Mô ̣t số trường hợp bắt chước các phiến β:

epindolidion 14 [40], methoxypyrol 15 [41] giống như sợi trung tâm của phiến β để định hướng các liên kết hydro thìch hợp Hơn nữa các khung vòng thơm được gắn hai chuỗi peptit đươ ̣c chứng minh đem la ̣i cấu trúc giống phiến β [42], đă ̣c biê ̣t các vòng thơm cứng

Vòng ngược (β- turn) là cấu trúc bậc hai của protein thường xuyên được bắt chước nhiều nhất Mô ̣t vòng ngược (β- turn) được đi ̣nh nghĩa như là một chuỗi tetrapetit có khoảng cách giũa Cαi và Cαi=3 nhỏ hơn 7Ao Các vòng ngược có thể được ổn định bằng sự kím kẹp bởi một cation hoặc các liên kết hydro nội phân tử Ý tưởng bắt chước các vòng ngươ ̣c (β- turn) là sử du ̣ng các vòng cứng , trong đó các chuỗi bên được gắn cùng hướng giống với các peptit tự nhiên Rất nhiều khung

Lê Thúy Quỳnh

Hình 8: Mô ̣t số khung phân tử dùng bắt chước vòng ngược (β- turn)

phân tử với sự đa dạng về tình chất hóa học và ảnh hưởng không gian đã được báo cáo để sự du ̣ng cho viê ̣c ta ̣o các vòng ngược (β- turn) Các hợp chất này thường giống với một chuỗi dipeptit trung tâm của mô ̣t vòng ngược với cấu da ̣ng ch o phép giữ được các liên kết hydro nô ̣i phân tử g iữa nhóm CO và NH đối diê ̣n , được sắp đă ̣t trong không gian mô ̣t

cách thuận lợi sẵn sàng để liên kết với các sợi peptit (Hính 8) [43]

1.1.4 Mô ̣t số Peptidomimetic đươ ̣c sử du ̣ng trong tổng hơ ̣p thuốc

1.1.4.1 Chất ư ́ c chế ACE

Các chất ức chế enzym chuyển hóa angiotensin ACE đang là mô ̣t nhóm thuốc quan trọng đã được ứng dụng thành công trong việc điều trị rối loạn huyết áp , đă ̣c biê ̣t lầ cao huyết áp- mô ̣t trong những vấn đề lớn phổ biến trên toàn thế giới [44-28] Lịch sử của các chất ức chế enzym chuyển hóa angiotensin (ACE) bắt đầu nǎm 1954, khi tầm quan trọng của enzym này được thừa nhận lần đầu Nǎm 1968, hợp chất đầu tiên có khả nǎng ức chế chuyển angiotensin I thành angiotensin II là Teprotide- một pepti gồm 9 acid amin (Glu-

Trp-Pro-Arg-Pro-Gln-Ile-Pro-Pro) được tách chiết từ nọc rắn Tuy nhiên chất này chưa bao giờ xuất hiện trên thị trường ví thuốc này rất đắt và không có sinh khả dụng sau khi