Nghiên cứu, tổng hợp 2 - AZA - Anthraquinon và hoạt tính sinh học của chúng

Khóa luận tốt nghiệpNguyễn thị thùy dương Nghiên cứu, tổng hợp 2-aza-anthraquinon và hoạt tính sinh học của chúng KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Hà Nội-2010... Từ vấn đề

Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Thị Thùy

Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn thị thùy dương

Nghiên cứu, tổng hợp

2-aza-anthraquinon và hoạt tính sinh học của chúng

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Hà Nội-2010

Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Thị Thùy

Nguyễn Thị Thùy

Dương

MụC LụC

Mở đầu Error! Bookmark not defined.

lí

do ch ọ n đề tài 2

M ụ c đ ích c ủ a đề tài 3

ph ầ n 1 T ổ ng Quan 4

1.1 Chi ế t tách và ho ạ t tính sinh h ọ c c ủ a 2-aza-anthraquinon 4

1.2 T ổ ng h ợ p các h ợ p ch ấ t 2-aza-anthraquinon 7

Ph ầ n 2 Th ự c nghi ệ m 15

2.1 Ph ươ ng pháp nghiên c ứ u, nguyên li ệ u, và trang thi ế t b ị 16

2.1.1 ươ Ph ng pháp nghiên c ứ u 16

2.1.2 Nguyên li ệ u, d ụ ng c ụ 16

2.1.3 Kiểm tra định tính, độ sạch của dẫn xuất bằng sắc ký lớp mỏng 16 2.1.4 Xác nhận cấu trúc 17 2.1.5 Th ử ho ạ t tính kháng khu ẩ n, kháng n ấ m 17

2.1.6 i t ượ Đố ng nghiên c ứ u th ử ho ạ t tính sinh h ọ c 18

2.2.T ổ ng h ợ p 2-phenoxymetyl-1,4-naphthoquinon (43) 18

2.3.T ổ ng h ợ p h ợ p ch ấ t 2-acylmetyl-3-phenoxymetyl-1,4-napthoquin 19

2.3.1 ổ ng T h ợ p 2-(2-oxo-3-metylbutyl)-3-phenoxymetyl-1,4-naphtho- quinon (45)

20

2.3.2 Tổng hợp 2-(2-oxo-2-phenyletyl)-3-phenoxymetyl-1,4-naphtho- 20 quinon (47) 20 2.4.T ổ ng h ợ p 2-aza-anthraquinon 21

2.4.1 T ổ ng h ợ p 3-isopropyl-benz[g]isoquinolin-5,10-dion (48) 21

2.4.2 T ổ ng h ợ p 3-phenylbenz[g]isoquinolin (49) 22

Ph ầ n 3 K ế t qu ả và th ả o lu ậ n 23

3.1 K ế t qu ả và th ả o lu ậ n v ề t ổ ng h ợ p các ch ấ t 2-aza-anthraquinon 23

3.1.1 T ổ ng h ợ p 2-phenoxy-1,4-naphthoquinon (43) 23

3.1.2 Ph ả n ứ ng c ủ a các ylit v ớ i 2-phenoxymetyl-1,4-napthoquinon 25

3.1.2.1 ổ ng T h ợ p 2-(2-oxo-3-metylbutyl)-3-phenoxymetyl-1,4-naphtho

quinon (45 ) 27

3.1.2.2 ổ ng T h ợ p 2-(2-(phenyl)-2-oxoetyl)-3-phenoxymetyl-1,4- naphtho quinon (47)

27

3.1.3 T ổ ng h ợ p 2-aza-anthraquinon 28

3.2.Th ả o lu ậ n v ề c ấ u trúc s ả n ph ẩ m 29

3.2.1 Ph ổ H 1 NMR 30

ế t lu ậ n 38Tài

li ệ u tham kh ả o 39

lí do chọn đề tài

Mở đầu

Kể từ khi chất kháng sinh đầu tiên penicillin được tình cờ tìm ra bởinhà bác học Alexander Fleming (1881-1955), nhu cầu sử dụng chất khángsinh ngày càng tăng đột biến Kháng sinh là chất dùng để ức chế sự phát triểncủa vi khuẩn hoặc tiêu diệt vi khuẩn ngay ở nồng độ thấp Kháng sinh đượcdùng trong điều trị các bệnh nhiễm trùng hoặc điều trị dự phòng các bệnh cókhả năng gây dịch hoặc dự phòng trong các cuộc phẫu thuật nhằm chống bệnhnhiễm trùng bệnh viện

Các loại thuốc kháng sinh thường dùng từ trước đến nay là: kháng sinhnhóm -lactam gồm kháng sinh nhóm penicillin và kháng sinhcephalosporin; kháng sinh chloramphenicol; kháng sinh nhóm tetracycline;kháng sinh nhóm aminoglycozid; kháng sinh macrolid; kháng sinhlincosamid; kháng sinh polypeptide

Hiện nay, vi khuẩn đang có xu hướng kháng lại các thuốc kháng sinh.Các loại vi khuẩn kháng lại nhiều thuốc kháng sinh, người ta gọi là đa kháng

thuốc như vi khuẩn Staphylococcus aureus (Sa), Pseudomonas aeruginosa (Pa), Escherichia coli (Ec) Nguyên nhân kháng thuốc có thể do gen di

truyền, do plasmid hoặc do việc sử dụng kháng sinh không đủ liều, không đủngày và không đúng với loại kháng sinh mà vi khuẩn nhạy cảm

Hiện nay, thế giới đang lo ngại chủng vi khuẩn Staphylococcus aureus (S.aureus) (khuẩn tụ cầu vàng) gây nhiễm trùng máu, viêm cơ, viêm phổi đã kháng với nhiều loại thuốc kháng sinh Bây giờ, S.aureus chỉ còn nhạy với

một loại kháng sinh duy nhất là Vancomicin nhưng đã bắt đầu có biểu hiệnkháng lại Như vậy, nếu loại kháng sinh này không còn tác dụng nữa thì sẽhết sức nguy hiểm

Từ vấn đề hết sức cấp bách đó đòi hỏi các nhà khoa học phải khôngngừng tìm ra các loại kháng sinh mới để có thể thay thế được các loại khángsinh đã bị kháng thuốc.

Lớp chất 2-aza-anthraquinon ít được tìm thấy trong tự nhiên, chủ yếutrong các vi nấm nhưng qua nghiên cứu nhận thấy chúng có hoạt tính khángkhuẩn Gram (+) rất mạnh [9,10] Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp các dẫnchất của 2-aza-anthraquinon và thử hoạt tính sinh học để tìm kiếm các chất cóhoạt tính cao phục vụ y, dược học là vấn đề hết sức lý thú, có ý nghĩa khoahọc và thực tiễn cao

Từ những lý do nêu trên, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu, tổng hợp

2-aza-anthraquinon và hoạt tính sinh học của chúng”.

Mục đích của đề tài

1) Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn chất 2-aza-anthraquinon

2) Nghiên cứu cấu trúc các chất tổng hợp được bằng các phương phápvật lý hiện đại

3) Nghiên cứu thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định

phần 1 Tổng Quan

1.1 Chiết tách và hoạt tính sinh học của 2-aza-anthraquinon

Trong tự nhiên dẫn chất 2-aza-anthraquinon rất ít gặp Cho đến nay,người ta chỉ mới tìm thấy có 8 chất thuộc khung này, chủ yếu được phát hiện

từ nấm (Hình 1)

Hợp chất 2-aza-anthraquinon đầu tiên được tách ra từ Fusarium

bostricoidin, vào năm 1953 Nó là chất mầu đỏ và được đặt tên là bostricoidin

(1) Nghiên cứu hoạt tính sinh học của chất này đã xác định rằng bostricoidin

có hoạt tính kháng lao (Mycobacterium tuborculosis) [8]

Chất 9-O-methylbotricoidin (2) là dẫn chất 2-aza-anthraquinon tiếp

theo được tách ra trong quá trình nuôi cấy chủng Fusarium moniliformate

Nghiên cứu hoạt tính sinh học đã xác định chất này có hoạt tính kháng khuẩnGram (+) rất mạnh [9,10]

Tolypocladin (3) tách được từ nấm Tolypocladium inflatum Chất này

có khả năng tạo phức với các kim loại [11] Tính chất tạo phức với kim loạicủa lớp chất này vẫn còn được tranh luận, nhưng có thể khẳng định các hợpchất này hoạt động như những chất loại bỏ các kim loại nặng, nghĩa là làm

giảm nồng độ của kim loại nặng trong cơ thể Ngoài ra, hợp chất này còn cóhoạt tính kìm hãm hoạt động của enzym cAMP phosphodiesteraza [12].

Benz[g]isoquinolin-5,10-dion (4) tách được từ Psychotricha

camponutans và Mitracarpus scaber [13] có hoạt tính chống lại các chủng kháng Staphylococcus aureus và Plasmodium falciparum [14] Ngoài ra chất này còn có hoạt tính kháng Trypanosoma congolense.

2-Aza-anthraquinon có hoạt tính gắn kết của DNA topoisomerases vàđược xem như là những tác nhân tiêu diệt tế bào ung thư ( theo cơ chếintercalating DNA binding agents) [15] Những tác nhân intercalating DNA

như ametantron (7) và mitoxantron (8) là hai ví dụ về các chất đang được sử

dụng trong lâm sàng để chữa bệnh ung thư Dựa trên giả thiết rằng, các chất2-aza-anthraquinon tương ứng có vai trò như các tác nhân intercalating DNA.Khi nghiên cứu trên những giả thuyết như vậy, người ta đã phát hiện chấtPixantron (BBR 2778 Dimalate) [16,17] và BFI [18] có hoạt tính intercalating

DNA rất mạnh Pixantron (9) hiện nay đang được nghiên cứu lâm sàng ở giai

đoạn 1 Pixantron không chỉ có hoạt tính chống ung thư mà còn là tác nhân ứcchế miễn dịch và được dùng để chữa bệnh xơ cứng [19] 1-Aryl-2-aza-

anthraquinon (11) là những dẫn chất của 2-aza-anthraquinon với các nhóm thế

aryl khác nhau ở cacbon C-1 có khả năng tiêu diệt tế bào ung thư (Hình 2)

O NH(CH 2 ) 2 NH 2

N

2

O NH(CH2)2NH2

COOH COOH

9 ( BBR 2778 dimaleate)

O HN N

Hình 2

1.2 Tổng hợp các hợp chất 2-aza-anthraquinon

Như đã đề cập ở trên, lớp chất 2-aza-anthraquinon có hoạt tính sinh học

lý thú nên việc nghiên cứu tổng hợp lớp chất này có ý nghĩa rất lớn về khoahọc và thực tiễn

Đã có một số công trình nghiên cứu tổng hợp lớp chất này Đầu tiên,phải kể đến phương pháp sử dụng phản ứng Diels - Alder để xây dựng khung2-aza-anthraquinon

OMe

anthraquinon 14 và 15 Điểm yếu của phương pháp này là phản ứng không chọn lọc nên nhận được đồng thời cả sản phẩm 14 (25%) và sản phẩm 15

(75%), chúng rất khó tách ra khỏi nhau (sơ đồ 1)

Cũng tương tự như khi sử dụng phản ứng Diels - Alder, Cameron và

các cộng sự [30] đã tổng hợp được 9-O-metylbostricoidin (2) và bostricoidin (1) Tóm tắt quá trình này được mô tả trong sơ đồ 2.

OMe N

Br OMe

2.1 eq LDA THF , - 40oC

OMe O

O

OMe N OMe

phẩm này cũng rất khó tách ra khỏi nhau

Nghiên cứu các phương pháp nhằm tạo ra phản ứng chọn lọc cao,Epsztajin và các cộng sự [32] đã phát hiện phương pháp tổng hợp 2-aza-anthraquinon trên cơ sở tạo ra otho-lithium của anilit, sau đó cho muối trunggian lithium này tác dụng với metyl este của axit isonicotimic tạo ra các dẫnxuất 2-aza-anthraquinon với độ chọn lọc cao Công trình này được tóm tắttrong sơ đồ 4

2.1 eq LDA OMe O OMe

R3 O

N H

1 2 eq BuLi THF, -78oC O

R 3

N H

sử dụng phương pháp Friedel - Crafts Tolypocladin [33] đã được tổng hợpqua phản ứng ngưng tụ của 1,2,4-trimathoxybenzen và 2-metylpyridin-4,5-

dicacboxylic anhydric, cũng cho ta hỗn hợp 2 đồng phân Tóm tắt công trìnhnày được mô tả trong (sơ đồ 5 ).

3 (Tolypocladin)

Sơ đồ 5

De Kimpe và các cộng sự đã nghiên cứu phương pháp đơn giản tổnghợp các dẫn chất 2-aza-anthraquinon [34] Mấu chốt của phương pháp làngưng tụ 2-bromometyl-3-acylmetyl-1,4-naphthoquinon với amoniac nhậnđược hợp chất 2-aza-anthraquinon với hiệu suất cao (sơ đồ 6)

R Br

O O

O O

38

Sơ đồ 7

Qua tìm hiểu tài liệu tham khảo tôi thấy các dẫn chất 2-aza-anthraquinon lànhững hợp chất có hoạt tính sinh học rất lý thú Hoạt tính kháng khuẩn, khángnấm và đặc biệt là hoạt tính tiêu diệt tế bào ung thư của các lớp chất này đãgây sự chú ý và cuốn hút các nhà khoa học nghiên cứu chiết tách từ thiênnhiên cũng như tổng hợp các chất thuộc nhóm này Với mục đích tìm kiếmcác chất có hoạt tính kháng khuẩn để nghiên cứu sử dụng trong y học chữacác bệnh nhiễm khuẩn đặc biệt là các chủng kháng thuốc như chủng khuẩn tụ

cầu vàng (S aureus), tôi tiến hành nghiên cứu tổng hợp một số dẫn chất của

2-aza-anthraquinon và nghiên cứu khả năng kháng vi sinh vật kiểm định củasản phẩm nhận được

(NH4)2S2O8AgNO3, H2O,CH3CN

O

O

O R

CH3CN, 24h, tOphßng

R O

NH 3 /C 2 H 5 OH

R O

Sơ đồ 8

2.1 Phương pháp nghiên cứu, nguyên liệu, và trang thiết bị

2.1.1 Phương pháp nghiên cứu

Thực hiện các phương pháp tổng hợp: các dẫn chất 2-aza-anthraquinon tạiphòng thí nghiệm Hoá dược- Viện Hoá học- Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam

Bột silicagel cho sắc ký cột 100 - 200 mesh (Merck), bông y tế dùngnhồi cột

Bản mỏng sắc ký silicagel đế nhôm Art 5554 DC - Alufolien Kiesel 60

Phễu chiết 250 ml, ống nghiệm, cốc mỏ vịt, Na2SO4 để làm khan nước

2.1.3 Kiểm tra định tính, độ sạch của dẫn xuất bằng sắc ký lớp mỏng

Sắc ký lớp mỏng được sử dụng để định tính chất đầu và sản phẩm.Thông thường chất đầu và sản phẩm với giá trị Rf khác nhau, màu sắc và sự phát quang khác nhau Dùng sắc ký lớp mỏng để biết được phản ứng xảy ra,

không xảy ra, kết thúc phản ứng Dựa vào các vết trên bản mỏng, cùng các giá trị Rf tương ứng Giá trị Rf của các chất phụ thuộc vào bản chất và phụ thuộc vào dung môi làm pha động Dựa trên tính chất đó, chúng ta có thể tìm được dung môi hay hỗn hợp dung môi để các chất tách ra xa khỏi nhau (Rf

khác xa nhau) hay tìm được hệ dung môi cần thiết để tinh chế các chất

- Phổ hồng ngoại (IR)

Phổ IR của các chất nghiên cứu được ghi trên máy Impact 410-Nicolet,tại phòng thí nghiệm Phổ hồng ngoại Viện Hoá học- Viện Khoa học và Côngnghệ Việt Nam, đo ở dạng ép viên với KBr rắn

- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)

Phổ 1H NMR (500MHz) và 13C NMR (125MHz) của các chất nghiêncứu được đo trong dung môi CDCl3; TMS là chất chuẩn, trên máy BrukerXL-500 tần số 500 MHz tại phòng Cấu trúc phân tử - Viện Hoá học- ViệnKhoa học & Công nghệ Việt Nam

- Phổ khối lượng (MS)

Phổ khối của các chất nghiên cứu được kiểm tra trên máy 1100 Series LC/MSD-Trap-SL theo phương pháp EI-MS tại phòng Cấu trúc phân tử - Viện Hoá học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

2.1.5 Thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm

Việc thăm dò hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định được thực hiện tại

phòng Thử hoạt tính Sinh học -Viện Hoá học.

* Đối tượng thử : Các chủng vi sinh vật và nấm gây bệnh kiểm định

Vi khuẩn Gram (-) : Escherichia coli (Ec), Pseudomonas aeruginosa (Pa).

Vi khuẩn Gram (+) : Staphylococcus aureus (Sa), Baccilus subtilis (Bs).

* Chất đối chứng:

Amphotericin B và Amoxicilin

1 Pha loãng mẫu thử bằng phương pháp pha loãng đa nồng độ

Mẫu ban đầu có nồng độ 20 mg/ml được pha loãng thành các nồng

độ khác nhau để thử hoạt tính với các chủng từ nồng độ 128 g/ml; 64

và tính

toán giá trị IC50 Giá trị MIC thu được sau khi cấy dung dịch trên đĩa

thạch agar ủ 370C sau 24 giờ

2.1.6 Đối tượng nghiên cứu thử hoạt tính sinh học

Các aza-anthraquinon tổng hợp

2.2 Tổng hợp 2-phenoxymetyl-1,4-naphthoquinon (43)

Sơ đồ phản ứng:

O

O COOH

O (NH4)2S2O8

O AgNO3, H2O, CH3CN

O

Sơ đồ 9Cách tiến hành:

Cho vào hỗn hợp phản ứng 1 g (6,6 mmol) 1,4-naphthoquinon (41), 20

ml acetonitril lắc đều Cho tiếp 1,46g (9,47 mmol) axit phenoxyacetic (42) và

0,326g (1,87 mmol) AgNO3 đã được hòa tan trong 20ml nước, đun nóng hỗnhợp phản ứng đến 700C rồi nhỏ từ từ 1,586 g(6,96 mmol) (NH4)2S2O8 trong

20 ml nước vào hỗn hợp phản ứng Phản ứng tiếp tục duy trì ở 700C trongkhoảng 3h, sau đó làm lạnh bằng đá muối để tủa sản phẩm phản ứng Sảnphẩm tủa ra được lọc và rửa nhiều lần với nước Sản phẩm sau đó được hoàtan trong CH2Cl2, lọc qua celite và làm khan dung dịch bằng Na2SO4, loại bỏ

dung môi nhận được 1,665g sản phẩm (43) (96%), đnc: 160-1610C (CCl4)

Cấu trúc của sản phẩm (43) được xác định bằng phương pháp phổ cộng

hưởng từ hạt nhân, phổ khối lượng và phổ hồng ngoại

1

H-NMR (500 MHz, CDCl3) : 8,06-8,12 (2H, m, H-5 và H-8); 7,73-7,76(2H, m, H-6 và H-7); 7,28-7,34 (2H, m, H-2’ và H-6’); 7,17 (1H, dd, J = 4,3

Hz và J = 2,1 Hz, H-4’); 6,97-7,02 (3H, m, H-3’, H-3 và H-5’); 5,06 (2H, d, J

= 2,1 Hz, CH2-O) 13C-NMR (125 MHz, CDCl3) : 184,65 (C-4); 184,56(C-

1); 157,76 (C-2); 146,17 (C-1’); 134,12 (C-7); 133,96 (C-6); 133,79 (C-4’);

132 (C-2); 129,70 (C-2’ và C-6’); 126,73 (C-8); 121,68 (C-5); 114,67 (C-5’

và C-3’); 76.58 (CH2-O) IR (KBr) : 1662, 1625, 1598, 1497, 1338, 1246,

1056, 944, 898, 782 cm-1 MS (m/z): 264 [M+]

2.3 Tổng hợp hợp chất 2-acylmetyl-3-phenoxymetyl-1,4-napthoquin