Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của Bengamide A và E (Luận án tiến sĩ)

Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của Bengamide A và E (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của Bengamide A và E (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của Bengamide A và E (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của Bengamide A và E (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của Bengamide A và E (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của Bengamide A và E (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của Bengamide A và E (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của Bengamide A và E (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của Bengamide A và E (Luận án tiến sĩ)Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của Bengamide A và E (Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-

PHÍ THỊ ĐÀO

“TæNG HîP Vµ KH¶O S¸T HO¹T TÝNH SINH HäC C¸C ANALOG

CñA BENGAMIDE A Vµ E”

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

Hà Nội - 2018

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-

PHÍ THỊ ĐÀO

“TæNG HîP Vµ KH¶O S¸T HO¹T TÝNH SINH HäC C¸C ANALOG

CñA BENGAMIDE A Vµ E”

Chuyên ngành : Hóa hữu cơ

Mã số : 62 44 01 14

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS.Habil Phạm Văn Cường

2 TS Đoàn Thị Mai Hương

Hà Nội - 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.Habil Phạm Văn Cường và TS Đoàn Thị Mai Hương Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng có ai công bố trong các công trình nghiên cứu trước đây Toàn bộ các thông tin trích dẫn trong Luận án đã được chỉ rõ nguồn gốc xuất xứ

Nghiên cứu sinh

Phí Thị Đào

Luận án này được hoàn thành tại Viện Hóa sinh biển – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Kinh phí thực hiện từ đề tài thuộc Quỹ Nafosted, mã

số đề tài NCCB-ĐHƯD.2012-G/05 Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã nhận được nhiều sự giúp đỡ quý báu của thầy cô, các nhà khoa học cũng như đồng nghiệp, bạn bè và gia đình

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới Thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS.Habil Phạm Văn Cường và TS Đoàn Thị Mai Hương - Viện Hóa sinh biển, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã chỉ ra hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, hội đồng khoa học, phòng Quản lý tổng hợp Viện Hóa sinh biển; Ban lãnh đạo, phòng Đào tạo Học viện Khoa học và Công nghệ

đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Nguyễn Văn Hùng đã động viên và có nhiều ý kiến góp ý giúp tôi hoàn thiện bản luận án Tôi xin cám ơn các thầy cô, các nhà khoa học Viện Hóa sinh biển - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giảng dạy, hướng dẫn tôi hoàn thành các học phần và các chuyên đề trong chương trình đào tạo

Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ nghiên cứu Phòng Tổng hợp hữu cơ, Trung tâm nghiên cứu và phát triển thuốc - Viện Hóa sinh biển đã giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu và hỗ trợ tôi thực hiện Luận án

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã hỗ trợ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện Luận án

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Tác giả Luận án

Phí Thị Đào

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG i

DANH MỤC CÁC HÌNH ii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LỚP CHẤT BENGAMIDE 3

1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 3

1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 3

1.3 Các bengamide phân lập từ tự nhiên và hoạt tính sinh học 5

1.4 Tổng hợp các bengamide 11

1.4.1 Tổng hợp toàn phần các bengamide phân lập từ tự nhiên 11

1.4.2 Tổng hợp các analog của bengamide và đánh giá hoạt tính sinh học 18

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

2.1 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 35

2.2 Vật liệu nghiên cứu 35

2.3 Phương pháp nghiên cứu 35

2.3.1 Phương pháp hóa học 35

2.3.2 Phương pháp thử hoạt tính sinh học 36

2.4 Thực nghiệm 38

2.4.1 Tổng hợp chuỗi ketide 38

2.4.2 Tổng hợp các N-alkyl aminolactam 42

2.4.3 Tổng hợp các analog của bengamide E 55

2.4.4 Tổng hợp các analog của bengamide A 76

2.5 Tổng hợp các analog bengamide chứa flo 81

2.5.1 Tổng hợp chất (BG3F) 82

2.5.2 Tổng hợp các acetonide (BG4Fa,b; BG6Fa,b; BG8Fa,b; BG10Fa,b và BG12Fa,b) 82

2.5.3 Tổng hợp analog BG5Fa,b; BG7Fa,b; BG9Fa,b; BG11Fa,b và BG13Fa,b 88 2.6 Thử hoạt tính sinh học các analog bengamide tổng hợp được 94

2.6.1 Hoạt tính gây độc tế bào 94

2.6.2 Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định 95

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 97

3.1 Tổng hợp chuỗi ketide 98

3.2 Phản ứng tổng hợp các hợp chất 2-amino lactam 102

3.2.1 Phản ứng tổng hợp các chất BG6a-b và BG14a-b 102

3.2.3 Phản ứng tổng hợp các N-ankylaminolactam 106

3.2.3.1 Phản ứng bảo vệ nhóm chức amine của các 2-aminolactam 106

3.2.3.2 Phản ứng N-alkyl hóa các hợp chất 107

3.3 Tổng hợp các analog của bengamide E 112

3.4 Tổng hợp các analog của bengamide A 121

3.5 Phản ứng tổng hợp các analog bengamide chứa flo 125

3.6 Hoạt tính sinh học của các hợp chất tổng hợp được 133

3.6.1 Hoạt tính gây độc tế bào 133

3.6.2 Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định 138

KẾT LUẬN 140

KIẾN NGHỊ 141

CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ 142

PHỤ LỤC 148

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Kết quả thử hoạt tính của bengamide Y (19) và Z (20) 7

Bảng 1.2 Hoạt tính của một số bengamide phân lập từ hải miên Japis cf Coriacea trên dòng tế bào ung thư biểu mô tuyến vú MDA–MB–435 8

Bảng 1.3 Hoạt tính sinh học của bengamide A, B và P trên 16 dòng tế bào ung thư 9

Bảng 1.4 Kết quả thử hoạt tính của các bengamide phân lập từ hải miên Stelletta sp 10

Bảng 1.5 Thống kê các quy trình tổng hợp các bengamide thiên nhiên 18

Bảng 1.6 Bảng hoạt tính trên dòng tế bào ung thư vú ở người MDA–MB–435 của các analog bengamide 98-126 24

Bảng 1.7 Bảng hoạt tính đối với dòng tế bào MDA-MB-435 của các analog 130- 149 25

Bảng 1.8 Bảng kết quả thử hoạt tính của các analog bengamide biến đổi chuỗi polyketide điển hình trên một số dòng tế bào ung thư 31

Bảng 1.9 Hoạt tính sinh học của analog bengamide E biến đổi đầu olefin (IC50, M) 32

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tác nhân đến hiệu suất phản ứng tổng hợp BG2 98

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của dung môi, nhiệt độ và tác nhân đến phản ứng tổng hợp BG4 98

Bảng 3.3 Các điều kiện phản ứng tổng hợp các aminolactam 103

Bảng 3.4 Điều kiện thực hiện phản ứng bảo vệ nhóm amine bậc 1 106

Bảng 3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của tác nhân và nhiệt độ đến phản ứng thế N-ankylaminolactam BG8a-10a 107

Bảng 3.6 Hiệu suất phản ứng tổng hợp các chất thế N-ankylaminolactam 108

Bảng 3.7 Điều kiện phản ứng tổng hợp BG24a 111

Bảng 3.8 Điều kiện và hiệu suất phản ứng mở vòng lactone của BG5 với các aminolactam, ứng dụng chiếu xạ vi sóng 112

Bảng 3.9 Phản ứng loại bỏ nhóm acetonide 116

Bảng 3.10: Bảng tổng hợp hiếu suất phản ứng tổng hợp các acetonide chứa flo 126

Bảng 3.11: Bảng hiệu suất tổng hợp các analog chứa flo 129

Bảng 3.12 Cấu trúc hóa học của các hợp chất bengamide đã tổng hợp 131

Bảng 3.13 Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào của các analog bengamide tổng hợp 132

Bảng 3.14 Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào của analog chứa flo 135

Bảng 3.15 Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào của một số acetonide 136

Bảng 3.16 Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của một số analog 137

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của các bengamide phân lập từ tự nhiên 4

Hình 1.2 Gốc sinh tổng hợp đề xuất cho các bengamide 5

Hình 1.3 Các bengamide phân lập từ hải miên Jaspis cf coriacea 6

Hình 1.4 Các bengamide phân lập từ hải miên jaspis carteri 6

Hình 1.6 Công thức cấu tạo của các bengamide M (13) – R (18) 8

Hình 1.7 Công thức cấu tạo bengamide E´(22) và F´(23) 10

Hình 1.8 Sơ đồ tổng hợp toàn phần bengamide trong giai đoạn 1991 – 2001 12

Hình 1.9 Sơ đồ tổng hợp bengamide A theo Ogawa 14

Hình 1.10 Sơ đồ tổng hợp bengamide E (5) 15

Hình 1.11 Sơ đồ tổng hợp các bengamide của Boeckman và cộng sự 15

Hình 1.12 Tổng hợp toàn phần bengamide E (5) theo Sarabia et al 16

Hình 1.13 Tổng hợp toàn phần bengamide E (5) bởi Li và Prasad (2013) 17

Hình 1.14 Thiết kế cấu tạo phân tử bengamides 19

Hình 1.15 Sơ đồ tổng hợp chuỗi ketide (86) 20

Hình 1.16 Sơ đồ tổng hợp analog của bengamide A(1) theo F.R Kinder và cộng sự 21 Hình 1.17 Sơ đồ tổng hợp phần ketide (86) của nhóm David D Xu và cộng sự 21

Hình 1.18 Sơ đồ tổng hợp aminolactam (95) của nhóm David D Xu và cộng sự 22

Hình 1.19 Sơ đồ tổng hợp analog LAF 389 (92c) của nhóm David D Xu và cộng sự22 Hình 1.20 Sơ đồ tổng hợp analog bengamide của Nan và các cộng sự [34] 23

Hình 1.21 Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide mở vòng caprolactam [33] 25

Hình 1.22 Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide mở vòng caprolactam 150-156 [35] 26

Hình 1.23 Các analog bengamide biến đổi chuỗi polyketit 27

Hình 1.24 Sơ đồ tổng hợp chất ent-bengamide E (157) [15] 28

Hình 1.25 Sơ đồ tổng hợp các analog của bengamide E(5) với sự biến đổi tại C-2 của chuỗi ketide [24] 29

Hình 1.26 Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide biến đổi ở vị trí C-2; C-3 theo Sarabia et al 29

Hình 1.27 Sơ đồ tổng hợp toàn phần analog bengamide 168-170 [25] 30

Hình 1.28 Sơ đồ tổng hợp analog bengamide biến đổi vị trí olefin 32

Hình 1.29 Các analog bengamide có hoạt tính chống ung thư cao [34, 43, 49] 34

Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide chứa flo 82

Hình 3.1 Định hướng các biến đổi trên khung bengamide 96

Hình 3.2 Sơ đồ phản ứng tổng hợp ketide BG5 97

Hình 3.3: Cơ chế phản ứng tổng hợp BG5 100

Hình 3.4 Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất BG5 101

Hình 3.5 Phổ 13C-NMR của hợp chất BG5 101

Hình 3.6: Phổ 1H-NMR của chấ BG13a 109

Hình 3.7 Phổ 1H- NMR giãn rộng của hợp chất BG13a 110

Hình 3.8 Phổ 13C- NMR và DEPT của hợp chất BG13a 110

Hình 3.9 Phản ứng kết hợp của BG5 và LAF-A do David công bố 111

Hình 3.11 Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất BG24a 115

Hình 3.12 Một số tương tác chính trên phổ COSY và HMBC của chất BG24a 115

Hình 3.13 Phổ HMBC của hợp chất BG24a 116

Hinh 3.14 Phổ 13C-NMR của chât BG32a 119

Hinh 3.15 Phổ 1H-NMR của chât BG32a 119

Hình 3.16 Một số tương tác chính trên phổ COSY và HMBC của chất BG40a 121

Hinh 3.17 Phổ HMBC của chât BG40a (2´S, 5´S) 121

Hinh 3.18 Phổ 1H-NMR của chất BG40a (2´S, 5´S) 122

Hinh 3.19 Phổ 1H-NMR của chất BG41a (2´S, 5´S) 123

Hình 3.20 Phổ DEPT của hợp chất BG40a 123

Hình 3.21 Phổ DEPT của chất BG41a 124

Hình 3.22: Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide chứa flo 124

Hình 3.23 Phổ DEPT của chất BG3F 125

Hình 3.24 Phổ DEPT của chất BG4Fa……… 129

Hình 3.25 Phổ HMBC của chất BG4Fa 128

Hình 3.26 Một số tương tác chính trên phổ HMBC, COSY của chất BG4Fa và BG4Fb 128

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

phân giải cao phun mù điện tử

1H-NMR Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng hưởng từ

hạt nhân proton

13C-NMR Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng hưởng

từ hạt nhân carbon 13 DEPT Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer: Phổ DEPT

COSY Correlation Spectroscopy: Phổ tương tác 2 chiều đồng hạt nhân 1H-1H HSQC Heteronuclear Single Quantum Correlation: Phổ tương tác hai chiều trực

tiếp dị hạt nhân HMBC Heteronuclear Multiple Bond Correlation: Phổ tương tác đa liên kết hai

chiều dị hạt nhân NOESY: Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy: Phổ NOESY

s: singlet d: doublet t: triplet q: quartet quint: quintet

m: multiplet dd: double doublet br: broad

 Các chữ viết tắt khác

IC50 50% inhibitory concentration: Nồng độ ức chế 50% sự tăng trưởng của

tế bào thử nghiệm MIC Minimum Inhibitory Concentration: Nồng độ ức chế tối thiểu

đnc Điểm nóng chảy

DMSO Dimethyl sulfoxide

TMS Tetramethyl silan

OD Optical density: Mật độ quang

TBAF Tetra n-butylammonium fluoride

Boc2O Di-tert-butyl dicarbonate

DMF Dimethylformamide

TsOH p-Toluenesulfonic acid

DIBAL Diisobutylaluminium hydride

mCPBA meta-Chloroperoxybenzoic acid

tert-Butyldimethylsilyl chloride

4-DimethylaminopyridineBis(trimethylsilyl)amine

tert-Butyldimethylsilyl trifluoromethanesulfonate

room temperature: Nhiệt độ phòng

Tên của các hợp chất được viết theo nguyên bản Tiếng Anh

ĐẶT VẤN ĐỀ

Theo đánh giá của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), 80% dân số trên toàn thế giới vẫn tin dùng các loại thảo dược cho việc chăm sóc sức khoẻ ban đầu và khoảng hơn 60% các tác nhân hoá trị liệu dùng trong điều trị ung thư có nguồn gốc từ các hợp chất thiên nhiên Cho tới nay đã có hàng trăm nghìn các hợp chất thiên nhiên được tìm ra và được nghiên cứu để phục vụ cho nhiều lĩnh vực của cuộc sống, đặc biệt là trong y học, trong đó 78% các hoạt chất dùng làm thuốc kháng sinh và 74% các hoạt chất dùng làm thuốc chữa ung thư là các hợp chất thiên nhiên hoặc có nguồn gốc từ các hợp chất thiên nhiên Trong những năm đầu thập kỷ 90, hóa học tổ hợp (combinatorial chemistry) đã được các hãng dược lớn trên thế giới lựa chọn làm công cụ chủ chốt để nghiên cứu tìm thuốc mới, trong đó hóa học các hợp chất thiên nhiên đóng vai trò chủ chốt trong công cuộc tìm kiếm các loại thuốc chống lại các căn bệnh hiểm nghèo đang hàng ngày cướp đi sinh mạng của nhiều người [1]

Các hợp chất thiên nhiên được phân lập từ các loài thực vật trên đất liền đã được nghiên cứu từ rất lâu và đã thu được nhiều thành công Tuy nhiên, nghiên cứu về các hợp chất thiên nhiên biển mới chỉ được bắt đầu từ khoảng giữa thế kỷ trước Hiện nay, các hợp chất thiên nhiên biển đang được biết đến như một nguồn dược liệu đầy triển vọng và nhiều các hợp chất có hoạt tính sinh học cao với cấu trúc phức tạp đã được phát hiện từ các loài sinh vật biển khác nhau Khó khăn trong việc thu mẫu lượng lớn

và đòi hỏi kinh phí cao là một trong những trở ngại đối với các nghiên cứu trong lĩnh vực hóa học các hợp chất thiên nhiên biển Chính bởi vậy, tổng hợp hữu cơ là phương

án lựa chọn hiệu quả trong việc tạo nguồn hoạt chất với lượng lớn hơn để phục vụ các nghiên cứu hoạt tính sinh học, cũng như việc đảm bảo khả năng ứng dụng của chúng Nhiều hoạt chất có nguồn gốc thiên nhiên biển đóng vai trò như chất dẫn đường để từ

đó các nhà khoa học tạo ra các dẫn xuất mới có hoạt tính sinh học cao hơn Lớp chất bengamide được phân lập từ hải miên biển được biết đến có hoạt tính chống ung thư rất tiềm năng Tuy nhiên, độ kém ổn định về mặt cấu trúc là một trong các nguyên nhân hạn chế khả năng ứng dụng của lớp chất này Nhằm khắc phục hạn chế này của lớp chất bengamide, trong khuôn khổ luận án này, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của bengamide A và E”

- Mục tiêu của đề tài:

Xây dựng quy trình tổng hợp các analog của bengamide A và E, trên cơ sở đó tiến hành đánh giá hoạt tính sinh học của các analog tổng hợp được

- Mục tiêu cụ thể:

+ Nghiên cứu tạo các analog mới với việc biến đổi kích cỡ vòng lactam, thay

đổi hóa lập thể C-2´(R) của vòng lactam đồng thời tạo các nhóm thế N-alkyl khác nhau

của vòng lactam

+ Nghiên cứu tạo các analog mới với việc biến đổi ở vị trí olefinic và tạo các dẫn suất chứa flo

+ Khảo sát hoạt tính chống ung thư của các analog tổng hợp được trên các dòng

tế bào ung thư nhằm tìm ra mối tương quan giữa cấu trúc – hoạt tính sinh học của các hợp chất thuộc lớp bengamide

+ Khảo sát hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của các analog tổng hợp được

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LỚP CHẤT BENGAMIDE

1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, việc nghiên cứu các hợp chất thiên nhiên biển chưa được khai thác nhiều Đã có một số nghiên cứu về các hợp chất thứ cấp từ các loài hải miên, san hô,

da gai, vi sinh vật và động vật thân mềm Tuy nhiên, đây mới chỉ là các nghiên cứu đầu tiên trong lĩnh vực nghiên cứu và khai thác nguồn sinh vật biển đa dạng phong phú và nhiều tiềm năng của nước ta Ở Việt Nam có nhiều loài hải miên thuộc các giống khác nhau tuy nhiên các nhà khoa học mới chỉ phát hiện được 1 loài hải miên thuộc giống

Jaspis là loài Jaspis stellifera tại Vịnh Nha Trang nhưng chưa có công trình nào nghiên

cứu thành phần hóa học của loài hải miên này Ngoài ra, cho tới nay ở Việt Nam chưa

có công trình nào công bố về việc tổng hợp và đánh giá hoạt tính sinh học của các bengamide cũng như các analog của chúng

1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Giới thiệu chung

Hải miên giống Jaspis là nguồn tài nguyên vô cùng phong phú cho các nghiên

cứu về hợp chất thiên nhiên Các nhà khoa học đã phân lập ra rất nhiều hợp chất từ các loài hải miên thuộc giống này, trong đó có một số hợp chất thể hiện hoạt tính sinh học như hoạt tính kháng sinh, chống ung thư hay diệt giun sán Trong số các hợp chất phân lập được thì đáng kể nhất là các bengamide, đây là lớp chất chính nổi trội hơn cả về công thức cấu tạo và hoạt tính sinh học [2, 3] Cho đến nay các hợp chất bengamide được phân lập chủ yếu từ các loài hải miên, chỉ có 1 công trình công bố lớp chất này được phân lập từ chủng vi sinh vật liên kết với hải miên [4]

Cấu trúc của bengamide bao gồm 2 phần chính là chuỗi ketide và vòng caprolactam Dựa theo cấu trúc hóa học của vòng caprolactam, các bengamides đã được chia thành hai loại cấu trúc: Loại I có chứa một caprolactam hydroxylysine có

nhánh hoặc không nhánh bởi một chuỗi lipid (bengamide A – D, G – J, L – O, Y, Z)

và loại II chứa caprolactam dẫn xuất lysine (bengamides E, F, E´, F´, P – R) Cho tới

nay người ta đã thống kê được có khoảng 23 hợp chất bengamide được phân lập và xác định cấu trúc [5], trong số đó có nhiều chất thể hiện hoạt tính chống ung thư cao như

các bengamide A, B, M, O và Z thể hiện hoạt tính chống ung thư đối với dòng tế bào

ung thư vú MDA-MB-435 với giá trị IC50 lần lượt là 1; 12; 10; 0,29 và 2,9 nM, còn các

bengamide E, F, P cũng thể hiện hoạt tính đối với dòng tế bào ung thư vú

MDA-MB-435 nêu trên với giá trị IC50 lần lượt là 3,3; 2,9; 1,2 µM [6] Các hợp chất bengamide đang được xem là lớp chất rất có triển vọng để nghiên cứu tạo ra các tác nhân mới ứng dụng trong điều trị bệnh Các hợp chất này thể hiện hoạt tính sinh học đa dạng, đặc biệt

là hoạt tính chống ung thư Với cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học lý thú, các hợp chất bengamide đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của các bengamide phân lập từ tự nhiên

Theo kết quả nghiên cứu về hải miên thì các hợp chất bengamide được xác định

là do chính các vi sinh vật liên kết tạo ra Điều này được thể hiện từ chính cấu trúc của chúng hay từ nhóm đầu isopropyl cũng như đặc trưng bởi các acid béo của vi sinh vật [7, 8] Do đó, cấu trúc của các bengamides có thể xuất phát từ các liên kết của một

diketide với dẫn xuất 6 cacbon từ L – leucine phát triển thành chuỗi ketide mạch nhánh cùng với vòng hóa L – lysine (Hình 1.2) [3,9]

Hình 1.2 Gốc sinh tổng hợp đề xuất cho các bengamide

Nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất và nghiên cứu mối quan hệ hoạt tính/cấu trúc cho thấy hoạt tính của bengamide phụ thuộc vào cả 2 phần cấu trúc của hợp chất này (chuỗi ketide và vòng caprolactam) Bất cứ một thay đổi nào trong cấu trúc của bengamide cũng đều ảnh hưởng mạnh tới hoạt tính sinh học của chúng Các nghiên cứu cho tới nay phần lớn tập trung vào việc biến đổi chuỗi ketide và vòng caprolactam nhưng vẫn giữ hệ cấu trúc khung cơ bản, do có nhiều nghiên cứu cho rằng hệ cấu trúc này quyết định hoạt tính sinh học của bengamide

1.3 Các bengamide phân lập từ tự nhiên và hoạt tính sinh học

Hiện tại, 23 hợp chất bengamide đã được phân lập và xác định cấu trúc hóa học

bằng các phương pháp phổ (hình 1.1) trong đó hợp chất bengamides A(1)-F(6) được

phân lập lần đầu tiên trong khoảng thời gian từ năm 1986 – 1990 bởi nhóm nghiên cứu của giáo sư Crews (Đại học California, USA)[2, 10] Các bengamide này được phân

lập từ một loài hải miên Jaspis cf coriacea có màu cam thuộc giống Jaspis (họ

Choristida, ngành Astrophorida) thu được ở Benga Lagoon (Quần đảo Fiji) Dịch chiết thô của loài hải miên này thể hiện hoạt tính gây độc tế bào ung thư biểu mô thanh quản (Hep-05/02-Fu) với giá trị IC50 là 1,0 μg/mL và hoạt tính kháng khuẩn đối với chủng

Streptococcus pyrogenes và Nippostrongylus braziliensis [2] Tại thời đểm đó, Crews

và cộng sự đã xác định cấu trúc hóa học của bengamide A (1) và B (2) bằng các phương pháp phổ Hợp chất bengamide C (3) cũng được phân lập từ dịch chiết của

loài hải miên này, tuy nhiên tại thời điểm đó cấu trúc hóa học của hợp chất chưa thể xác định vì không thu được ở dạng tinh khiết Năm 1990 nhóm nghiên cứu của giáo sư

Crews đã phân lập và xác định cấu trúc của các bengamide C – F (3-6) và đồng phân

isobengamide E (21) từ lượng lớn của loài hải miên này [10]

Hình 1.3 Các bengamide phân lập từ hải miên Jaspis cf coriacea

Sau sự phát hiện của nhóm nghiên cứu Crews, vào năm 1994 Amira Rudi và

cộng sự cũng đã phân lập ra bengamide A(1) và B(2) từ loài hải miên Jaspis digonoxea

thuộc vùng biển Nam Phi [11]

Năm 1997, từ loài hải miên Jaspis carteri thu được ở vùng biển New Caledonia,

D´Auria và cộng sự đã phân lập được 7 hợp chất bengamide là bengamide A(1), B(2), bengamide G – J (7-10) và bengamide K(11)[12]

Hình 1.4 Các bengamide phân lập từ hải miên jaspis carteri

Vào năm 1999, Groweiss và cộng sự đã phân lập từ dịch chiết nước của loài hải

miên Jaspis sp của Australia được 2 bengamide mới là bengamide Y (19) và bengamide Z (20) Khảo sát hoạt tính sinh học in vitro của bengamide Y (19) và Z (20)

đối với 10 dòng tế bào ung thư, kết quả cho thấy Bengamides Y (19) và Z (20) thể hiện

hoạt tính với các dòng tế bào ung thư như ung thư thần kinh (SNB-75, SNB-19), ung thư đại tràng (HCT-15, HCT-116), ung thư ác tính (MALME-3, LOX), ung thư phổi

(HOP-92, A549), ung thư buồng trứng (OVCAR-3) và ung thư thận (UO-31) Đặc biệt

2 hợp chất này thể hiện hoạt tính khác nhau giữa các dòng tế bào của 1 loại ung thư, ví

dụ, cả Bengamides Y (19) và Z (20) đều không có hoạt tính với dòng tế bào ung thư

thần kinh trung ương SNB-75 nhưng lại có hoạt tính với dòng tế bào ung thư thần kinh trung ương SNB-19 với giá trị IC50 tương ứng là 0,68 và 0,56 µg/ml [13]

Bảng 1.1 Kết quả thử hoạt tính của bengamide Y (19) và Z (20)

Cùng năm 1999, Letourneux và cộng sự đã phân lập và xác định cấu trúc hóa

học của một bengamide mới là bengamide L (12) và 4 bengamide đã biết là bengamide

A (1), B (2), E (5) và F (6) từ loài hải miên Pachastrissa sp thu thập tại vùng biển

Djibouti [14]

Hình 1.5 Công thức cấu tạo của bengamide L(12) phân lập từ

hải miên Pachastrissa sp.

Vào năm 2001, hơn 15 năm sau khi phát hiện các bengamide đầu tiên, Crews và

cộng sự tiếp tục nghiên cứu loài hải miên Japis cf Coriacea thu thập tại quần đảo Fiji

Nhóm nghiên cứu đã phân lập được sáu bengamide mới M (13) – R (18) và 10

bengamide đã biết là A (1), B (2), E (5), F (6), G (7), H (8), I (9), L (12), Y (19) và Z

(20) [15]

Hình 1.6 Công thức cấu tạo của các bengamide M (13) – R (18)

Kết quả thử hoạt tính chống ung thư đối với dòng ung thư vú MDA-MB-435cho thấy bengamide A (1) và bengamide O (15) thể hiện hoạt tính mạnh nhất với IC50

tương ứng là 1 nM và 0,3 nM

Bảng 1.2 Hoạt tính của một số bengamide phân lập từ hải miên Japis cf Coriacea trên

dòng tế bào ung thư biểu mô tuyến vú MDA–MB–435

Tiếp tục khảo sát hoạt tính sinh học của một số bengamide phân lập từ hải miên

Japis cf Coriacea đối với 16 dòng tế bào ung thư khác nhau Kết quả cho thấy chỉ có

bengamide A (1), B (2) và P (16) thể hiện hoạt tính mạnh nhất đối với cả 16 dòng tế

bào ung thư với giá trị IC50 nằm trong khoảng 0,0019-6,00 µM [15]

Bảng 1.3 Hoạt tính sinh học của bengamide A, B và P trên 16 dòng tế bào ung thư

Bengamide A (1) Bengamide B (2) Bengamide P (16) NSCL: Ung thư phổi

Năm 2005, nhóm nghiên cứu của Crews đã phân lập được từ chủng vi sinh vật

Myxococcus virescens hợp chất bengamide E (5) và hỗn hợp đồng phân lập thể

bengamide E´(22) và F´(23) Sau đó bengamide E´(22) đã được tổng hợp vào năm

2010 [16]

Hình 1.7 Công thức cấu tạo bengamide E´(22) và F´(23)

Năm 2008 G R Pettit và cộng sự cũng đã phân lập ra bengamide A (1) từ một

loài hải miên thuộc chi khác là Dorypleres splendens Khảo sát hoạt tính gây độc tế

bào của bengamide A (1) đối với 7 dòng tế bào ung thư khác nhau: Tế bào ung thư bạch cầu (P388), ung thư buồng trứng (OVCAR-3), ung thư phổi (NCI-H460), ung thư ruột kết (KM20L2), ung thư tuyến tiền liệt (DU-145), ung thư tuyến tụy (BXPC-3) và ung thư não (SF-295) cho giá trị IC50 tương ứng là 0,12; 0,01; 0,00054; 0,0049; 0,0056; 0,027; 0,001 µg/ml [17]

Năm 2011 nhóm nghiên cứu của S Ovenden đã phân lập từ loài hải miên

Stelletta sp thu thập từ vùng biển Tây Úc được 4 bengamide là bengamide A (1), F (6),

N (14), I (9) Các bengamide này được thử hoạt tính trên 4 dòng tế bào ung thư: tế bào

ung thư thần kinh trung ương (SF-268), ung thư vú (MCF-7), ung thư phổi (H460) và ung thư đại tràng (HT-29), ngoài ra còn được thử nghiệm trên tế bào buồng trứng chuột

(CHO-K1) Kết quả cho thấy bengamide A (1) có hoạt mạnh còn các bengamide F (6),

I (9), N (14) có hoạt tính trung bình với các dòng ung thư thử nghiệm [18]

Bảng 1.4 Kết quả thử hoạt tính của các bengamide phân lập từ hải miên Stelletta sp

1.4 Tổng hợp các bengamide

Các nghiên cứu về hoạt tính chống ung thư của bengamide thông qua các thí nghiệm về hoạt tính gây độc tế bào cùng với các kết quả thu được từ dữ liệu NCI – DTP đã cho thấy nhiều hợp chất bengamide có thể là ứng viên tiềm năng trở thành tác nhân chống ung thư thế hệ mới Kết quả nghiên cứu hoạt tính ức chế đối với một số dòng tế bào ung thư cho thấy hợp chất bengamide phân lập từ tự nhiên có chứa nhóm

acid béo được gắn vào vòng caprolactam (trường hợp của Bengamide A (1), B (2), M (13) và O (15)), mạnh gấp hơn100 lần so với các chất không có nhánh alkyl ester ở vòng lactam (bengamide E (5), F (6), P (16) và Z (20)) Đồng thời, các chất thuộc lớp

chất này tỏ ra hiệu quả hơn đối với dòng tế bào ung thư biểu mô tuyến vú MDA–MB–

435 Tuy nhiên, mặc dù các ester mạch dài trên vòng caprolactam có vai trò rất quan

trọng trong thử nghiệm in vitro nhưng trong các thử nghiệm lâm sàng in vivo trên cơ

thể sống sự khác biệt là rất nhỏ giữa các bengamide Mặt khác, một số thí nghiệm chỉ

ra rằng bengamide B (2) sẽ bị chuyển hóa thành bengamide Z (20) trong nội tế bào, điều này cho thấy bengamide Z (20) mới thực sự đảm nhận vai trò chống lại sự phát

triển của tế bào ung thư [19]

1.4.1 Tổng hợp toàn phần các bengamide phân lập từ tự nhiên

Với hoạt tính ức chế tế bào ung thư rất đáng quan tâm và cấu trúc hóa học lý thú nên hiện nay các bengamide là một trong những lớp chất được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới về quy trình tổng hợp toàn phần các bengamide đi từ các chất thương mại là L– và D – glucose, D – glyceraldehydes, acid D – tartaric, acid L-glutamic, L-quebrachitol hoặc 5-hydroxy-L-lysine Quá trình tổng hợp toàn phần các bengamide đi từ chất đầu thương mại khác nhau được khái quát trong Hình 1.8

Hình 1.8 Sơ đồ tổng hợp toàn phần bengamide trong giai đoạn 1991 – 2001

Vài năm sau khi hợp chất bengamide đầu tiên được phát hiện bởi Crews và cộng

sự, Broka đã đưa ra quy trình tổng hợp toàn phần đầu tiên cho bengamide B (2) và E

(5) đi từ chất đầu thương mại là L-glucose và (S)-butanetriol [20] Năm 1992, Ogawa

đưa ra quy trình tổng hợp toàn phần đầu tiên cho bengamide A (1) đi từ chất đầu

thương mại acid L-glutamic [21] Năm 1992, Ohrui đưa ra quy trình tổng hợp toàn

phần cho bengamide E (5) từ chất đầu D-glucose [22], hoặc từ D-glyceraldehyde, acid

D–tartaric [9] Đó là các chất đầu có cấu trúc bền, đồng thời có hệ nhánh polyhydroxylate giống các hợp chất bengamide phân lập từ tự nhiên

Sơ đồ tổng hợp bengamid A (1) theo Ogawa và cộng sự được trình bày trong Hình 1.9 [21] Đi từ chất đầu thương mại là acid L-glutamic (24) qua bước este hóa

chọn lọc 1 nhóm acid sau đó bảo vệ nhóm amin bằng Boc2O với sự có mặt của NaHCO3 trong hỗn hợp dung môi 1,4-dioxan và nước Nhóm acid còn lại được khử hóa về ancol bằng tác nhân NaBH4 tạo thành chất 25 Chất 26 được tạo thành khi cho

25 phản ứng với 2,2-dimethoxypropane với sự có mặt của TsOH Qua con đường azit

hóa (Hình 1.9), aminolactam 37 được tổng hợp thông qua một loạt các phản ứng trung gian Tiếp theo aminolactam 37 phản ứng với chất 38 trong môi trường trietylamine có

mặt (EtO)2POCN và MeONa tạo thành hợp chất 39 Este hóa nhóm ancol của vòng aminolactam với acid myristic trong sự có mặt của EDAC (1-Ethyl-3-(3-

Dimethylaminopropyl)carbodiimide) và 4-dimetylaminopyridine thu được chất 40

Bỏ bảo vệ nhóm chức acetonide bằng acid trifloacetic (TFA) trong dung môi THF và

nước thu được bengamid A (1)

(a): (1) MeOH, H 2 SO 4, (2) Boc 2 O, NaHCO 3, 1,4-dioxan, H 2 O, (3) NaBH 4 ; (b) 2,2-dimethoxypropane, TsOH, PhH; (c) DIBAL, PhMe, -78 o C; (d) Ph 3 PCH 3 Br, NaNH 2 , THF, 0 o C; (e) mCPBA, (ClCH 2 ) 2 - phosphate; (f) NaN 3 , NH 4 Cl, 2-methoxy ethanol; (g) NaH, BnBr, Bu n NI, THF; (h) TsOH (5 mol %), MeOH; (i) (CrO 3 trong dầu, H 2 SO 4 ), axeton; (j) N-hydroxysuccinimide, EDAC,4- dimethylaminopyridine, DMF; (k) H 2 , Raney-Ni, THF ; (l) H 2 (1 atm), Pd(OH) 2 , EtOH; (m)

CF 3 COOH-CH 2 C1 2 , 0 o C

Hình 1.9 Sơ đồ tổng hợp bengamide A theo Ogawa

Năm 1991 Broka và cộng sự đã công bố quy trình tổng hợp toàn phần

bengamide E (5) từ chất đầu thương mại L-glucose [20] Đầu tiên là tổng hợp chuỗi

ketide và amino lactam, sau đó kết hợp chuỗi ketide và amino lactam để thu được

bengamide E (5)

Tổng hợp chuỗi ketide 46 đi từ L-glucose Theo đó L-glucose được chuyển hóa thành tetrabenzyl ether 41 thông qua phản ứng ete hóa với BnOH Sau đó chất 41 phản

ứng với sulfone isobutyl với sự có mặt của muối lithium thu được hỗn hợp chất 1,2

hydroxysulfonyl diastereomer 42 Khử hóa chất 42 với 6% Na(Hg) trong sự có mặt của

Na2HPO4 thu được chất 43 Tiếp theo là metyl hóa với tác nhân MeI trong sự có mặt của KH, thủy phân và loại bỏ các nhóm benzyl, sau đó bảo vệ nhóm hydroxy bằng tác

nhân PivCl (Pivaloyl chloride) cho hợp chất trung gian 44 Ba nhóm hydroxy còn lại

được bảo vệ bằng TBSOTf (tert-Butyldimethylsilyl trifluoromethanesulfonate), sau đó

thủy phân thu được ancol 45 Oxi hóa hợp chất 45 thu được ketide 46 Sử dụng aminolactam 47 thương mại cộng hợp với ketide 46 để thu được bengamide E (5)

(Hình 1.10)

(a): 1 Na/NH 3 ; 2 Ac 2 O, Pyridine, DMAP; 3 KH (cata), MeOH; 4 PivCl, Pyridine (b): 1 oxi hóa Swem; 2 NaClO, NaH 2 PO 4 , t-BuOH, (Me) 2 C=CHMe; (c): 1. HOBT,1-(3-Dimethylaminopropyl)-3- ethylcarbodiimide (HCl), 2 TBAF, THF

Hình 1.10 Sơ đồ tổng hợp bengamide E (5)

Một hướng mới để tổng hợp bengamide vẫn dựa trên các phản ứng aldol được

đề xuất bởi nhóm nghiên cứu của Boeckman – người đã đưa ra quy trình tổng hợp toàn

phần cho bengamide B (2), E (5) và Z (20) [1, 23] Trong các quy trình này, chuỗi

ketide được tổng hợp thông qua các phản ứng aldol syn và anti bất đối xứng từ

aldehyde α,β không no 66 Phản ứng aldol đầu tiên được thực hiện với đồng phân đối quang acetimide 65, sau đó được xử lý với Et2BOTf và DIPEA (N,N-

diisopropylethylamine) thu được sản phẩm syn aldol tương ứng với độ chọn lọc lập thể

cao (>24:1) Sản phẩm này được dùng cho bước aldol thứ hai để tạo thành aldehyde

67, sau đó tiếp tục tham gia phản ứng với silylenol ether trong môi trường có SnCl4 thu được chất thioester 68 với hiệu suất 73% và tỉ lệ lập thể 11,5:1 Hợp chất thioester 68

là chất trung gian chung cho phản ứng tổng hợp bengamide B (2), E (5) và Z (20) thông qua phản ứng kết hợp trực tiếp thioester 68 với các aminocaprolactam tương ứng

(Hình 1.12)

Hình 1.11 Sơ đồ tổng hợp các bengamide của Boeckman và cộng sự

Năm 2005, Sarabia và cộng sự công bố quy trình tổng hợp cho bengamide E (5)

dựa trên ba bước quan trọng: (1) hoán vị chéo olefin để tạo thành nhóm alkyl ở đầu; (2)

mở vòng epoxide để thành polyketide mạch nhánh; (3) tạo thành nhóm amide từ đó tạo

ra phần caprolactam Do vậy, bắt đầu từ aldehyde 69 nhờ phương pháp epoxy hóa bất đối xứng, ancol epoxy 71 được tạo thành trong điều kiện chọn lọc lập thể tuyệt đối Sau quá trình mở vòng epoxy của 71 với MeOH, quá trình oxy hóa có chọn lọc của ancol bậc một thành acid và kết hợp với amino lactam 48 để tổng hợp ra chất 72 Phản ứng của hợp chất 72 với olefin 73 với việc sử dụng xúc tác Hoveyda – Grubbs thế hệ

hai tạo thành olefin thay thế với hiệu suất cao và chọn lọc cấu hình toàn diện Cuối

cùng, bengamide E (5) được tạo thành sau quá trình bỏ bảo vệ nhóm acetal [16, 24] (Hình 1.12)

Hình 1.12 Tổng hợp toàn phần bengamide E (5) theo Sarabia et al

Trong quy trình tổng hợp lần hai được cải tiến của tác giả vào năm 2010,

aldehyde 70 phản ứng với muối sulfur tạo thành epoxy với hiệu suất và chọn lọc lập thể cao (> 98%), sau đó epoxy được khử hóa tạo thành ancol epoxy 74 Từ ancol epoxy

này, cách thức tiến hành diễn ra tương tự như phần chính của quy trình trước, dù vậy các quá trình mở vòng và thế olefin được cải tiến rõ rệt so với quy trình đầu tiên Phản

ứng mở vòng cho epoxy 74 được diễn ra trong MeOH có sự tham gia của B(OMe)3, DBU Sau các phản ứng oxy hóa và ghép mạch sản phẩm mở vòng, vinyl iodide 75

phản ứng với diisopropylzinc (Zn-iPr2), xúc tác Pd(dpephos)Cl2 tạo thành nhóm thế

đầu olefin Sau bước bỏ bảo vệ, bengamide E (5) được tạo ra bởi một quy trình ngắn

hơn, hiệu quả hơn so với quy trình đầu tiên năm 2005 (Hình 1.13) Một trong những ưu điểm của quy trình tổng hợp mới là tính linh hoạt cho phép tổng hợp ra các bengamide tương tự chỉ bằng việc thay đổi các bộ phận khác nhau trong cấu trúc bằng các tác nhân thích hợp theo các quy trình tổng hợp trước đây

Thêm hai quy trình tổng hợp toàn phần bengamide E (5) đã được công bố trong năm 2013 Trong công trình của Li và cộng sự [25], bengamid E (5) được tổng hợp từ dẫn xuất hex-5-enal 76 Bằng việc sử dụng phương pháp Dondoni [26], aldehyde 76 được cho phản ứng với dẫn xuất thiazol 77 để thu được hỗn hợp 1:1 đồng phân lập thể của 78, tiếp tục xử lý với TBAF rồi methyl hóa để thu được ancol Sau khi biến đổi phần thiazol thành acid và ghép mảnh với amino lactam 49, quá trình hoán vị chéo olefin (olefin cross metathesis) tạo ra tiền thân cho bengamide E (5) (Hình 1.13)

Hình 1.13 Tổng hợp toàn phần bengamide E (5) bởi Li và Prasad (2013)

Quy trình thứ hai được đưa ra bởi Prasad và cộng sự đi từ bis(dimethylamide)

của acid D– tartaric (80) Chất 80 bị mất đối xứng khi cho phản ứng với anion của 1,3–

dithiane, sau khi khử và methyl hóa tạo ra hợp chất 81 Sau khi tổng hợp được β–

ketophosphonate, phản ứng olefin hóa Horner – Wadsworth – Emmons dẫn tới sự hình thành chọn lọc lập thể của mảnh thế olefin Cuối cùng, oxy hóa dithiane tạo ra ketide

82 Tiếp sau là ghép mạch với caprolactam, khử keton với NaBH4/CeCl3 và bỏ bảo vệ

để hoàn tất quá trình tổng hợp bengamid E (5) (Hình 1.13) [27]

Bảng 1.5 Thống kê các quy trình tổng hợp các bengamide thiên nhiên

Bengamide Tác giả/Năm [TK] Chất đầu Số bước

phản ứng 1

Hiệu suất tổng (%) 2

E(5) Mukai/1994 [11] Isobutyraldehyde 18 3,06 %

B(2) Kinder/2001 [31] D-gluconolactone 7 7,21 %

E(5) Kinder/2001 [31] D-gluconolactone 7 5,43 %

ent- E(5) Banwell/2001[15] Bromobenzene 12 5,70 %

B(2) Boeckman/2002 [23] Ethyl 2-hydroxyacetate 12 10,86 %

E(5) Boeckman/2002 [23] Isobutyraldehyde 10 23,56 %

Z(20) Boeckman/2002 [23] Isobutyraldehyde 10 17,86 %

E(5) Sarabia/2005 [24] Diethyl D-tartrate 18 2,85 %

E(5) Sarabia/2010 [16] Diethyl D-tartrate 14 4,15 %

E(5) Prasad/2013 [27] Diethyl D-tartrate 12 7,05 %

1 Số bước phản ứng được tính cho chuỗi tuyến tính dài nhất; 2 Hiệu suất tổng là cho chuỗi phản ứng dài

nhất, không xem xét tổng hợp của mảnh caprolactam cho các trường hợp của bengamides A, B và Z; 3

DIDT = Diisopropyl D-tartrate

1.4.2 Tổng hợp các analog của bengamide và đánh giá hoạt tính sinh học

Việc thay đổi cấu cấu trúc hóa học của các bengamide và khảo sát hoạt tính sinh học của chúng cho phép nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu trúc - hoạt tính sinh học (SAR) Điều đó rất cần thiết cho việc thiết kế và tổng hợp các hoạt chất mới có tiềm

năng làm thuốc Vì vậy, việc thay đổi cấu hình của tâm lập thể khác nhau nằm ở chuỗi polyketide, thay đổi của các nhóm thế nằm ở olefin vị trí cuối hoặc thay đổi vòng caprolactams đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu (hình 1.14)

Hình 1.14 Thiết kế cấu tạo phân tử bengamides 1.4.2.1 Các analog bengamide biến đổi phần caprolactam

Dựa trên kết quả hoạt tính sinh học của các bengamide phân lập từ tự nhiên, nhiều analog của bengamide đã được tổng hợp và thử hoạt tính sinh học Các analog

của bengamide A (1) đã được Frederik R Kinder và cộng sự nghiên cứu tổng hợp và

khảo sát hoạt tính chống ung thư [19] Trong hướng tiếp cận này, tác giả đã tổng hợp các hợp chất tương tự bengamide với các nhóm ester khác nhau tại vị trí C-5´ của vòng caprolactam

Sử dụng hợp chất bất đối thương mại là α-D-glucoheptonic γ-lactone (83) làm nguyên liệu đầu để tổng hợp chất acetonide 84 với hiệu suất tổng qua 2 phản ứng là

70% Phản ứng loại bỏ chọn lọc nhóm acetonide được thực hiện với tác nhân acid acetic Sau đó oxy hóa cắt mạch với NaIO4 trong dung môi MeOH tạo hợp chất

aldehyde 85 với hiệu suất qua 2 bước là 58% Phản ứng của hợp chất aldehyde 85 với

1,1-diiodo-2,2-dimethylpropane với sự có mặt của muối CrCl2 trong dung môi THF và

DMF thu được chất ketide 86, phản ứng đạt hiệu suất 63% Hiệu suất tổng của phản ứng tổng hợp ketide 86 là 25,68% (Hình 1.15).

(a) acetone, cat I 2 (86%); (b) MeI, Ag 2 O (82%); (c) HOAc (68%); (d) NaIO 4 , MeOH (85%); (e) (CH 3 ) 3 CCHI 2 , CrCl 2 ,THF, DMF (63%)

Hình 1.15 Sơ đồ tổng hợp chuỗi ketide (86)

Aminolactam 88 được Frederik R Kinder và cộng sự tổng hợp từ

(5R)-5-hydroxy-L-lysine (87) Sau đó nhóm hydroxyl của 88 được bảo vệ bởi nhóm TBS tạo thành hợp chất 89 Hợp chất 89 phản ứng với chất ketide 86, đồng thời nhóm TBS được loại bỏ bằng việc sử dụng tác nhân TBAF thu được hợp chất 90 với hiệu suất

91% Từ hợp chất này, thực hiện phản ứng ester hóa với các hợp chất acid chlorua khác nhau sau đó bỏ nhóm bảo vệ acetonide với acid TFA thu được dãy các analog

92a-92m (Hình 1.16) Các analog 92a-92m được thử hoạt tính trên dòng tế bào ung thư vú MDA-MB-435, kết quả cho thấy 92c, 92d, 92f, 92k và 92m là các hợp chất có

hoạt tính cao nhất với giá trị IC50 tương ứng là 0,04; 0,02; 0,01; 0,02; 0,01 μM Đặc

biệt là analog 92a có hoạt tính cao nhất với giá trị IC50 < 0,01 μM Các analog tổng hợp

này thể hiện hoạt tính cao có nhiều triển vọng cho các nghiên cứu sâu hơn nhằm phát triển thành các tác nhân chống ung thư mới

(a) EDCI, HOBT, DMF; (b) (Boc) 2 O (58% cho 2 bước); (c) TBSCl, imidazole, DMF (78%); (d) TMSI, CH 2 Cl 2 , -78°C (96%); (e) i-PrOH, DIEA, reflux (42%); (f) TBAF, THF (91%); (g) RC(O)Cl,

Et 3 N, DMAP, CH 2 Cl 2 hoặc RCO 2 H, EDCI, DMAP, CH 2 Cl 2 ; (h) TFA, THF, H 2 O

Hình 1.16 Sơ đồ tổng hợp analog của bengamide A(1) theo F.R Kinder và cộng sự

Ngoài ra, trong số các analog của bengamide A (1), điển hình là chất LAF 389 (92c) đã được David D Xu và cộng sự tiếp tục nghiên cứu [33] Hợp chất này thể hiện

hoạt tính chống ung thư trên tế bào MDA-MB-435 với giá trị IC50 là 40 nM Quy trình

tổng hợp chất LAF 389 (92c) theo quy trình của David D Xu và cộng sự được thực

hiện qua 11 bước phản ứng (Hình 1.17 – 1.19)

Sử dụng hợp chất α-D-glucoheptonic γ-lactone (83) làm nguyên liệu đầu để tổng hợp ketid 86 qua 6 bước phản ứng với hiệu suất tổng là 8%

(a) 2,2-dimethoxypropane, H 2 SO 4 , Acetone, 0-5 o C, 8 h, 57%; (b) Me 2 SO 4 , K 3 PO 4 , Toluene, RT, 4h, 48%; (c) Axit propionic, TsOH, isopropyl acetate/H 2 O, 40 o C, 2h, 83% (d) NaIO 4 MeCN /H 2 O, 5 -

10 o C, 1h, 80%, (e) n-BuLi /(TMS) 2 NH, THF/MeCN, -78 o C,( f) Me 3 SiCl, 44%

Hình 1.17 Sơ đồ tổng hợp phần ketide (86) của nhóm David D Xu và cộng sự

Bước tiếp theo trong quá trình tổng hợp chất LAF 389 (92c) là việc tổng hợp

vòng lactam 95 Nguyên liệu đầu được sử dụng là (5R)-5-hydroxy-L-lysine (87), sau

khi được đóng vòng nội phân tử tạo hợp chất 93, nhóm amine được bảo vệ bằng nhóm

Boc, sau đó cho phản ứng với tác nhân cyclohexanecarbonyl chloride với xúc tác

DMAP trong EtOAc thu được hợp chất 94, với hiệu suất đạt 82% Loại bỏ nhóm bảo

vệ Boc của chất 94 trong môi trường acid HCl 2N thu được hợp chất 95 với hiệu suất

98% Hiệu suất tổng qua 4 bước phản ứng đạt 42%

Hình 1.18 Sơ đồ tổng hợp aminolactam (95) của nhóm David D Xu và cộng sự

Giai đoạn cuối cùng là gắn kết 2 phần ketide 86 và vòng lactam 95 Phản ứng

được thực hiện trong môi trường kiềm yếu là sodium 2-ethylhexanoate trong THF, sau

đó loại bỏ nhóm acetonide bằng dung dịch HCl 1N trong THF tạo ra analog LAF-389

(92c) với hiệu suất 79%

Hình 1.19 Sơ đồ tổng hợp analog LAF 389 (92c) của nhóm David D Xu và cộng sự

Nghiên cứu lâm sàng Pha I đối với analog LAF 389 (92c) được bắt đầu vào năm

2000 nhằm đánh giá độ an toàn, khả năng dung nạp và dược động học của chất này

Analog LAF 389 (92c) được hãng dược phẩm Novartis Pharma (Basel, Thụy Sĩ)

nghiên cứu ứng dụng dưới dạng dung dịch 30 mg/ml trong propylen glycol, dung dịch được pha loãng 30 lần với dung dịch muối thông qua tiêm tĩnh mạch Tổng số 33 bệnh nhân được điều trị từ tháng 5 năm 2000 đến tháng 4 năm 2002 Kết quả cho thấy 31 bệnh nhân báo cáo có tác dụng phụ, trong đó 8 bệnh nhân có tác dụng phụ về tim

mạch Các tác dụng phụ này đã không phát hiện được trên các thử nghiệm in vivo trên

chuột và chó trước đó Thử nghiệm lâm sàng giai đoạn I của LAF 389 (92c) do vậy đã phải dừng lại

Trong một nghiên cứu khác, năm 2008 Nan và cộng sự đã ứng dụng phương pháp của chính nhóm nghiên cứu đã công bố trước đây để tổng hợp các dẫn xuất amino

caprolactam 97 [34] Qua đó, nhóm nghiên cứu đã đề xuất ra quy trình tổng hợp các

analog bengamide mới biến đổi phần caprolactam tại ví trí 5´, 6´ và 7´ thông qua phản

ứng của ketide 86 với các amino caprolactam biến đổi tại ví trí 5´, 6´ và 7´ (Hình

1.20)

Hình 1.20 Sơ đồ tổng hợp analog bengamide của Nan và cộng sự [34]

Các dẫn xuất bengamide 98 – 126 được đánh giá hoạt tính sinh học trên dòng tế

bào ung thư vú ở người MDA–MB–435, kết quả được chỉ ra ở (Bảng 1.6) Kết quả cho

thấy, hoạt tính sinh học của các dẫn xuất bengamide thế N–alkyl tăng khi nhóm thế R1được kéo dài ra Kết quả tốt nhất thu được cho nhóm thế tại vị trí N-7’ là ethyl

cyclohexanecarboxylate (analog 105 có IC50 = 17 nM) Tuy nhiên, hiệu ứng này không thực sự rõ ràng khi xem xét đến các analog chứa nhóm aryl (107-109) Trong nghiên

cứu này, người ta thấy rằng dẫn xuất N – acetyl 105 có hoạt tính cao (IC50 = 17 nM), và

hiệu quả hơn khi chất này tan tốt hơn trong nước (10 mg/mL) so với LAF 389 (92c)

(1,0 mg/mL) [34]

Bảng 1.6 Bảng hoạt tính trên dòng tế bào ung thư vú ở người MDA–MB–435 của các

analog bengamid 98-126

Analog IC 50 , M Analog IC 50 , M Analog IC 50 , M

Từ các kết quả hoạt tính của các analog bengamide 98-126 cho thấy việc thế ở

vị trí C-5´ và C-6´ cho các analog có hoạt tính thấp hơn so với các dẫn xuất bengamide

thế N–alkyl Ngoài ra, analog 114 với nhóm thế acetyloxy ở vị trí C-5´ thể hiện hoạt

tính trung bình (IC50 2,092 µM) Trong khi đó, dẫn xuất 6’-cyclohexancarboxyloxy của

114 là hợp chất 120 (IC50 0,466 µM) thể hiện hoạt tính tốt hơn

Mở vòng caprolactam cũng là một biến đối quan trọng khác đã được nghiên cứu Nan và cộng sự đã tiến hành tổng hợp một dãy các analog bengamide mở vòng

mới 130-149, trong đó vòng caprolactam bị thay thế bởi chuỗi peptide thẳng (Hình

1.21) [35] Đánh giá hoạt tính sinh học của các analog này trên dòng tế bào ung thư vú

MDA–MB–435 cho thấy analog 136 là một trong các hợp chất chống ung thư hiệu quả

nhất thuộc lớp chất bengamide, với IC50 là 4,0 nM và độ tan trong nước là 1,0 mg/mL

(so sánh với độ tan của bengamide B chỉ là 0,002 mg/mL) (Bảng 1.7) Nghiên cứu này

đã đưa ra nhiều kết quả ý nghĩa cho việc tìm hiểu sâu hơn về cơ chế hoạt động của các analog biến đổi mới

Hình 1.21 Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide mở vòng caprolactam [33]

Bảng 1.7 Bảng hoạt tính đối với dòng tế bào MDA-MB-435 của các analog 130- 149

a) iPrOH, R-NH 2 , ref, 10 h; b) CH 3 OH, HCl 1N, rt, 4 h hiệu suất: 9–25% qua 2 phản ứng

Hình 1.22 Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide mở vòng caprolactam 150-156 [35]

Các analog 150–156 được thử hoạt tính kháng lao với chủng vi khuẩn lao

Mycobacterium tuberculosis theo phương pháp MABA và phương pháp LORA, và thử

hoạt tính gây độc tế bào đối với dòng tế bào ung thư bạch cầu K562 Kết quả cho thấy

analog 152 thể hiện hoạt tính kháng lao tốt nhất với chủng vi khuẩn lao Mycobacterium

tuberculosis với giá trị MIC là 52,9 M và thể hiện hoạt tính trung bình đối với dòng tế bào ung thư bạch cầu K562 [35]

1.4.2.2 Tổng hợp các analog của bengamide thay đổi chuỗi polyketide

Ảnh hưởng của cấu hình chuỗi polyketide lên hoạt tính sinh học của các

bengamide được đánh giá qua các analog ent- bengamide E (157), 3,4-epi- bengamide

E (158), 2-epi- bengamide E (159), và 2,3-epi- bengamide E (160) [15] Bên cạnh đó

nghiên cứu ảnh hưởng hoạt tính sinh học của nhóm methoxy ở vị trí C-2 cũng được

thực hiện thông qua tổng hợp các analog thay đổi ở vị trí C-2 (các hợp chất 161 – 167)

[24, 36] Cuối cùng, ảnh hưởng của cấu trúc chuỗi polyketide lên hoạt tính sinh học

cũng được nghiên cứu thông qua các thử nghiệm hoạt tính của các analog rút gọn 168 – 170 và các dẫn xuất epoxy 171 – 173 [25,36]

Hình 1.23 Các analog bengamide biến đổi chuỗi polyketit

Năm 2001 nhóm nghiên cứu của Banwell và cộng sự đã đưa ra quy trình tổng

hợp toàn phần chất ent-bengamide E (157) Đi từ chất đầu thương mại là

(1S,2S)-3-bromocyclohexa-3,5-diene-1,2-diol (174) được bảo vệ nhóm chức với tác nhân

Me2C(OMe)2 xúc tác p- TsOH Sau đó tạo epoxy với tác nhân m-CPBA, thay đổi nhóm

bảo vệ bằng TBS và methyl hóa thu được chất 175 Tiếp tục các phản ứng mở vòng,

ngưng tụ với vòng capro lactam, loại bỏ nhóm bảo vệ thu được chất ent-bengamide E

(157) [15]

(i) 1: Me 2 C(OMe) 2 , p-TsOH; 2: m-CPBA, CH 2 Cl 2 , 0-18 o C; 3: HCl, THF-H 2 O; 4:

AcOH-THF-H 2 O (2:1:1), 60 o C; 5: TBSOTf, 2,6-lutidine (10eq), CH 2 Cl 2 , -40 o C; 6: Ag 2 O (9eq), MeI, 110 o C (ii) ozone, pyridine (20eq), MeOH-CH 2 Cl 2 (1:1), -78 o C, DMS 18 o C; (iii): 2-[(2 methylpropyl)sunfonyl benzothiazole, LiHMDS, DME, -78 o C - +18 o C; (iv): LiOH, THF-MeOH (4:1); (v): HOBt, EDCI, DMF, 18 o C, 16h; (vi): TBAF 1M in THF, THF, 18 o C, 1,5h

Hình 1.24 Sơ đồ tổng hợp chất ent-bengamide E (157) [15]

Sau đó, năm 2005 nhóm nghiên cứu Francisco Sarabia và cộng sự đã công bố

việc tổng hợp một số analog của bengamide E (5) với sự biến đổi của nhóm thế tại C-2 của chuỗi ketide [24] Sử dụng hợp chất bất đối 71, nhóm tác giả đã thực hiện phản ứng oxy hóa thu được hợp chất acid 180 Chất này sau đó được cho phản ứng với amino lactam trong sự có mặt của PyBOP và DIPEA tạo thành chất 181 Tiếp theo, phản ứng của hợp chất 181 với 3-methyl-1-butene trong sự có mặt của xúc tác Grubbs

tạo hợp chất 182 Mở vòng epoxy với các tác nhân nucleophile khác nhau như methylamine, N,N-dimethylamine và lithium chloride tạo dãy chất 183 Loại bỏ nhóm

N-acetonide thu được dãy analog 165-167, 184 của bengamide E (5) với sự thay đổi các

nhóm thế tại vị trí C-2 của chuỗi ketide Trong công trình công bố này, các tác giả không đề cập đến hoạt tính sinh học của các analog tổng hợp được [24]

Hình 1.25 Sơ đồ tổng hợp các analog của bengamide E(5) với sự biến đổi tại C-2 của

chuỗi ketide [24]

Năm 2013 nhóm nghiên cứu của Francisco Sarabia và cộng sự với mục tiêu tìm hiểu ảnh hưởng sự thay đổi cấu trúc của chuỗi polyketide đối với hoạt tính sinh học của bengamide đã nghiên cứu tổng hợp các analog bengamide với sự thay đổi hóa lập thể tại C-2, C-3, nhóm thế ở vị trí C-2, và sự có mặt của các vòng oxirane Để tổng hợp các analog này, phương pháp mới trong tổng hợp chọn lọc lập thể hợp chất epoxy đã được thực hiện với việc sử dụng muối sulfur ylide bất đối [36,37] Quy trình phản ứng được chỉ ra ở Hình 1.26

Hình 1.26 Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide biến đổi ở vị trí C-2; C-3 theo

Sarabia et al