Nghiên cứu tổng hợp và xác định hoạt tính sinh học một số dẫn xuất indenoisoquinolin (tt)

Do đó, nghiên cứu tổng hợp các dẫn chất mới và thử hoạt tính gây độc tế bào nhằm tìm kiếm các chất có hoạt tính chống ung thư theo cơ chế gây độc Topoisomerase 1 là rất có ý nghĩa khoa h

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ

CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Công trình đƣợc hoàn thành tại Viện Hóa học- Viện Hàn lâm

Khoa học và Công nghệ Việt nam

Vào hồi giờ … ngày tháng năm 201

Có thể tìm hiểu luận án tại:

A GIỚI THIỆU LUẬN ÁN

1 Tính cấp thiếp, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án

Các indenoisoquinolin có một số ưu điểm hơn các camptothecin Thứ

nhất, vị trí phân cắt DNA của NSC314622 (4) là khác so với camptothecin (1), do đó có thể cho phổ kháng ung thư khác nhau Thứ hai, các phức hợp

phân tách Top1-DNA-thuốc của indenoisoquinolin ổn định hơn Thứ ba, các indenoisoquinolin có tính ổn định về mặt hóa học Thứ tư, các indenoisoquinolin ít bị ảnh hưởng bởi các đột biến kháng thuốc Top1 của

R364H và N722S Hai indenoisoquinolin chất độc Top1: indotecan (5), indimitecan (6) đã được thử nghiệm lâm sàng giai đoạn I để điều trị bệnh

ung thư và đang được bắt đầu các thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II

Hình 1

Ngoài ra hướng nghiên cứu các hợp chất lai đang thu hút được nhiều

sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, các nghiên cứu gần đây cho thấy các hợp chất lai hóa có thể làm tăng hoạt tính và trong một số trường hợp có thể tránh được sự kháng thuốc so với thuốc một thành phần

Do đó, nghiên cứu tổng hợp các dẫn chất mới và thử hoạt tính gây độc tế bào nhằm tìm kiếm các chất có hoạt tính chống ung thư theo cơ chế gây độc Topoisomerase 1 là rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Vì vậy

chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp và xác định hoạt tính sinh

học một số dẫn xuất indenoisoquinolin”

2 Nhiệm vụ của luận án

1 Nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất mới của indenoisoquinolin dựa trên sự thay đổi các nhóm thể ở vòng B bằng cách thay đổi các mạch nhánh ở nguyên tử nitơ và gắn các hợp chất lai có cầu nối triazol

2 Nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất mới của indenoisoquinolin dựa trên sự thay đổi các nhóm thế ở vòng D với các nhóm thế metoxi hoặc metylendioxi Đồng thời thay đổi các nhóm thế trên vòng B thông qua cầu nối triazol bằng phản ứng click

3 Xác định hoạt tính sinh học của các hợp chất tổng hợp được

3 Những đóng góp của luận án

1 Đã tổng hợp thành công 41 hợp chất indenoisoquinolin mới

2 Đã đánh giá hoạt tính gây độc tế bào ung thư của 45 hợp chất

indenoisoquinolin trên 2 dòng tế bào ung thư biểu mô (Kb) và ung thư gan (Hep-G2), trong đó có 26 hợp chất có khả năng gây độc tế

bào ung thư khảo sát, có 12 hợp chất thể hiện hoạt tính gây độc tế bào ung thư mạnh với giá trị IC50 < 10 µM

3 Trong 45 hợp chất, có 4 hợp chất indenoisoquinolin có giá trị IC50

tương đương chất chuẩn đối chứng Ellipticine: 142a, 142m, 142n,

149

4 Trong 45 hợp chất, có 4 hợp chất indenoisoquinolin có giá trị IC50

cao hơn chất chuẩn đối chứng Ellipticine: 142l, 145, 148b, 148d

5 Trong 45 hợp chất có 6 hợp chất với nhóm thế metylendioxi và metoxi thay đổi trên vòng D có hoạt tính khá cao: 162d, 162e, 163b, 163d, 164c, 164d

4 Bố cục của luận án

Luận án có 111 trang bao gồm:

Mở đầu: 2 trang Mục tiêu : 1 trang Chương 1: Tổng quan 25 trang Chương 2: Thực nghiệm 34 trang Chương 3: Kết quả và thảo luận 48 trang Kết luận: 1 trang

Phần tài liệu tham khảo có 126 tài liệu về lĩnh vực liên quan của luận

án, được cập nhật đến năm 2017

Phần phụ lục gồm 40 trang gồm các loại phổ của các chất tổng hợp được

5 Phương pháp nghiên cứu

Các chất được tổng hợp theo các phương pháp tổng hợp hữu cơ hiện đại đã biết, có cải tiến và vận dụng thích hợp vào các trường hợp cụ thể Sản phẩm phản ứng được làm sạch bằng phương pháp sắc kí cột và kết tinh lại Cấu trúc của sản phẩm được xác định bằng các phương pháp phổ hiện đại như: IR, HRMS, 1H-NMR, 13C-NMR Hoạt tính sinh học được

thăm dò theo phương pháp của Mossman trên hai dòng tế bào ung thư KB, Hep-G2

B NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN Chương 1 TỔNG QUAN

Phần tổng quan của luận án trình bày các nội dung sau:

và dữ liệu chi tiết các phổ IR, HRMS, 1H-NMR, 13C-NMR

Đi từ hợp chất 142 chúng tôi tiến hành tổng hợp được 14 dẫn xuất mới của indenoisoquinolin 142a-n, sau đó từ hợp chất 142a,e chúng tôi tổng hợp được 2 dẫn xuất 143a,b

Đi từ lacton 50, chúng tôi tổng hợp được 6 dẫn xuất lai

indenoisoquinolin-AZT và 1 hợp chất lai với IM5

Chúng tôi đã tiến hành tổng hợp được 3 khung mới

indenoisoquinolin 153, 154, 155 Từ 3 hợp chất này tổng hợp được 15 dẫn

xuất lai indenoisoquinolin-triazol

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tổng hợp các indenoisoquinolin với nhóm thế khác nhau ở vòng B

Indenoisoquinolin được biết đến như một lớp chất có khả năng gây độc tế bào theo cơ chế gây độc topoisomerase I (top 1) So với camptothecin, indenoisoquinolin có nhiều ưu điểm hơn như: vị trí phân cắt

DNA của indenoisoquinolin 4 khác so với camptothecin (1) do đó có thể

cho phổ kháng ung thư khác nhau, các phức hợp phân tách thuốc của indenoisoquinolin ổn định hơn, các indenoisoquinolin có tính ổn định về mặt hóa học và ít bị ảnh hưởng bởi các đột biến kháng thuốc Top1 Những ưu điểm này đã thúc đẩy nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất mới của indenoisoquinolin

Top1-DNA-Ngoài ra, trong nghiên cứu trước đây của GS Nguyễn Văn Tuyến và cộng sự chỉ ra rằng, các dẫn xuất indenoisoquinolin có chứa mạch nhánh propan-2-ol gắn trên nguyên tử N của vòng B kết hợp với các đơn vị pyrolidinyl, piperazin và piperidin có hoạt tính gây độc tế bào cao đối với hai dòng tế bào KB và HepG2 Thêm vào đó, vòng 1,2,3-triazol được biết đến như là một phần của tác nhân hoạt tính sinh học Bên cạnh đó, các dẫn xuất có cầu nối triazol được tổng hợp dễ dàng nhờ phản ứng click Do đó việc lai ghép giữa 1,2,3-triazol với các dược phẩm khác trở thành một trong những nghiên cứu lý thú để phát triển thuốc mới

Từ những lý do trên, đã dẫn đến giả thuyết cho rằng việc đưa vòng triazol vào mạch nhánh chứa ba cacbon trên nguyên tử N trên vòng B của indenoisoquinolin, đặc biệt là indenoisoquinolin-propan-2-ol có thể tạo ra các hợp chất có hoạt tính sinh học đầy hứa hẹn

Sơ đồ 3 1

Phản ứng giữa nhóm azit và ankin được Artu Michael tìm ra cách đây một thế kỷ, sau đó được Huisgen nghiên cứu một cách hệ thống của phản ứng này để tổng hợp các hợp chất imiazol

Sơ đồ 3 2 Dựa trên ý tưởng về phản ứng click chúng tôi tiến hành tổng hợp các dẫn xuất mới của indenoisoquinolin nhờ việc gắn thêm các nhóm thế có chứa ankin để tham gia phản ứng click với các azit Đồng thời, chúng tôi cũng tiến hành tổng các dẫn xuất indenoisoquinolin mới thông qua cầu nối triazol với imatinib, chất ức chế tyrosin kinas được sử dụng trong điều trị ung thư, đặc biệt là bệnh bạch cầu mãn tính

Sơ đồ 3 3

3.2 Kết quả tổng hợp dẫn xuất lai triazol-indenoisoquinolin 142a-n

Các imidazol là các hợp chất dị vòng có cấu trúc rất lý thú có hoạt tính sinh học quý, một số hợp chất imidazol đã được sử dụng trong dược phẩm như kháng khuẩn 5-nitroimidazol, muconazol chống nấm, thuốc an thần midazolam

Sơ đồ 3 4

Để tiếp nối các nghiên cứu trước đây của GS Nguyễn Văn Tuyến và cộng sự, nhằm tìm kiếm các dẫn xuất mới của indenoisoquinolin có hoạt tính chống ung thư lý thú, chúng tôi đã sử dụng nguyên liệu đầu là hợp

chất 142 để tổng hợp các dẫn xuất 142a-n bằng phản ứng Click thu được sản phẩm 142a-n, hiệu suất phản ứng đạt 60-80%

Hợp chất 142a là tinh thể màu cam, có nhiệt độ nóng chảy là 240 oC

IR (KBr) cm-1: 3420, 3226, 2872, 1660, 1601, 1580, 1502, 1340,

1415, 1306, 1264, 1056, 971, 838, 756 1 H-NMR (DMSO-d6, 500 MHz):

8,56 (1H, d, J = 8,5 Hz); 8,2 (1H, d, J = 8,0 Hz); 7,99 (1H, s); 7,79-7,82 (1H, m); 7,50-7,73 (2H, m); 7,41-7,44 (3H, m); 5,75 (1H, bs, OH); 5,25 (1H, bs, OH); 4,59-4,69 (3H, m); 4,55 (2H, s), 4,40-4,44 (2H, m) 13 C- NMR (DMSO-d6, 125 MHz): 190,1; 162,8; 157,4; 147,7; 137,1; 134,3;

134,0; 133,4; 131,9; 130,9; 128,0; 127,0; 124,7; 124,1; 122,8; 122,5; 122,2; 107,1; 67,0; 55,0; 53,0; 47,9 HRMS tính toán: C22H19N4O4: 403,1401 [M+H]+; tìm thấy: 403,1402

Tương tự, cấu trúc của các hợp chất 142b-n cũng được chứng minh

bằng phổ IR, 1H-NMR, 13C-NMR và phổ HRMS Như vậy, chúng tôi đã

tổng hợp được 14 dẫn xuất mới của indenoisoquinolin với các nhóm thế ở

vòng B thông qua cầu nối triazol Các chất này chất này sẽ tiếp tục được thử hoạt tính chống ung thư

3.3 Kết quả tổng hợp các hợp chất lai 143a,b

Để mở rộng nghiên cứu, chúng tôi tiến hành este hóa nhóm hydroxi

của hợp chất 142a, 142e bằng cách xử lý với anhiđrit axetic để có được este 143a, 143b tương ứng

Hiệu suất phản ứng tương ứng đạt 75% và 77% Cấu trúc của sản phẩm được chứng minh bằng phổ IR, 1H-NMR, 13C-NMR, HRMS

4,66-(DMSO-d6; 125 MHz):190,0; 170,1; 169,1; 162,6; 156,4; 142,1; 136,6;

134,2; 134,0; 133,3; 131,7; 131,2; 128,0; 127,3; 126,1; 123,9; 122,6; 122,5; 122,5; 107,3; 69,1; 57,0; 49,9; 45,1; 20,5; 19,9 HRMS tính toán:

C26H23N4O6: 487,1612 [M+H]+; tìm thấy: 487,1615

Tương tự cấu trúc của hợp chất 143b cũng được chứng minh bằng

phương pháp phổ IR, 1

H-NMR, 13C-NMR và HRMS Như vậy, chúng tôi

đã tổng hợp được 2 dẫn xuất mới của indenoisoquinolin với các nhóm thế

hidroxi được este hóa Các chất này chất này sẽ tiếp tục được thử hoạt tính chống ung thư

3.4 Tổng hợp các hợp chất lai thông cầu nối triazol

Như chúng ta đã biết, 3'-Azit-3'-deoxytymidin (AZT, zidovudin) là một loại thuốc đã được chứng minh có hoạt tính kháng ung thư rõ rệt, đặc biệt là khi kết hợp với các thuốc chống ung thư khác như: 5-fluorouracil, cisplatin, paclitaxel và triterpenoid Do đó, chúng tôi đã tiến hành tổng hợp các hợp chất lai indenoisoquinolin-triazol-AZT với hy vọng các hợp chất này cho hoạt tính gây độc tế bào lý thú

3.4.1 Kết quả tổng hợp hợp chất 145

Từ ý tưởng trên, chúng tôi đã tiến hành tổng hợp hợp chất lai

indenoisoquinolin-triazol-AZT từ hợp chất 144 tạo ra hợp chất lai triazol-indenoisoquinolin-AZT 145 với hiệu suất cao 75%

7,56 (4H, m); 6,36 (1H, s); 5,77 (2H, s); 5,31 (1H, s, OH); 5,21 (1H, s), 4,01 (1H, s); 3,54-3,62 (4H, m); 1,77 (3H, s) 13C-NMR (DMSO-d6; 125

MHz): 190,1; 163,8; 162,2; 156,2; 150,5; 141,4; 136,3; 136,2; 134,6; 133,8; 133,7; 131,8; 131,4; 128,3; 127,6; 124,8; 122,9; 122,8; 122,7; 122,4; 109,6; 107,3; 84,5; 83,6; 60,6; 59,4; 47,7; 37,1; 12,4 HRMS tính toán: C29H25N6O6: 553,1830 [M+H]+; tìm thấy: 553,1833

Như vậy, chúng tôi đã tổng hợp thành công 1 dẫn xuất mới của indenoisoquinolin-AZT thông qua cầu nối triazol Chất này tiếp tục được thử hoạt tính chống ung thư

OH); 5,21 (1H, s); 4,01 (1H, s); 3,54-3,62 (4H, m); 1,77 (3H, s) 13 C-NMR

(DMSO-d6; 125 MHz): 189,9; 167,8; 163,8; 162,2; 156,2; 150,5; 141,4;

136,3; 136,2; 134,6; 133,8; 133,7; 131,8; 131,4; 128,3; 127,6; 124,8; 122,9; 122,8; 122,7; 122,4; 109,6; 107,3; 84,4; 83,9; 60,7; 59,3; 45,7; 37,1; 12,2 HRMS tính toán: C31H27N6O8: 611,1885 [M+H]+; tìm thấy: 611,1889

Cấu trúc của hợp chất 148b-e cũng được chứng minh tương tự bằng

IR, 1H-NMR, 13C-NMR, MS

Như vậy, chúng tôi đã tổng hợp được 5 dẫn xuất mới của indenoisoquinolin-AZT có cầu nối triazol với sự thay thế các nhóm thế gắn với N-lactam Các chất này chất này sẽ tiếp tục được thử hoạt tính chống ung thư

3.5 Kết quả tổng hợp dẫn xuất 149

Với ý tưởng ghép nối hợp chất có hoạt tính chống ung thư

hợp chất lai có hoạt tính chống ung thư cao, chúng tôi đã tiến hành tổng

hợp hợp chất lai giữa 144 và 144a

(4H, s); 7,67-7,69 (1H, m); 7,65 (3H, m); 7,45-7,55 (5H, m); 7,35-7,36 (2H, m); 7,21 (1H, s); 5,78 (2H, s); 5,63 (2H, s); 2,21 (3H, s) 13 C-NMR

(DMSO-d6; 125 MHz): 189,6; 164,8; 162,3; 161,5; 161,0; 159,4; 156,0;

151,3; 148,1; 141,8; 139,0; 137,7; 137,0; 136,0; 135,7; 134,8; 134,5; 134,3; 133,4; 133,2; 132,1; 131,5; 131,0; 130,0 (2xC); 128,0; 127,8 (2xC); 127,7; 127,6; 127,5 (2xC); 126,7; 125,0; 123,7; 122,6; 117,1; 116,7; 107,5; 107,3; 58,3; 38,0; 17,5 HRMS tính toán: C43H32N9O3: 722,2623 [M+H]+; tìm thấy: 722,2623

Như vậy, chúng tôi đã tổng hợp thành công 1 dẫn xuất mới của indenoisoquinolin-imatinib Chất này sẽ tiếp tục được thử hoạt tính chống ung thư

3.6 Chiến lược tổng hợp các dẫn xuất mới của indenoisoquinolin với nhóm thế metylendioxi, metoxi trên vòng D và các nhóm thế khác nhau trên vòng B

Theo Mark Cushman và cộng sự, đối với các hợp chất có nhóm thế metylendioxi hoặc hai nhóm metoxi trên các vòng A và D đều có hoạt tính cao Trên cơ sở đó, chúng tôi tiến hành tổng hợp các dẫn xuất mới của indenoisoquinolin với nhóm thế metylendioxy và metoxy trên vòng D Đồng thời, chúng tôi tiến hành tổng hợp các dẫn xuất indenoisoquinolin có mạch nhánh gắn với nguyên tử N là các cầu nối triazol bằng phản ứng click, với hy vọng các dẫn xuất tổng hợp được có hoạt tính gây độc tế bào

lý thú trên hai dòng ung thử nghiệm: KB và HepG2

Sơ đồ 3 9

3.6.1 Kết quả tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm thế metylendioxy

Với mục tiêu gắn thêm nhóm thế metylendioxi vào vòng D, chúng tôi

đã tổng hợp hợp chất 153 từ nguyên liệu đầu glyxyl và benzo[d][1,3]dioxole-5-carbaldehit thu được sản phẩm 153, hiệu suất phản

Sơ đồ 3 10 Tổng hợp khung indenoisoquinolin với nhóm thế

metylendioxi Hợp chất 153 là tinh thể màu tím đỏ, nhiệt độ nóng chảy là 207-

208oC

IR (KBr) cm-1: 2913; 1743; 1667; 1610; 1580; 1549; 1497; 1477; 1431; 1375; 1304; 1271; 1229; 1072; 1033; 997; 979; 929; 830; 787; 760; 725; 615; 573 1 H-NMR (500 MHz, CDCl3) δH ppm: 8,59 (1H, d, J = 8,0

Hz, H-1); 8,29 (1H, dd, J = 1,0; 8,0 Hz, H-4); 7,70 (1H, m, H-2); 7,42 (1H,

m, H-3); 7,08 (1H, s, H-7); 6,77 (1H, s, H-10); 6,07 (2H, s, H-18); 5,26 (2H, s, H-1’); 3,83 (3H, s, H-3’) 13 C-NMR (125 MHz, CDCl3) δc ppm:189,16 (C-11); 167,99 (C-2’); 163,01 (C-5); 154,74 ; 151,48 ; 149,25 ; 134,17 (C- Aren); 132,46 ; 132,17 (C- ren); 130,20 ; 128,66 ; 126,84 (C- Aren); 123,17 ; 122,55 ; 108,15 ; 105,68 ; 103,96 ; 102,71 (C-18); 53,14 (C-3’); 45,48 (C-1’)

Như vậy, chúng tôi đã tổng hợp thành công được 1 khung mới của indennoisoquinolin với nhóm thế metylendioxi trên vòng D và nhóm thế este gắn với nguyên tử N trên vòng B Hợp chất này tiếp tục được thử hoạt tính chống ung thư và làm nguyên liệu cho các tổng hợp tiếp theo

3.6.2 Kết quả tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm thế metoxy

Quá trình tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm thế metoxy

tương tự như tổng hợp hợp chất 153 nhưng nguyên liệu đầu là anđehit

được sử dụng trong phản ứng này 3-metoxibenzaldehit Nhưng ngoài mong đợi, kết quả của phản ứng lại tạo thành hỗn hợp hai sản phẩm là

đồng phân của nhau, hợp chất 154, 155 (1:1), hiệu suất tổng cộng tạo

thành hỗn hợp hai sản phẩm của phản ứng đạt 60%