NGHIÊN cứu TỔNG hợp và ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH SINH học của một số dẫn XUẤT INDOLE

TÓM TẮTTừ các tác chất như: dẫn xuất indole, các amine vòng, 4-methoxybenzaldehyde,nghiên cứu sử dụng phản ứng Mannich ba hợp phần để tạo nên các dẫn xuất indolehoàn toàn mới 5/6 dẫn xuấ

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT INDOLE

TÓM TẮT

Từ các tác chất như: dẫn xuất indole, các amine vòng, 4-methoxybenzaldehyde,nghiên cứu sử dụng phản ứng Mannich ba hợp phần để tạo nên các dẫn xuất indolehoàn toàn mới (5/6 dẫn xuất tổng hợp được là hợp chất mới tra cứu theo Scifindertháng 1/2019).Trong nghiên cứu này, ethylene glycol được sử dụng vừa làm dungmôi vừa làm xúc tác cho phản ứng Mannich xảy ra Các phản ứng diễn ra ở nhiệt độphòng nên việc tiến hành phản ứng rất dễ dàng Các dẫn xuất sau khi tổng hợp đãđược thử hoạt tính gây độc tế bào ung thư màng tim RD Có /6 dẫn xuất đã tổnghợp được có khả năng kháng tế bào ung thư màng tim RD ở nồng độ µM trongvòng giờ với % ức chế tế bào tương ứng như sau: IHPMM ( %), 5HPMM ( %),CHPMM ( %), PHPMM ( %), CHMMM ( %), CHIMM ( %)

Từ khóa: Dẫn xuất Indole, phản ứng Mannich, kháng ung thư màng tim.

MỞ ĐẦU

Dẫn xuất indole ngày càng phát triển mạnh mẽ không chỉ bởi hoạt tính sinh học cao

mà còn về những ứng dụng lâm sàng đa dạng của chúng trong thực tiễn Nhiều côngtrình nghiên cứu cho thấy các dẫn xuất này có tác dụng kháng tế bào ung thư, khángkhuẩn, kháng nấm, kháng HIV, kháng viêm, tác dụng hạ huyết áp, chống co giật…

Từ những vấn đề nêu trên, đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá hoạt tính sinhhọc của một số dẫn xuất indole” được thực hiện nhằm góp phần nghiên cứu tìm ranhững hợp chất mới hoặc tác nhân mới có hoạt tính sinh học tốt từ đó ứng dụng vàotrong thực tiễn

Mục tiêu đề tài:

Từ các tác chất ban đầu: indole hoặc các dẫn xuất khác của indole, aldehyde thơm,amine vòng no Thực hiện phản ứng ba hợp phần để thu được các sản phẩm mongmuốn

Cấu trúc của các chất được xác định bằng cách đo nhiệt độ nóng chảy, HPLC,HRMS, phổ FTIR và NMR Sau đó, các dẫn xuất vừa tổng hợp trên được thử hoạttính gây độc tế bào ung thư màng tim RD

DANH MỤC VIẾT TẮT

FTIR Infrared SpectroscopyFourier Transform Quang phổ chuyển đổihồng ngoại Fourier

IARC International Agency forResearch on Cancer Cơ quan nghiên cứu Ungthư Thế giới

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Khái quát về Indole

1.1.1 Đặc điểm, tính chất hóa lý của Indole

a) Đặc điểm

Indole hay còn có tên gọi khác là benzopyrrole, là một hợp chất hữu cơ dị vòngphẳng Công thức cấu tạo bao gồm vòng benzene sáu cạnh gắn với vòng pyrrolenăm cạnh chứa nitơ Trong phân tử indole, cặp electron độc thân của nitơ tham giavào hệ liên hợp của vòng thơm nên indole không phải là một base và không đơnthuần thể hiện tính chất của một amine như pyrrole.[1]

Công thức phân tử: C8H7N

Công thức cấu tạo:

H N

Quy tắc đánh số trên phân tử indole:

H N

1 2 3 4

Trong phân tử indole, vòng pyrrole có khả năng phản ứng thế ái điện tử cao hơnvòng benzene, vì thế các tác nhân ái điện tử sẽ ưu tiên thế vào vị trí số 3 ở phía dịvòng nhờ tạo sản phẩm trung gian bền hơn:

H N

1 2 3 4 5 6

7 8 9

H N H E

E H

1 2 3 4 5 6

7 8 9

 Proton hóa

1H - indoli nhưng kém bền và bị chuyển hóa nhanh thành ion 3H - indoli bền:

Cation 1H - indoli Cation 3H - indoli

Cation 3H – indoli tác dụng với một phân tử indole sinh ra dime là 2–(indol-3-yl)

indolin:

H N

H H +

H

N H

Cation 3H – indoli tác dụng với sodium hydrosulfite tạo ra muối

indolin-2-sunfonate là chất dễ kết tinh:

H NaHSO3 pH=4

H N

H H

H N

H N

No 2

No HNO3l

H2SO4d

Khi nitro hoá indole bằng benzoyl nitrat (sinh ra khi cho benzoyl clorua vào bạcnitrat ở 0℃), sản phẩm sinh ra là 3-nitroindole:

H N

C6H5COONO2

00C

H N

NO 2

 Halogen hóa

Các phản ứng halogen hóa indole thường xảy ra ở vị trí số 3 (ưu tiên) và chỉ một số

ít là 2-haloindole Cả 2 loại dẫn xuất này đều kém bền, phải dùng ngay khi mới điềuchú

Để thu được 3-cloroindole có thể cho indole tác dụng với clo trong dung dịchNaOH hoặc clo hóa N-benzoylindole rồi giải phóng nhóm benzoyl:

H

N Cl

2/NaOH (NaOCl)

N

N

Cl N

O POCl3

H N Cl

I

H N

CHCl

-Cl

HCl N

HC N(CH 3 ) 2 (H 3 C) 2 N

H2O NaOH

H N

CHO

phẩm 3-axylindole:

H N RCON(CH3)2/POCl3

H N

RC O

Phản ứng Houben-Hoesch (tác nhân RCN và HCl) cũng được dùng để tổng hợp

ZnCl2

H N

C NH R

H2O/H

NH4OH -

H N

C R O

 Phản ứng với andehyde và ketone

Indole phản ứng với aldehyde và ketone khi có xúc tác, đầu tiên sinh ra ylcacbinol không bền bị dehirat hóa ngay thành cation 3-ankyliden-3H-indoli:

indole-3-H N

CH 3

CH 3 COCH3

H 2 SO4d/0oC

H N

CH 3

CH 3

H 3 C

 Phản ứng Michael với ketone, nitrile và hợp chất nitro α,β-không no

Indole phản ứng với ketone α,β-không no nhờ chất xúc tác acid tạo ra dẫn xuất ở vịtrí 3:

H N +

H 3 C O (CH

3CO)2O, CH3COOH

100oC

H N

H 3 C O

Nitroeten tham gia phản ứng Michael với indole một cách dễ dàng mà không cần

đến xúc tác hay đun nóng:

H N +

 Phản ứng với muối điazoni

Indole tác dụng với benzenđiazoni clorua tạo ra những sản phẩm phức tạp Nhưng2-metylindole lại tham gia phản ứng azo hóa bình thường:

H N

CH 3 + N N C 6 H 5 - H+

H N

C6H6, to

N

CH 3

OCOC 6 H 5

Nếu vị trí số 3 bị chiếm thì phản ứng sẽ xảy ra ở vị trí số 2

 Các phản ứng perixiclic và quang hóa

Liên kết đôi ở phần dị vòng trong phân từ indole có thể tham gia phản ứng cộngđóng vòng:

SO 2 C 6 H 5

H N

H H

COOCH 3

H 3 COOC

CH 3 COOCH 3 COOCH 3

H H

 Các phản ứng oxi hóa - khử[5]

 Phản ứng oxi hóa

Indole dễ dàng tự oxy hóa bởi oxy, đầu tiên sinh ra một hidroperoxit, tiếp theo là

trình là indigo:

H N

O2 N

O

N H

O H

Nối đôi ở vị trí 2-3 của indole có thể bị oxy hóa đứt ra và mở vòng bởi tác dụng củaozon, natri periodat và nhiều tác nhân khác:

H N

Khử indole bằng lithi hoặc natri trong amoniac lỏng có mặt ancol (phương pháp

Birch) cho hỗn hợp sản phẩm gồm 4,7-dihidroindole và 4,5,6,7-tetrahidroindole:

H N

Phản ứng khử vòng pirole của indole có thể xảy ra khi dùng natri xianoborohidrua

1.1.2 Các hợp chất chứa vòng indole và ứng dụng của chúng

Cấu trúc indole được phát hiện trong nhiều hệ thống sinh học bao gồm amino acidtryptophan (là một trong những loại amino acid thiết yếu không thể thay thế trong

cơ thể con người), chất dẫn truyền thần kinh serotonin và hormone melatonin củađộng vật có vú.[6]

Tryptophan là thành phần cấu trúc của nhiều protein cũng như tiền chất sinh tổng

hợp của serotonin, từ đó đóng vai trò là tiền chất của melatonin trong cơ thể độngvật:

H N H COO

NH 3

H N

HO NH 2

H N

H 3 CO NH COCH 3

Tryptophan Serotonin Melatonin

Trong thực vật, tryptophan là cơ sở để tổng hợp auxin (acid indole-3-acetic)triptamin:[3]

H N

NH 2

H N

COOH Tryptamin Acid indole-3-acetic

Auxin là hormone kích thích sự tăng trưởng ở thực vật

thần kinh, giấc ngủ, nhận thức, sự thèm ăn và tâm trạng, trong khi melatonin là mộtchất sinh học tự nhiên gây ra và duy trì giấc ngủ, không những thế còn có tác dụnglàm chậm quá trình già nua và kéo dài tuổi thọ của bệnh nhân ung thư.[6]

Dị vòng indole cũng được phát hiện có mặt trong các alkaloid sinh học (indole tuy

có nhóm NH nhưng không được coi như là một alkaloid mà chỉ là thành phần của

các alkaloid đó)

Các alkaloid này được phân lập vào cuối những năm 1950 từ cây Madagasca

periwinkle và được công ty Eli Lilly đưa vào thị trường để điều trị một số loại ung

thư vào đầu những năm 1960 Cả hai hợp chất hoạt động bằng cách ức chế sự hìnhthành vi ống thông qua liên kết với tubulin (đó là khối xây dựng cơ bản của vi ống),

và ngăn chặn sự kết tụ của chúng.[7]

N H

N OH

CH 3

O O

N O

N H O O

O O H HO Vinblastine

N H

N OH

C 2 H 5

O O

N O

N H O O O H HO OHC

O

C2H5

Vincristine

Gramin hay 3-(dimetylaminomethyl)indole có trong một số hạt đang nảy mầm, làsản phẩm trung gian trong quá trình sinh tổng hợp acid indolacetic, tryptamin vàtriptophan

H N

N(CH 3 ) 2 Gramin

N,N-dimethyltryptamine là một thành phần củ cây rau Piptadenia peregrine, nó có

tính chất gây ảo giác[8] Một số dẫn xuất khác của tryptamine như psilocin vàpsilocybine là những alkaloid rất độc có trong một số loại nấm, cũng có tính chấtgây ảo giác, được thử nghiệm trên loài mèo[9] Ngoài ra phải kể đến 2 dẫn xuất

hydroxy là serotonin (hormone truyền dẫn thần kinh) và bufotoxin (có trong da cóc

và một số loài nấm)

H N

Yohimbine được tìm thấy có trong thành phần vỏ cây Corynanthe yohimbeun cùng

với nhiều alkaloid khác, được phân lập lần đầu tiên năm 1900

N H

N

H H COOCH

3 OH H

Yohimbine

Một alkaloid indole quan trọng là Reserpine được tìm thấy trong thành phần rễ cây

Rauwolfia của Ấn Độ và đã được R.B Woodward tổng hợp toàn phần từ năm

1960[10], Reserpine có tác dụng trong việc chữa bệnh về huyết áp, bệnh trầm cảm

chán nản Melancholia và hội chứng Parkinson[11, 12]

N H

H 3 C N R

Indigo là phẩm nhuộm thiên nhiên được biết từ lâu, có trong nhựa một số loài cây

họ chàm như Indigofera tinctoria, Poligonum tinctorium, Isatis tinctoria Cấu tạo

của Indigo được xác định từ năm 1880, đến năm 1882 thì tổng hợp thành công Đểtách indigo từ thân và lá cây chàm, dùng phương pháp vi sinh dưới hình thức ủ cholên men, indican sẽ bị thủy phân để tạo indoxyl và glucose Dưới tác dụng của oxikhông khí, indoxyl sẽ chuyển thành indigo[13]:

N H CH C

O C 6 H 11 O 5

+ H2O

N H CH C OH

+ C6H12O6indican indoxyl

N H CH C OH

indoxyl

+ O2-2 H2O N

H C C O C NH C O indigo

 Các dược phẩm có vòng indole trong phân tử[3]

N H

N NH

 Thuốc trị bệnh huyết áp cao: indoramin, pindolol

N H

CH 2 CH 2 N NHCOC

6 H 5

Indoramin

N H

OCH 2 CHCH 2 NHCH(CH 3 ) 2 OH

R 1

R 2 +

CHO

OCH 3 +

H

N Catalyst-free

EG, 55oC

H N

R 1

R 2 N

H 3 CO

 Cơ chế phản ứng Mannich[14, 15]:

 Giai đoạn 1: Tạo Ion Iminium từ aldehyde và amine

 Giai đoạn 2: Phản ứng thế ái điện tử vào vị trí 3 của Indole

O O H

N

OCH 3

OH H

O O

H - H O O H

O H

OCH 3 N

OCH 3

O H O H O

OH OH + H2O H

1.2.2 Các công trình nghiên cứu và ứng dụng của phản ứng Mannich

Phản ứng Mannich là một phản ứng hữu cơ quan trọng được sử dụng khá phổ biếntrong việc hình thành liên kết C-C và C-N Sản phẩm cuối của nó là base Mannich

đã thu hút ngày càng nhiều sự chú ý của các nhà hóa học do các hoạt tính sinh học

cụ thể của chúng như kháng virus, kháng khuẩn, kháng nấm, chất ức chế enzymeacetylcholinesterase, chất chống oxy hóa, chất chống sinh trưởng của tế bào, thuốcchống nôn mửa, thuốc chống viêm, thuốc giảm đau.[16, 17]

Năm 2018 phản ứng Mannich thu hút được nhiều sự chú ý và đã có khá nhiều cácbài báo, các bài báo cáo khoa học được công bố Liang Hui-Xie và các cộng sự đãthực hiện phản ứng giữa các dẫn xuất indole với nhiều loại imine vòng và công bốđiều kiện tối ưu của các phản ứng: dùng xúc tác MsOH, dung môi phản ứng

tính như kháng thụ thể h5-HT2A, ức chế thụ thể CB1

+

N H

MsOH

H2O/THF = 2:1

40oC, 36h N

H NH

Shao-H và các cộng sự đã dùng phản ứng Mannich không đối xứng để tổng hợp cácdẫn xuất có tính chọn lọc lập thể của spiro[pyrrolidin-3,3’–oxiindoles][18],dùng xúctác Takemoto thiourea với dung môi phản ứng là dioxane, hiệu suất phản ứng có thểlên đến 97% khi dùng các benzaldehyde để tránh hiện tượng trime hóa.Các dẫn xuấtthu được có hoạt tính sinh học như:

- Ức chế tế bào ung thư vú MDA-MB-231

N H

HN O

Bn

O O

NH

O

O N

Cl 6-Chloro-2'-ethyl-2-oxo-4'-phenyl-1,2-dihydro- spiro[indole-3,3'-pyrrolidine]-5'-carboxylic acid dimethylamide

Cũng trong năm 2018, Jakub Iwanejko và các cộng sự đã khảo sát phản ứngMannich giữa cyclohexanone, benzaldehyde, aniline và thu được sản phẩmbase Mannich độ chuyển hóa cao nhất lên đến 98% với điều kiện phản ứng:dung môi là H2O, nhiệt độ phòng, xúc tác [S(CH2C6H4)Bi(OH2)]+[ClO4](5mol%)[19]:

N R +

N

R 2

R 2 R1

Những nghiên cứu trong phần tổng quan về Indole và phản ứng Mannich đãcho thấy những hoạt tính sinh học đa dạng của chúng, đặc biệt là khả năngkháng ung thư, một đóng góp có ý nghĩa nhân văn to lớn cho nhân loại nóichung và ngành khoa học nói riêng cũng như mở ra những hy vọng để điềuchế thêm nhiều loại thuốc chữa trị cho các bệnh nhân ung thư Chính vì thếchúng tôi đã quyết định nghiên cứu và thực hiện phản ứng Mannich giữa cácindole, 4-methoxybenzaldehyde và các amine vòng no với mong muốn thuđược các dẫn xuất mới có hoạt tính sinh học

1.3 Thử nghiệm hoạt tính trên tế bào ung thư RD

1.3.1 Giới thiệu về bệnh ung thư và tình hình ung thư hiện nay

Ung thư là một danh từ chung để mô tả một nhóm các bệnh có sự thay đổi về sinhsản, tăng trưởng và chức năng của tế bào Các tế bào bình thường trở nên bất

thường (đột biến) và tăng sinh một cách không kiểm soát, xâm lấn các mô ở gần(xâm lấn cục bộ) hay ở xa (di căn) qua hệ thống bạch huyết hay mạch máu Di cănchính là nguyên nhân gây tử vong chính của bệnh ung thư Ung thư còn có thể gọivới những thuật ngữ khác nhau như khối u ác tính hoặc tăng sinh ác tính (malignantneoplasm) Bệnh ung thư có thể được phân loại như sau[21]:

- Carcinoma (ung thư biểu mô): Là ung thư bắt nguồn trong da hoặc trong các

mô lót hay phủ các cơ quan bên trong Ví dụ như ung thư da, ung thư cổ tửcung, ung thư hậu môn, ung thư thực quản, ung thư thanh quản, ung thư gan,ung thư thận, ung thư tuyến giáp, ung thư tinh hoàn, ung thư dạ dày

- Sarcoma (ung thư mô liên kết): Là ung thư bắt nguồn trong xương, sụn, mỡ,

cơ, mạch máu hay các mô liên kết khác

- Leukemia (bệnh bạch cầu hay “bệnh máu trắng”): Là ung thư bắt nguồntrong mô tạo máu như tủy xương và sinh ra một số lượng lớn các tế bào máubất thường tiến vào dòng máu

- Lymphoa và Myeloma (u lympho bào, u tủy): Là ung thư bắt nguồn trongcác tế bào của hệ miễn dịch

- Ung thư hệ thần kinh trung ương: Là ung thư bắt nguồn trong các mô não vàtủy sống

Sự tăng sinh một cách bất thường của tế bào là kết quả của sự tương tác giữa yếu tốgen của một người với các yếu tố bên ngoài bao gồm:

- Các yếu tố vật lý như bức xạ tia cực tím và ion hóa

- Các chất hóa học gây ung thư như amiăng, các thành phần của khói thuốc lánhư nicotine, aflatoxin (chất gây ô nhiễm thức ăn), asen (chất gây ô nhiễmnguồn nước sinh hoạt),

- Các tác nhân sinh học gây ung thư như virus, vi khuẩn, hoặc kí sinh trùng, Hiện nay bệnh ung thư được điều trị bằng các liệu pháp như phẫu trị, xạ trị, hóa trịnhằm mục tiêu chăm sóc, giảm nhẹ và kéo dài tuổi thọ cho bệnh nhân hoặc có thể

chữa lành nếu phát hiện sớm Các liệu pháp này có thể được dùng đơn lẻ hoặc phốihợp với nhau tùy thuộc vào loại, vị trí khối u và thể trạng của bệnh nhân nhưngquan trọng hơn cả là nâng cao chất lượng cuộc sống, hỗ trợ khích lệ về mặt tâm lýcho người bệnh Các liệu pháp phổ biến hiện nay là phẫu thuật và xạ trị.

Theo Tổ chức y tế Thế giới (WHO), ung thư đang trở thành nguyên nhân gây tửvong hàng đầu trên thế giới Trong năm 2018, số người mắc bệnh ung thư trên thếgiới gia tăng một cách nhanh chóng với 18.1 triệu ca mắc bệnh mới và có khoảng9,6 triệu người trên thế giới đã tử vong Số liệu trên được Cơ quan Quốc tế Nghiêncứu ung thư (IARC) thuộc WHO công bố ngày 12/9/2018, dựa trên công trìnhnghiên cứu thực hiện tại 185 quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới Con số nàytăng so với 14.1 triệu ca mắc bệnh mới và 8.2 triệu người tử vong vì ung thư trongcuộc khảo sát gần nhất vào năm 2012 Cũng theo báo cáo của WHO cho biết ungthư phổi, ung thư vú ở nữ giới và ung thư đại trực tràng là nguyên nhân gây ra 1/3

phổi là nguyên nhân khiến 1,8 triệu người tử vong – chiếm 18,4% trường hợp tửvong vì ung thư trong năm 2018 Ung thư đại trực tràng là nguyên nhân gây tử vongthứ hai, khiến 881.000 người tử vong, trong khi số người tử vong vì ung thư vú là627.000 trường hợp Số trường hợp có thể kéo dài tuổi thọ thêm 5 năm ước tính

tỉ lệ tử vong cao là 70% (tức 115000 ca), tính chung cho cả 2 giới có 5 loại ung thưmắc nhiều nhất là: Ung thư gan với hơn 25000 ca (15.4%), ung thư phổi (14.4%),ung thư dạ dày (10.6%), ung thư vú và ung thư đại tràng Ở nam giới loại ung thưphổ biến nhất là ung thư phổi (21.5%) còn ở nữ giới loại ung thư phổ biến nhất làung thư vú, ước tính trung bình mỗi năm có hơn 15000 phụ nữ Việt Nam mắc ungthư vú

1.3.2 Giới thiệu về ung thư màng tim

Tế bào RD có tên khoa học là Rhapdomyosarcoma, là tế bào cấu tạo nên màng tim

của con người Khi các tế bào RD chịu ảnh hưởng từ các tác nhân vật lý, hóa học