Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án Quinazoline là lớp chất đầy tiềm năng trong thiết kế tổng hợp các loại thuốc chống ung thư theo cơ chế ức chế enzyme kin
Trang 1VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
Trang 2Công trình đƣợc hoàn thành tại Viện Hóa học- Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt nam
Người hướng dẫn khoa học:
1 GS.TS Nguyễn Văn Tuyến
hồi giờ … ngày tháng năm 2019
Trang 3A GIỚI THIỆU VỀ LUẬN ÁN
1 Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án
Quinazoline là lớp chất đầy tiềm năng trong thiết kế tổng hợp các loại
thuốc chống ung thư theo cơ chế ức chế enzyme kinase [1-4] Gefitinib (Iressa),erlotinib (Tarceva), lapatinib (Tykerb) và vandetanib (Caprelsa) là các hợp chấtquinazoline tiêu biểu đã được đưa vào sản xuất thuốc điều trị ung thư Trong đóGefitinib và Erlotinib là thuốc hoá trị liệu thụ thể yếu tố tăng sinh biểu bì(EGFR) thế hệ đầu tiên được sử dụng để điều trị ung thư phổi không tế bào nhỏ.Thuốc Erlotinb là một dẫn xuất của quinazoline có tên thương mại là Tarceva,được sản xuất bởi hãng dược phẩm Hoffmann - La Roche Thuốc được sử dụng
có hiệu quả cao cho điều trị bệnh ung thư phổi không phải tế bào nhỏ(UTPKPTBN) có đột biến hoạt hóa EGFR Đây là phương pháp đột phá trongđiều trị UTPKPTBN tạo ra cơ hội kéo dài thời gian sống với chất lượng sốngcao hơn Ở Việt Nam, thuốc Tarceva có thành phần là erlotinib hydrochloridechưa được sử dụng rộng rãi, trước hết vì chi phí điều trị bằng Tarceva rất đắttiền, 2.000 USD/chu kỳ điều trị (một chu kỳ =1 tháng), giá bán trên thị trường
Việt Nam khoảng 42 triệu đồng/lọ /30 viên loại 150mg Vì vậy, đề tài “Nghiên
cứu tổng hợp và đánh giá hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất quinazolin” là hướng nghiên cứu rất có ý nghĩa khoa
học và thực tiễn
2 Mục tiêu luận án:
1 Nghiên cứu cải tiến quy trình tổng hợp thuốc erlotinib hydrocloride
2 Nghiên cứu tổng hợp và xác định cấu trúc dẫn xuất quinazoline
3 Nghiên cứu tổng hợp và xác định cấu trúc của các hợp chất lai giữa các dẫn xuất quinazoline với các azide qua cầu nối triazole
1
Trang 44 Nghiên cứu thử hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất lai tổng hợpđược trên ba dòng tế bào ung thư ở người bao gồm KB (ung thư biểu mô,Hep-G2 (ung thư gan) và Lu (ung thư phổi không phải tế bào nhỏ).
3 Điểm mới của luận án:
a Đã tổng hợp thành công erlotinib hidrocloride theo quy trình cải tiến mới.
b Tổng hợp được 23 dẫn xuất quinazoline mới trong đó 19 dẫn xuất lai
chứa vòng triazole:
* 4 dẫn xuất lai của erlotinib với các azide khác nhau qua cầu nối triazole
* 4 dẫn xuất quinazoline -4- amin chứa nhóm crown ete ở vị trí C-6, C-7theo con đường hoàn toàn mới Các dẫn xuất này dùng để lai hóa với cácazide có các hoạt tính khác qua cầu nối triazole bằng phản ứng click
* 15 hợp chất lai của các crown ether quinazoline với các azide qua cầu nối triazole
c Đã khẳng định được cấu trúc của các hợp chất lai mới từ kết quả phân tích
dữ liệu phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR và 13NMR, HMBC, HSQC) và phổ khối lượng (HRMS)
C-d.Đã đánh giá hoạt tính của 19 dẫn xuất quinazoline mới trên ba dòng tế bàoung thư ở người bao gồm KB (ung thư biểu mô, Hep-G2 (ung thư gan) và Lu(ung thư phổi không phải tế bào nhỏ) trong đó có 13 chất có khả năng gây
độc tế bào ung thư khảo sát Trong số đó có 8 chất thể hiện hoạt tính chống
tế bào ung thư mạnh với giá trị IC50 có giá trị từ 2 đến 6 µM
e Sử dụng mô phỏng protein docking để dự đoán hoạt tính hướng đích của các hợp chất 120d, 122a, 122b, 123c
f Đã tổng hợp được hợp chất 122a có hoạt tính ức chế mạnh nhất đối với cả ba
dòng tế bào KB, Hep-G2 và Lu với giá trị IC50 tương ứng là 0,04 µM, 0,14
µM và 1,03 µM, tương ứng cao gấp 100 lần so với erlotinib Hợp chất 123c có
giá trị IC50 (1.49; 1.61; 1.81 µM) tương đương với chất chuẩn Ellipticine (IC50
lần lượt là 1.95; 2.72; 1.38 µM)
Trang 54 Bố cục của luận án:
Luận án gồm 129 trang gồm:
Mở đầu 2 trang
Chương 1: Tổng quan 31 trang
Chương 2: Thực nghiệm 25 trang
Chương 3: Kết quả và thảo luận 57 trang
Phần tài liệu tham khảo có 122 tài liệu về lĩnh vực liên quan của luận án, được cập nhật đến năm 2018
Phần phụ lục gồm 62 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 Sảnphẩm 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 đạinhư: IR, HRMS, ESI-MS, 1H-NMR, 13C-NMR, HMBC, HSQC, DEPT Hoạttính sinh học được thăm dò theo phương pháp của Mossman trên ba dòng tếbào ung thư KB, Hep-G2và Lu
Sử dụng mô phỏng protein docking để dự đoán hoạt tính hướng đích của cáchợp chất tổng hợp được
B NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
Trang 6CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM
Thực nghiệm gồm 25 trang, trình bày chi tiết về các phương pháp nghiêncứu, quy trình tổng hợp, tinh chế, các tính chất vật lý của các sản phẩm nhậnđược như: điểm chảy, hình thái, màu sắc, hiệu suất phản ứng và dữ liệu chitiết các phổ IR, HRMS, 1H-NMR, 13C-NMR, HMBC, HSQC, DEPT
CHƯƠNG 3: THẢO LUẬN KẾT QUẢ 3.1 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Luận án này tập trung nghiên cứu xây dựng quy trình tối ưu tổng hợp
erlotinib hydrochloride (sơ đồ 3.1) nhằm đưa ra quy trình tổng hợp erlotinib
hydrochloride có khả năng ứng dụng vào sản xuất ở Việt Nam, tổng hợp các dẫn
xuất mới của quinazoline (sơ đồ 3.2) và các hợp chất lai giữa khung quinazoline với
nhóm triazole (sơ đồ 3.3) để tìm kiếm các hợp chất mới có hoạt tính sinh học lý thú.
Sơ đồ 3.1: Quy trình tổng hợp erlotinib hydrocloride (93)
(a) BrCH 2 CH 2 OCH 3 , K 2 CO 3 , Bu 4 NHSO 4 , DMF, 110°C; (b) H 2 O, CH 3 OH, KOH, 30 o C; (c) Urea, 210-220°C; (d) P 2 O 5 , xylene, đun hồi lưu; (e) HNO 3 , acid acetic băng, 0°C; (f)
Na 2 S 2 O 4 , H 2 O, HCl; (g) DMF-DMA, acid acetic, toluen, 105°C; (h) 3-ethynylaniline, acid acetic, toluen, 60-110 o C; (i) khí HCl, CH 3 OH, 15-20°C.
Trang 7Sơ đồ 3.2: Tổng hợp các dẫn xuất quinazoline chứa nhóm crown ether ở
vị trí C-6, C-7
Thuốc thử và các điều kiện: (a) NH 2 OH.HCl, NaOH, MeOH, H 2 O, khuấy, 30-60 phút, 98%; (b) Ac 2 O, hồi lưu, 8-12 h, 90-95%; (c) Na 2 S 2 O 4 , H 2 O, 50-65 o C, 3-4 h, 80-85%; (d) 1,2- dicloethan, hoặc 1,3-dibrompropan, K 2 CO 3 , Bu 4 NHSO 4 , acetone, hồi lưu, 10 h; (e) H 2 O, MeOH, KOH, 30 o C, 4 h; (f) Urea, 150-160 °C, 5 h; (g) P 2 O 5 , xylene, hồi lưu, 5 h; (h) HNO 3 , acid acetic băng, 0°C, 2 h (i) DMF-DMA, acid acetic, toluene, hồi lưu, 4-6 h; (k) 3- etynylaniline, acid acetic, toluene, 60 o C-110 o C, 4-6 h, 50-63%.
95-Sơ đồ 3.3: Tổng hợp các hợp chất lai của dẫn xuất quinazoline 119a-d
với các azide qua cầu nối triazole.
Thuốc thử và điều kiện: 1 equiv 4-anilinoquinazoline 119a-d, 1,1 azide equiv, 12 equiv
DIPEA, 0,2 equiv CuI, THF, khuấy, 1-2 ngày, 70-90%.
5
Trang 83.2 TỔNG HỢP ERLOTINIB HYDROCLORIDE
Từ các phương pháp tổng hợp erlotinib hydrochloride được đề cập
trong tài liệu tham khảo như mô tả trong các sơ đồ 1.15-1.23 và các kết quả
nghiên cứu bước đầu của nhóm tác giả, nhận thấy mỗi phương pháp đều cónhững ưu nhược điểm nhất định Hai khó khăn lớn nhất của các phươngpháp là khử hóa nhóm nitro thành nhóm amin và phản ứng tổng hợp chấttrung gian 4-chloroquinazoline Để lựa chọn con đường tổng hợp thuốc nàyphù hợp với điều kiện ở Việt Nam, chúng tôi đã nghiên cứu kỹ các ưu vànhược điểm của từng phương pháp kết hợp với những nghiên cứu bước đầu,chúng tôi lựa chọn phương pháp phù hợp để nghiên cứu, cải tiến tổng hợp
erlotinib hydrochloride như trong sơ đồ 3.1.
Sản phẩm 93 được xác định cấu trúc bằng các phương pháp phổ hiện
đại 1H-NMR, 13C-NMR Erlotinib hydrocloride 93 là chất rắn màu vàng có
điểm chảy 228-229oC IR 3277, 3053, 3021, 2922, 2896, 2820, 2745, 2710,
1667, 1564, 1510, 1446, 1284, 1122, 8920 cm-1 1H-NMR (DMSO-d6) 11,45
(s, 1H, NH); 8,81 (s, 1H, Ar); 8,30 (s, 1H, Ar); 7,90-7,72 (m, 2H, Ar); 7,53-7,33 (m, 3H, HAr); 4,45-4,25 (m, 4H, CH2O); 3,79-3,70 (m, 4H,
H-CH2O), 3,40 (s, 1H, C≡CH), 3,25 (s, 6H, OCH3) 13C-NMR (DMSO-d6)
170,2; 159,1; 155,1; 151,2; 147,3; 142,3; 130,9; 125,8; 124,0; 122,3; 117,65;114,2; 108,8; 100,9; 87,1; 80,6; 76,7; 73,5; 51,3
3.3 TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT LAI CỦA ERLOTINB- TRIAZOLE
Việc tổng hợp các hợp chất có cấu trúc lai giữa hai hoặc nhiều cácchất có hoạt tính sinh học với nhau cũng là vấn đề hết sức lý thú và mới mẻ,hiện nay được nhiều nhà khoa học quan tâm Tổng hợp một hợp chất lai từhai hợp chất có hoạt tính chống ung thư, đặc biệt là các chất hoạt động theo
cơ chế tác dụng khác nhau có thể làm tăng hoạt tính hoặc cải thiện những
Trang 9nhược điểm của các hợp chất ban đầu Mặt khác, các hợp chất có cấu trúc laikhi đưa vào cơ thể sẽ được thủy phân dần dần nhờ những enzym trong cơ thểtạo ra các chất ban đầu, do vậy giảm hiệu ứng phụ và tăng hiệu quả do cóthời gian bán hủy dài Để tìm kiếm và mở rộng những hoạt tính mới lý thúcủa các dẫn xuất erlotinib, chúng tôi đã nghiên cứu tổng hợp các hợp chất laicủa erlotinib với các azide qua cầu nối triazole bằng phản ứng click Kết quả
thu được 4 dẫn xuất mới là 105a-d.
Hình 3.19: Cấu trúc hóa học và một số đặc trƣng vật lý của các hợp
chất 105a-d Cấu trúc dự kiến của các hợp chất lai 105a-d được khẳng định bằng các dữ
kiện phổ IR, MS, 1H-NMR và 13C-NMR của chúng
Trang 10IR (KBr) cm-1: 2930, 1623, 1583, 1535, 1507, 1442, 1350, 1238, 1034, 928.
1H-NMR (DMSO-d6, 500 MHz) δ: 9.61 (1H, s, NH), 9.56 (1H, s), 8.81 (1H,
t, J = 2 Hz), 8.51-8.47 (2H, m), 8.40 (1H, s), 8.35-8.33 (1H, m), 7.95-7.92 (3H, m), 7.67 (1H, d, J = 5.5 Hz), 7.53 (1H, t, J = 8 Hz), 7.23 (1H, s), 4.33-
4.28 (4H, m, CH3OCH2CH2O), 3.81-3.75 (4H, m, CH3OCH2CH2O), 3.38 (3H, s, OCH3), 3.36 (3H, s, OCH3) 13C-NMR (DMSO-d6, 125 MHz) δ:
156.4, 153.6, 152.9, 148.6, 148.1, 147.7, 140.2, 137.2, 131.6, 103.2, 129.2,125.9, 123.1, 122.4, 120.6, 120.1, 119.1, 114.6, 108.2, 103.3, 70.1, 70.0,
68.4, 68.1, 58.4, 58.3 LC-MS/MS (m/z) Theo tính toán: C 28 H 28 N 7 O 6 :558.2023 [M+H]+, Tìm thấy: 558.2061
3.4 TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT LAI CỦA DẪN XUẤT QUINAZOLINE CHỨA NHÓM CROWN ETHER Ở VỊ TRÍ C-6, C-7.
Những nghiên cứu về mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính sinhhọc (SAR) của các chất ức chế EGFR cho thấy rằng bộ khung 4-anilinoquinazoline rất quan trọng đối với hoạt động ức chế EGFR, và cácnhóm thế tại vị trí C-6 và C-7 chủ yếu đóng góp vào tính chất hóa lý củachúng với khả năng tương thích tốt với các nhánh cồng kềnh[15,16,104,105] Với những lợi thế này, trong những năm gần đây, nhiều dẫnxuất 4-anilinoquinazoline đã được thiết kế và tổng hợp liên tiếp Trong số
đó, các chất tương tự anilinoquinazoline được kết hợp với các chất ức chếmen tyfin EGFR mới [17,106,107] SAR cho thấy rằng các dị vòng có chứaoxy có kích thước vòng cao hơn 12 thành viên là các anilinoquinazoline hợpnhất, và nhóm thế được ưu tiên trên 4-anilino là một halogen như clo, brôm,hoặc nhóm phenyl ở vị trí meta [17,107] Một số trong số chúng được chứngminh là hoạt động trong xét nghiệm phosphoryl hóa nội bào EGFR qua trunggian trong tế bào khối u của con người A431 [17] trong khi một loại kháccho thấy có hoạt tính rất mạnh chống phân ly bởi sự ức chế của cả hai thụ
Trang 11thể tyrosine kinase bao gồm EGFR, VEGFR, PDGFR, và nonreceptor TKs bao gồm C-Src và Abl kinase với hoạt tính ức chế cao hơn chống lại EGFR
[107] Theo kết quả được đề cập ở trên, và xuất phát từ erlotinib, chúng tôi đãnghĩ ra và tổng hợp serie của các quinazoline hợp nhất vòng dioxygenated chứanhóm ethynyl ở vị trí meta của aniline không có vòng, với mục đích thu thập cáctác nhân hiển thị các hoạt động chống ung thư mạnh hơn
Trong nghiên cứu này, sự tổng hợp các crown ether quinazoline
119a-d qua 5-6 bước bằng hai con đường khác nhau Một là từ các benzaldehyd khác nhau, hai là từ acid 3,4-dihidroxy benzoic 106 như mô tả
trong sơ đồ 3.14.
Các phản ứng tổng hợp các dẫn xuất quinazoline theo sơ đồ 3.2
Kết quả thu được 4 dẫn xuất quinazoline chứa nhóm crown ether ở vị trí C-6, C-7
Hình 3.26: Cấu trúc của 4 hợp chất 4-aminoquinazoline chứa nhóm crown ether ở vị trí C-6, C-7 119a-d.
Cấu trúc của các hợp chất 119a-d được xác định đơn giản dựa trên
phân tích dữ liệu phổ, bao gồm IR và 1H-NMR, HRMS
9
Trang 123.5 TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT LAI QUINAZOLINE-TRIAZOLE
Sau khi có được các 4-anilinoquinazoline chúng tôi tiến hành tổng hợpcác hợp chất lai của chúng với các azide khác nhau qua cầu nối triazole Kếtquả thu được một loạt các dẫn xuất lai mới với ba hợp phần Hợp phần 4-anilinoquinazoline coi như phần khung, vòng triazole và hợp phần aryl gắnvới các nhóm thế thay đổi Hầu hết các chất ức chế men EGFR-tyrosinekinase đều có cùng một bộ 4-anilinoquinazoline, chỉ có các nhóm thế và cácchuỗi bên biến đổi Do đó, sự thay thế nhóm axetylen ở vị trí C-3 của vòngphenyl trong phân tử quinazoline ban đầu bởi một hạt nhân triazole bằng mộtliên kết đơn có thể làm cứng cấu trúc của phân tử tạo thành Do đó làm tăngliên kết hydro giữa vòng triazole và xương sống peptide của các thụ thểEGFR từ đó cải thiện các hoạt động ức chế của các hợp chất lai thu được.Bên cạnh đó, chúng tôi cũng xem xét ảnh hưởng của các nhóm thế triazolylđến chức năng hoạt hóa sinh học của chất, đặc biệt là hai nhóm nitro- vàtrifluoromethylphenyltriazole Do đặc tính hóa học và vật lý của nitơ và flo
mà sự có mặt của một trong hai nhóm nguyên tử như NO2 và CF3 trong phân
tử có thể làm tăng hoạt tính dược học có lợi cho các phân tử thu được Do đócác nhà hóa học hữu cơ và dược phẩm ngày càng quan tâm đến thiết kế tổnghợp các khung chứa hai loại nhóm chức NO2 và CF3 Với những lí do đó,chúng tôi tiếp tục sử dụng phản ứng click với xúc tác đồng (I) gắn kết các
alkyne trung gian quan trọng 119a-d với nitrophenyl- và
trifluoromethylphenylazide tạo ra các hợp chất lai triazole thay thế
4-anilinoquinazoline-mục tiêu 120-123a-d với hiệu suất 70-90% (sơ đồ 3.3).
Cấu trúc của các hợp chất lai 120-123a-d được xác định bằng quang phổ 1NMR, 13C-NMR và MS (ESI) của chúng Đáng chú ý, phổ 1H-NMR của cáchợp chất lai cho thấy một pic singlet tại 9,17-9,65 ppm tương ứng với
Trang 13H-triazolyl proton, trong khi phổ 13C-NMR cho thấy các đỉnh ở 120-123 ppm
và 147-149 ppm tương ứng với đặc tính CH và Cq của vòng triazole
Phản ứng tổng hợp các hợp chất lai theo sơ đồ 3.3
Kết quả thu được 4 dãy các hợp chất lai của các hợp chất
119a-d 3.5.1 Tổng hợp các hợp chất lai của 119a-dẫn xuất 119a
Các hợp chất lai dãy 120a-d đều là các tinh thể không màu có điểm chảy từ
Trang 14Chất rắn không màu Nhiệt độ nóng chảy 212oC Hiệu suất 87% IR(KBr) 3132, 2924, 2853, 1611, 1568, 1538, 1492, 1411, 1354, 1033, 924,
888, 773 cm-1 1H-NMR (DMSO-d6, 500 MHz) δ 9.96 (1H, s, NH), 9.19 (1H, s), 8.65 (1H, s), 8.62 (1H, d, J = 8 Hz), 8.50 (1H, t, J = 1.5 Hz), 8.26 (1H, d, J = 7.5 Hz), 8.03-7.95 (3H, m), 7.88 (2H, t, J = 7 Hz), 7.82 (1H, d, J
= 7.5 Hz), 7.68-7.65 (2H, m), 7.54 (1H, t, J = 8 Hz) 13C-NMR (DMSO-d6,
125 MHz) δ 157.9, 154.5, 149.7, 147.1, 144.1, 139.9, 134.5, 133.1, 131.3,130.2, 129.3, 129.1, 127.8, 127.5, 126.4, 125.6, 123.0, 122.9, 122.5, 121.0,
119.3, 115.2 ESI-MS (m/z) Theo tính toán: C22H16N7O2: 410.1287 [M+H]+;
Cấu trúc các hợp chất lai của chất 119b
Cấu trúc của hợp chất lai 121d được chứng minh bằng các phổ IR, NMR, HSQC, HMBC, DEPT, MS.