Nhằm tiếp tục đóng góp vào công trình nghiên cứu tổng hợp các dẫn chất quang hoạt phthalazinon có tác dụng ức chế chọn lọc (PDE4) và tác dụng kháng viêm mạnh, tác giả tiến hành tổng hợp các dẫn chất quang hoạt N-heptyl và N-benzyl của cis(+); cis(-)-4-(3,4-dimethoxyphenyl) hexahydro phthalazinon.
Trang 1TỔNG HỢP, XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CÁC DẪN CHẤT QUANG HOẠT
N-HEPTYL VÀ N-BENZYL CỦA CIS (+);
CIS ( −)-4-(3,4-DIMETHOXYPHENYL) HEXAHYDRO PHTHALAZINON
CÓ TÁC DỤNG SINH HỌC
Chương Ngọc Nãi*, Trương Ngọc Quỳnh Nhi**, Nguyễn Ngọc Vinh*, Nguyễn Đức Tuấn**,
Đặng Văn Tịnh**
TÓM TẮT
Đặt vấn đề: Những năm gần đây, hoạt tính ức chế chọn lọc phosphodiesterase IV (PDE4) được phát hiện ở
các dẫn chất thế N-alkyl của phthalazinon Bên cạnh đó, nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã khảo sát thành công quy trình tổng hợp các dẫn chất cis-N-alkyl phthalazinon có tác dụng ức chế chọn lọc phosphodiesterase IV và tác dụng kháng viêm mạnh Để tiếp tục công trình nghiên cứu, chúng tôi thực hiện tổng hợp các dẫn chất quang hoạt N-heptyl và N-benzyl của cis(+); cis(-)-4-(3,4-dimethoxyphenyl) hexahydro phthalazinon, đồng thời thực hiện phương pháp xác định cấu trúc các sản phẩm sau tổng hợp
Mục tiêu nghiên cứu: Nhằm tiếp tục đóng góp vào công trình nghiên cứu tổng hợp các dẫn chất quang
hoạt phthalazinon có tác dụng ức chế chọn lọc (PDE4) và tác dụng kháng viêm mạnh, chúng tôi tiến hành tổng hợp các dẫn chất quang hoạt N-heptyl và N-benzyl của cis(+); cis(-)-4-(3,4-dimethoxyphenyl) hexahydro phthalazinon
Đối tượng – Phương pháp nghiên cứu: Tiến hành tổng hợp các dẫn chất quang hoạt heptyl và
N-benzyl của cis(+); cis(-)-4-(3,4-dimethoxyphenyl) hexahydro phthalazinon Thực hiện các phương pháp xác định
cấu trúc và kiểm tra độ tinh khiết quang học các sản phẩm tổng hợp được
Kết quả: Đã tổng hợp thành công các dẫn chất N-heptyl và N-benzyl của cis(+);
cis(-)-4-(3,4-dimethoxyphenyl) hexahydro phthalazinon có tiềm năng sinh học
Kết luận: Quy trình tách acid carboxylic dạng racemic sử dụng tác nhân bất đối xứng là base tinh khiết về
mặt quang học (R)-(+) và (S)-(−)-α-methylbenzylamin thu được sản phẩm là acid carboxylic có tính quang hoạt với độ tinh khiết quang học cao Từ đó, tiến hành tổng hợp và xác định cấu trúc các dẫn chất heptyl và N-benzyl của cis(+); cis(-)-4-(3,4-dimethoxyphenyl) hexahydro phthalazinon
Từ khóa: cis(+); cis(-)-4-(3,4-dimethoxyphenyl) hexahydro phthalazinon, kháng viêm, ức chế phosphodiesterase
ABSTRACT
SYNTHESIS, STRUCTURE DETERMINATION OF NEW CHIRAL DERIVATIVES N-HEPTYL AND N-BENZYL CIS (+); CIS (−)-4-(3,4-DIMETHOXYPHENYL) HEXAHYDRO PHTHALAZINONE
WITH POTENTIAL BIOLOGICAL ACTIVITIES
Chuong Ngoc Nai, Truong Ngoc Quynh Nhi, Nguyen Ngoc Vinh, Nguyen Duc Tuan, Dang Van Tinh * Y Hoc TP Ho Chi Minh* Vol 15 - Supplement of No 1 - 2011: 359 - 364
Introduction: In recent years, the selective phosphodiesterase IV (PDE4) inhibitory activity was found in
the N-alkyl phthalazinone derivatives Besides, much research at home and abroad has been surveyed successfully
*Viện Kiểm nghiệm thuốc TP Hồ Chí Minh **Khoa Dược, Đại học Y Dược TP Hồ Chí Minh
Tác giả liên lạc: PGS TS Đặng Văn Tịnh ĐT: 0909382233 Email: vantinhdang62@yahoo.com.vn
Trang 2the process synthesis cis-N-alkyl phthalazinone derivatives with selective inhibitory effects on phosphodiesterase
IV (PDE4) and strong anti-inflammatory activity To continue the research, the new chiral derivatives N-heptyl and N-benzyl cis(+); cis(-)-4-(3,4-dimethoxyphenyl) hexahydro phthalazinone were synthesized and determinated the structure
Aims: To continue contributing to the research of the synthesis of new chiral phthalazinone derivatives with
selective inhibitory effects on phosphodiesterase IV (PDE4) and strong anti-inflammatory activity, the new chiral derivatives N-heptyl and N-benzyl cis(+); cis(-)-4-(3,4-dimethoxyphenyl) hexahydro phthalazinone were synthesized
Objects and Methods: Synthesize new chiral derivatives N-heptyl and N-benzyl cis(+);
cis(-)-4-(3,4-dimethoxyphenyl) hexahydro phthalazinone Determine the structure and specifications of the synthesized products
Results: Successfully synthesized the new chiral derivatives N-heptyl and N-benzyl cis(+);
cis(-)-4-(3,4-dimethoxyphenyl) hexahydro phthalazinone with potential biological activities
Conclusions: The optical resolution of racemic carboxylic acid gave chiral of carboxylic acids with high
optical purity by using R)-(+) and (S)-(−)-α-methylbenzylamine, which are pure chiral bases Then the chiral derivatives N-heptyl and N-benzyl cis(+); cis(-)-4-(3,4-dimethoxyphenyl) hexahydro phthalazinone were synthesized and determinated the structure
Keywords: cis(+); cis(-)-4-(3,4-dimethoxyphenyl) hexahydro phthalazinon, anti-inflammatory activity, phosphodiesterase inhibitory
ĐẶT VẤN ĐỀ
Những năm gần đây, hoạt tính ức chế chọn
lọc phosphodiesterase IV (PDE4) trong điều trị
bệnh viêm cấp tính và mạn tính như bệnh viêm
khớp dạng thấp và bệnh hen suyễn được phát
hiện ở các dẫn chất thế N-alkyl của
phthalazinon(5,6) Hiện nay, có nhiều công trình
nghiên cứu trong và ngoài nước đã khảo sát
tổng hợp thành công các dẫn chất cis-N-alkyl
phthalazinon với tác dụng ức chế chọn lọc PDE4
và tác dụng kháng viêm mạnh hơn dẫn chất
trans(2) Tuy nhiên các đồng phân hữu tuyền có
hoạt tính ức chế chọn lọc PDE4 mạnh hơn đồng
phân tả tuyền và dạng racemic(1,3,4), do đó để tiếp
tục công trình nghiên cứu, chúng tôi thực hiện
tổng hợp các dẫn chất quang hoạt N-heptyl và
N-benzyl của cis(+);
cis(-)-4-(3,4-dimethoxyphenyl) hexahydro phthalazinon,
đồng thời thực hiện phương pháp xác định cấu
trúc các sản phẩm sau tổng hợp
ĐỐI TƯỢNG - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trang thiết bị, hóa chất, dung môi
Trang thiết bị
Bếp khuấy từ gia nhiệt Ika C-Mag HS7, cân
kỹ thuật EK-610i, cân phân tích Mettler Toledo
AB 265-S (Thụy Sĩ), máy cô quay Büchi (Thụy Sĩ), máy đo góc quay cực Horiba SEPA-300 (Nhật Bản), máy đo điểm chảy Büchi B545 (Thụy Sĩ), máy quang phổ hồng ngoại FTIR Magna-IR 760 Spectrometer Nicolet (Mỹ), máy sắc ký lỏng hiệu năng cao Shimadzu LC 20A (Nhật Bản)máy sắc ký lỏng ghép khối phổ Agilent 6410 Triple Quad (Mỹ), máy cộng hưởng từ hạt nhân Bruker 500, cột sắc ký Gemini C18 (250 x 4,6 mm, 5 µm) (Mỹ), cột Lux Cellulose-1, 250 x 4,6 mm, 5µm (Mỹ)
Hóa chất, dung môi
Silica gel 60 (0,040-0,063 mm), bản mỏng silica gel 60 F254 tráng sẵn (Merk) 1,2-dimethoxybenzen, nhôm clorid, (R)-(+) và
Trang 3anhydrid (Aldrich); calci clorid, hydrazin
monohydrat, natri bicarbonat, natri clorid, natri
hydrid 60%, natri sulfat khan (Trung Quốc)
dùng cho tổng hợp; acid hydroclorid (Merck)
Cloroform, diethyl ether, ethanol tuyệt đối, ether
dầu hỏa, ethyl acetat, isopropanol, methanol,
n-hexan (J.T.Baker), N,N-dimethylformamid
(Prolabo) dùng cho phân tích
Phương pháp tổng hợp
Quy trình tổng hợp được thiết kế như sau:
O
O
O
H
H
AlCl3, CH2Cl2, 50-60 oC
O COOH
H
H
2
H3CO
H3CO
H3CO
H3CO
1
O COOH
O COOH
2a
2b
H3CO
H3CO
H3CO
H3CO
1 R(+)-α-methylbenzylamin/
EtOH
1 S(-)- α-methylbenzylamin/
EtOH
2 H+
2 H +
Hình 1 Sơ đồ tổng hợp acid cis-2-(3,4-dimethoxybenzoyl)cyclohexan carboxylic có tính quang hoạt
N O R
3a
4a, 4b
H3CO
H3CO
H3CO
H3CO
N O H
O COOH
2a
H3CO
H3CO
R-Br NaH, DMF
H2N NH2 EtOH, 130-140 oC
4a: R-: n-C7 H 15 -
4b: R-: C6 H 5 -CH 2 -
Hình 2 Sơ đồ tổng hợp các dẫn chất thế cis(−) N-alkyl hexahydro phthalazinon
N
N O R
4c, 4d
H3CO
H3CO
R-Br NaH, DMF
H2N NH2 EtOH, 130-140 oC
O COOH
2b
H3CO
H3CO
N
3b
H3CO
H3CO
N O
4c: R-: n-C7 H 15 -
4d: R-: C6 H 5 -CH 2 -
Hình 3 Sơ đồ tổng hợp các dẫn chất thế cis(+) N-alkyl hexahydro phthalazinon
Các giai đoạn thực hiện
- Tổng hợp nguyên liệu acid
cis-2-(3,4-dimethoxybenzoyl)cyclohexan carboxylic dạng
racemic từ anhydrid cis-1,2-cyclohexan
dicarboxylic và 1,2-dimethoxybenzen
- Đóng vòng acid carboxylic vừa tổng hợp
được với hydrazin tạo phthalazinon dạng
racemic có tính kháng viêm
- Từ acid carboxylic dạng racemic trên, tiến
hành tách đồng phân quang học bằng (R)-(+) và
(S)-(−)-α-methylbenzylamin
- Đóng vòng 2 đồng phân quang học riêng lẻ
trên tạo phthalazinon có tính quang hoạt
- Thế các alkyl vào vị trí N- của phthalazinon với xúc tác natri hydrid tạo các dẫn chất cis(+) và
kháng viêm
Trong thực nghiệm
- Theo dõi phản ứng bằng sắc ký lớp mỏng
Sơ bộ tối ưu hóa đối với các phản ứng có hiệu suất thấp
- Tinh chế sản phẩm bằng sắc ký cột (SKC)
và kết tinh lại
- Xác định cấu trúc bằng phổ IR, LC-MS và
Trang 4- Kiểm tra độ tinh khiết của sản phẩm bằng
nhiệt độ nóng chảy, sắc ký lớp mỏng, sắc ký
lỏng
- Kiểm tra độ tinh khiết quang học bằng góc
quay cực riêng và sắc ký lỏng với pha tĩnh bất
đối Điều kiện sắc ký: Cột Lux Cellulose-1, 250 x
4,6 mm, 5µm (Phenomenex); bước sóng phát
hiện: 317 nm; pha động: triethylamin 0,2%
/n-hexan: triethylamin 0,2% /isopropanol (90:10);
tốc độ dòng: 0,8 ml/phút; thể tích tiêm mẫu: 5µl;
nhiệt độ cột: 30 oC
KẾT QUẢ
Racemic cis-2-(3,4-dimethoxybenzoyl)
cyclohexan carboxylic acid (2)
Cho từ từ nhôm chlorid (8,01 g, 0,06 mol),
1,2-dimethoxybenzen (8,28 g, 0,06 mol) và
anhydrid (9,24 g, 0,06 mol) vào bình cầu chứa
sẵn dichloromethan lạnh (200 ml) Đun hồi lưu
ứng vào hỗn hợp nước-đá, acid hóa bằng HCl
10% Chiết bằng dichloromethan Rửa dịch chiết
bằng HCl 10%, nước, NaCl bão hòa, làm khan
Kết tinh lại tủa trong diethylether/n-hexan Tiến
hành SKC với hệ dung môi n-hexan: ethyl acetat
(5:1) thu được sản phẩm tinh khiết dạng kết
tinh, màu trắng ngà Hiệu suất 47% (8,2 g)
cis( −)-2-(3,4-dimethoxybenzoyl)cyclohexan
carboxylic acid (2a)
Cho acid carboxylic dạng racemic (2) (3g,
0,01 mol), ethanol tuyệt đối (30 ml),
R(+)-α-methylbenzylamin (1,24 g, 0,01 mol) vào bình
cầu, khuấy trong 15 phút Để yên 16 giờ, lọc thu
tủa Rửa tủa với ethanol tuyệt đối 2 lần, kết tinh
lại trong ethanol nóng 2 lần Acid hóa tủa bằng
HCl 10%, chiết bằng dichloromethan Rửa dịch
chiết bằng HCl 10%, nước, NaCl bão hòa, làm
khan bằng Na2SO4 Cô quay dịch chiết loại dung môi Hiệu suất 39,33% (1,18 g)
cis(+)-2-(3,4-dimethoxybenzoyl)cyclohexan
carboxylic acid (2b)
Cho acid carboxylic dạng racemic (2) (3g,
0,01 mol), ethanol tuyệt đối (30 ml), S(−)-α-methylbenzylamin (1,24 g, 0,01 mol) vào bình cầu, khuấy trong 15 phút Để yên 16 giờ, lọc thu tủa Rửa tủa với ethanol tuyệt đối 2 lần, kết tinh lại trong ethanol nóng 2 lần Acid hóa tủa bằng HCl 10%, chiết bằng dichloromethan Rửa dịch chiết bằng HCl 10%, nước, NaCl bão hòa, làm khan bằng Na2SO4 Cô quay dịch chiết loại dung môi Hiệu suất 41% (1,23 g)
cis( −)-4-(3,4-dimethoxyphenyl)-4a,5,6,7,8,8a-hexahydro-2H-phthalazin-1-on (3a)
Cho acid carboxylic có tính quang hoạt (2a)
(1,15 g, 3,94 mmol), hydrazin (3g, 0,06 mol) vào bình cầu chứa sẵn ethanol tuyệt đối (25 ml) Đun
hợp sau phản ứng, thu tủa cho vào hỗn hợp nước-đá, chiết bằng ethyl acetat Rửa dịch chiết
kết tinh lại trong cồn nóng, SKC với hệ dung môi n-hexan: ethyl acetat (3:2) thu sản phẩm tinh khiết dạng bột kết tinh trắng Hiệu suất 80,2% (910 mg) [ ]20
D
α : −387,44o (0,4%, CH3OH) m/z:
289,1 [M-H]+
cis(+)-4-(3,4-dimethoxyphenyl)-4a,5,6,7,8,8a-hexahydro-2H-phthalazin-1-on (3b)
Thực hiện phản ứng đóng vòng acid
carboxylic có tính quang hoạt (2b) (1,15 g, 3,94
mmol) tương tự như trên Sản phẩm tinh khiết thu được có dạng bột kết tinh trắng Hiệu suất 81,34% (923 mg) [ ]20
D
α : +388,64o (0,4%, CH3OH)
m/z: 289,1 [M-H]+
Trang 5cis(
−)-2-heptyl-4-(3,4-dimethoxyphenyl)-4a,5,6,7,8,8a-hexahydro-2H-phthalazin-1-on
(4a )
Cho phthalazinon có tính quang hoạt (3a)
(300 mg, 1,04 mmol) vào bình cầu chứa DMF (10
ml), khuấy đều Sau đó cho NaH (60% trong dầu
khoáng trắng, 30 mg, 1,25 mmol) vào khuấy
trong 1 giờ Tiếp tục thêm heptyl bromid (269
mg, 1,5 mmol) khuấy trong 6 giờ trong môi
trường khí trơ ở nhiệt độ phòng Cho hỗn hợp
sau phản ứng vào nước cất lạnh, chiết bằng
ethyl acetat Rửa dịch chiết với nước cất, NaCl
tủa, tiến hành SKC với hệ dung môi ether dầu
hỏa (60:90): ethyl acetat (10:1) thu sản phẩm tinh
khiết có dạng bột mịn, màu trắng ngà, mùi hắc
m/z: 387,2 [M-H]+ [ ]20
D
α : −381,73 o (0,4%, CHCl3)
Độ tinh khiết quang học: 93,25 % ee
cis(+)-2-heptyl-4-(3,4-dimethoxyphenyl)-4a,5,6,7,8,8a-hexahydro-2H-phthalazin-1-on
(4c)
Thực hiện phản ứng heptyl hóa phthalazinon
(3b) (300 mg, 1,04 mmol) tương tự như trên Sản
phẩm tinh khiết thu được có dạng bột mịn, màu
trắng ngà, mùi hắc Hiệu suất 85,58% (340 mg)
Mp: 95-99 oC IR (KBr) 1644 cm-1 (C=O), 1579 cm-1
0,857-0,885 (t, 3H, CH3), 1,272-1,468 (m, 12 H, CH2),
1,161-2,572 (m, 7H, H5, H6, H7, H8), 3,040-3,084
(m, 1H, H8a), 3,703-3,758 (m, 1H, H8’), 3,916-3,941
6,858-6,875 (d, J = 8,5 Hz, 1H, H5-arom), 7,212-7,233 (dd,
J = 2 Hz, 10,5 Hz, 1H, H6-arom), 7,471-7,475 (d, J =
D
α : +381,40o (0,4%, CHCl3) Độ tinh khiết quang học:
88,43 % ee
cis( −)-2-benzyl-4-(3,4-dimethoxyphenyl)-4a,5,6,7,8,8a-hexahydro-2H-phthalazin-1-on (4b)
phthalazinon (3a) (300 mg, 1,04 mmol) tương tự
như trên với benzyl bromid (257 mg, 1,5 mmol) Sản phẩm tinh khiết thu được có dạng bột kết tinh thô, màu vàng, mùi hắc Hiệu suất 78% (307
2,563-2,581 (d, J = 9 Hz, 1H, H8a), 2,72 (s, 1H,
H8’), 3,051-3,095 (m, 1H, H4a), 3,876-3,894 (t, 6H,
5,130-5,159 (d, J = 14,5 Hz, 1H, CH2), 6,829-6,846 (t, 1H, H5-arom), 7,182-7,202 (m, 1H, H6-arom), 7,221-7,261 (m, 1H, H2-arom), 7,286-7,442 (m,
5H, CH) m/z: 379,1 [M-H]+ [ ]20
D
α : −307,98o (0,4%, CHCl3) Độ tinh khiết quang học: 94,42 % ee
cis(+)-2-benzyl-4-(3,4-dimethoxyphenyl)-4a,5,6,7,8,8a-hexahydro-2H-phthalazin-1-on (4d)
phthalazinon (3b) (300 mg, 1,04 mmol) tương tự
như trên Sản phẩm tinh khiết thu được có dạng bột kết tinh thô, màu vàng, mùi hắc Hiệu suất 75,24% (296 mg) Mp: 87-99 oC IR (KBr) 1668 cm
-1 (C=O), 1574 cm-1 (nhân thơm) m/z: 379,1
[M-H]+ [ ]20
D
α : +303,23o (0,4%, CHCl3) Độ tinh khiết quang học: 88,34 % ee
KẾT LUẬN
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tổng hợp được nguyên liệu và các sản phẩm trung gian tinh khiết để tổng hợp thành công các dẫn
chất N-heptyl và N-benzyl của cis(+);
cis(-)-4-(3,4-dimethoxyphenyl)hexahydro phthalazinon Đồng thời xác định cấu trúc các sản phẩm tổng hợp được dựa vào nhiệt độ nóng chảy, góc quay
quả thu được, chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu tổng hợp ra các hợp chất phthalazinon mới và
Trang 6tiến hành thử nghiệm khả năng kháng viêm in
vivo của các dẫn chất tổng hợp được
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Dang Van Tinh, Jin CK, Miyamoto M, Ikee Y, Masuda T, Sano
S, Shiro M, and Nagao Y (2006), “Pratical synthesis of new
chiral cis-phthalazinones with potential for high
phosphodiesterase (PDE4) inhibitory activity”, Heterocycles, 68
(10), pp 2133-2144
2 Van der May M., Boss H., Hatzelmann A., Van der Laan I J.,
Sterk G J., Thibaut U and Timmerman H (2002), “Novel
selective PDE4 inhibitor 3 In vivo antiinflammatory activity
of a new series of N-substituted tetra- and
cis-hexahydrophthalazinones”, J Med Chem, 45, pp 2520-2525
3 Van der May, Boss M H., Couwunberg D., Hatzelmann A.,
Sterk G J., Goubitz K., Schenk H., and Timmerman H (2002),
J Med Chem, 45, pp 2626
4 Van der Mey M., Boss H., Couwenberg D., Hatzelmann A., Sterk G J., Goubitz K., Schenk H., and Timmerman H (2002),
J Med Chem, 45, pp 2526-2533
5 Van der Mey M., Hatzelmann A., Van der Laan I.J., Sterk G.J., Thibaut U., and Timmerman H (2001), “Novel Selective PDE4 Inhibitors 1 Synthesis, Structure- Activity Relationships, and Molecular Modeling of
4-(3,4-dimethoxyphenyl)-2H-phthalazin-1-ones and Analogues”, J
Med Chem, 44 (16), pp 2511-2522
6 Van der Mey M., Hatzelmann A., Van Klink G.P.M,Van der Laan I.J., Sterk G J., Thibaut U., Ulrich W.R., and Timmerman
H (2001), “Novel Selective PDE4 Inhibitors 2 Synthesis,
Structure- Activity Relationships of 4-Aryl-Substituted
cis-tetra- and cis-hexahydrophthalazinones”, J Med Chem, 44
(16), pp 2523-2535