Điều chế một số dẫn xuất của acid usnic

Các hợp chất cô lập từ địa y có nhiều loại hoạt tính sinh học như hoạt tính kháng khuẩn, kháng virus, giảm đau, hạ sốt, kháng ung thư,…[1] Tiêu biểu nhất là acid usnic, một dẫn xuất dibe

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

TP HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐIỀU CHẾ MỘT SỐ DẪN XUẤT CỦA

ACID USNIC

Chuyên ngành: HÓA HỮU CƠ

Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Đức Dũng Sinh viên thực hiện: Phạm Nguyễn Như Quỳnh MSSV: 41.01.106.062

TP Hồ Chí Minh, Tháng 5 năm 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

TP HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐIỀU CHẾ MỘT SỐ DẪN XUẤT CỦA

ACID USNIC

Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Đức Dũng Sinh viên thực hiện: Phạm Nguyễn Như Quỳnh MSSV: 41.01.106.062

LỜI CẢM ƠN

Đề tài khóa luận này được thực hiện tại bộ môn Hóa hữu cơ, Khoa Hóa học, trườngĐại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh sau bốn năm tôi học tập, rèn luyện, gặt hái vàlĩnh hội trong chương trình đại học theo chuyên ngành Hóa học

Để thực hiện và hoàn thành đề tài luận văn này, tôi đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ vàtạo điều kiện từ nhiều tổ chức và cá nhân Luận văn cũng được hoàn thành dựa trên sựtham khảo, học tập kinh nghiệm từ các kết quả nghiên cứu liên quan, các tạp chí chuyênngành của nhiều tác giả, các tổ chức nghiên cứu,…

Bằng sự biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy côKhoa Hóa học – trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh đã tận tâm chỉ dạy, truyền đạtnhững kiến thức chuyên môn, những kinh nghiệm thực tiễn cho tôi cùng các bạn sinh viênkhác Thầy cô mang lại một môi trường học tập lành mạnh cho mỗi sinh viên, những khoảngthời gian thực hành, trải nghiệm thực tế Và hơn hết, tôi xin gửi đến Thầy Phạm Đức Dũng,Thầy Dương Thúc Huy lời tri ân cao quý nhất, vì các Thầy đã trực tiếp dành nhiều thời gian,công sức hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu và hoàn thành khóa luận

Bên cạnh đó, tôi cũng xin gửi một lời cảm ơn đến gia đình và những người bạn vì suốtthời gian qua, luôn động viên, khích lệ, chia sẻ để tôi có thêm động lực hoàn thành khóaluận này

Do điều kiện về năng lực bản thân còn hạn chế nên cũng không thể tránh khỏi nhữngthiếu sót, tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ quý Thầy cô để tôi có thêm kinhnghiệm và kịp thời bổ sung, hệ thống lại những kiến thức chưa đúng

Cuối cùng, tôi xin gửi đến quý Thầy cô một lời chúc sức khỏe, hạnh phúc và thànhcông

Em xin chân thành cảm ơn

SINH VIÊN THỰC HIỆN

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC SƠ ĐỒ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1Giới thiệu về acid usnic

1.1.1Acid usnic và nguồn gốc tự nhiên

1.1.2Hoạt tính sinh học của acid usnic

1.2Các nghiên cứu trong và ngoài nước

1.3Phản ứng ngưng tụ aldol

1.3.1Phản ứng ngưng tụ aldol

1.3.2Phản ứng ngưng tụ Claisen - Schmidt

1.3.3Phản ứng tách nước theo cơ chế E 1.4Cơ chế phản ứng cộng liên hợp

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1Hóa chất và dụng cụ, thiết bị

2.1.1Hóa chất cần thiết

2.1.2Dụng cụ, thiết bị

2.2Quy trình thực hiện phản ứng

2.3 Số liệu phổ định danh cơ cấu sản phẩm

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.2 Hiệu suất phản ứng

3.3 Biện luận cấu trúc sản phẩm

3.3.1 Sản phẩm nhóm I

3.3.2 Nhóm sản phẩm II

3.3.3 Nhóm sản phẩm III

3.4 Cơ chế giải thích sự hình thành sản phẩm giữa acid usnic với các dẫn xuất benzaldehyde trong môi trường KOH

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

4.1 Kết luận

4.2 Kiến nghị

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Ac

Ch

CPMECTD50DAOEA

EC50/ED50

IC

50

EtOHH

NMR Nuclear Magnetic Resonance

MS

HR-ESI-High Resolution Electro Spray Ionization Mass Spectroscopy

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 (+)-Acid usnic và (-)-Acid usnic 3

Hình 1.2 Cấu trúc của những polyamines tự nhiên 4

Hình 1.3 Cấu trúc một số dẫn xuất benzylidene 21

Hình 2.1 Cấu trúc các sản phẩm 28

Hình 3.1 Cấu trúc sản phẩm chính của các nhóm 32

Hình 3.2 Cấu trúc(+)-acid usnic và sản phẩm I (L21) 33

Hình 3.3 Cấu trúc(+)-acid usnic và nhóm sản phẩm II (L22, LP1) 35

Hình 3.4 Cấu trúc(+)-acid usnic và nhóm sản phẩm II (L23, LP2) 37

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1.1 Phản ứng điều chế dẫn xuất của acid usnic với một số amine 5

Sơ đồ 1.2 Tổng hợp các dẫn xuất pyrazole của acid usnic 7

Sơ đồ 1.3 Tổng hợp các dẫn xuất enamines và enaminos của acid usnic 7

Sơ đồ 1.4 Tổng hợp các dẫn xuất oxy hóa acid usnic 8

Sơ đồ 1.5 Tổng hợp dẫn xuất qua phản ứng hidro hóa acid usnic 10

Sơ đồ 1.6 Tổng hợp dẫn xuất của acid usnic với các amino acids 10

Sơ đồ 1.7 Phản ứng điều chế một số dẫn xuất enamine, pyrazole và chalcone của acid usnic 11

Sơ đồ 1.8 Phản ứng điều chế một số dẫn xuất dị vòng và chalcone của acid usnic 12

Sơ đồ 1.9 Phản ứng điều chế một số dẫn xuất dị vòng và chalcone của acid usnic 13

Sơ đồ 1.10 Phản ứng điều chế dẫn xuất của (+)-acid usnic bằng phản ứng ngưng tụ với một số amine thơm và 1 amine béo 15

Sơ đồ 1.11 Phản ứng điều chế một số dẫn xuất enamine từ (+)-acid usnic 16

Sơ đồ 1.12 Điều chế các dẫn xuất bromo enamine, azido enamine và triazole 19

Sơ đồ 1.13 Phản ứng điều chế một số dẫn xuất benzylidene của acid usnic 20

Sơ đồ 1.14 Cơ chế phản ứng aldol hóa trong môi trường base 23

Sơ đồ 1.15 Cơ chế phản ứng ngưng tụ Claisen - Schmidt 24

Sơ đồ 1.16 Cơ chế phản ứng tách nước E1cb 24

Sơ đồ 1.17 Cơ chế phản ứng cộng liên hợp 25

Sơ đồ 2.1 Quy trình thực hiện phản ứng giữa acid usnic và 4-tert-butylbenzaldehyde 27

Sơ đồ 3.1 Cơ chế giải thích sự tạo thành sản phẩm 39

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Độc tính tế bào của acid usnic và các dẫn xuất A1-A9 trên một số dòng tế bào

ung thư .a 6

Bảng 1.2 Hoạt tính của các dẫn xuất đối với virus cúm A(H1N1)pdm09 .a 9

Bảng 1.3 Hoạt tính của các dẫn xuất acid usnic chống lại virut cúm A /California /7/09

(H1N1)pdm09 14

Bảng 1.4 Kết quả của phản ứng ngưng tụ giữa (+)-acid usnic với 11 amine thơm và 1 amine béo 15

Bảng 1.5 Kết quả thử nghiệm phản ứng ngưng tụ giữa (+)-acid usnic với o-toluidine trong điều kiện chiếu xạ vi sóng 16

Bảng 1.6 Hoạt tính gây độc tế bào của acid usnic và các hợp chất E1, E3-E11 (CD50 ,

µM) 17

Bảng 1.7 Hoạt tính kháng Mycobacterium smegmatis mc(2) và S lividans APHVIII+ của E1 và E7-E11 18

Bảng 2.1 Kí hiệu tên sản phẩm và hiệu suất 28

Bảng 3.1 Hiệu suất phản ứng giữa 4-tert-butylbenzaldehyde với acid usnic 32

Bảng 3.2 Hiệu suất phản ứng giữa 3-bromobenzaldehyde với acid usnic 32

Bảng 3.3 Dữ liệu phổ 1H-NMR và 13C-NMR của L21 và acid usnic 34

Bảng 3.4 Dữ liệu phổ 1H-NMR và 13C-NMR của L22; LP1 và acid usnic 36

Bảng 3.5 Dữ liệu phổ 1H-NMR và 13C-NMR của L23; LP2 và acid usnic 38

dẫn xuất dibenzofuran tự nhiên được tìm thấy trong nhiều loài địa y thuộc chi Usnea,

Caloplaca, Các hợp chất cô lập từ địa y có nhiều loại hoạt tính sinh học như hoạt tính

kháng khuẩn, kháng virus, giảm đau, hạ sốt, kháng ung thư,…[1] Tiêu biểu nhất là acid usnic,

một dẫn xuất dibenzofuran tự nhiên được tìm thấy trong các loài địa y thuộc chi Usnea có công thức phân tử C18H16O7 Acid usnic sở hữu nhiều đặc tính sinh học như hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm mạnh chống lại các vi khuẩn Gram dương như Staphylococcus,

Streptococcus, vi khuẩn lao, và một số loại nấm gây bệnh Ngoài ra, hợp chất này cũng thể

hiện hoạt tính kháng virus, kháng viêm và giảm đau hạ sốt, … Đặc biệt

các thử nghiệm in vitro cho thấy acid usnic có khả năng gây độc mạnh mẽ ức chế sự phát

triển của nhiều dòng tế bào ung thư ở người [2-5] Tuy số lượng báo cáo về các loại thuốckháng sinh mới với tần suất tăng lên mỗi năm, nhưng vi khuẩn có khả năng kháng kháng sinhcũng theo đó đang phát triển từng ngày gây ra những thách thức lớn đối với nền y học toàncầu và trên thực tế, độc tính cao đối với gan và độ tan thấp trong nước (<0.01 g/100 mLnước) của acid usnic đã phần nào hạn chế việc sử dụng của nó trong liệu pháp chữa trị bệnhung thư Điều này kích thích sự quan tâm, nghiên cứu nhằm tìm cách giữ nguyên hoạt tínhkháng bệnh hoặc hạn chế đến mức tối đa tác hại của chúng đến cơ thể người bệnh

Chất chuyển hóa từ acid usnic, đang thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu hiện nay.Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để cải thiện hoạt tính kháng ung thư của acid usnic, ví

dụ như các dẫn xuất imine của acid usnic có hoạt tính kháng virus và gây độc tế bào khối u[6] Với hy vọng từ các phản ứng chuyển hóa đơn giản như phản ứng ngưng tụ aldol dưới xúctác kiềm, chúng tôi cũng sẽ tổng hợp được một nhóm hợp chất dẫn xuất của acid usnic mớitrên thế giới có thể có cũng có khả năng ức chế sự phát triển của nhiều dòng

1

tế bào ung thư Từ đó, đóng góp có hiệu quả vào việc nghiên cứu, phát triển nguồn dượcliệu của Việt Nam.

Với những lý do trên chúng tôi đã chọn đề tài “Điều chế một số dẫn xuất của acid

usnic”.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1 Giới thiệu về acid usnic

1.1.1 Acid usnic và nguồn gốc tự nhiên

Acid usnic

2,6-diacetyl-7,9-dihydroxy-8,9b-dimetyl-1,3-(2H,9bH)-dibenzofurandione, là một chất dẫn xuất dibenzofuran tự nhiên có công thức phân tử

C18H16O7 Lần đầu tiên acid usnicđược cô lập bởi nhà khoa học người Đức W Knop năm

1844 và được Curd, Robertson tổng hợp lần đầu tiên giữa năm 1933-1937, có trong một

số loài địa y thuộc chi Usnea , Cladonia , Hypotrachyna , Lecanora , Ramalina , Evernia , Parmelia và Alectoria [7] Ở điều kiện bình thường, acid usnic là tinh thể màu vàng và có

vị cay, nóng chảy ở 204oC, kém tan trong nước và một số dung môi hữu cơ (<0.01 g/100

mL H2O, 0.77 g/100 mL acetone, 0.88 g/100 mL ethyl acetate, …) [8], tan tốt trongchloroform Trong tự nhiên, acid usnic tồn tại dưới hai dạng: (12R)-(+)-acid usnic và (12S)-(-)-acid usnic

Hình 1.1 (+)-Acid usnic và (-)-Acid usnic

1.1.2 Hoạt tính sinh học của acid usnic

Acid usnic sở hữu nhiều loại hoạt tính sinh học như hoạt tính kháng khuẩn, khángnấm mạnh chống lại các vi khuẩn Gram dương như Staphylococcus, Streptococcus, vi khuẩnlao, và một số loại nấm gây bệnh (Muller 2001) Ngoài ra, hợp chất này cũng thể hiện hoạttính kháng virus, kháng viêm và giảm đau hạ sốt, … (Muller 2001) [6] Đặc biệt

các thử nghiệm in vitro cho thấy acid usnic có khả năng gây độc mạnh mẽ ức chế sự pháttriển của nhiều dòng tế bào ung thư ở người (Muller 2001, Podterob 2008, Boustie 2011)

3

[2], [6], [9] Tuy nhiên, trên thực tế, độc tính cao đối với gan và độ tan thấp trong nước củaacid usnic đã phần nào hạn chế việc sử dụng của nó trong liệu pháp chữa trị bệnh ung thư.Điều này kích thích sự quan tâm tìm cách khắc phục hạn chế mà vẫn giữ nguyên hoạt tínhđiều bệnh Những phản ứng tổng hợp dẫn xuất của acid usnic đầu tiên được thực hiện bởiTakai (1979) dựa trên mục đích làm tăng độ tan trong nước của acid usnic và các dẫn xuấtcủa nó và nhóm tác giả đã tổng tổng hợp một loạt các dẫn xuất glycoside và imine [7].

1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước

Năm 1997, Nouri Neamati và cộng sự đã thử nghiệm khả năng kháng virus HIV-1của một số dẫn xuất của acid usnic, kết quả cho thấy khả năng ức chế trung bình đối vớivirus này Đồng thời các dẫn xuất điều chế cũng thể hiện khả năng ngăn chặn sự di căncủa tế bào ung thư phổi [10]

Năm 2006, Sophie Tomasi đã thực hiện phản ứng ngưng tụ acid usnic với một sốamine, diamines và triamines Tiếp nối các quy trình được thực hiện tương tự vào năm

2008, Marc-Antoine Bazin và các cộng sự đã tổng hợp được dẫn xuất của acid usnic với

hệ liên hợp amine có hoạt tính ức chế sự phát triển của nhiều dòng tế bào ung thư Sựdiễn giải mới về mặt dược học bao gồm hệ liên hợp amine giúp cải thiện khả năng hoạtđộng của acid usnic Chín dẫn xuất của acid usnic kết hợp với các gốc amin khác nhau đãđược đánh giá về độc tính tế bào của chúng trên các dòng tế bào ở chuột và tế bào ung thư

ở người Cấu trúc của polyamine tự nhiên được sử dụng như (Hình 1.2) [11]

Hình 1.2 Cấu trúc của những polyamines tự nhiên

Các dẫn xuất polyamine của (+)-acid usnic có hoạt tính diệt khuẩn cao hơn (-)-acidusnic [1] Hoạt tính gây độc đối với các dòng tế bào ung thư L1210 (tế bào gây bệnh bạchcầu ở chuột) của dẫn xuất 6-acetyl-2-{1-[3-(4-aminobutylamino)propylamino]-

ethylidene}-7, 9-dihydroxy-8, 9b-dimethyldibenzofuran-1, 3(2H, 9bH)-dione (hợp chất

A2, Sơ đồ 1.1) có hoạt tính cao hơn với acid usnic (IC50 3.0 μM) Hợp chất được tổng hợp bằng phản ứng giữa (+)-acid usnic và 1,8-diaminooctane (IC50 3.0 μM) Các dẫn xuất

muối amoni bậc 4 của acid usnic cũng có các hoạt tính sinh học rất mạnh [1] (Bảng 1.1).

A7 R = C2H5-CH(CH3)-CH-COOH; Hiệu suất: 85 %

A8 R = C6H5-CH2-CH-COOC2H5; Hiệu suất: 74 %

A9 R = (CH3)2CH-CH2-CH-COOC2H5; Hiệu suất: 75 %

Sơ đồ 1.1 Phản ứng điều chế dẫn xuất của acid usnic với một số amineSơ đồ2Sơ đồ

3 (Ai) RNH2 1 đương lượng, đun hồi lưu trong EtOH/THF 80:20, 4 giờ;

(Aii) 2.4 N khí HCl, AcOEt; (Aiii) Et3N, 1 đương lượng

5

Bảng 1.1 Độc tính tế bào của acid usnic và các dẫn xuất A1-A9 trên một số dòng tế bào

»100

»100 54.5 ± 9.2

»100 20.5 ± 3.8 23.2 ± 4.3 14.2 ± 6.4 20.0 ± 7.4 14.7 ± 5.2 12.0 ± 2.8 8.4 ± 1.4 15.3 ± 2.6 2.7 ± 0.8 19.9 ± 1.5

>500 54.6 ± 18.5 74.4 ± 1.3 48.9 ± 10.5 0.5 ± 0.25

a

Bệnh ung thư bạch huyết Murine L1210 (ATCC CCL 219), 3LL, ung thư phế quản 1642), K-562, bệnh bạch cầu mãn tính ở người (ATCC CCL 243), ung thư biểu mô tuyến tiền liệt của con người di căn DU145 (ATCC HTB 81), ung thư biểu mô tuyến vú của người mẹ MCF7 (ATCC HTB 22), U251, u xơ u đen U251 (RCB0461) bCác tế bào được nuôi cấy 48 giờ hoặc 72 giờ với các nồng độ khác nhau của các hợp chất được liệt kê Tất cả các kết quả là của ít nhất ba

(CRL-Năm 2012, Dmitriy N Sokolov và cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp và thử nghiệmhoạt tính kháng virus cúm H1N1 trên một số dẫn xuất của acid usnic Phân tích mối quan

hệ hoạt động của cấu trúc, dẫn xuất pyrazole (+)-L2 ít độc hơn và không hoạt động chống

lại virus Hoạt động ức chế tăng lên đáng kể khi nhóm carbonyl ( = ) của (+)-L2 đã bị

khử thành nhóm hydroxyl trong (+)-L3 (Sơ đồ 1.2) [12].

Sơ đồ 1.2 Tổng hợp các dẫn xuất pyrazole của acid usnic

Tuy nhiên độc tính tế bào của các hợp chất tăng đáng kể, dẫn đến các chỉ số chọn lọcbằng nhau của (±)-L2 và (±)-L3 Trong loạt các dẫn xuất enamines (+)-L4, (+)-L5b và các

dẫn xuất enamino của acid usnic (+)-L6, (+)-L7 Nghiên cứu ảnh hưởng của bản chất và vị trí

nhóm thế trong vòng thơm tới hoạt động sinh học, Sokolov đã tổng hợp một loạt các dẫn xuất

axit usnic (+)-L8 - (+)-L12, thu được từ các phản ứng thay thế halogen trên vòng aniline (Sơ

đồ 1.3) Trong nhóm các hợp chất này, ảnh hưởng của cấu hình tuyệt đối đến hoạt động sinh

học là yếu nhất Không có hợp chất tổng hợp nào thể hiện chỉ số chọn lọc cao hơn ribavirin

(Bảng 1.2) Bản chất của halogen (F, Cl, Br) và vị trí của nó trong vòng thơm (para-, meta-)

không ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động chống virus [12]

Sơ đồ 1.3 Tổng hợp các dẫn xuất enamines và enaminos của acid usnic

7

Sơ đồ 1.3 Tổng hợp các dẫn xuất enamines và enaminos của acid usnic (tiếp theo) Dẫn xuất (+)-L13 được tổng hợp từ acid usnic với acid peracetic (Sơ đồ 1.4)

Sơ đồ 1.4 Tổng hợp các dẫn xuất oxy hóa acid usnic Kết quả cho thấy 13 hợp chất (-)-L1, (+)-L3, (+)-L4, (+)-L5b, (+)- và (-)-L6, (+)-L7, (+)-L8, (+)- và (-)-L11, (+)- và (-)-L12, và (+)-L13 trong 26 dẫn xuất được điều chế thể hiện

hoạt tính ức chế cao và độc tính tế bào thấp và chỉ số chọn lọc của nó xuất hiện cao nhấttrong số tất cả các dẫn xuất của acid usnic được thử nghiệm từ trước đến nay Cấu hình tuyệtđối của acid usnic và các dẫn xuất có ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học với các dẫn xuất từ(-)-acid usnic mạnh hơn các dẫn xuất của (+)-acid usnic.[13] Virus sử dụng trong các thínghiệm là A / California / 07/09 (H1N1) pdm09, tương tự như phần lớn hiện đang lưu hànhtrong virus cúm A ở người, kháng với các thuốc chống siêu vi Hoạt động của các dẫn xuất là

so với ribavirin đã được sử dụng thành công như một hợp chất tham khảo trong các nghiên cứu chống cúm Mặt khác với vai trò là một hợp chất tham chiếu, rimantadine dường như không hoạt động chống lại virus này (SI = 5) (Bảng 1.2) [12].