Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp, đánh giá hoạt tính sinh học các dẫn xuất hydrazone mới của (-)-gossypol và zerumbone (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ VĂN VỤ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH SINH HỌC CÁC DẪN XUẤT HYDRAZONE MỚI CỦA (-)-GOSSYPOL VÀ ZERUMBONE Ngành: Hóa học Mã số: 9440112 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2022 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Khắc Vũ Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án Tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi … … phút, ngày … tháng … năm 2022 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Vu Van Vu, Trinh Thi Nhung, Nguyen Thi Thanh, Luu Van Chinh, Vu Dinh Tien, Vu Thu Thuy, Do Thi Thao, Nguyen Hai Nam, Angela Koeckritz and Tran Khac Vu (2017) Synthesis and Biological Evaluation of New (-) – Gossypol – Derived Schiff Bases and Hydrazones Journal of Chemistry, 2017, No 4, 1-8 Vu Dinh Tien, Vu Van Vu and Tran Khac Vu (2019) A New Synthetic Route for Preparation of Enantiomers of Gossypol and Apogossypol from Racemic Gossypol Asian Journal of Chemistry, Vol 31, No 1, 105 -108 Vu Van Vu and Tran Khac Vu (2021) Synthesis of New Zezumbone Hydrazones and Their In – vitro Anticancer Activity Current Bioactive Compounds, Vol 17, No 4, 331 – 338 GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Ung thư bệnh có tỷ lệ tử vong lớn sau bệnh tim mạch Mặc dù có nhiều tiến chẩn đoán điều trị, ung thư bệnh gây nên triệu ca tử vong năm, số tương đương với khoảng 15% số ca tử vong toàn giới Các chất có cấu trúc hydrazone báo cáo hoạt tính kháng khuẩn, chống co giật, chống trầm cảm, chống viêm, giảm đau, chống kết tập tiểu cầu, chống sốt rét, chống ung thư, kháng nấm, chống ung thư, kháng vi-rút, bảo vệ tim mạch Gossypol, zerumbone dẫn xuất có hoạt tính chống vơ sinh, chống vi-rút, chống ung thư, chất chống oxy hóa, kháng vi khuẩn chống sốt rét… Với mong muốn tìm hợp chất có khả có hoạt tính sinh học đặc biệt hoạt tính dịng tế bào ung thư Vì đề tài luận án đặt vấn đề về: Nghiên cứu tổng hợp, đánh giá hoạt tính sinh học dẫn xuất hydrazone (-)-gossypol zerumbone’’ Mục tiêu luận án: Tách đồng phân (-)-gossypol từ hỗn hợp gossypol racemic Tổng hợp dẫn xuất hydrazone (-)-gossypol Tổng hợp dẫn xuất hydrazone zerumbone Đánh giá hoạt tính kháng số dịng tế bào ung thư kháng khuẩn dẫn xuất tổng hợp Nội dung luận án bao gồm: Tách đồng phân (-)-gossypol từ gossypol racemic Tổng hợp hydrazone (-)-gossypol Tổng hợp hydrazone zerumbone Đánh giá hoạt tính sinh học hydrazone (-)-gossypol Đánh giá hoạt tính sinh học hydrazone zerumbone Những đóng góp luận án: Đây nghiên cứu phương pháp tách đồng phân (-)gossypol từ gossypol racemic theo cách thức thu (-)gossypol tinh khiết với hiệu suất cao Đã tổng hợp 14 hydrazone (-)-gossypol đánh giá tác dụng sinh học chúng Kết thử nghiệm tác dụng gây độc tế bào cho thấy hợp chất 142a thể tác dụng gây độc tế bào tốt dòng: HepG-2, LU-1 MCF-7 giá trị IC50 tương ứng 20,93, 13,58 9,40 µM Đã tổng hợp 12 hydrazone zerumbone Kết đánh giá tác dụng gây độc tế bào cho thấy số hydrazone: 154a, 154d 154e thể tác dụng gây độc mạnh ba dòng thử Đặc biệt chất 154a thể tác dụng gây độc mạnh giá trị IC50 tương ứng 8,20, 6,66 9,35 µM Bố cục luận án: Luận án gồm 107 trang với bảng biểu, 38 hình vẽ, 138 tài liệu tham khảo cập nhật đến năm 2021 Bố cục luận án gồm: mở đầu (03 trang), chương - tổng quan (30 trang), chương - đối tượng phương pháp nghiên cứu (06 trang), chương - thực nghiệm (24 trang), chương - kết thảo luận (41 trang), kết luận kiến nghị (02 trang), danh mục cơng trình cơng bố luận án (01 trang), tài liệu tham khảo (14 trang) NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN MỞ ĐẦU Trình bày ý nghĩa thực tiễn, mục tiêu nội dung nghiên cứu luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN Trình bày kết nghiên cứu hydrazone dẫn xuất hydrazone, gossypol dẫn xuất gossypol, zerumbone dẫn xuất zerumbone CHƯƠNG THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thiết bị, dụng cụ dùng tổng hợp 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Máy khuấy từ gia nhiệt Heidolph MR Hei-Standard (Đức) - Máy cất quay chân không IKA RV 06.2 (Đức) - Bơm chân không Buchi Vac V-500 (Thuỵ Sỹ) - Bếp đun bình cầu (Trung Quốc) - Dụng cụ thuỷ tinh: bình cầu cổ loại, sinh hàn, cột vigreux, phễu nhỏ giọt, phễu loại, ống đong, cốc loại, pipette - Cân điện tử 10-3 Ohaus Explorer Pro EP613C (610g/1mg) 2.2.1 Phương pháp phân lập chất Sử dụng phương pháp sắc ký bao gồm: sắc ký cột (CC), sắc ký lớp mỏng (TLC) 2.2.2 Phương pháp xác định cấu trúc hóa học chất Cấu trúc hợp chất phân lập xác định dựa vào thông số vật lý đo góc quay cực riêng kết hợp với phương pháp phổ đại phổ khối phân giải cao HR-ESI-MS, phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1D, 2D phổ CD 2.2.3 Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học Hoạt tính gây độc tế bào ung thư thực theo phương pháp MTT Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định theo phương pháp khuếch tán đĩa thạch CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 3.1 Tách đồng phân (-)-gossypol từ gossypol racemic Sơ đồ 3.1: Phản ứng tách (-)-gossypol khỏi hỗn hợp racemic D-tryptophan methyl ester Sử dụng tác nhân bất đối D-Tryptophane phản ứng với gossypol racemic tạo diastereoisomer Dựa vào tính tan hợp chất này, sản phẩm trung gian Sg, R-(+)-diastereoisomer bị kết tủa tách khỏi dung dịch phản ứng sau lọc kết tủa thủy phân để thu (+)-gossypol Dịch lọc thủy phân hỗn hợp acid axetic ete mơi trường khí trơ S-(+)-gossypol R(-)-gossypol thu cách kết tinh hỗ hợp dichloromethane n-hexane, tỷ lệ hỗn hợp dung môi cho thấy hỗn hợp dichloromethane n-hexane (2 : 1) phù hợp cho trình kết tinh cho hiệu suất cao đồng phân (+)-gossypol (-)-gossypol Sản phẩm thu được đánh giá độ tinh khiết cách sử dụng sắc ký lỏng hiệu cao với cột tách đồng phân bất đối chiral pack IG Kết thu sản phẩm có độ tinh khiết cao không lẫn tạp chất đồng phân cịn lại 3.2.1 Quy trình chung tổng hợp Schiff bases 138a-d Sơ đồ 3.2 Phản ứng tạo base Schiff (-)-gossypol 138a-d 3.2.2 Quy trình chung tổng hợp hydrazone (142a-e) Sơ đồ 3.3 Phản ứng tạo (-)-gossypol hydrazone 142a-e 3.2.3 Quy trình chung tổng hợp hydrazone (146a-e) Sơ đồ 3.4 Phản ứng tạo dẫn xuất hydrazones 146a-e Tổng hợp hydrazide trung gian cách sử dụng dẫn xuất benzoic acid phenylacetic acid Đã tổng hợp 10 hydrazone (-)-gossypol từ hydrazide trung gian ban đầu 3.3.1 Quy trình chung tổng hợp hydrazones (150a-f, 154a-f) Sơ đồ 3.5 Phản ứng tạo dẫn xuất hydrazone zerumbone 150a-f Sơ đồ 3.6 Phản ứng tạo dẫn xuất hydrazones zerumbone 154a-f Đã tổng hợp 12 hydrazone zerumbone từ hydrazide trung gian ban đầu Các chất sau tổng hợp đánh giá chứng minh cấu trúc phương pháp phân tích đại phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H NMR, 13C NMR phổ khối phân giải cao Hình 4.12 Phổ 1H NMR chất 138a Hình 4.15 Phổ 13C NMR chất 138a 10 Phổ 1H NMR cho thấy cấu hình bazơ Schiff dạng enamineenamine tautomer thơng qua giá trị chuyển dịch hóa học proton NH có liên kết hydrogen δ 13,34-13,49 ppm Ngoài ra, phổ 13 C NMR chuyển dịch hóa học C-7 quan sát vùng trường thấp 171,9 đến 172,3 ppm, chuyển dịch hóa học C-6 khoảng 162 ppm Độ dịch chuyển hóa học C-1 dễ dàng quan sát khoảng 149 ppm Ở phổ 13C NMR chất cho thấy diện đầy đủ cac bon cấu trúc, chuyển dịch hóa học C-7 quan sát vùng trường thấp δ 172,15 ppm khẳng định thêm cấu trúc enamine-enamine tautomer hợp chất có cấu hình base Schiff phù hợp với nghiên cứu 4.2.2 Tổng hợp dẫn chất hydrazone (-)-gossypol Đã tổng hợp dẫn chất hydrazone (-)-gossypol dựa hydrazide tổng hợp từ dẫn chất benzoic acid (142a-e) dẫn chất từ phenylacetic acid (146a-e) với hiệu suất 49-54% Hình 4.18 Phổ 1H NMR chất 142c 11 Hình 4.19 Phổ 13C NMR chất 142c Phổ 1H NMR hợp chất 142c cho thấy xuất đầy đủ proton cấu trúc tín hiệu cộng hưởng trường thấp 7-OH δ 14,76 dạng pic đơn tù cường độ yếu tín hiệu NH δ 12,39 ppm Ngồi ra, tín hiệu cộng hưởng δ 10,19 ppm vạch đơn sắc nét quy cho 6-OH Proton imine dễ dàng quan sát dạng pic đơn 8,81 ppm; tín hiệu trường cao thuộc proton H-4 1OH 8,16 7,63 ppm Bên cạnh đó, diện proton vịng thơm quan sát dạng vạch đơi (J = 8,0 Hz) δ 8,02 7,37 ppm Ở trường cao, tín hiệu H-13 (2H) H-12 (2CH3) quan sát dạng vạch đơn δ 3,92 ppm 2,03 ppm Các tín hiệu nhóm metyl (H-14 H-15) cộng hưởng trường cao khoảng 1,51-1,48 ppm Phổ 13C NMR cho thấy tất tín hiệu khung gossypol nhân thơm, tín hiệu δ 165,2 163,3 ppm tương ứng cac bon đính với F cacbonyl hydrazide Tín hiệu δ 161,6 153,2 ppm quy cho C-7 C-11 Ngoài có mặt nguyên tố F nhóm gây nên tương tác tách vạch quan sát thấy phổ δ 130,4; 128,6 115,9 ppm 12 Hình 4.23 Phổ 1H NMR hợp chất 146d Hình 4.25 Phổ 13C NMR hợp chất 146d 13 Phổ 1H NMR hợp chất 146d cho thấy xuất đầy đủ proton cấu trúc tín hiệu cộng hưởng trường thấp 7-OH δ 14,43 dạng pic đơn cường độ yếu tín hiệu NH δ 12,39 ppm Ngồi ra, tín hiệu cộng hưởng δ 9,99 ppm vạch đơn sắc nét quy cho 6-OH Proton imin dễ dàng quan sát dạng pic đơn 8.78 ppm; tín hiệu trường cao thuộc proton H-4 8,19 1-OH 7,61 ppm Bên cạnh đó, diện proton vịng thơm quan sát 7.45-7.26 ppm Ở trường cao, tín hiệu H-13 (2H) H-12 (2CH3) quan sát dạng vạch đơn δ 3,91 ppm 2,03 ppm Các tín hiệu nhóm metyl (H-14 H-15) cộng hưởng trường cao khoảng 1,49-1,47 ppm Phổ 13C NMR chất 173d cho thấy diện đầy đủ cac bon cấu trúc, chuyển dịch hóa học CO quan sát vùng trường thấp δ 165.07 ppm Ngoài chuyển dịch C-6 dễ dàng quan sát 152.03 ppm, C7 có độ chuyển dịch hóa học 150.79 ppm Độ dịch chuyển hóa học C-1 dễ dàng quan sát 149,71 ppm tín hiệu bon vùng trường cao cho thấy có mặt C-14 C-15 khoảng 20 ppm 4.3 Đánh giá hoạt tính sinh học hydrazone Việc xác định IC50 thực cách sử dụng ba dòng tế bào ung thư: HepG-2, LU-1 MCF-7 với ellipticine (-) gossypol làm đối chứng dương Các giá trị IC50 xác định từ đường cong phụ thuộc vào liều lượng vẽ từ năm nồng độ khác (0-100 µM) TT Hợp chất IC50 (µM) HepG2 LU-1 138a >100 >100 138b >100 >100 138c >100 >100 138d >100 66.83 142a 20.93 13.58 142b 55.82 56.82 142c 89.72 79.83 14 10 11 12 13 14 15 16 142d 142e 146a 146b 146c 146d 146e ellipticine (-)-gossypol 86.46 >100 55.68 95.30 >100 >100 >100 1.71 4.5 64.56 >100 54.70 99.55 >100 >100 >100 1.87 4.3 Đối với bazơ Schiff 138a-c, mang nhóm hút điện tử (Cl, F) nhóm đẩy điện tử (CH3) vị trí para vịng thơm cho thấy khơng có độc tính tế bào ba dòng tế bào ngoại trừ hợp chất 138d, chứa nhóm đẩy electron (OCH3) Hợp chất thể tác dụng ức chế yếu dòng tế bào LU-1 Đối với hydrazones 146a-e, hợp chất 146c-e chứa nhóm hút điện tử vị trí ortho, meta para khơng thể hoạt tính tất dòng tế bào thử Tuy nhiên, hợp chất 193a 146b có chứa nhóm hút điện tử vị trí ortho para có tác dụng gây độc tế bào từ yếu đến trung bình Hydrazone 142a-e có nguồn gốc từ axit benzoic mạnh so với dẫn xuất từ axit phenyl axetic ngoại trừ hợp chất 142e, dãy 142a-d có hoạt tính gây độc tế bào mạnh MCF-7 LU1 so với dòng tế bào HepG-2 Hợp chất 142a cho thấy tác dụng gây độc tế bào tốt HepG-2, LU-1 MCF-7 với giá trị IC50 tương ứng 20,93, 13,58 9,40 µM Do đó, hợp chất coi chất dẫn đường cho việc thiết kế hydrazones gossypol tương lai Để mở rộng phổ sinh học dẫn xuất gossypol, hydrazone tổng hợp đánh giá hoạt tính kháng lại số chủng vi khuẩn gây bệnh cho người, bao gồm Staphylococcus aureus (ATCC 6538), Bacillus cereus (ATCC 21768), Bacillus subtilis (ATCC 6633), Escherichia coli (ATCC 25931) Pseudomonas aeruginosa (ATCC 9027) 15 T T 10 11 12 13 14 15 16 Hợp chất 138a 138b 138c 138d 142a 142b 142c 142d 142e 146a 146b 146c 146d 146e Strep tomycin sulfate (-)gossypol Staph ylococcu s aureus (ATCC 6538) Bacillu s cereus (ATCC 21768) 1024 1024 1024 20 1024 20 15 15 MIC (µg/ml) Bacill Esc us herichi subtilis a coli (ATCC (ATC 6633) C 25931) 1024 20 16 Pseudomon as aeruginosa (ATCC 9027) 20 Nd* Nd* Kết (Bảng 4.2) cho thấy hầu hết hydrazones tổng hợp không hoạt động kháng lại vi khuẩn thử nghiệm Một số hợp chất 142a, 142b ức chế Staphylococcus aureus Bacillus cereus, 142e ức chế Staphylococcus aureus giá trị MIC 1024 µg / ml, cho thấy hoạt tính kháng khuẩn thấp so với (-) - gossypol số dẫn xuất azagossypol Từ mối quan hệ hoạt động cấu trúc, hoạt tính hoạt tính yếu hydrazone kết diện cấu trúc nửa gắn với gossypol, dẫn đến khơng cho phép liên kết tốt dẫn xuất với màng lipid vi khuẩn 4.4 Tổng hợp hydrazone zerumbone 150a-f 16 ... có khả có hoạt tính sinh học đặc biệt hoạt tính dịng tế bào ung thư Vì đề tài luận án đặt vấn đề về: Nghiên cứu tổng hợp, đánh giá hoạt tính sinh học dẫn xuất hydrazone (-)-gossypol zerumbone? ??’... kháng khuẩn dẫn xuất tổng hợp Nội dung luận án bao gồm: Tách đồng phân (-)-gossypol từ gossypol racemic Tổng hợp hydrazone (-)-gossypol Tổng hợp hydrazone zerumbone Đánh giá hoạt tính sinh học. .. zerumbone? ??’ Mục tiêu luận án: Tách đồng phân (-)-gossypol từ hỗn hợp gossypol racemic Tổng hợp dẫn xuất hydrazone (-)-gossypol Tổng hợp dẫn xuất hydrazone zerumbone Đánh giá hoạt tính kháng số dòng tế