Luận án nghiên cứu tổng hợp các hợp chất lai của một số triterpenoid có chứa nhóm benzamide và hydroxamate

1 MỞ ĐẦU Ung thư bệnh nguy hiểm giới Tồn cầu ước tính có 8,2 triệu người chết ung thư vào năm 2012, bệnh ung thư phổi (ung thư phế quản khí quản) tăng đáng kể nên trở thành nguyên nhân tử vong đứng hàng thứ năm 2012 giết chết 1,1 triệu nam giới 0,5 triệu phụ nữ [1] Chi phí cho loại thuốc liên quan đến ung thư tăng từ 80,8 tỷ đô la Mỹ năm 2010 lên 100,2 tỷ Đô la Mỹ năm 2014 [2] Mặc dù thập kỷ gần đây, có nhiều nghiên cứu phát triển loại thuốc chống ung thư chưa đáp ứng cho thực tiễn Nhiều bệnh chưa thể chữa trị triệt để Vì xu hướng nghiên cứu tìm kiếm, phát triển loại thuốc thuốc cải tiến để nhắm mục tiêu ức chế tế bào ung thư nhu cầu thực thiết Hiện nay, thuốc có cấu trúc lai ngày nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tổng hợp nhằm tạo hợp chất lai có hoạt tính sinh học cao vượt trội so với chất ban đầu Việc kết hợp hợp phần có hoạt tính sinh học để lai tạo thành cấu trúc với hoạt tính lý thú hướng nghiên cứu thu hút ý nhiều nhà khoa học Triterpenoid nhóm hợp chất tự nhiên dẫn xuất nhận quan tâm nghiên cứu đáng kể nhà khoa học năm gần Nhiều hợp chất tritecpenoid betulin, betulinic acid, ursolic acid, oleanolic acid cơng bố có hoạt tính chống HIV, kháng khuẩn, kháng nấm, chống viêm chống ung thư Trong đó, betulinic acid có hoạt tính gây độc nhiều loại tế bào ung thư theo chế ức chế trình sinh tổng hợp protein p53 [3-6] Nhiều hợp chất lai betulin, betulinic acid, ursolic acid với AZT, 3TC tổng hợp nghiên cứu hoạt tính sinh học cho thấy có hoạt tính ức chế tế bào ung thư tốt so với thành phần ban đầu Bên cạnh đó, hợp chất benzamide MS-275, MGCD-0103 hợp chất có hoạt tính sinh học lý thú, Cục quản lý thực phẩm dược phẩm Mỹ (US-FDA) phê duyệt điều trị tạng đặc, ung thư bạch cầu, u hắc sắc tố ác tính di giai đoạn muộn [7-11] Các hợp chất hydroxamic vorinostat hay gọi zolinza (SAHA) FDA phê duyệt vào năm 2006 điều trị u lympho da tế bào T, trichosatin A (TSA) belinostat (PXD-101) sử dụng điều trị tặng đặc ung thư máu, panobinostat (LBH589) điều trị tạng đặc, AML, ALL, MDS [12-16] Tuy nhiên, hợp chất lai triterpenoid có chứa nhóm benzamide hydroxamate cịn chưa nghiên cứu nhiều Hướng nghiên cứu tổng hợp hợp chất lai triterpenoid có chứa nhóm benzamide, nhóm hydroxamate thử hoạt tính gây độc tế bào ung thư nhằm tìm kiếm hợp chất có hoạt tính chống ung thư hướng nghiên cứu Xuất phát từ ý tưởng nên chọn đề tài: ‘‘Nghiên cứu tổng hợp hợp chất lai số triterpenoid có chứa nhóm benzamide hydroxamate ” vấn đề mới, lý thú có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Mục tiêu luận án: Nghiên cứu tổng hợp hợp chất lai số triterpenoid có chứa nhóm benzamide nhóm hydroxamate nhằm tìm kiếm hợp chất lai có hoạt tính sinh học cao, làm sở khoa học cho nghiên cứu để tạo thuốc chống ung thư góp phần chăm sóc sức khỏe cho cộng đồng Nội dung luận án bao gồm: Tổng hợp phân lập hợp chất lai số triterpenoid có chứa nhóm benzamide nhóm hydroxamate phương pháp sắc ký Xác định cấu trúc hoá học hợp chất tổng hợp phương pháp vật lý hóa học Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào hợp chất lai tổng hợp hai dòng tế bào KB Hep-G2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng hợp hoạt tính sinh học dẫn xuất triterpenoid Một số hợp chất triterpenoid betulin (1), betulinic acid (2), ursolic acid (3), oleanolic acid (4), 3β-acetoxy-21-oxolup-18-ene-28-oic acid (5) hợp chất có hoạt tính chống ung thư da, kháng khuẩn, kháng nầm, chống viêm, chống HIV….[17-23] Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất chất nhằm tìm kiếm hợp chất có hoạt tính sinh học cao Hình 1.1: Cấu trúc số hợp chất triterpenoid 1.1.1 Tổng hợp betulin hoạt tính sinh học dẫn xuất betulin Betulin hay 20(29)-lupene-3,28-diol (1), lần phân lập vào năm 1788 từ loài Betula alba (Betulaceae), hợp chất thiên nhiên phổ biến thuộc nhóm triterpenoid khung lupan Betulin tìm thấy nhiều loài thực vật, nhiều thành phần vỏ bạch dương (chiếm tới 30% trọng lượng khô dịch chiết từ vỏ loài B verrucosa) Ngoài ra, betulin tìm thấy nhựa lồi [17] phát có nhiều hoạt tính hoạt tính gây độc tế bào tế bào ung thư da, ung thư não nhiều dòng tế bào ung thư người Chính betulin có nhiều hoạt tính sinh học lý thú, nên betulin ngày nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu chuyển hóa thành dẫn xuất khác nhằm tìm kiếm cấu trúc hóa học hoạt tính sinh học lý thú chúng Betulin có hai nhóm chức OH liên kết với C-3 C-28 nối đôi 20(29) nhánh isopropylenyl C-19 Đây trung tâm hoạt động dễ bị thay chuyển hóa phản ứng hóa học mà giữ ngun khung triterpenoid, nên khả chuyển hóa betulin phong phú Nhiều nghiên cứu cho thấy việc chuyển hóa nhóm chức OH C-3 C-28 hợp chất betulin cho dẫn xuất có hoạt tính sinh học tốt Dưới số dẫn xuất có hoạt tính sinh học betulin Dẫn xuất ester betulin: Năm 2010 nhà khoa học người Nga Oxana B Kazakova cộng ông nghiên cứu chuyển hóa thành cơng hai nhóm OH vị trí C-3 C-28 betulin qua loạt phản ứng để tạo thành dẫn xuất ester, dẫn xuất ester với nicotinic acid có hoạt tính kháng lại chủng virut ung thư cổ tử cung HPV-11 Ngồi ra, hợp chất cịn có hoạt tính điều hòa miễn dịch, kháng HIV, bảo vệ gan, chống viêm, chống loét (sơ đồ 1.1) [24] Sơ đồ 1.1: Tổng hợp dẫn xuất ester betulin nicotinic acid Một số dẫn xuất ester betulin acid cacboxylic thơm tổng hợp thử hoạt tính kháng khuẩn Kết cho thấy hợp chất 14 15 có hoạt tính kháng khuẩn tốt nhiều dịng vi khuẩn với đường kính vơ khuẩn từ 10 – 13 mm (sơ đồ 1.2) [25] Sơ đồ 1.2: Tổng hợp dẫn xuất ester 8-13 Dẫn xuất amide betulin: Sơ đồ 1.3: Tổng hợp dẫn xuất amide 14 Đầu tiên oxi hóa nhóm 3β-OH betulin thành ketone, C-28 thành nhóm COOH, sau khử chọn lọc tác nhân NaBH4 thu betulinic acid (2), sau cho phản ứng với amino acid khác thu dẫn xuất amide [26] Dẫn xuất ester- amide betulin: Năm 2015, tác giả Sheng-Jie Yang cộng nghiên cứu tổng hợp thành công dẫn xuất ester-amide C-28 betulin bừng cách cho betulin phản ứng với anhydrid acid khác thu dẫn xuất ester – acid, sau cho dẫn xuất phản ứng với tác nhân amine khác dung môi DCM thu dẫn xuất ester-amide 16a-c Các hợp chất sau nghiên cứu thử hoạt tính chống ung thư dịng tế bào ung thư người MGC803 (ung thư dày), PC3 (ung thư tiền liệt tuyến), Bcap-37 (ung thư biểu mô cổ tử cung), A375 (ung thư da) MCF-7 (ung thư vú) Kết cho thấy, hợp chất 15 16a-c có hoạt tính tốt với giá trị IC50 từ 4-18 M Riêng hợp chất 16c có chứa nhóm piperidin nhóm chức amide thể hoạt tính tốt dòng tế bào với giá trị IC50 tương ứng 4,3 μM; 4,5 μM; 5,2 μM; 7,5 μM, 5,2 μM (sơ đồ 1.4) [27] Sơ đồ 1.4: Tổng hợp số dẫn xuất ester-amide 16a-c Dẫn xuất carbamate betulin: Nưm 2010, Harish Komera cộng cho betulin phản ứng với ethyl isocyanate phenyl isocyanate dung môi DCM 600C 48 giờ, thu dẫn xuất carbamate 18-21 theo sơ đồ 1.5 Hợp chất 18 20 thể hoạt tính diệt tế bào ung thư phổi A549 [28] Sơ đồ 1.5: Tổng hợp số dẫn xuất carbamate 18-21 Hướng nghiên cứu lai hóa hợp chất có hoạt tính sinh học để tạo hợp chất có hoạt tính sinh học tính mạnh hơn, chọn lọc hướng nghiên cứu nghiên cứu nhiều mà nhà khoa học mong đợi 1.1.2 Một số hợp chất lai triterpenoid hoạt tính chống HIV, chống ung thư Năm 2012, tác giả Nguyễn Văn Tuyến cộng tổng hợp nhiều hợp chất lai betulin với Zidovudine (AZT), betulin với dẫn xuất Lamivudine (3TC) cách cho betulin (1) phản ứng với ethyl chloroformate dung môi DCM bổ sung thêm triethyl amine thu dẫn xuất 22, 24 sau cho phản ứng với AZT, 3TC dung môi DCM 250C 24 thu dẫn xuất 25a-b, 26a-b theo sơ đồ 1.6 1.7 [29] Sơ đồ 1.6: Tổng hợp chất lai 23, 25a-b betulin AZT qua liên kết ester Sơ đồ 1.7: Tổng hợp chất lai 26a-b betulin 3TC qua liên kết ester Các dẫn xuất lai AZT triterpenoid 25a 25b hai dẫn xuất lai 3TC betulin 26a 26b thử hoạt tính chống virut HIV so sánh với thuốc kháng HIV truyền thống AZT, 3TC d4T với gía trị EC50 tương ứng d4T, AZT 3TC phép thử đối chứng 7,3 µM; 0,47 µM 3,3 µM Kết cho thấy hợp chất 25a 25b có hoạt tính kháng HIV cao nhiều so với thuốc truyền thống với giá trị EC50 từ 0,1 µM tới 0,3 µM Riêng hai dẫn xuất lai 26a 26b lại có hoạt tính kháng HIV thấp chút so với thuốc truyền thống 3TC d4T với giá trị EC50 10 µM (26a) 10 µM - 25 µM (26b) Ngồi ra, tác giả Nguyễn Văn Tuyến cộng nghiên cứu tổng hợp thành công hợp chất lai triterpenoid với AZT qua cầu nối ester amide cách cho triterpenoid phản ứng với propagyl bromide propagyl amine để tạo dẫn xuất ester amide, sau cho dẫn xuất phản ứng với AZT thu các hợp chất lai 29 31 có hoạt tính chống ung thư KB Hep-G2 cao [30, 31] (sơ đồ 1.8, sơ đồ 1.9) Sơ đồ 1.8: Tổng hợp dẫn chất lai triterpenoid-AZT qua cầu nối ester-triazole 10 Sơ đồ 1.9: Tổng hợp dẫn chất lai triterpenoid-AZT qua cầu nối amide-triazole Kết thử hoạt tính chống ung thư cho thấy hai hợp chất 29 31 có hoạt tính cao dịng tế bào Hep-G2 với giá trị IC50 8,55 µM 5,91 µM, riêng hợp chất 31 cịn có hoạt tính mạnh dịng tế bào KB (IC50 = 8,1 µM) 113 KẾT LUẬN 1.Luận án nghiên cứu tổng hợp thành công 13 hợp chất lai số triterpenoid có chứa nhóm benzamide, bao gồm: + hợp chất betulin có chứa nhóm benzamide qua cầu nối ester (77ae) +3 hợp chất dẫn xuất diacid pentacyclic triterpenoid có chứa nhóm benzamide (80, 83a-b) +2 hợp chất betulinic acid có chứa nhóm benzamide (84, 85) +1 hợp chất ursolic acid có chứa nhóm benzamide (87) + hợp chất 3β-acetoxy-21-oxolup-18-ene-28-oic acid có chứa nhóm benzamide (88a-b) 2.Luận án nghiên cứu tổng hợp thành cơng 16 hợp chất lai số triterpenoid có chứa nhóm hydroxamate bao gồm : + hợp chất betulin có chứa nhóm hydroxamate qua cầu ester (89a-h) + hợp chất 3β-acetoxy-21-oxolup-18-ene-28-oic acid có chứa nhóm hydroxamate (90a-b 92a-b) + hợp chất betulinic acid có chứa nhóm hydroxamate qua cầu nối amide (94a-b) +2 hợp chất hợp chất 81 có chứa nhóm hydroxamate qua cầu nối amide (96a-b) Luận án tổng hợp dẫn xuất amide 91, 93, 95 Đây dẫn xuất chưa thấy mô tả tài liệu tham khảo Đã chứng minh cấu trúc 29 hợp chất tổng hợp phương pháp phổ đại phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR, 13C-NMR, phổ khối lượng phân giải cao (HRMS) Đã thử hoạt tính gây độc tế bào 29 hợp chất hai dòng tế bào ung thư người tế bào KB (ung thư biểu mô) tế bào HepG2 (ung thư gan) Kết cho thấy có hợp chất 89c, 89e, 89f, 92a, 96b có hoạt tính tốt với giá trị IC50