Khóa luận điều chế dẫn xuất của acid usnic thông qua phản ứng oxi hóa dakin và baeyer villiger

LỜI MỞ ĐẦU Các hợp chất cô lập từ địa y có nhiều loại hoạt tính sinh học hoạt tính kháng khuẩn, kháng virus, giảm đau, hạ sốt, kháng ung thư,… [3] Đặc trưng acid usnic, dẫn xuất dibenzofuran tự nhiên tìm thấy nhiều lồi địa y thuộc chi Usnea có cơng thức phân tử C18H16O7 Acid usnic sở hữu nhiều đặc tính sinh học hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm mạnh chống lại vi khuẩn Gram dương Staphylococcus, Streptococcus, vi khuẩn lao, số loại nấm gây bệnh [8,11] Ngoài ra, hợp chất thể hoạt tính kháng virus, kháng viêm giảm đau hạ sốt,…[11] Đặc biệt thử nghiệm in vitro cho thấy acid usnic có khả gây độc mạnh mẽ ức chế phát triển nhiều dòng tế bào ung thư người [3,11,15,18] Tuy nhiên, thực tế, độc tính cao gan độ tan thấp nước acid usnic phần hạn chế việc sử dụng liệu pháp chữa trị bệnh ung thư Điều kích thích quan tâm tìm cách khắc phục hạn chế mà giữ nguyên hoạt tính kháng bệnh Hình (+)-Acid usnic (-)-Acid usnic Những phản ứng tổng hợp dẫn xuất acid usnic thực Takai (1979) dựa mục đích làm tăng độ tan nước acid usnic dẫn xuất nhóm tác giả tổng tổng hợp loạt dẫn xuất glycoside imine Gần đây, nhiều nghiên cứu thực để cải thiện hoạt tính kháng ung thư acid usnic, thí dụ dẫn xuất imine có hoạt tính kháng virus gây độc tế bào khối u Năm 2008, Marc-Antoine Bazin cộng tổng hợp dẫn xuất acid usnic có hoạt tính ức chế phát triển nhiều dòng tế bào ung thư Bruno (2013) tổng hợp chuỗi dẫn xuất imine dựa phản ứng acid usnic amino acid nhằm tìm kiếm hoạt chất mạnh tế bào ung thư biểu mô sừng HaCaT với kết tất dẫn xuất mạnh acid usnic (IC50 24 μg/mL) hợp chất mạnh có giá trị IC50 4.1 μg/mL Năm 2015, O.A Luzina cộng tổng hợp sản phẩm tạo từ (+)-acid usnic 1,8-diaminooctane có hoạt tính gây độc tế bào dòng tế bào L1210 số dẫn xuất có tác động kháng u chống lại dòng tế bào bạch cầu người CEM -13 MT -14 Ngoài ra, nhiều nghiên cứu khác nhằm điều chế dẫn xuất acid usnic thử nghiệm hoạt tính kháng virus cúm chúng thực Nouri Neamati (1997), Dmitriy N Sokolov (2012), Ann A Shtro (2014) Nhiều dẫn xuất có khung sườn carbon từ acid usnic điều chế Hoạt tính sinh học tăng cường thay đổi số đặc điểm cấu trúc nhánh Những phản ứng với tác chất chalcone tạo thành dẫn xuất mạnh Dẫn xuất enamine, pyrazole chalcone hoạt chất tiềm ức chế phát triển virus Với hy vọng phản ứng oxi hóa Dakin Baeyer-Villiger, tổng hợp dẫn xuất acid usnic có khung carbon lần cơng bố giới đồng thời có khả ức chế phát triển nhiều dòng tế bào ung thư CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Phản ứng oxi hóa Dakin phản ứng Baeyer-Villiger 1.1.1 Phản ứng oxi hóa Dakin Phản ứng oxi hóa Dakin xảy aldehyde ketone với H2O2 môi trường base Cơ chế phản ứng có tạo thành trung gian ester sau Sơ đồ 1.1 Cơ chế phản ứng oxi hóa Dakin 1.1.2 Phản ứng Baeyer-Villiger Tương tự phản ứng Dakin, phản ứng Baeyer-Villiger có oxi hóa m-CPBA vào nhóm aldehyde ketone Cơ chế phản ứng Baeyer-Villiger tương tự phản ứng oxi hóa Dakin Sơ đồ 1.2 Cơ chế phản ứng Baeyer-Villiger Trong môi trường kiềm, ester tạo thành bị thủy phân cho sản phẩm tương tự phản ứng oxi hóa Dakin 1.2 Các nghiêu cứu cơng bố tổng hợp dẫn xuất acid usnic Năm 1979, dẫn xuất acid usnic tổng hợp Takai [20] Nhóm tác giả tổng hợp loạt dẫn xuất glycoside imine (Hình 2, Sơ đồ 1.3), đồng thời thử nghiệm hoạt tính dẫn xuất với tế bào bệnh bạch cầu P388 tế bào ung thư phổi cho thấy hoạt tính gia tăng số dẫn xuất Hình Một số dẫn xuất acid usnic Takai điều chế năm 1979 Năm 1997, Nouri Neamati cộng [7] thử nghiệm khả kháng virus HIV-1 acid usnic dẫn xuất N-isonicotinoylhydrazone, kết cho thấy khả ức chế trung bình virus Đồng thời dẫn xuất điều chế thể khả ngăn chặn di tế bào ung thư phổi Các nghiên cứu gần cho thấy dẫn xuất imine từ kết hợp acid usnic với polyamine có khả gây độc mạnh vài tế bào khối u Năm 2008, Marc-Antoine Bazin cộng [1] tổng hợp dẫn xuất acid usnic có hoạt tính ức chế phát triển nhiều dịng tế bào ung thư (Bảng 1.1, Sơ đồ 1.4) Trong đó, dẫn xuất polyamine (+)-acid usnic có hoạt tính cao (-)-acid usnic Hoạt tính gây độc dòng tế bào L1210 (tế bào gây bệnh bạch cầu chuột) dẫn xuất 6-acetyl-2-{1-[3-(4-aminobutylamino)propylamino]-ethylidene}-7,9dihydroxy-8,9b-dimethyldibenzofuran-1,3(2H,9bH)-dione (hợp chất A4, xem Sơ đồ 1.4, Bảng 1.2) có hoạt tính cao với acid usnic (IC50 3.0 μM) Hợp chất tổng hợp phản ứng (+)-acid usnic 1,8-diaminooctane (IC50 3.0 μM ) Các dẫn xuất muối ammonium bậc acid usnic có hoạt tính sinh học có lợi Sơ đồ 1.3 Tổng hợp số dẫn xuất glycoside imine acid usnic A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 R= -(CH2)4NH2, 2HCl; R= -(CH2)3NH-(CH2)4-NH2, 3HCl; R= -(CH2)3NH-(CH2)4-NH-(CH2)3NH2, 4HCl R= -(CH2)8NH2, 2HCl; R= -(CH2)4OH; R= -(CH2)8CH3; R = C2H5-CH(CH3)-CH-COOH A8 R = C6H5-CH2-CH-COOC2H5; A9 R = (CH3)2CH-CH2-CH-COOC2H5; Hiệu suất = 25% Hiệu suất =12% Hiệu suất = 55% Hiệu suất = 36% Hiệu suất = 73% Hiệu suất = 69% Hiệu suất = 85% Hiệu suất =74% Hiệu suất = 75% Sơ đồ 1.4 Phản ứng điều chế dẫn xuất acid usnic với số amine (Ai) RNH2 đương lượng, đun hồi lưu EtOH/THF 80:20, h; (Aii) 2.4 N khí HCl, AcOEt; (Aiii) Et3N, đương lượng Bảng 1.1 Độc tính tế bào acid usnic dẫn xuất A1-A9 số dòng tế bào ung thưa IC50b (μM) 3LL DU145 Hợp chấtc L1210 (-) UA 17.4 ± 1.4 (+) UA 26.4 ± 8.5 Put »100 Spd »100 Spm 54.5 ± 9.2 DAO »100 (+) UA + 100 20.5 ± μM Put 3.8 (+) UA + 100 23.2 ± μM Spd 4.3 (+) UA + 50 μM 14.2 ± Spm 6.4 (+) UA + 25 μM 20.0 ± Spm 7.4 (+) UA + 100 14.7 ± Μm DAO 5.2 A1 12.0 ± 2.8 A2 8.4 ± 1.4 A3 A4 A5 15.3 ± 2.6 2.7 ± 0.8 CHO nd CHOMG nd MCF7 K-562 U251 nd nd nd 45.9 ± 7.0 57.4 ± 2.1 nd nd nd 51.7 ± 7.3 105.4 ± 16 nd nd nd 21.8 ± 3.8 52.8 ± 8.7 nd nd nd 19.7 ± 4.6 19.5 ± 1.6 nd nd nd 31.3 ± 16 »100 »100 »100 30 ± 12 »100 »100 »100 »100 nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd 10.7 ± 2.0 29.3 ± 1.0 48 ± 20 3.5 ± 1.2 19.5 ± 5.0 nd nd 12 ± 1.0 28.0 ± 3.0 59 ± 9.0 ± 2.0 nd nd nd nd nd nd nd nd nd nd 8.2 ± 2.7 nd 14.1 ± 2.1 nd 9.9 ± 0.2 11.2 ± 2.3 5.8 ± 0.4 nd 12.5 ± 4.9 4.4 ± 1.1 8.2 ± 0.6 nd 35.1 ± 10.7 23 ± 6.6 nd 7.2 ± 0.8 nd 19.9 ± nd 1.5 A6 >500 nd nd nd nd nd nd A7 54.6 ± nd nd nd >100 56.7 ± nd 18.5 28.9 A8 74.4 ± nd nd nd nd >100 >100 >100 1.3 A9 48.9 ± nd nd nd nd >100 60.7 ± >100 10.5 37.0 Etoposide 0.5 ± nd nd 4.0 ± 1.5 ± 12.2 ± 4.9 ± 0.5 ± 0.25 1.3 0.4 0.5 0.8 0.1 a Tế bào ung thư bạch cầu chuột L1210 (ATCC CCL 219), 3LL, ung thư phổi (CRL-1642), K-562, bạch cầu mãn tính người (ATCC CCL 243), ung thư tuyến tiền liệt người di não DU145 (ATCC HTB 81), ung thư biểu mô tuyến vú MCF7 (ATCC HTB 22), U251, ung thư biểu mô tế bào U251 (RCB0461) b Các tế bào nuôi cấy 48 72 với nồng độ khác hợp chất liệt kê bảng Kết xử lý từ thí nghiệm độ lập ± SD nd: not determined - không xác định c UA, usnic acid; Put, Putrescine; Spd, spermidine; Spm, spermine; DAO, diaminooctane Bảng 1.2 Cảm ứng apoptosis (+)-acid usnic dẫn xuất A4 tế bào L1210a Hợp chất Nồng độ (μM) Không mẫu Apoptotic cell (%) Caspase-3 activityc 24 h 48 h 48 h 1.0 ± 0.3 1.8 ± 0.8 1.0 ± 0.1 (+)-Acid usnic 17 30 ± 33 ± 3.4 ± 0.3 (+)-Acid usnic 26 32 ± 38 ± 7.4 ± 0.7 (+)-Acid usnic 35 35 ± 42 ± 21.9 ± A4 37 ± 37 ± 1.4 ± 0.2 A4 4.5 38 ± 10 42 ± 1.7 ± 0.1 A4 35 ± 48 ± 1.7 ± 0.2 Etoposide 1.7 47 ± 53 ± 19.5 ± 1.5 Năm 2012, Maja Natić cộng [12] tổng hợp phức Pd(II) Cu(II) với dẫn xuất hydrazide acid usnic (Sơ đồ 1.5) Các phức cho hoạt tính chống nấm Aspergillus niger, vi khuẩn Gram âm Escherichia coli Pseudomonas aeruginosa, vi khuẩn Gram dương Bacillus subtilis Năm 2014, Ann A Shtro cộng [17] tổng hợp dẫn xuất dị vòng acid usnic với dẫn xuất có khung sườn carbon (2,6-diacetyl-7,9dihydroxy-8,9b-dimethyl-1,3(2H,9bH)-dibenzo-furandione Các dẫn xuất có hoạt tính kháng virus cúm A (H1N1) (Bảng 1.3) Hoạt tính sinh học tăng cường thay đổi đặc điểm cấu trúc nhánh Những phản ứng với tác chất chalcone tạo thành dẫn xuất cố hoạt tính mạnh Cấu hình tuyệt đối acid usnic dẫn xuất có ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học với dẫn xuất từ (-)-acid usnic mạnh dẫn xuất (+)-acid usnic Dẫn xuất enamine, pyrazole chalcone hoạt chất tiềm ức chế phát triển virus (Sơ đồ 1.6-1.9) Năm 2015, Nguyễn Trung Giang cộng điều chế số dẫn xuất (+)-acid usnic với amine thơm điều kiện chiếu xạ vi sóng (Sơ đồ 1.10) [14] Cùng năm đó, Olga B Bekker cộng [2] tổng hợp dẫn xuất (+)-acid usnic (-)-acid usnic chứa vịng 1,3-thiazole có hoạt tính chống lại vi khuẩn lao Mycobacterium tuberculosis (Sơ đồ 1.11, Bảng 1.4) Sơ đồ 1.5 Một số phức Pd(II) Cu(II) với dẫn xuất hydrazide acid usnic Sơ đồ 1.6 Phản ứng điều chế số dẫn xuất acid usnic phản ứng với amine béo (Ka): EtOH/H2O, KOH (pH~9,5), đun hồi lưu; (Kb): EtOH, Et3N, đun hồi lưu Sơ đồ 1.7 Phản ứng điều chế số dẫn xuất enamine, pyrazole chalcone acid usnic; (Ka) PhNHNH2, EtOH, đun hồi lưu; (Kb): NaBH4, THF, -20 oC; (Kc): CH2N2, CHCl3, nhiệt độ phòng; (Kd): ArCHO, MeOH/H2O, KOH, 70 oC; (Ke): t-BuOOH,VO(acac)2, PhMe, nhiệt độ phòng; (Kf): NH2NH2*H2 O, AcOH, EtOH, đun hồi lưu Sơ đồ 1.8 Phản ứng điều chế số dẫn xuất acid usnic; (Ka): trifluorochloroethylene, K2CO3, DMF, 40-45 oC; (Kb): 2-bromobenzoylchloride, Et3N, DMAP, Et2O, nhiệt độ phòng; (Kc): AcOOH, CHCl3, nhiệt độ phòng; (Kd):PhNHNH2, EtOH, đun hồi lưu Sơ đồ 1.9 Phản ứng điều chế số dẫn xuất acid usnic (tiếp theo) (Ka): 2Br2, HBr, dioxane, nhiệt độ phòng; (Kb): AcOK, acetone, đun hồi lưu; (Kc): aldehyde, MeOH/H2O,70 oC; (Kd): MeI, K2CO3, DMF, nhiệt độ phòng; (Ke): Br2, dioxane, nhiệt độ phòng; (Kf): thiol, NaOH, MeOH, nhiệt độ phòng; (Kg): 2Br2, HBr, dioxane, nhiệt độ phòng 10 20 Takai M., Uehara Y., Beisler, J.A., Usnic acid derivatives as potential antineoplastic agents, Journal of Medicinal Chemistry, 22, pp 1380–1384, 1979 24 21 Vanga NR., Kota A., Sistla R., Uppuluri M., Synthesis and anti-inflammatory activity of novel triazole hybrids of (+)-usnic acid, the major dibenzofuran metabolite of the lichen Usnea longissima, Mol Divers., 21(2), pp 273–282, 2017 25 PHỤ LỤC 17 13 7-OH Phụ lục Phổ 1H-NMR hợp chất 26 16 12 14 Phụ lục Phổ 13C-NMR hợp chất 27 Phụ lục Phổ HMBC hợp chất 28 Phụ lục Phổ MS hợp chất 29 Phụ lục Phổ 1H-NMR hợp chất 30 Phụ lục Phổ 13C-NMR hợp chất 31 Phụ lục Phổ MS hợp chất 32 Phụ lục Phổ 1H-NMR hợp chất 33 Phụ lục Phổ HMBC hợp chất 34 Phụ lục 10 Phổ 1H-NMR hợp chất 35 Phụ lục 11 Phổ 13C-NMR hợp chất 36 Phụ lục 12 Phổ HSQC hợp chất 37 Phụ lục 13 Phổ HMBC hợp chất 38 ... đồ 1.1 Cơ chế phản ứng oxi hóa Dakin 1.1.2 Phản ứng Baeyer- Villiger Tương tự phản ứng Dakin, phản ứng Baeyer- Villiger có oxi hóa m-CPBA vào nhóm aldehyde ketone Cơ chế phản ứng Baeyer- Villiger. .. cô quay Heidolph 16 2.2 Phản ứng oxi hóa Dakin Phản ứng oxi hóa Dakin thực chất acid usnic theo Sơ đồ 2.1 Sơ đồ 2.1 Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất phản ứng oxi hóa Dakin từ acid usnic 2.3 Phản ứng Baeyer- Villiger. .. CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Phản ứng oxi hóa Dakin phản ứng Baeyer- Villiger 1.1.1 Phản ứng oxi hóa Dakin Phản ứng oxi hóa Dakin xảy aldehyde ketone với H2O2 môi trường base Cơ chế phản ứng có tạo thành