Luận án tiến sĩ ổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của một số dẫn xuất sulfonylurea

Luận án tiến sĩ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐỒN HĨA CHẤT VIỆT NAM VIỆN HĨA HỌC CƠNG NGHIỆP VIỆT NAM - BÙI THỊ THỜI TỞNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT SULFONYLUREA LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI – 2021 Luận án tiến sĩ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐỒN HĨA CHẤT VIỆT NAM VIỆN HĨA HỌC CƠNG NGHIỆP VIỆT NAM - BÙI THỊ THỜI TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT SULFONYLUREA Chuyên ngành: Hóa hữu Mã số: 44 01 14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Ngô Đại Quang PGS.TS Trần Văn Lộc HÀ NỘI – 2021 Luận án tiến sĩ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .iv DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược bệnh đái tháo đường 1.2 Các loại thuốc điều trị đái tháo đường 1.2.1 Thuốc điều trị đái tháo đường tuýp 1.2.2 Thuốc điều trị đái tháo đường tuýp 1.3 Sự phát triển thuốc sulfonylurea điều trị đái tháo đường 1.3.1 Giới thiệu chung sulfonylurea 1.3.2 Cơ chế tác dụng sulfonylurea điều trị đái tháo đường 1.3.3 Dược động học Sulfonylurea 1.3.4 Sự phân loại nhóm thuốc Sulfonylurea 10 1.4 Một số nghiên cứu tổng hợp đánh giá hoạt tính hạ đường huyết dẫn xuất Sulfonylurea 16 1.5 Một số tác dụng điều trị khác dẫn xuất Sulfonylurea 23 1.5.1 Tác dụng chống ung thư sulfonylurea 24 1.5.2 Tác dụng làm thuốc lợi tiểu Sulfonylurea 25 1.5.3 Tác dụng chống viêm sulfonylurea 26 1.5.4 Sulfonylurea có tác dụng làm thuốc chống co giật thuốc chống thần kinh 26 1.5.5 Sulfonylurea có tác dụng làm chất kháng vi sinh vật, kháng khuẩn 27 1.5.6 Hoạt chống sốt rét, ức chế 15-LOX hoạt tính chống lao Sulfonylurea 28 CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 31 2.1 Các phương pháp nghiên cứu 31 2.1.1 Tổng hợp hóa học 31 i Luận án tiến sĩ 2.1.2 Tách, tinh chế hợp chất 31 2.1.3 Phương pháp xác định tính chất vật lý, cấu trúc sản phẩm 32 2.1.4 Đánh giá hoạt tính sinh học 32 2.1.5 Nghiên cứu độ ổn định sản phẩm glipizide (Phụ lục 42) 35 2.1.6 Nghiên cứu độc tính cấp, độc tính bán trường diễn glipizide (Phụ lục 43) 35 2.2 Thực nghiệm 35 2.2.1 Hóa chất dung mơi, dụng cụ 35 2.2.2 Nghiên cứu tổng hợp glipizide 36 2.2.3 Tổng hợp dẫn xuất sulfonylurea 92(a-q) 38 2.2.4 Tổng hợp dẫn xuất sulfonylurea 94(a-i) 54 2.2.5 Tổng hợp dẫn xuất sulfonylurea 96(d, e, g) 60 CHƯƠNG III KẾT QUẢ- THẢO LUẬN 64 3.1 Định hướng nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất sulfonylurea 64 3.2 Tổng hợp Glipizide 65 3.2.1 Tổng hợp chất trung gian N-phenylpyrazyl-2-carboxylic (24) 66 3.2.2 Tổng hợp chất trung gian 5-methyl-N-(4-sulfamoylphenethyl) pyrazine-2carboxamide (25) 68 3.2.3 Tổng hợp chất N-(4-(N-(cyclohexylcarbamoyl)sulfamoyl)phenethyl)-5-methylpyrazine-2-carboxamide (glipizide (26)) 70 3.2.4 Đánh giá chất lượng, nghiên cứu độ ổn định, độc tính cấp, độc tính bán trường diễn sản phẩm Glipizide 75 3.3 Tổng hợp dẫn xuất sulfonylurea 92(a-q) 75 3.3.1 Phương pháp 1: Tổng hợp dẫn xuất Sulfonylurea 92(a-e) 76 3.3.2 Phương pháp 2: Tổng hợp dẫn xuất sulfonylurea 92(a-q) 92 3.4 Tổng hợp dẫn xuất sulfonylurea 94(a-i) 114 3.4.1 Tổng hợp chất ethyl ((4-(2-(5-methylpyrazine-2-carboxamido)ethyl)phenyl)sulfonyl)carbamate (93) 115 3.4.2 Tổng hợp dẫn xuất sulfonylurea 94(a-i) 118 3.5 Tổng hợp dẫn xuất sulfonylurea 96(d, e, g) 126 ii Luận án tiến sĩ 3.5.1 Tổng hợp chất ethyl ((4-(2-(6-chloronicotinamido)ethyl)phenyl)sulfonyl)carbamate (95) 126 3.5.2 Phản ứng tổng hợp dẫn xuất sulfonylurea 96(d, e, g) 127 3.6 Kết quả đánh giá hoạt tính sinh học liên hệ cấu trúc- hoạt tính dẫn xuất sulfonylurea tổng hợp 131 3.6.1 Đánh giá hoạt tính ức chế enzyme α- glucosidase 131 3.6.2 Kết quả đánh giá hoạt tính ức chế sản sinh NO 137 CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 138 Kết luận 138 Kiến nghị 138 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 140 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO 142 iii Luận án tiến sĩ MỞ ĐẦU Đái tháo đường bệnh thường gặp số bệnh nội tiết ba bệnh có tốc độ phát triển nhanh giới (ung thư, tim mạch, đái tháo đường) Bệnh đái tháo đường khơng theo dõi điều trị gây nhiều biến chứng nguy hiểm: tổn hại đến mạch máu nhỏ tim, não, thận, mắt… biến chứng đột quỵ, suy thận, biến chứng bàn chân, làm tăng gấp đơi nguy tử vong sớm người bệnh Số người bị bệnh đái tháo đường ngày tăng, số liệu năm 2019 cho biết ước tính 463 triệu người tồn giới mắc bệnh đái tháo đường, dự đoán tăng lên 700 triệu vào năm 2045 Việt Nam năm bối cảnh chung giới với triệu bệnh nhân đái tháo đường Theo thống kê 2/3 bệnh nhân đái tháo đường độ tuổi lao động có xu hướng trẻ hóa rõ ràng năm gần Việc chẩn đoán sớm điều trị sớm chìa khóa bản ngăn ngừa biến chứng bệnh đái tháo đường Mục đích cuối việc điều trị ngăn chặn đẩy lùi biến chứng liên quan đến bệnh đái tháo đường, giảm tỷ lệ tử vong trì chất lượng sống tốt Sulfonylurea lớp chất hữu đã nhà hóa học Marcel Janbon đồng nghiệp phát có tác dụng hạ đường huyết vào năm 1942 [1] [2] Từ năm 1950 lớp chất sulfonylurea chủ yếu sử dụng để điều trị bệnh đái tháo đường tuyp Gần bẩy mươi năm sau có mặt thị trường, sulfonylurea xem thuốc trị liệu cốt lõi dành cho bệnh nhân đái tháo đường tuýp 2, bẩy mươi năm khoảng thời gian đủ dài để đánh giá rõ ràng hiệu quả tính an tồn nhóm thuốc phương diện Trong năm gần đây, nghiên cứu rộng rãi giới đã phát triển hợp chất sulfonylurea từ hệ thứ đến hệ thứ hai hệ thứ ba, tạo hợp chất có tác dụng sinh học mạnh nhiều so với hợp chất ban đầu Sự đời thuốc sulfonylurea để thỏa mãn nhu cầu điều trị đa chế bệnh đái tháo đường tuýp cần thiết động lực để y học tiến không ngừng Ngoài ra, số lượng lớn hợp chất thể loạt hoạt tính sinh học khác y học như: chống loạn nhịp, lợi tiểu [3], chất đối kháng thụ thể histamine H3 [4], chất đối kháng thụ thể thromboxan A2 [5], kháng khuẩn [6], chống Luận án tiến sĩ sốt rét [7], chống nghẹt (hen) [8], chống ung thư hay gây độc tế bào hoạt tính chống viêm Tại Việt Nam, thấy cơng trình nghiên cứu tính năng, tác dụng phương pháp sử dụng thuốc sulfonylurea để điều trị bệnh đái tháo đường vài cơng trình nghiên cứu quy trình tổng hợp thuốc generic như: Glibenclamide, gliclazide mà chưa có cơng trình nghiên cứu, phát triển thuốc thuộc nhóm sulfonylurea Các thuốc nhóm sulfonylurea sử dụng để điều trị bệnh đái tháo đường nước nhập từ nước ngồi, có loại thuốc còn giai đoạn bảo hộ sáng chế nên giá thành cao Việc nghiên cứu tổng hợp hợp chất dựa cấu trúc lớp chất sulfonylurea, với việc đưa nhóm chức khác vào lớp chất nhằm mục đích tăng đa dạng hóa hoạt tính sinh học, tạo nhiều hợp chất có nhiều hoạt tính ứng dụng y học hướng nghiên cứu có tính thời sự, cấp thiết, có giá trị khoa học thực tiễn cao, thu hút nhiều quan tâm mạnh mẽ nhà khoa học giới [9] Trên sở khoa hoc, thực tiễn nêu trên, đã lựa chọn hướng nghiên cứu: “Tổng hợp nghiên cứu hoạt tính sinh học số dẫn xuất sulfonylurea’’ Mục tiêu nghiên cứu luận án: - Luận án tập trung tổng hợp xác định cấu trúc số dẫn xuất sulfonylurea với thay đổi nhóm vào hai đầu vị trí N cấu trúc glipizide vòng phenyl dị vòng chứa nhóm chức khác như: OH, NO2, Cl, F, I, OCH3 … nhóm N-phenyl-ethylsulfamoyl cấu trúc glipizide cố định, nhằm tạo nhiều hợp chất Sulfonylureas có nhiều hoạt tính ứng dụng y học, đặc biệt hoạt tính điều trị bệnh đái tháo đường - Đánh giá hoạt tính hạ đường huyết vài hoạt tính khác sản phẩm tổng hợp được, nhằm tìm kiếm hợp chất có hoạt tính sinh học cao, làm sở khoa học cho nghiên cứu phát triển thuốc tiếp theo, góp phần chăm sóc sức khỏe cho cộng đồng Luận án tiến sĩ CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược bệnh đái tháo đường Bệnh đái tháo đường nhóm bệnh rối loạn chuyển hóa cacbohydrat hooc môn insulin tụy bị thiếu hay giảm tác động thể, biểu mức đường máu cao Sự suy giảm chức tế bào Beta tuyến tụy đã xem yếu tố liên quan đến tốc độ tăng đường huyết tăng trưởng bệnh Kết quả nghiên cứu bệnh đái tháo đường nghiên cứu dự báo bệnh đái tháo đường tương lai Vương quốc Anh, đã suy giảm ban đầu chức xảy lên đến 15 năm trước chuẩn đoán bệnh Đi tiểu thường xuyên, khát nhiều, giảm cân, tăng thèm ăn, mờ mắt triệu chứng thông thường liên quan đến tăng đường huyết rõ rệt [2] Sự tăng huyết áp bất thường chuyển hóa mỡ thường tìm thấy bệnh nhân đái tháo đường Những người có nồng độ đường máu lúc đói ≥ 126 mg/dl (≥ mmol/l) thử lần liên tiếp, hay nồng độ đường máu sau ăn thời điểm ≥ 200 mg/dl (≥ 11,1 mmol/l) coi mắc bệnh tiểu đường Bệnh đái tháo đường phân loại thành tuýp 1, tuýp đái tháo đường thai kỳ [2] Đa số trường hợp bệnh đái tháo đường rơi vào tuýp - Đái tháo đường tuýp 1: định nghĩa thiếu hụt tuyệt đối tiết insulin, bệnh tự miễn hệ thống miễn dịch thể phản ứng lại phá huỷ tế bào  sản xuất insulin đảo tuỵ Sự thiếu hụt insulin dẫn đến tăng glucose máu thường dẫn đến biến chứng mãn tính Đái tháo đường tuýp chiếm 5-10% tổng số người mắc bệnh đái tháo đường - Bệnh đái tháo đường tuýp (hay gọi đái tháo đường không phụ thuộc insulin) Nguyên nhân kết hợp biến cố bất thường: i) giảm hoạt tính insulin (kháng insulin- giảm tác dụng insulin tế bào mơ đích, đặc biệt tế bào cơ) ii) giảm tiết insulin tế bào beta tuyến tụy dẫn đến khả trì glucose máu mức bình thường; iii) tăng sản xuất glucose từ gan Đái tháo đường tuýp 2, chiếm khoảng 90-95% tổng số bệnh nhân đái tháo đường thường gặp người 40 tuổi, người đái tháo đường thường có tuổi thọ ngắn người khác Luận án tiến sĩ Ngoài còn số tuyp tăng đường huyết đặc hiệu khác như: Đái tháo đường thai kỳ (thường xảy nửa cuối thai kỳ, tỷ lệ bệnh mắc bệnh chiếm 3-5% số thai nghén), tiền đái tháo đường (đường huyết cao mức bình thường khơng đủ cao để chẩn đốn đái tháo đường, bệnh khỏi mà không cần sử dụng insulin thuốc cách giảm cân vừa phải gia tăng hoạt động thể lực) 1.2 Các loại thuốc điều trị đái tháo đường 1.2.1 Thuốc điều trị đái tháo đường tuýp Những bệnh nhân bị đái tháo đường tuýp cần phải điều trị insulin ngày để trì sống Insulin hormon quan trọng thể tế bào  tuyến tuỵ tiết xuất, đóng vai trò chủ yếu chế điều hồ đường huyết thể Insulin khơng chuyển hoá lượng (glucid, lipid protid) phát triển thể, mà chất cần thiết cho sống 1.2.2 Thuốc điều trị đái tháo đường tuýp Dùng thuốc hạ đường huyết loại uống tác động theo chế khác nhau, bệnh nhân đái tháo đường khơng cần điều trị insulin mà sống khỏe mạnh suốt đời, nhóm thuốc phân thành nhóm bao gồm: 1.2.2.1 Nhóm kích thích tăng tiết insulin - Nhóm sulfonylurea: Sulfonylurea nhóm thuốc kinh tế, hiệu quả sử dụng rộng rãi để điều trị bệnh đái tháo đường - Nhóm metiglinid (hay glitinid): Kích thích tế bào beta tuyến tụy tiết insulin giống nhóm sulfonylurea, tác dụng hạ đường huyết lệ thuộc lượng glucozơ hấp thu gây tăng cân tụt đường huyết Nhóm thuốc sử dụng tác dụng phụ gây tăng cân hạ đường huyết 1.2.2.2 Các nhóm thuốc làm tăng nhạy cảm insulin giảm sản xuất Glucose gan: - Nhóm biguanide (nhóm làm tăng nhạy cảm insulin): Các thuốc thuộc nhóm biguanide bao gồm: metformin, phenformin buformin Thuốc tác dụng chủ yếu ngồi tuỵ, khơng có tác dụng kích thích tế bào  tuyến tuỵ tiết insulin Tác dụng thuốc làm giảm sản xuất glucozơ gan Luận án tiến sĩ - Nhóm thiazolidinedion (TZD): Các thuốc nhóm TZD có tác dụng làm tăng tính nhạy cảm insulin tế bào mô thể giảm rối loạn mỡ máu tương tự nhóm Biaguanide Nhóm metiglinid Nhóm biguanide Nhóm thiazolidinedion Hình 1: Một số nhóm thuốc điều trị đái tháo đường tuýp 1.2.2.3 Nhóm thuốc ức chế enzyme -glucosidase (nhóm thuốc chống tăng đường huyết sau ăn) Có loại thuốc thuộc nhóm acarbose, voglibose miglitol Tác dụng thuốc ức chế enzyme α-glucosidase, enzyme nằm tế bào biểu mô niêm mạc ruột non đảm nhận việc phân giải đường disacchariride carbohydrate, làm giảm hấp thu đường từ ruột vào máu Do tác dụng ức chế enzyme này, thuốc làm giảm chậm trình hấp thụ tinh bột, dextran disaccharide ruột non, tránh tình trạng tăng đường huyết sau ăn Thuốc có tác dụng tốt cho cả tuýp bệnh Ưu điểm thuốc nhóm khơng làm tụt đường huyết, cải thiện đường huyết sau ăn nhưng: Phải dùng theo bữa ăn lần/ngày, gây tác dụng phụ tiêu hóa (đầy bụng, tiêu chảy), thường phải phối hợp với thuốc khác 1.2.2.4 Nhóm thuốc ức chế enzyme DPP-4 Nhóm gliptin (bao gồm gitagliptin, gildagliptin, gaxagliptin, ginagliptin): nhóm thuốc có tác dụng ức chế DPP-4 dipeptidylpeptidase-4 (DPP-4) DPP-4 enzyme làm bất hoạt hooc môn Incretin nội sinh: (bao gồm glucagon-like peptide-1(GLP1) glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) DPP-4 có khắp nơi kể cả tế bào niêm mạc, gliptin nhóm thuốc ức chế enzyme DPP-4 để làm tăng nồng độ GLP1 GLP1 có tác dụng kích thích tiết insulin, làm tăng lượng insulin tăng lượng glucose sau ăn Nhóm thuốc gliptin khơng có tác dụng hạ đường huyết, kết hợp metformin TZD để tăng hiệu quả điều trị Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Luận án tiến sĩ Phụ lục 43: DANH MỤC NGUYÊN VẬT LIỆU STT 23 16 Độ tinh khiết (%) Xuất xứ rắn 98 Sigma Aldrich 200,26 rắn 98 Sigma Aldrich 125,17 lỏng 0,98 98 Sigma Aldrich 121,18 lỏng 0,96 98 Sigma Aldrich 218,25 lỏng 0,95 98 Sigma Aldrich 114,02 lỏng 1,49 98 Sigma Aldrich 138 rắn 98 Sigma Aldrich 102,09 lỏng 1,08 98 Sigma Aldrich Triethylamin (N(C2H5)3) 101 lỏng 0,73 98 Sigma Aldrich Ethyl chloroformate (ClCOOC2H5) 108 lỏng 1,14 98 Sigma Aldrich Thionyl clorit (SOCl2) 119 lỏng 1,63 98 Sigma Aldrich 116,52 lỏng 1,75 98 Sigma Aldrich 60,052 lỏng 1,05 98 Sigma Aldrich 50 lỏng 1,03 Sigma Aldrich 17 lỏng 0,90 Sigma Aldrich 36,5 lỏng 1,18 139,11 157,55 Ký hiệu chất 14 Boc2 O TFA Tên 5-methylpyrazine-2carboxylic acid (C6H6N2O2) 4-(2-aminoethyl) benzene sulfonamide (C8H12N2O2S) Cyclohexyl isocyanate (C7H11NO) Phenethyl-1-amin (C8H11N) di-tert-butyl dicarbonate (C10H18O5) 2,2,2-trifluoroacetic acid (C2HF3O2) K2CO3 Anhydride (C4H6O3) 10 11 12 acetic Chlorosulfonic (ClSO3H) 13 Acetic acid 14 Hydrazin 80%) 15 Dung dịch NH3 30% 16 HCl đặc 17 18 acid 90 a 90 b (N2H4.H2O, 2-hydroxynicotinic acid (C6H5NO3) 6-chloronicotinic acid (C6H4ClNO2) Khối lượng phân tử (g/ mol) Trạng thái 138,13 Tỷ trọn g (g/ ml) 36% Merk rắn 98 Sigma Aldrich rắn 98 Sigma Aldrich Luận án tiến sĩ 19 90 c 20 21 22 23 24 25 26 27 90 d 90 f 92 g 90 h 90 i 90 k 90 l 90m 28 90n 29 30 31 32 33 34 35 90 o isoquinoline-1carboxylic acid (C10H7NO2) Anhydride 2,3- pyridine carboxylic (C7H3NO3) Phtalic anhydride (C8H4O3) 2-chlorobenzoic acid (C7H5ClO2) (E)-3-(4-hydroxyphenyl) acrylic acid (C9H8O3) Cinnamic acid (C9H8O2) quinoxaline-2-carboxylic acid (C9H6N2O2) 4-methoxybenzoic acid (C8H8O3) 2-iodobenzoic acid (C7H5IO2) 2-hydroxy-3,5diiodobenzoic acid (C7H4I2O3) Benzoic acid (C7H6O2) 3-methylpicolinic acid (C7H7NO2) 4-aminobenzoic acid 90 q (C7H7NO2) Amin 2,3,4-triflouroaniline b (C6H4F3N) 4-amino-2Amin (trifluoromethyl) c benzonitrile (C8H5F3N2) Amin 3-fluoro-4-methoxy d aniline (C7H8FNO) 4-nitro-3Amin (trifluoromethyl)aniline e (C7H5F3N2O2) 90 p 36 Amin f 37 Amin 2-amino-5-nitrophenol g (C6H6N2O3) Cyclopentanamine (C5H11N) 173,05 rắn 98 Sigma Aldrich 149,11 rắn 98 Sigma Aldrich 148,12 rắn 98 Sigma Aldrich 156,57 rắn 98 Sigma Aldrich 164,16 rắn 98 Sigma Aldrich 148,16 rắn 98 Sigma Aldrich 174,16 rắn 98 Sigma Aldrich 152,15 Rắn 1,38 98 Sigma Aldrich 248,02 rắn 2,25 98 Sigma Aldrich 389,91 rắn 98 Sigma Aldrich 122,12 lỏng 98 Sigma Aldrich 137,14 rắn 98 Sigma Aldrich 137,14 rắn 98 Sigma Aldrich 147,1 lỏng 98 Sigma Aldrich 186,14 rắn 98 Sigma Aldrich 141,15 rắn 98 Sigma Aldrich 206,12 Rắn 98 Sigma Aldrich 85,15 lỏng 98 Sigma Aldrich 154,13 rắn 98 Sigma Aldrich 1,27 1,39 0,88 Luận án tiến sĩ 38 Amin h Phenylalanine (C9H11NO2) 165,19 rắn 39 Amin i Phenylmethanamine (C7H9N) 107,16 lỏng 0,86 98 Sigma Aldrich 98 Sigma Aldrich