tiểu luận tìm hiểu về hợp chất artemisinin

BO GIAO DUC VA DAO TAO

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.BÙI XUÂN HÀO

Thành phố Hồ Chí Minh - 2021

2.2.3 Sinh tổng hợp -s-cs n n2 E121 12111111121111211111 1g 10 9°I0I9)1e100Ic00)0) cm 14 3.1 Khang ky sinh trùng sốt rét 5: s22 1 1111121212111 rre 14 3.2 Chống khốiu -.Ss 2 1221111111111 1121112111 1E rrr 14

3.3 Chống loạn nh†Ịp tIim 2 22 2 221222111511 1131 1111111 1111111 12x12 15

TÀI LIỆU THAM KHẢO Sa S1 212111525511 12115111211511521155 121 Enre 16

Mục lục các hình

Hình 1: Cấu trúc lập thể của artemisinin và arteannuin B eee 2

Hình 2: Sơ đồ chiết xuất artemisinin từ cây thanh hao hoa vàng 3

Hình 3: Sơ đồ tổng hợp tồn phần artemisinin của Schmid và Hofheinz 4

Hình 4: Sơ đồ tong hop toan phan artemisinin cua Yadav va c6ng sw 5

Hinh 5: So dé tong hop toan phan artem1Isinin của Wu và cộng sự 6

Hình 6: Sơ đồ tổng hợp tồn phần artemisinin của Cook và cộng sự 7

Hình 7: Chuyên đơi dihydroartemisinic acid thành artemisinin của Roth và Hình 8: Chuyên đơi dihydroartemisinic acid thành artemisinin bang oxy nguyên tử Paddon . - c1 20 0220112011101 1111111111111 1111111111111 1 11111111 k4 8 Hình 9: Tổng hợp quy mơ nhĩ artemisinin của WU 52- 522cc s22cc£szcze2 8 Hình 10: Quá trình quang oxy hĩa trong sản xuất bán tổng hợp artemisinin của SANG 9

Hình 11: Sơ đỗ bán tổng hợp artemisinin của Sanọl 5 sec sze2 10 Hình 12: Sơ đồ sinh tổng hợp artemisinin s- scscc E221 1152 11 xe2 10 Hình 13: Sơ đồ sinh tơng hợp artemisinin bắt dau tir acetyl coenzyme A 12 Hình 14: Kỹ thuật đi truyền các enzym để sản xuất artemisinic acid từ cây thanh cao hao vàng vào vật chủ vi sinh vật - L2 220112211 13211151 111511111 s2 13 Hình 15: Cơ chế hoạt động của artei1SIn1 - 22 2 2222112222212 ssxx 14 Hình 16: Phân tử đối xứng của artemisinin 5-5 1111825211152 te2 15

CHƯƠNG 1: TONG QUAN

Artemisinin là một hợp chất tự nhiên sesquiterpene endoperoxide lactone Thanh hao hoa vàng đã được sử dụng nhiều thế kỷ trong Y học cổ truyền Trung Quốc như một phương thuốc hiệu quả chống lại cơn sốt và được xác nhận là một loại thuốc chống sốt rét mạnh Năm 1967, một dự án quốc gia chống lại bệnh sốt rét đã được thành lập ở Trung Quốc dưới sự lãnh đạo của văn phòng Dự án 523 Nhóm nghiên cứu y học Trung Quốc đứng đầu là Youyou Tu bao gồm cả các nhà nghiên cứu hóa thực vật và được lý đã phát hiện ra artemisinin từ phương thuốc thảo được Trung Quốc 'qing hao' có trong lá của cây Thanh hao hoa vàng

Năm 1972, artemisinin lần đầu tiên được phân lập thành công

Năm 1979, Ủy ban Khoa học và Công nghệ Quốc gia Trung Quốc đã cấp cho nhóm Youyou Tu một Giấy chứng nhận phát minh công nhận việc phát hiện ra artemisinin và hiệu quả chống sốt rét của nó.[ 1]

Năm 2006, Tô chức Y tế Thế giới khuyến nghị áp dụng các liệu pháp phối hợp dựa trên artemisinin như là lựa chọn điều trị bệnh sốt rét hiệu qua do Plasmodium falciparum gay ra Diéu nay là cần thiết bởi sự kháng thuốc trên diện rộng đối với các loại thuốc sulfonamide - pyrimethamine được áp dụng vào những năm 1990 như là lựa chọn ưu tiên đề điều trị bệnh sốt rét ở nhiều quốc gia, phần lớn đã thay thé chloroquine vi ly đo trên

Năm 2015, giai Nobel y học trao cho nhà khoa học Youyou Tu nhờ công trình nghiên cứu thảo được truyền thống đề trị bệnh sốt rét Bà Tu là người khám phá Artemisinin, loại thuốc giúp giảm tỉ lệ tử vong ở những người mắc bệnh sốt rét Hoạt tính chống ung thư của các dẫn xuất artemisinin đã được nghiên cứu rộng rãi kể từ khi được báo cáo lần đầu tiên vào năm 1993 Trong khi artemisinin vé cơ bản không độc đối với các tế bào bình thường, nhiều nghiên cứu đã chứng minh khả năng tiêu diệt tế bào ung thư mạnh mẽ của nó thông qua các cơ chế khác nhau

[2]

O (+)-Artemisinin (1) 9

Hình 1: Cau tric lap thé cua artemisinin va arteannuin B Artemisinin có chứa vòng trioxane trong cấu trúc Phân tử artemisinin c6 15 nguyên tử carbon, 5 nguyên tử oxy tạo hệ thông 4 vòng, 7 carbon bat déi, cau dang ghế của vòng A/B là trans-decalin và B/C trong cau trúc steroid dang cis-decalin.[3]

1.3 Tính chất

Artemisinin là tinh thế hình kim không màu hoặc bột kết tỉnh màu trắng có điểm nóng chảy 156-157°C, độ quay cực 66.3° (C=I.64, CHCI:) Phổ hồng ngoại có

đỉnh hấp thụ ở 1745 em' (deltalactone) và ở 772, 831, 881, 1115 emr'(peroxyde)

Artemisinin tan nhiều trong ethanol, acetone, chloroform, ít tan trong n-hexane, benzen, toluen và hầu như không tan trong nước, nó dé bị thủy phân và phân hủy trong các dung môi phân cực ở nhiệt độ cao, tuy nhiên trong các dung môi không phân cực nó khá bền vững

Artemisinin tỉnh khiết khá bền vững dưới tác dụng của nhiệt độ, nó không bị phân hủy ở nhiệt độ nóng chảy của nó và cũng không biến đổi ở nhiệt độ cao hơn độ nóng chảy của nó 50°C trong vòng 5 phút Vì vậy, có thé tinh chế bằng phương pháp thăng hoa Artemisinin để bị phân hủy trong môi trường acid, kiềm.[4]

CHUONG 2: DIEU CHE 2.1 Chiết xuất được sử dụng ở Việt Nam

Lá cây thanh hao hoa vàng được phơi khô, xay thô và nạp vào nôi chiết Có thê sử dụng đung môi chiết là xăng công nghiệp hoặc n-hexan Tỷ lệ dung

môi/nguyên liệu là 5/1, chiết ở nhiệt độ 30-50°C, thời gian chiết 3 giờ Chiết 3

lần, dịch chiết lần I và 2 đem cô thu hồi đung môi, địch chiết lần 3 sử đụng làm dung môi chiết lần I mẻ khác Dịch chiết 1 cô đến khi lượng dịch cô đặc tương với lượng dược liệu đem chiết Dịch chiết 2 cô đến khi lượng dịch cô đặc bằng 1⁄5 lượng dịch cô đặc của dịch chiết 1 Dịch cô đặc rút ra được đề kết tính ít nhất 24 giờ, artemisinin sé két tinh lẫn với sáp Loại phần dung dịch bằng cách gan, loai sáp bằng nhiệt độ và xăng nóng thu được artemisinin thô không lẫn sáp Có thê kiểm tra đã loại sáp hết bằng cách hoà tan artemisinin thô trong acetone, néu dung dich trong là đã loại hết sáp Artemisinin thô đã loại hết sáp được hoa tan trong côn sôi, thêm than hoạt và đun sôi 20 phút với sinh hàn hồi lưu, lọc nóng loại than hoạt và đề kết tỉnh ở nhiệt độ thường tối thiểu 24 210

Vậy ly tâm, rửa tính thê bằng cồn và sấy ở 80°C.|4]

n-hexan

[ Lácâythanhhaohoa f+] Xay | Chiết | Cắt thu hồi dung méi_|

|

Than hoạt (ồu bởi dưú§tmôông nghiậ‡ã THHV

| Tây màu L| Hòa tan | Loại sáp | Gan L | Kétltinh |

\ Hình

2: Sơ đồ chigt xuat artemisinin sáp Š từ cây thanh hao hoa vang | Loc loai than —> Kết tính — Ly tâm | Say |

Cac phương pháp tông hợp

2.2.1 Tổng hợp toàn phần

Nam 1983, Schmid va Hofheinz trình bày ví dụ đầu tiên về tổng hợp toàn

phan artemisinin Hop chat ban dau là terpene aleohol có san, (-)-isopulegol Ketone được tổng hợp từ (-)-isopulegol trong năm bước với hiệu suất 58% Sau đó, nó được alkyl hóa bởi xúc tác Stork-Jung vinylsilane iodide tạo thành ketone với hiệu suất 62% Xử lý ketone mới tạo thành bằng lượng dư TMSCH(OMe)Li, sản phẩm chính

được phân lập với hiệu suất 89% (tỷ lệ đồng phân 8:I) Phản ứng khử liên tiếp và

oxy hóa rượu thu được ketone và chuyển thành enol ether bởi TBAF (tetra-n- butylammonrum fluoride) Phản ứng của enol ether với Ò; và đóng vòng peroxIt được xúc tác bằng acid thu được artemisinin mong muốn với hiệu suất 30% Tổng

hiệu suất là 5% trong 14 bước.[5]

-e “>

54%

TMSCH(OMe)Li 89%

1) Oz/hv, Methylene blue, MeOH, -78 °C 2) HCOOH

Phản ứng cộng iode vào acid thu được hỗn hợp có thể phân tách của hợp chất iodolacton Phản ứng của đồng phân iodolacton (sản phẩm chính) với methy] vinyl ketone (MVK) dẫn đến sự hình thành hỗn hợp đồng phân không đối quang, có thể phân tách được trong giai đoạn phản ứng bảo vệ nhóm carbonyl tạo thành thioacetal Methyl ester được điều chế bằng cách xả phòng hóa và quá trình methyl hóa dẫn xuất thioacetal Quá trình oxy hóa nhóm hydroxyl và phản ứng Wittig tạo ra đoạn methoxymetyl và đồng thời loại bỏ nhóm thioacetal dẫn đến hỗn hợp đồng phân enol ether với hiệu suất 32% Việc xây dựng đoạn peroxide hai vòng của artemisinin là một quá trình gồm hai bước Bước đâu tiên là quá trình quang oxy hóa hỗn hợp đồng phân của enol ether bằng O;, và bước thứ hai là quá trình đóng vòng có xúc tác acid Tông hiệu suất tạo thanh artemisinin là 0,3% trong 12 bước

[6]

1) Cy2BH 2) CrO; HạSO„

66%

MVK AY 1)HS(CHạ);SH, S

Hình 4: Sơ đồ tông hợp toàn phần artemisinin của Yadav và cộng sự

Năm 2011, Wu và các đồng nghiệp đã báo cáo khả năng tông hợp artemisinin

dựa trên hydrogen peroxide với hiệu suất tông hợp là 14,5% trong bảy bước bắt đầu từ aldehyde chuyền thành spiro epoxide Việc bố sung H;O; vào C-L2a bậc bốn bị

cản trở nhiều trong tiền chất đã đạt được thông qua quá trình thủy phân một cách dễ dàng vòng spiro epoxide nhờ xúc tác có molypden (được điều chế từ Na;MoO; và glycine) Két qua B-hydroxyhydroperoxide tiếp tục được đóng vòng bởi p-TSOH tạo thành peroxide, tiếp theo là quá trình oxy hóa thu được ketal Artemisinin được điều chế băng cách oxy hóa ketal bởi xúc tác RuCl;/NalO¿.[7]

/ À = 1)NaBH, /ƑA -

Oc H 3 2)p-TSOH EbN,DMAPO.Ô H ‡ _ - 3) LIBH :

OHC nh 0, ONAN huy,

DMAP = N,N-dimethylpyridin-4-amine 14.5% on7 steps

Hinh 5: So dé téng hop toan phan artemisinin của Wu và cộng sự Năm 2012, Cook và các đồng nghiệp đã báo cáo tổng hợp tổng hop artemisinin tông hiệu suất 9% trong chín bước Họ đã tiến hành tông hợp quy mô nhỏ từ cyclohexenone — một nguyên liệu ban đầu phô biến rộng rãi Quá trình tổng hợp a, -aldehyde không no được thực hiện bang cach methyl hoa kiéu Michael, allyl hoa tạo thanh ketone Phan tng [4 + 2] gitra a, B-aldehyde khéng no va silyl ketene acetal tao ra ester Dac diém cia dé xuat tong hop artemisinin nam ở việc sử dụng các phản ứng oxy hóa chọn lọc ở hai bước cuỗi củng Quá trình oxy hóa nhẹ kiéu Wacker của oleñn trên mạch nhánh tạo ra methyl ketone Cuối cùng phản ứng chuyển vị và oxy hóa bởi oxy nguyên tử nhờ sự phân hủy của H;O; bằng ammonium molybdate thu được artemisinin |8]

) Et TsNHNH; = p-CHaCaH„SO;NHNH;

|

P-N - ON Oo Met TMEDA = `^

Ví dụ đầu tiên chỉ có hai bước chuyên đối từ đihydroartemisinic acid thành artemisinin da duoc bao cao bởi Roth va Acton vào năm 1989 [9].

Dihydroartemisimc acid được quang oxy hóa thành hydroperoxide, nhờ tác nhân trifluoroacetic acid (TFA) ma hydroperoxide chuyén vi thanh artemisinin

[10]

1) NazMoO0,4:2H,0, 1) (COCI)> DMF 50% HạO; 2) MeOH, EtsN

95.6%

Hình §: Chuyên đôi dihydroartemisinic acid thành artemisinin bằng

oxy nguyên tử Paddon

Trong cùng năm, sử dụng cùng một quy trình Na;MoO⁄H;O›, Yikang Wu cũng nhận ra quy trình tông hợp artemisinin ở quy mô nhỏ mà không cần bất kỳ thiết bị đặc biệt nào thu được hiệu suất cao Phản ung cua adihydroartemisinic acid với oxy nguyên tử tạo thành chất trung gian, được phản ứng chuyên vị thành artemisinin nhờ xuc tac TFA và oxy.[11]

Hình 9: Tổng hợp quy mô nhỏ artemisinin của Wu

Năm 2014, Công ty Sanofi đã phát triển quy trình sản xuất artemisinin quy mô lớn từ artemisinic acid bằng cách sử dụng hydro hóa chọn lọc lập thế và quang oxy hóa Trong môi trường khí H; với áp suất 22 bar, hỗn hợp các đồng phân đối quang dihydroartemisinic acid thu được nhờ chất xúc tác RuC];[(R)-DTBMSegphos] (DME); Hỗn hợp anhydride của dihydroartemisinic acid thu được từ hỗn hợp đồng phan acid phan tng véi ethyl chloroformate/potassium carbonate Cac san pham tao thành tạo điều kiện cho phản ứng đóng vòng cuối cùng Hỗn hợp anhydride được đưa vào phản ứng Schenck ene bằng cách sử dụng tetraphenylporphyrin (TPP) trong CH;C]; làm chất tăng hoạt Gộp một số bước phản ứng (tách Hock, oxy hoa bồ sung, đóng vòng) đo TEA xúc tác đã dẫn đến hiệu suất tông hợp cao (55%) artemisinin.[12]

Hg vapor lamp SCL) Hg veer itp

` 2Cl, — AC hoo |

⁄ cycliz OD

#om_ 1,3- patie CE) Si (Bjacs se 1 shift on the on CE — | | i) rotation Si-face

ti) double bond isomerization

Nerodyl cation E,Z-Famesy] cation wns cation Amorphy! cation

E,E-Farnesyl carbocation

HC methyl 7 HO;C with singlet _Oý

: : isinic aci oxygen H HO;C Baever-Villiger HOC Amorpha-3,11-diene Artemisinic acid Dihydroartemisinic acid — h we nà ee O) addition Ht ¬

at oO Re (4—) face

——n oO 1/ Ö

Artemisinin (Quinghaosu)

Hình 12: Sơ đồ sinh tông hợp artemisinin

II

Năm 2001, nhóm của Keasling nghiên cứu kỹ thuật tế bào vào con đường sinh tông hợp artemisinin Các terpenoid có nguồn gốc tự nhiên được sản xuất với số lượng nhỏ, đo đó, quá trình tính chế của chúng dẫn đến hiệu suất thấp

Hơn nữa, cấu trúc phức tạp của các phân tử này làm cho quá trình tông hợp hóa học trở nên khó khăn và thường tốn kém do sản lượng kém Chuyễn các con đường trao đổi chất trong các vị sinh vật có thể theo dõi được về mặt di truyền như E coli va Saccharomyces cerevisiae (nam men bia) là một giải pháp thay thế đề tạo ra số lượng lớn các phân tử phức tạp này Đề hoàn thành việc sản xuất artemisinin trong quá trình thay đôi vật chủ vi sinh vật theo con đường MVA và MEP cùng với việc bô sung các enzym rất chuyên biệt Dựa trên nghiên cứu sơ bộ về con đường MEP đề tăng tiền chất isoprenoid đề sản xuất carotenoid nhóm của Keasling đã phát triển thêm một công nghệ cơ bản đề sản xuất amorpha-4, l I-diene trong E coli Vi khuân E coli chứa con đường MEP đề sản xuất IPP/DMAPP, nhưng thiếu con đường MVA Nhóm của Keasling đã công nhận rằng con đường MEP phải tuân theo các yếu tố kiểm soát không xác định trong vi khuẩn và sự thay đôi trực tiếp có thé làm giảm sự phát triển Do đó, họ đã thêm một con đường MYVA bị cắt ngắn từ S.cerevisiae được kết hợp với amorpha-4, LI-diene synthase (ADS) trong E coli Nó giúp vi khuẩn phát triển tốt và sản xuất amorpha-4, 11-điene ở mức độ cao Do đó, các chủng vi khuân E coli được biến đổi gen này có thể đóng vai trò là vật chủ nén tang dé san xuất về cơ bản bất kỳ terpenoid nào có sẵn các gen sinh tổng hợp, vì IPP và DMAPP được tạo ra bởi một trong hai nhánh của con đường terpenoid là tiền chất phô biến của tất cả các terpenoid Trong trường hợp này, nhóm dự án đang sử dụng sinh học tông hợp đề chèn gen của cây thanh hao hoa vàng vào vi khuẩn E coli va S.cerevisiae.[13]