Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của một số dẫn chất 3 aryl 5 arylidenhydantoin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI TRỊNH VĂN NINH TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA MỘT SỐ DẪN CHẤT 3-ARYL-5-ARYLIDENHYDANTOIN LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC HÀ NỘI, NĂM 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI TRỊNH VĂN NINH TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA MỘT SỐ DẪN CHẤT 3-ARYL-5-ARYLIDENHYDANTOIN LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ DƯỢC PHẨM VÀ BÀO CHẾ MÃ SỐ: 60720402 Người hướng dẫn khoa học : TS. Vũ Trần Anh PGS. TS. Nguyễn Quang Đạt HÀ NỘI, NĂM 2013 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS.Vũ Trần Anh, PGS.TS Nguyễn Quang Đạt, là người thầy đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi và động viên tôi hoàn thành luận văn này. Tôi chân thành cảm ơn PGS.TS. Đinh Thị Thanh Hải, ThS. Hoàng Thu Trang và toàn thể các thầy cô giáo, kỹ thuật viên của Bộ môn Hóa hữu cơ đã động viên, giúp đỡ tôi trong thời gian nghiên cứu tại Bộ môn. Tôi cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của: Ths Đặng Vũ Lương (Phòng NMR- Viện hóa học- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam), Ths. Phạm Thị Nguyệt Hằng (Khoa Dược lý-Sinh hóa, Viện Dược liệu Việt Nam), TS. Nguyễn Thị Sơn (Bộ môn Hóa vật liệu, khoa Hóa, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội), PGS.TS. Lê Mai Hương (Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) và các thầy cô giáo trong trường, các phòng ban, thư viện - Trường Đại học Dược Hà Nội. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do hạn chế về thời gian, kiến thức cũng như tài liệu tham khảo nên luận văn của tôi không thể tránh khỏi những sai sót, khiếm khuyết trong nội dung và hình thức, tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để luận văn được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu vừa qua. Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Học Viên Trịnh Văn Ninh MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ĐẶT VẤN ĐỀ 1 CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN 2  TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA CÁC DẪN CHẤT HYDANTOIN 2  Tác dụng chống co giật 2  Tác dụng kháng khuẩn kháng nấm 3  Tác dụng chống ung thư 4  CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HYDANTOIN VÀ DẪN CHẤT 8  Phản ứng tổng hợp hydantoin và hydantoin thế 8  Phản ứng đóng vòng của các α-aminoacid với các cyanat 8  Phản ứng đóng vòng của các α-aminoacid với các isocyanat hữu cơ 8  Phản ứng đóng vòng của các α-dicarbonyl với ure hoặc dẫn xuất của ure 9  Phản ứng Bucherer-Bergs 10  Phản ứng của các cyanoacetamid với kiềm hypohalid 10  Phản ứng tổng hợp dẫn chất 5-arylidenhydantoin 10 CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT, DUNG MÔI 14 2.2. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 14 2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 15 2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.4.1. Phương pháp tổng hợp các 3-aryl-5-arylidenhydantoin 15 2.4.2. Phương pháp xác định cấu trúc 15 2.4.3. Phương pháp thử hoạt tính gây độc tế bào ung thư 16 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 20 3.1. TỔNG HỢP HÓA HỌC 20 3.1.1. Tổng hợp 3-(4”-nitrophenyl)hydantoin 21 3.1.1.1. Tổng hợp N-((4”-nitrophenylamino)carbonyl)glycin (A) 21 3.1.1.2. Tổng hợp 3-(4”-nitrophenyl)hydantoin (B) 22 3.1.2. Tổng hợp các dẫn chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin (I-XII) 23 3.2. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA CÁC CHẤT TỔNG HỢP ĐƯỢC 31 3.2.1. Phổ hồng ngoại 31 3.2.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 31 3.2.3. Phổ khối lượng 32 3.3. THỬ HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO UNG THƯ 32 CHƯƠNG 4. BÀN LUẬN 40 4.1. Tổng hợp hóa học 40 4.1.1. Về phản ứng cộng hợp tạo 3-(4”-nitrophenyl)hydantoin (B) 40 4.1.2. Về phản ứng ngưng tụ 40 4.2. Về xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được 42 4.2.1. Về phổ hồng ngoại (IR) 42 4.2.2. Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ( 1 H-NMR) 44 4.2.3. Về xác định đồng phân hình học của các 3-aryl-5- arylidenhydantoin tạo thành dựa trên phổ 1 H-NMR 45 4.2.4. Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13 C ( 13 C-NMR) 46 4.2.5. Phổ khối lượng (MS) 53 4.3. Về tác dụng gây độc tế bào ung thư 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT A549 : Tế bào ung thư phổi ở người 13 C - NMR : Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13 EGFR : Epidermal growth factor receptor, thụ thể của yếu tố tăng trưởng biểu mô FL : Tế bào ung thư màng tử cung HCT116 : Tế bào ung thư đại tràng ở người. Hep - G2 : Tế bào ung thư gan ở người HMBC : Phổ tương tác dị hạt nhân qua nhiều liên kết (Heteronuclear Multiple Bond Connectivity) 1 H – NMR : Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton HSQC : Phổ tương tác dị hạt nhân qua một liên kết (Heteronuclear Single-Quantum coherence) IC 50 : Nồng độ ức chế 50% IR : Phổ hồng ngoại KB : Tế bào ung thư biểu mô người MCF7 : Tế bào ung thư biểu mô vú ở người MS : Khối phổ (Mass spectrometry) PC 3 : Tế bào ung thư tuyến tiền liệt SRB : Sulforhodamin B TCA : Acid tricloroacetic DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU BẢNG TRANG 3.1: Kết quả tổng hợp các chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin (I-XII) 33 3.2: Kết quả phổ IR của các chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin (I-XII) 34 3.3: Số liệu phổ 1 H – NMR của các chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin (I-XII) 35 3.4: Số liệu phổ 13 C – NMR của các chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin (I-XII) 36 3.5: Kết quả thử tác dụng của các chất tổng hợp được ở nồng độ 100 µg/ml trên một số dòng tế bào ung thư người (theo phương pháp MTT) 38 3.6: Kết quả xác định giá trị IC 50 (µg/ml) của một số chất tổng hợp được trên dòng tế bào HCT116 (theo phương pháp MTT) 38 3.7: Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào trên dòng tế bào ung thư tuyến tiền liệt PC3 của các chất tổng hợp được (theo phương pháp SRB) 39 4.1: Các tương tác 1 H- 13 C của chất I 51 4.2: Các tương tác 1 H- 13 C của chất IV 52 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ HÌNH TRANG 4.1: Phổ HSQC của chất I 48 4.2: Phổ HSQC của chất IV 49 4.3: Phổ HMBC của chất I 50 4.4: Phổ HMBC của chất IV 50 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong cuộc chiến chống lại bệnh tật, con người không ngừng tìm tòi, nghiên cứu để phát hiện ngày càng nhiều loại thuốc mới có hiệu quả trong phòng và điều trị bệnh. Thuốc mới được tìm ra có nhiều nguồn gốc khác nhau, trong đó các thuốc được tạo ra bằng phương pháp tổng hợp và bán tổng hợp đóng vai trò quan trọng. Tổng hợp hóa dược là một chuyên ngành hóa học quan trọng, đã và đang được quan tâm nghiên cứu và phát triển nhằm tạo ra các thuốc có hiệu quả trong công tác phòng và chữa bệnh. Trong lĩnh vực tổng hợp thuốc, để nhanh chóng tạo ra các thuốc mới, các nhà nghiên cứu thường dựa trên cấu trúc của các chất đang được dùng làm thuốc hoặc các chất có hoạt tính sinh học có triển vọng để tạo ra các chất mới dự đoán có tác dụng tốt hơn, ít độc tính hơn và có hiệu quả hơn trong điều trị. Các dẫn chất hydantoin là dãy chất dị vòng đã được quan tâm nghiên cứu về tổng hợp hóa học, tác dụng sinh học và ứng dụng làm thuốc. Một số dẫn chất hydantoin đã dược sử dụng rộng rãi trong y học như phenytoin (thuốc chống động kinh), nitrofurantoin (thuốc kháng khuẩn), dantrium (thuốc giãn cơ vân), nilutamid (thuốc điều trị ung thư tuyến tiền liệt di căn). Trong những năm qua, các nhà nghiên cứu trên thế giới và trong nước tiếp tục nghiên cứu tổng hợp và sàng lọc hoạt tính sinh học của các dẫn chất hydantoin, đã tìm thấy nhiều dẫn chất 5-arylidenhydantoin thiên nhiên và tổng hợp có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và tác dụng chống ung thư rất đáng quan tâm thư [1], [4], [5], [11], [18], [25], [29], [38]. Để góp phần nghiên cứu, tìm kiếm các dẫn chất 5-arylidenhydantoin có tiềm năng về hoạt tính chống ung thư, chúng tôi thực hiện luận văn với các mục tiêu sau:  Tổng hợp một số dẫn chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin.  Thử sàng lọc hoạt tính gây độc tế bào trên một số dòng tế bào ung thư của các chất tổng hợp được. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN  TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA CÁC DẪN CHẤT HYDANTOIN Hydantoin (imidazolidin-2,4-dion) là hợp chất hữu cơ được A.Bayer phát hiện năm 1861 [40] bằng phản ứng hydro phân (hydrogenolysis) allantoin (chất được phát hiện trong túi dịch niệu (the allantoin fluid) của bò cái), đó là nguồn gốc của tên hydantoin. Sau đó, năm 1864, A.Bayer [40] tổng hợp được hydantoin với nguyên liệu đầu là bromoacetylure. Tuy nhiên cấu trúc vòng của hydantoin chỉ được xác định bởi Strecker vào năm 1873 [42]. Cho đến nay, nhiều dẫn chất của hydantoin đã được tổng hợp và một [...]... liên kết hydro ở vị trí para 13 Năm 2010, tác giả Vũ Trần Anh [1] đã nghiên cứu tổng hợp và thử hoạt tính của các dẫn xuất của hydantoin (14 a-d) Kết quả đã tổng hợp đựơc 43 dẫn chất của hydantoin trong đó có 9 dẫn xuất của 5- arylidenhydantoin và 34 dẫn chất base Mannich của các dẫn xuất 5- arylidenhydantoin Tác giả đã thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của 43 chất tổng hợp được đối với 2 dòng tế bào... 138 ,171(C-1”); 126 ,59 4(C-2”;6”); 124,016(C -3 ;5 ); 46,0 53 ( C -5) 3. 1.2 Tổng hợp các dẫn chất 3- aryl- 5- arylidenhydantoin (I-XII) Quy trình tổng hợp chung các dẫn chất 3- aryl- 5- arylidenhydantoin (I-XII) Cho vào bình cầu 3 mmol aldehyd thơm; 0,66g (3 mmol) chất B; 0,74g (9 mmol) natri acetat khan và 5ml acid acetic băng Khuấy đều cho hỗn hợp tan hoàn toàn và đun nóng hỗn hợp, đun hồi lưu ở nhiệt độ 150 -1600C Xác... và Công nghệ Việt Nam  NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Tổng hợp và xác định cấu trúc của một số dẫn chất 3- aryl- 5- arylidenhydantoin  Thử hoạt tính kháng một số dòng tế bào ung thư của các chất tổng hợp được  PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Phương pháp tổng hợp các 3- aryl- 5- arylidenhydantoin  Sử dụng các phương pháp thực nghiệm trong hóa hữu cơ để tổng hợp các chất dự kiến  Dùng phương pháp kết tinh lại để... Thu Hằng [5] đã tổng hợp và thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của 15 dẫn chất 5- halogenoarylidenhydantoin và base Mannich Kết quả cho thấy 11 chất có hoạt tính ức chế tế bào ung thư HCT116 với IC50= 10,17-19, 23 μg/ml  CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HYDANTOIN VÀ DẪN CHẤT Hiện nay nhiều dẫn chất của hydantoin ngoài việc được ứng dụng làm thuốc còn được sử dụng làm nguyên liệu trong tổng hợp hóa học, trong... di căn, dùng phối hợp với phẫu thuật cắt bỏ tinh hoàn Một số hợp chất thiên nhiên có cấu trúc 5- arylidenhydantoin được phân lập và tìm thấy có hoạt tính ức chế tế bào ung thư như các chất aplysinopsin (5) và spongiacidin (6) từ bọt biển [ 15] , [18] 5 6 Nhiều dẫn chất 5- arylidenhydantoin đã được tổng hợp và thử nghiệm hoạt tính kháng tế bào ung thư trên thế giới Tại Việt Nam, năm 20 03 các tác giả Đinh... gan Hep-G2 và tế bào ung thư phổi LU Kết quả cho thấy trong số 43 chất tổng hợp được có 4 dẫn chất 5arylidenhydantoin và 9 dẫn chất base Mannich của chúng có hoạt tính ức chế tế bào ung thư gan người Hep-G2 (IC50=0 ,38 5 g/ml) Các dẫn chất base Mannich đều có đặc điểm cấu tạo chung là chứa nhóm hút điện tử (-Cl, -NO2) trong hợp phần aryliden R=H, 2’-OH; 4’-OH, 4’-N(CH3)2; 4’-F; 2’-Cl; 4’-Cl; 3 -NO2; 4’-NO2... của đường cong phát triển tế bào và nồng độ chất thử để tính giá trị IC50 Công thức 1/Y = a + blnX Trong đó Y: nồng độ chất thử; X: giá trị CS (%)  Phương pháp MTT: Mẫu chất tinh khiết có IC50 20g/ml là có hoạt tính  Phương pháp SRB: Mẫu chất tinh khiết có IC50 5g/ml là có hoạt tính CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3. 1 TỔNG HỢP HÓA HỌC Trong luận văn này chúng tôi tiến hành tổng hợp một. .. hợp một số dẫn chất 3- aryl- 5arylidenhydantoin bao gồm các công việc sau:  Tổng hợp dẫn chất 3- (4’’-nitrophenyl)hydantoin bằng phản ứng đóng vòng giữa glycin và 4-nitrophenyl isocyanat theo quy trình của Adams J L và cộng sự [8] Sơ đồ phản ứng:  Tổng hợp các dẫn chất 3- aryl- 5- arylidenhydantion bằng phản ứng ngưng tụ chất B với các aldehyd thơm theo sơ đồ phản ứng sau: R= -H (I); 4’-F (II); 3 -Cl (III);... FL và 0,6-1, 15 (µg/ml) đối với dòng tế bào KB) 7 8 Năm 2006, C.Carmi và cộng sự [11] đã nghiên cứu tổng hợp một số dẫn chất 1phenyl -5- benzylidenhydantoin và thử hoạt tính ức chế EGFR (receptor của yếu tố tăng trưởng biểu mô) và chống tăng sinh của tế bào ung thư biểu mô ở người A 431 Kết quả nghiên cứu của tác giả Carmi cho thấy một số chất tổng hợp được có tác dụng ức chế quá trình phosphoryl hóa của. .. lập được 3 chất đặc biệt là (Z) -5- (4-hydroxybenzyliden)hydantoin (10), (R) -5- (4-hydroxybenzyl)hydantoin (11), (Z) -5- (6-bromo-1H-indol -3- yl)methylen)-hydantoin (12) 10 11 12 Tiếp đó các tác giả đã tổng hợp 39 dẫn chất 5- benzylidenhydantoin, trong đó có 8 chất mới Thử nghiệm hoạt tính chống ung thư cho thấy chất 10 tự nhiên và chất tổng hợp( Z) -5- (4-ethylthiobenzyliden)hydantoin ( 13) có hoạt tính mạnh . phổ IR của các chất 3- aryl-5-arylidenhydantoin (I-XII) 34 3. 3: Số liệu phổ 1 H – NMR của các chất 3- aryl-5-arylidenhydantoin (I-XII) 35 3. 4: Số liệu phổ 13 C – NMR của các chất 3- aryl-5-arylidenhydantoin. các dẫn chất 3- aryl-5-arylidenhydantoin (I-XII) 23 3.2. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA CÁC CHẤT TỔNG HỢP ĐƯỢC 31 3. 2.1. Phổ hồng ngoại 31 3. 2.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 31 3. 2 .3. Phổ khối lượng 32 3. 3  Tổng hợp một số dẫn chất 3- aryl-5-arylidenhydantoin.  Thử sàng lọc hoạt tính gây độc tế bào trên một số dòng tế bào ung thư của các chất tổng hợp được. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN  TÁC DỤNG SINH