Tổng hợp một số dẫn chất lai hóa azaartemisinin aminoquinolin qua cầu nối amid với định hướng chống sốt rét

TRƯ MỘ T S AZA ARTEMISININ QUA C VỚI ĐỊ NH HƯ KHÓA LU BỘ Y TẾ TRƯ ỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ N Ộ NGUYỄN TRUNG KIÊN TỔNG HỢP T S Ố DẪN XUẤ T LAI HÓA ARTEMISININ - AMINOQUINOLIN QUA C ẦU NỐ I AMID NH HƯ ỚNG CHỐ NG S KHÓA LU ẬN TỐT NGHIỆP DƯỢ C S Hà Nội – 2015 ỘI T LAI HÓA AMINOQUINOLIN I AMID NG S ỐT RÉT C S Ĩ BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN TRUNG KIÊN TỔNG HỢP MỘT SỐ DẪN XUẤT LAI HÓA AZARTEMISININ-AMINOQUINOLIN QUA CẦU NỐI AMID VỚI ĐỊNH HƯỚNG CHỐNG SỐT RÉT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn: 1. TS. Đào Thị Kim Oanh 2. TS. Nguyễn Quốc Vượng Nơi thực hiện: Viện Hóa sinh biển Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Trước khi bắt đầu viết những phần chính trong khóa luận này, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến những người trong suốt thời gian qua đã luôn ở bên cạnh giúp đỡ tôi hoàn thành một cách tốt nhất khóa luận tốt nghiệp. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tôi xin bày tỏ lời cám ơn chân thành đến TS. Đào Thị Kim Oanh, ThS. Trần Thị Lan Hương - Bộ môn Hóa Dược - Trường Đại học Dược Hà Nội và TS. Nguyễn Quốc Vượng, TS. Lê Nguyễn Thành, ThS. Trần Hữu Giáp - Trung tâm Nghiên cứu phát triển thuốc - Viện Hóa sinh biển - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, thầy cô đã không chỉ tạo những điều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành khóa luận mà đã luôn có những hướng dẫn chính xác và kịp thời những lúc tôi gặp khó khăn, luôn ở bên động viên tôi, tạo cho tôi động lực và niềm tin lớn. Tôi cũng xin bày tỏ những tình cảm thân thương đến các anh chị và các bạn làm việc và học tập tại Trung tâm phát triển thuốc - Viện Hóa sinh biển - Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam, những người đã chia sẻ vui buồn, đồng hành cùng tôi trong suốt thời gian qua. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã quan tâm, động viên tạo động lực cho tôi đi đến ngày hôm nay. Hà Nội, tháng 5, năm 2015 Sinh viên Nguyễn Trung Kiên MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ 1 Chương 1: TỔNG QUAN 2 1.1. Lịch sử phát triển của các thuốc chống sốt rét 2 1.2. Phân loại thuốc điều trị sốt rét 3 1.3. Quinin và các hợp chất liên quan 3 1.3.1. Quinin 3 1.3.2. Các hợp chất có cấu trúc quinolin 4 1.4. Artemisinin và dẫn xuất 5 1.4.1 Artemisinin 5 1.4.2. Các dẫn xuất của artemisinin 5 1.4.3. Hoạt tính chống sốt rét của artemisinin và các dẫn xuất 6 1.4.4. Hiện tượng kháng artemisinin của kí sinh trùng sốt rét 6 1.5. Những hướng nghiên cứu hiện nay về thuốc điều trị sốt rét dựa trên artemisinin 7 1.5.1. Phối hợp thuốc 7 1.5.2. Phương pháp lai hóa 8 1.6. Một số hợp chất nghiên cứu tổng hợp theo phương pháp lai hóa 9 1.6.1. Artemisinin và quinin 9 1.6.2. Artemisinin và primaquin 10 1.6.3. Trioxaquin/ Trioxolaquin 12 1.7. Tổng hợp và hoạt tính chống sốt rét một số dẫn xuất N-azaartemisinin 12 Chương 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1. Nguyên liệu, thiết bị 15 2.1.1. Hóa chất 15 2.1.2. Thiết bị dụng cụ 15 2.2. Nội dung nghiên cứu 16 2.2.1. Tổng hợp dẫn xuất 4-aminoquinolin từ 4,7-dicloquinolin (2a-c) 16 2.2.2. Tổng hợp dẫn xuất carboxylic của N-azaartemisinin (4) 16 2.2.3. Tổng hợp dẫn xuất lai hóa giữa N-azaartemisnin với 4-aminoquinolin (5a-c) 16 2.3. Phương pháp nghiên cứu 17 2.3.1. Tổng hợp hóa học 17 2.3.2. Kiểm tra độ tinh khiết 17 2.3.3. Xác định cấu trúc 18 Chương 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 19 3.1. Tổng hợp hóa học 19 3.1.1. Tổng hợp dẫn xuất 4-aminoquinolin từ 4,7-dicloquinolin (2a-c) 19 3.1.2. Tổng hợp dẫn xuất carboxylic của N-azaartemisinin (4) 20 3.1.3. Tổng hợp dẫn xuất lai hóa giữa N-azaartemisnin với 4-aminoquinolin (5a-c) 21 3.2. Kiểm tra độ tinh khiết 22 3.3. Xác định cấu trúc 24 3.3.1. Phổ hồng ngoại (IR) 24 3.3.2. Phổ khối lượng (MS) 25 3.3.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ( 1 H-NMR) 26 3.3.4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ( 13 C-NMR) 29 3.4. Bàn luận 30 3.4.1. Tổng hợp hóa học 30 3.4.2. Khẳng định cấu trúc 33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ACTs Phác đồ điều trị phối hợp dựa trên artemisinin (Artemisinin-based combination therapies) 13 C-NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13 C ( 13 C nuclear magnetic resonance) CDI 1,1'-Carbonyldiimidazol CTCT Công thức cấu tạo DCC N,N'-dicyclohexylcarbodiimid DCM Dicloromethan DHA Dihydroartemisinin DMF N,N-dimethylformamid DMSO Dimethylsulfoxid EtOH Ethanol EtOAc Ethylacetat 1 H-NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1 H ( 1 H nuclear magnetic resonance ) IC 50 Nồng độ ức chế 50% tế bào IR Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy) MeOH Methanol MS Phổ khối lượng (Mass spectrometry) PPQ Piperaquin SKLM Sắc ký lớp mỏng TMS Tetramethylsilan DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang Bảng 1.1 Phân loại thuốc sốt rét theo mục đích điều trị 3 Bảng 1.2 Các dẫn chất của artemisinin 6 Bảng 1.3 Một số phác đồ ACTs được khuyến cáo bới WHO 8 Bảng 1.4 Sơ lược phác đồ điều trị sốt rét do Bộ Y Tế ban hành năm 2013 8 Bảng 1.5 Kết quả thử hoạt tính in vitro với chủng P.falciparum 3D7 10 Bảng 1.6 Kết quả thử họa tính in vitro với chủng P.berghei và chủng P.falciparum W2 11 Bảng 1.7 Các dẫn xuất N-azaartemisinin được tổng hợp dựa trên phản ứng Ugi 13 Bảng 1.8 Kết quả thử hoạt tính in vitro với chủng P.falciparum FcB1 14 Bảng 3.1 Khối lượng các amin 2a-c dùng trong phản ứng 22 Bảng 3.2 Giá trị R f của các chất 2a-c , 4 , 5a-c 22 Bảng 3.3 Nhiệt độ nóng chảy của các chất 2a-c , 4 , 5a-c 23 Bảng 3.4 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (IR) của các chất 5a-c 24 Bảng 3.5 Kết quả phân tích phổ khối lượng (MS) của các chất 2a-c , 5a-c 25 Bảng 3.6 Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1 H-NMR các chất 2a-c, 4, 5a-c 26 Bảng 3.7 Kết quả phân tích phổ 13 C-NMR các chất 2a-c 29 Bảng 3.8 Kết quả phân tích phổ 13 C-NMR các chất 5a-c 29 DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH VẼ STT Tên hình Trang Hình 1.1 Công thức hóa học một số hợp chất điều trị sốt rét thuộc nhóm 4-aminoquinolin 4 Hình 1.2 Công thức hóa học 1 số hợp chất điều trị sốt rét thuộc nhóm aryl-amino-quinolin 5 Hình 1.3 Quy trình tổng hợp hợp chất lai hóa giữa artemisinin và quinin theo John J. Walsh 10 Hình 1.4 Quy trình tổng hợp hợp chất lai hóa giữa artemisinin và primaquin theo Rita Capela 11 Hình 1.5 Công thức hóa học của trioxaquin và trioxolaquin 12 Hình 1.6 Quy trình tổng hợp một số dẫn xuất N-azaartemisinin 13 Sơ đồ 2.1 Tổng hợp các hợp chất trong khóa luận 17 Sơ đồ 3.1 Tổng hợp chất 2a 19 Sơ đồ 3.2 Tổng hợp chất 2b 19 Sơ đồ 3.3 Tổng hợp chất 2c 20 Sơ đồ 3.4 Tổng hợp chất 3 20 Sơ đồ 3.5 Tổng hợp chất 4 21 Sơ đồ 3.6 Tổng hợp chất 5a-c 21 Sơ đồ 3.7 Cơ chế cộng-tách (addition-elimination mechanism) 31 Sơ đồ 3.8 Cơ chế hoạt hóa nhóm carboxylic của CDI 33 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Bệnh sốt rét là căn bệnh truyền nhiễm xuất hiện từ thời cổ đại, hiện nay khoảng một nửa dân số thế giới vẫn còn đang phải đối mặt với dịch sốt rét trong đó có Việt Nam. Khi mà cloroquin và các thuốc khác đã bị kháng hoặc giảm hiệu lực thì artemisnin là sự lựa chọn hàng đầu trong điều trị sốt rét lâm sàng hoặc sốt rét do nhiễm P.falciparum. Điều đáng chú ý là gần đây cũng đã bắt đầu xuất hiện báo cáo về một số trường hợp đề kháng với artemisinin. Với mục tiêu làm giảm khả năng kháng thuốc của kí sinh trùng với artemisinin, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã đưa ra khuyến cáo sử dụng phác đồ điều trị phối hợp artemisinin và dẫn xuất với một thuốc điều trị sốt rét khác (ACTs). Tuy nhiên việc phối hợp hai hay nhiều loại thuốc sử dụng đồng thời sẽ làm tăng nguy cơ tương tác thuốc, tăng giá thành điều trị và việc sử dụng thuốc cũng sẽ trở nên phức tạp hơn [8,11,12,16,29]. Phương pháp lai hóa là một hướng đi mới trong nghiên cứu thuốc điều trị sốt rét trong đó liên kết hai phân tử thuốc thành một phân tử duy nhất đã tạo điều kiện thuận lợi cho người bệnh sử dụng thuốc mà vẫn hạn chế được khả năng kháng thuốc của kí sinh trùng sốt rét [21,28]. Phác đồ điều trị phối hợp giữa một dẫn xuất của artemisinin và các dẫn xuất nhóm 4-aminoquinolin cũng đang là phác đồ điều trị phổ biến nhất hiện nay. Bên cạnh đó, năm 1995, Daniel S. Torok và Herman Ziffer đã nghiên cứu tổng hợp, chứng minh hoạt tính điều trị sốt rét của N-azaartemisinin. Vì vậy chúng tôi thực hiện đề tài “Tổng hợp một số dẫn chất lai hóa azaartemisinin-aminoquinolin qua cầu nối amid với định hướng chống sốt rét” với mục tiêu tổng hợp và xác định cấu trúc của 3 dẫn xuất lai hóa artemisinin-aminoquinolin mới chưa được công bố trong tài liệu nào [18,35]. 2 Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Lịch sử phát triển của các thuốc chống sốt rét Bệnh sốt rét là căn bệnh truyền nhiễm đã xuất hiện từ thời cổ đại, được người Ai Cập cổ mô tả trên giấy gió và được bác sĩ nổi tiếng người Hy Lạp Hippocrates ghi lại khá cụ thể. Ban đầu con người đã biết sử dụng vỏ cây canh ki na tuy nhiên phải đến đầu thế kỉ XIX, các nghiên cứu hóa học về thuốc điều trị sốt rét mới thực sự được chú ý, đặc biệt là sau khi nguyên nhân gây bệnh được bác sĩ người Pháp Laveran xác định vào năm 1880 [2]. Thuốc sốt rét đầu tiên được sử dụng dưới dạng hoạt chất là quinin vào năm 1834 sau khi được phân lập cùng với 30 alkaloid khác từ cây canh ki na. Sau đó, năm 1925, plasmoquin - dẫn xuất nhóm 8-aminoquinolin đầu tiên được tổng hợp ở Đức dựa trên cấu trúc của xanh methylen. Từ đó, atebrin, mepacrin, primaquin tiếp tục được phát triển [10,25]. Trong chiến tranh thế giới thứ 2, khi mà các đồn điền ở Java Hà Lan - nguồn cung 97% quinin trên thế giới bị Nhật Bản chiếm, các nhà khoa học người Mỹ, Anh và Úc đã đẩy mạnh nghiên cứu nhằm tìm ra những hợp chất thay thế. Có khoảng 16.000 hợp chất được tổng hợp, trong đó có cloroquin - một trong những thuốc điều trị sốt rét hiệu quả nhất cho tới nay. Năm 1948, nhóm thuốc antifolic ra đời với sự lần lượt có mặt của proguanil, cloproguanil, pyrimethamin và sau đó là mefloquin ra đời vào năm 1972 bởi các nhà khoa học người Mĩ với ưu điểm diệt thể phân liệt mạnh và thải trừ chậm [7,25]. Vào năm 1972, artemisinin được các nhà khoa học Trung Quốc phân lập từ cây thanh hao hoa vàng và từ đó đến nay artemisinin và các dẫn xuất ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong các phác đồ điều trị sốt rét [10,18,34]. [...]... hoặc amid vẫn giữ được hoặc thậm chí tăng hoạt tính chống sốt rét của hợp chất lai hóa so với hợp chất ban đầu [27] Bảng 1.5 Kết quả thử hoạt tính in vitro với chủng P.falciparum 3D7 Hợp chất Nồng độ IC50 (nM) Quinin 149,0 Artemisinin 49,4 Phối hợp artemisinin + quinin (1:1) 31,8 Hợp chất III 8,95 1.6.2 Artemisinin và primaquin Trong nghiên cứu của Rita Capela và các cộng sự đã tổng hợp được hai hợp chất. .. hợp chất lai hóa giữa artemisinin và primaquin (hợp chất IV và V) Trong đó, hợp chất IV được tổng hợp từ axit artelinin, hợp chất V được tổng hợp từ 10β-allyldeoxoartemisinin và primaquin [14] (Hình 1.4) 11 Hình 1.4 Quy trình tổng hợp hợp chất lai hóa giữa artemisinin và primaquin theo Rita Capela Kết quả thử hoạt tính cho thấy, với thể ngủ trong gan được thử in vitro với chủng P.berghei, hợp chất IV... tiền hồng cầu hay giao bào nên các nhà khoa học giả thiết cơ chế tác dụng của 4 -aminoquinolin gây ức chế quá trình tiêu hóa hemoglobin của kí sinh trùng [23] Công thức cấu tạo của một số hợp chất điều trị sốt rét thuộc nhóm 4aminoquinolin đươc thể hiện trong hình 1.1 N OH N N Cl N N HN N N N Cl Cl Piperaquin Amodiaquin Hình 1.1 Công thức hóa học một số hợp chất điều trị sốt rét thuộc nhóm 4 -aminoquinolin. .. được tổng hợp để khắc phục hạn chế này, tuy nhiên số lượng dẫn xuất hiện nay vẫn còn ít Gần đây, một số nhóm nghiên cứu đã phát triển các hợp chất Nazaartemisinin có tác dụng chống sốt rét như Daniel S Torok hay Herman Ziffer Ở Việt Nam, nhóm nghiên cứu của TS Lê Nguyễn Thành và GS Wim Dehaen - Bỉ đã tổng hợp 1 số dẫn xuất mới của N -azaartemisinin dựa trên phản ứng Ugi - một phản ứng đa cấu tử gồm một. .. gồm một ceton/aldehyd, một amin, một isocyanid và một axit carboxylic để thu được sản phẩm là một dipeptid (Hình 1.6) Các dẫn xuất N -azaartemisinin tổng hợp dựa trên phản ứng Ugi được trình bày trong bảng 1.7 [18,35] Hình 1.6 Quy trình tổng hợp một số dẫn xuất N -azaartemisinin dựa trên phản ứng Ugi Bảng 1.7 Các dẫn xuất N -azaartemisinin tổng hợp dựa trên phản ứng Ugi Chất R Chất R CH3 C6H5CH2 VIIa... được chất 2c là chất rắn màu vàng khối lượng 1,15 g hiệu suất 83,1% 3.1.2 Tổng hợp dẫn xuất carboxylic của N -azaartemisinin (4) Sử dụng dẫn xuất este của N -azaartemisinin (3) đã được chuẩn bị từ trước theo quy trình dưới đây: Sơ đồ 3.4 Tổng hợp hợp chất 3 21 Thủy phân liên kết este của 3 tạo dẫn xuất carboxylic của Nazaartemisinin (4): Sơ đồ 3.5 Tổng hợp hợp chất 4 Hòa tan 1,5 g (4,0 mmol) hợp chất. .. hiệu suất 92,5% 3.1.3 Tổng hợp dẫn xuất lai hóa giữa N-azaartemisnin với 4 -aminoquinolin (5a-c) Các dẫn xuất lai hóa được tổng hợp theo sơ đồ sau: Sơ đồ 3.6 Tổng hợp hợp chất 5a-c Đun hồi lưu hỗn hợp hợp 70 mg (0,2 mmol) chất 4 với 40 mg (0,24 mmol) CDI trong 5 ml acetonitril trong môi trường khí nitơ trong 1h Làm nguội hỗn hợp thu được, thêm tiếp dẫn xuất 4 -aminoquinolin (2a-c) (0,2 mmol) (Bảng 3.1),... Artemisinin là một sesquiterpen lacton có cầu nối peroxid nội phân tử - nhóm chức quyết định đến hoạt tính của hợp chất [4,10] 1.4.2 Các dẫn xuất của artemisinin Mặc dù tác dụng chống sốt rét của artemisinin có nhiều ưu việt nhưng artemisinin lại hòa tan kém cả trong nước và trong dầu, không hấp thụ tốt qua niêm mạc đường tiêu hóa nên các nhà khoa học đã bán tổng hợp từ artemisinin một số dẫn chất mới có... này lai hóa với các dẫn xuất 4 -aminoquinolin là hướng nghiên cứu khả thi, có nhiều tiềm năng trong việc phát triển các hợp chất có hoạt tính chống sốt rét tốt và hiệu quả 15 Chương 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu, thiết bị 2.1.1 Hóa chất Hóa chất và dung môi được mua từ những nhà cung cấp như công ty hóa chất Aldrich, Merck hay Acros và sử dụng không qua. .. một số dẫn xuất N -azaartemisinin Artemisinin và các dẫn chất của nó đã được sử dụng để điều trị sốt rét từ rất lâu và hiện tại vẫn đang giữ một vị trí quan trọng trong cuộc chiến với đại dịch sốt rét Tuy nhiên cấu trúc phân tử artemisinin và dẫn xuất vẫn còn tồn tại những hạn chế do vòng peroxid và vòng lacton kém bền nên không ổn 13 định và dễ bị thủy phân khi dùng đường uống N -azaartemisinin và dẫn . tổng hợp, chứng minh hoạt tính điều trị sốt rét của N-azaartemisinin. Vì vậy chúng tôi thực hiện đề tài Tổng hợp một số dẫn chất lai hóa azaartemisinin-aminoquinolin qua cầu nối amid với định. thức hóa học một số hợp chất điều trị sốt rét thuộc nhóm 4-aminoquinolin 4 Hình 1.2 Công thức hóa học 1 số hợp chất điều trị sốt rét thuộc nhóm aryl-amino-quinolin 5 Hình 1.3 Quy trình tổng. TỔNG HỢP MỘT SỐ DẪN XUẤT LAI HÓA AZARTEMISININ-AMINOQUINOLIN QUA CẦU NỐI AMID VỚI ĐỊNH HƯỚNG CHỐNG SỐT RÉT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn: 1. TS. Đào Thị Kim Oanh