Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của 5 (p nitrobenzyliden) hydantoin và dẫn chất

í BỘYTẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI * ••* ĐOÀN THỊ HỮU TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA 5-(p-NITROBENZYLIDEN)HYDANTOIN VÀ DẪN CHẤT (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Dược sĩ KHÓA 2002-2007) Người hướng dẫn PGS.TS. NGUYỄN QUANG ĐẠT ThS. VŨ TRẦN ANH Nơi thực BỘ MÔN HOÁ HỮU C TRƯỜNG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI Thời gian thực 02/2007-05/2007 ; t i ì : V 1Ê n - HÀ NỘI, 05/2007 m Oãy Lời cảm ơn Với lồng kính trọng biết ơn sâu sắc xỉn bày tỏ lồng biết chân thành tới: PGS.TS. Nguyễn Quang Đạt ThS. Vũ Trần Anh Những người thầy dành nhiều thời gian, công sức tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trình thực khóa luận này. Tôi xin cảm ơn giúp đỡ nhiệt tinh KS. Lê Thị Thuý Hạnh phòng Thí nghiệm Trung tâm (trường Đại học Dược Hà Nội), TS. Lê Mai Hương - phòng Thử nghiệm hoạt tính sinh học (Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên), kỹ sư phòng Máy khối ph ổ (Viện Hóa học) thầy cô giáo cán kỹ thuật viên Bộ môn Hóa hữu giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho hoàn thành khóa luận này. Nhân dịp xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình bạn bè quan tâm, động viên giúp đỡ suốt trình học táp làm đề tài. Hà Nội, ngày 19 tháng năm 2007 Sinh viên Đoàn Thi Hữu CHÚ GIẢI CHỮ VIẾT TẮT CTPT : Công thức phân tử DMF : Dimethylformamid DMSO : Dimethylsulfoxyd IC50 : Nồng độ ức chế 50% IR : Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy) KLPT : Khối lượng phân tử MIC : Nồng độ ức chế tối thiểu (Minimal inhibitory concentratoin) MS : Khối phổ (Mass spectra) SKLM : Sắc ký lớp mỏng UVẠ^IS : Phổ tử ngoại (Ultraviolet spectroscopy) vsv : Vi sinh vât MỤC LỤC Trang ĐẶT VẤN ĐỀ . PHẨN 1: TỔNG QUAN . . . Tình hìiih nghiên cứu dẫn chất hydantoin hóa tri liệu 1.2. Phản ứng tổng hợp hydantoin dẫn chất . 1.2.1. Phản ứng Bucherer - Berg . 1.2.2. Phản ứng đóng vòng a-aminoacid với ure hoăc dẫn xuất ure 1.2.3. Phản ứng đóng vòng a-aminoacid với cyanat . 1.2.4. Phản ứng cyanoacetamid với kiềm hypohalid . 1.3. Các phản ứng ngưng tụ aldehyd/aceton với hợp chất có nhóm methylen linh động . 1.3.1. Phản ứng ngưng tụ croton 1.3.2. Phản ứng ngưng tụ Knoevenagel hydantoin . 10 1.4. Phản ứng Mannich . 12 1.4.1. Định nghĩa chế phản ứng 12 1.4.2. Đặc điểm chất tham gia phản ứng 13 1.4.3. Điều kiên phản ứng . 14 .4.4. ù ig dụng tổng hợp base Mannich số dẫn chất hydantoin . PHẦN 2: THỰC NGHIỆM VÀ KÊT QUẢ . 16 2.1. Nguyên liệu phương pháp thực nghiêm 16 2.1.1. Hóa chất . 16 2.1.2. Phương tiện 16 2.1.3. Phương pháp thực nghiệm . 16 2.2. Tổng hợp hóa h ọ c 17 2.2.1. Sơ đồ tổng hợp . 17 2.2.2 Tổng hợp 5-(p-nitro benzy]jden)hydantoin (1) 17 2.2.3 Tổng hợp số dẫn chất base Mannich 5-(pnitrobenzy liden)hydantoin . 2.3. Kiểm tra độ tinh khiết xác định cấu trúc . 27 2.3.1. Sắc ký lớp mỏng 27 2.3.2. Phân tích phổ hồng ngoại (IR) . 27 2.3.3. Phân tích phổ tử ngoại ( u v m s ) . 30 2.3.4. Phân tích phổ khối lượng (MS) . 31 2.4. Thử tác dụng sinh học 34 2.4.1. Thử tác dụng kháng khuẩn 34 2.4.2. Thử hoạt tính kháng dòng tế bào ung thư người 37 2.5. Bàn luận . 38 2.5.1. Về tổng hợp hóa học 38 2.5.2. Về xác định cấu trúc 39 2.5.3. Về tác dụng sinh học . 39 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ ĐỂ XUÂT . 41 3.1. Kết luận . 41 3.2. Đề xuất 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO . PHỤ LỤC . ĐẶT VẤN ĐỂ Cho đến nay, bệnh ung thư nhiều bệnh nguy hiểm khác vi khuẩn, virus . gây mối lo ngại lớn toàn nhân loại. Thuốc sử dụng điều trị (đặc biệt thuốc điều trị ung thư) chưa đáp ứng vấn đề hiệu điều trị độc lính. Vì vậy, việc nghiên cứu tìm kiếm thuốc có tác dụng tốt, an toàn, dễ sử dụng nhiệm vụ cấp thiết ngành Dược nay. Trong lĩnh vực tổng hợp thuốc, nhà nghiên cứu thường dựa cấu trúc chất dùng làm thuốc để tạo thuốc mói có tác dụng tốt hơn, độc tính hơn. Nhiều dẫn chất hydantoin dùng rộng rãi lâm sàng với tác dụng chống co giậl để điều trị động kinh phenytoin, kháng khuẩn nitrofurantoin, nifutoinol [14],[18],[30],[35]. Trong nhiều năm qua, nhà nghiên cứu giới nước tiếp tục nghiên cứu, tổng hợp sàng lọc tác dụng sinh học dẫn chất hydantoin tìm thấy nhiều chất có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm chống ung thư đáng quan tâm [8],[9],[38]. Tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu dẫn chất hydantoin, thực đề tài “Tổng hợp thử hoạt tính sinh học 5-(pnitrobenzyliden)hydantoin dẫn chất” vói mục tiêu: 1. Tổng hợp 5-(p-nitrobenzyliden)hydantoin số dẫn chất baseMannich. 2. Thử sàng lọc tác dụng sinh học (kháng khuẩn, kháng nấm, kháng tế bào ung thư) với hy vọng tìm chất có hoạt tính sinh học cao, hưóỉng tói nghiên cứu sâu khả ứng dụng thực tế, đồng thời rút nhận xét sơ liên quan cấu trúc-tác dụng dãy chất này. Với mục tiêu trên, hy vọng đề tài đóng góp nhỏ vào việc nghiên cứu tìm kiếm chất thuốc dãy hydantoin. PHẨN : TỔNG QUAN 1.1. Tình hình nghiên cứu dẫn chất hydantoin hóa trị liệu [30] Hydantoin (imidazolidin-2,4-dion) mộí ureid vòng cạnh có công thức cấu tạo: HN NH p CTPT:C3H402N2: KLPT: 100,08 Hydantoin phân bố rộng rãi tự nhiên tìm thấy từ nhiều nguồn nguyên liệu như: mầm non củ cải đường, chồi nụ hoa ngô đồng phưcmg đông (Platanus orientalis), có cấu trúc Xanthopterin (chất màu cánh bướm). Hydantoin Bayer phân lập lần vào năm 1861 cách khử hóa Allantoin (5-ureidohydantoin), đến năm 1870 Strecker xác định cấu trúc hóa học nó. Ơ IO đến việc nghiên cứu tổng hợp thăm dò tác dụng dẫn chất hydantoin ngày quan tâm có nhiều đóng góp điều tri. Các dẫn xuất v ị trí Cj, C3, đặc biệt lần vị trí C5 nghiên cứu cho thấy nhiều tác dụng sinh học đáng ý: * Tác dụng chống co giật: Đây tác dụng bật dẫn chất hydantoin. iấ t điển hình 5,5-diphenylhydantoin [1],[18] dẫn xuất muối natri nó. Chúng sử dụng rộng rãi lâm sàng để điều trị động kinh dạng hỗn dịch uống viên nang hầu hết đem lại kết tốt. Ngoài dẫn chất 5-ethyl-3-methyl-5-methylhydantoin (Mesantoin) [18] dùng thường xuyên để chống co giật điều tiỊ bệnh động kinh. * Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm: Tác dụng kháng khuẩn dẫn chất hydantoin nghiên cứu áp dụng nhiều sản xuất điều trị: + Dẫn chất Alantoin (5-ureidohydantoin) [35] dùng để điều trị vết thương mưng mủ, chống loét kích thích phát triển mô. Nó củng sử dụng để điều trị loét dày. + Nitrofurantoin (Furadantin, Macrodantin) baseMannich sử dụng rộng rãi điều trị nhiễm trùng đường tiết niệu tuyến tiền liệt[12],[13],[18],[35]. + Dẫn chất Nifuitoinol (Urfadyn, Urfurin) có tác dụng tương tự Nitrofurantoin dung nạp tốt hơn.[14],[35]. Trong số báo cáo, tác giả K. Kiéc-Kononowicz, E. Szymanska cộng (2 0 ) nghiên cứu tổng hợp loạt dẫn chất dãy 5arylidenhydantoin thử hoạt tính chống vi khuẩn lao (Mycobacterium turbeculosis) chúng cho thấy có tác dụng tốt [33]. Tác dụng kháng khuẩn công bố nhiều tài liệu [20],[26]. * Tác dụng ức chê tế bào ung thư: Năm 1995, D. L. Baưos Costa cộng sự[38] công bố kết nghiên cứu tổng hợp tác dụng tế bào ung thư thực nghiệm số dẫn chất 5-arylidenhydantoin. Gần đây, tác giả Đinh Thị Thanh Hải, Nguyễn Quang Đạt, Lê Mai Hương [8 ] nghiên cứu hoạt tính kháng hai dòng tế bào ung thư người (tế bào ung thư biểu mô (KB) tế bào ung thư màng tử cung (FI)) dãy chất 5-(5’-nitro-2’-furfurliden)hydantoin dẫn chất baseMannich kết tìm thấy hai chất có hoạt tính kháng tế bào ung thư mạnh (giá trị IC50 0,2-1,04 (|ig/ml) dòng tế bào FI 0,6-1,15 (fig/ml) dòng tế bào KB). Tác dụng sinh học Chất đại diện Công thức cấu tạo Chế phẩm thuốc Dilantin 5,5 -diphenylhydantoin Phenyltoin Tai liệu tham khảo [3],[18] Chống co giât -Ethyl-3 -methy 1-5methylhydantoin Chống ung thư Mesantoin [18] — [8],[ 1 ] H sC -k ^ Một số dẫn chất 5arylidenhydantoin N-(5’-nitro-2’- ------- N - H furfuryliden)-laminohydantoin N^ Nitrofurantoin Kháng khuẩn, [14],[18],[24] o Urfadyn 3-hydroxymethyl-1(5’-nitro-2’- Furadantin ------ N—CH2OH ,N ^ q ^ C H = N — o furfuryliden)hydantoin Urfurine [14],[24] Nifutoinol Kháng nấm Allantoin 5-ureidohydantoin Một số dẫn chất 5furfurylidenhydantoin X H " < [18] [9] r^fVKfNeLMGr? 39.43 A XT \ / I1 / II' A" ,J l\J - .95 - ;i4000 3500 ::;!00O Z500 2000 1500 1000 cn.-i Hi 42.El- J\ y.T r'V fA i r‘ i VI ¿000 1500 10 G0 cm-i 500 42.64 "[...]... sau: 0 ,58 g (0,00 25 mol) cht (1); 0,2 ml formol (0,00 25 mol HCHO); 0,23g (0,00 25) anilin Sn phm thu c: 0,28 g Rf = 0 ,52 Nhit núng chy; 78 -- 80c Hiu sut phn ng: 34 ,5% tan: Tng t cht (2) * Kt lun: 1 Trong phn tng hp, chỳng tụi ó tng hp c 6 cht gm: 5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin (1) 3-morpholinomethyl -5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin (2) 3-piperidinomethyl -5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin (3) 3 -(p- tolylaminomethy ^5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin. .. 2 750 cm'^) v di hp th 3314cm ' c quy cho cỏc dao ng húa tr Vqh v hydantoin) ó ph lờn nhau (ca Bng 4: Cỏc di hp th c trng trong ph IR, cm'^ ^N02 Cht Vnh ''cH2 ''c=c 5c-h arom ScH3 arom (benzen) ^as 1 2 3 4 5 Vs 159 1 150 5 1343 159 3 151 2 1343 1418 159 3 151 3 1343 1416 1341 1427 3321 1736 32 25 3288 3294 3379 3396 2 955 17 75 2843 1716 2933 1779 2849 2920 2860 1714 1763 1718 6 (''oh) 16 65 16 65 1663 159 3 151 0... (gi) la C,o 4N3 H, Ib (1) l C 15H 16O 5N 4 2 Vng (5 :3 ) PPl 4 47,2 PP2 4 47,6 320 - 322 C 16H 18O 4N 4 3 Vng EtOH 224 - 226 2 56 ,6 Vng EtOH 190 -192 2 46,0 cam EtOH 244 - 246 2 44,3 Nõu 332,32 H EtOH 150 - 152 2 34 ,5 1 86,7 330,34 H C18H 16O4 4 N 4 352 ,34 H CnHi404N3 5 32 4 ,3 2 H 6 233,18 EtOH : DMF CjqH905N 3 O H ^ - O H 1 H 251 ,20 Vng sm EtOH : DMF (5: 2) 256 - 258 PP3 2.3 Kim tra tinh khit v... 3-piperidinomethyl -5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin (3) Cụng thc: Os OoN- (3) CTPT: C 16H 18O4N4; KLPT: 330,34 Tin hnh: Theo quy trỡnh tng hp chung vi lng húa cht nh sau: 0 ,58 g (0,00 25 mol) cht (1); 0,2 ml formol (0,00 25 mol HCHO); 0,2Ig (0,00 25 mol) piperidin Sn phm thu c: 0,38 g Rf = 0,60 Nhit núng chy: 190 ^ 192C Hiu sut phn ng: 46,0% tan: Tng t cht (2) 2.2.3.3 Tng hp 3 -(p- tolylaminomethy) -5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin. .. 5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin (1) 3-morpholinomethyl -5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin (2) 3-piperidinomethyl -5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin (3) 3 -(p- tolylaminomethy ^5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin (4) 3-phenylaminomethyl -5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin (5) 5- (p- nitro-a-hydroxybenzyl )hydantoin (6 ) 2 ó thc hin ba phng phỏp tng hp cht (1) so sỏnh hiu qu ca cỏc tỏc nhõn ngng t, so sỏnh hiu sut v thi gian phn ng PPl: Dựng xỳc... (4) CTPT: C 18H 16O4N4; KLPT: 352 ,34 Tin hnh: Theo quy trỡnh tng hfp chung vúi lng húa cht nh sau: 0 ,58 g (0,00 25 mol) cht (1); 0,2 ml formol (0,00 25 mol HCHO); 0,27g (0,00 25) p-toluidin Sn phm thu c: 0,39 g Rf = 0,63 Nhit núng chy: 244 ^ 246c Hiu sut phn ng: 44,3% tan; Tng t cht (2) 1.23A Tng hp 3-phenylaminomethyl -5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin (5) Cụng thc: 0 ,N (5) CTPT: CivHiANg; KLPT: 324,32... (9:1) cho cựng giỏ tr Rf (Rf = 0 ,54 ) Hai sn phm l a v Ib cú cựng im chy vi cht 5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin (1) ó cụng b [10],[29],[34] Nh vy hai sn phm la v Ib l cht (1) d kin tng hp Cũn PP3 cho sn phm Ic cú im chy thp hn rừ rt ( 256 -- 258 C) Chỳng tụi gi thit Ic l sn phm ngng t kiu aldol ca p-nitrobenzaldehyd vúi hydantoin vỡ cht ny ó c cụng b cú im chy nh Ic [31] ( 253 - 254 C) Chỳng tụi gi sn phm Ic l... Trong khúa lun ny chỳng tụi tin hnh tng hfp 5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin v mt s dn cht baseMannich ớheo s sau: 0,N- ỡ; H Trong ú: ,t / Ri K = HN-(\ R, \ / / C H 3 (4) ) (3) - < 0 ' < r! 2.2.2 Tng hp 5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin (1) S phn ng tng hp: / ^ 0 ,N - CH=0 ớ! H ẽ H CTPT: C 10HVO4N 3; KLPT: 233,18 ỳ Trờn c s lý thuyt v phn ng ngng t aldehyd thofm v hydantoin ó trỡnh by phn tng quan, chỳng... sn phm kt tinh 2.2.3.1 Tng hp 3-morpholinomethy -5- (p- nitrobenzyliden)hydantoiii (2) Cụng thc: 0 ,N (2) CTPT: C,5H,603N4; KLPT: 332,32 Tin hnh: Theo quy trỡnh tng hp chung vúi lng húa cht nh sau: 0 ,58 g (0,00 25 mol) cht (1); 0,2 ml formol (0,00 25 mol HCHO); 0,22g (0,00 25) morpholin Sn phm thu c: 0,47 g Rf = 0,66 Nhit núng chy: 224 - 226c Hiu sut phn ng: 56 ,6% tan: Tan tt trong DMF, tan trong aceton... hỡnh 7-12 Kt niax qu thu c phự hp vi cỏc ti liu tham kho[16],[17],[32] Bng 5: Cht ca cỏc cht 1-6 A'""" X mx (nm) La ^ 1 236 350 2 237 350 3 236 351 4 238 350 5 240 348 271 6 349 Ri t ngoi ca nm cht (1 -5) cú cc i hai vựng 236-240nm v 348- 35 Inm 236-240nm c quy cho chuyn mc nng lng 71-71* ca vũng benzen th hai ln vựng 348- 35 Inm c quy cho chuyn mc nng lng 71-71* ca h liờn hp ton phõn t Riờng cht (6 . ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI * • • * 0 ĐOÀN THỊ HỮU í TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA 5- (p- NITROBENZYLIDEN )HYDANTOIN VÀ DẪN CHẤT (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Dược sĩ KHÓA 2002-2007) m Người hướng dẫn Nơi. học của 5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin và dẫn chất vói các mục tiêu: 1. Tổng hợp 5- (p- nitrobenzyliden )hydantoin và một số dẫn chất baseMannich. 2. Thử sàng lọc tác dụng sinh học (kháng khuẩn,. nấm và chống ung thư rất đáng quan tâm [8],[9],[38]. Tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu về các dẫn chất hydantoin, chúng tôi đã thực hiện đề tài Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của 5- (p-