Lớp chất 2-aza-anthraquinon ít được tìm thấy trong tự nhiên, chủ yếu trong các vi nấm nhưng qua nghiên cứu nhận thấy chúng có hoạt tính kháng khuẩn Gram + rất mạnh [9,10].. Vì vậy, việc
Trang 1Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 0
Trường đại học sư phạm hà nội 2
KHOA HóA HọC
******
Nguyễn thị thùy dương
2-aza-anthraquinon và hoạt tính sinh học của
Trang 2Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 1
MụC LụC
Mở đầu Error! Bookmark not defined.
lí do chọn đề tài 2
Mục đích của đề tài 3
phần 1 Tổng Quan 4
1.1 Chiết tách và hoạt tính sinh học của 2-aza-anthraquinon 4
1.2 Tổng hợp các hợp chất 2-aza-anthraquinon 7
Phần 2 Thực nghiệm 15
2.1 Phương pháp nghiên cứu, nguyên liệu, và trang thiết bị 16
2.1.1 Phương pháp nghiên cứu 16
2.1.2 Nguyên liệu, dụng cụ 16
2.1.3 Kiểm tra định tính, độ sạch của dẫn xuất bằng sắc ký lớp mỏng 16 2.1.4 Xác nhận cấu trúc 17
2.1.5 Thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm 17
2.1.6 Đối tượng nghiên cứu thử hoạt tính sinh học 18
2.2 Tổng hợp 2-phenoxymetyl-1,4-naphthoquinon (43) 18
2.3 Tổng hợp hợp chất 2-acylmetyl-3-phenoxymetyl-1,4-napthoquin 19
2.3.1 Tổng hợp 2-(2-oxo-3-metylbutyl)-3-phenoxymetyl-1,4-naphtho-quinon (45) 20
2.3.2 Tổng hợp 2-(2-oxo-2-phenyletyl)-3-phenoxymetyl-1,4-naphtho- 20 quinon (47) 20
2.4 Tổng hợp 2-aza-anthraquinon 21
2.4.1 Tổng hợp 3-isopropyl-benz[g]isoquinolin-5,10-dion (48) 21
2.4.2 Tổng hợp 3-phenylbenz[g]isoquinolin (49) 22
Phần 3 Kết quả và thảo luận 23
3.1 Kết quả và thảo luận về tổng hợp các chất 2-aza-anthraquinon 23
3.1.1 Tổng hợp 2-phenoxy-1,4-naphthoquinon (43) 23
3.1.2 Phản ứng của các ylit với 2-phenoxymetyl-1,4-napthoquinon 25
3.1.2.1 Tổng hợp 2-(2-oxo-3-metylbutyl)-3-phenoxymetyl-1,4-naphtho quinon (45 ) 27
3.1.2.2 Tổng hợp 2-(2-(phenyl)-2-oxoetyl)-3-phenoxymetyl-1,4-naphtho quinon (47) 27
3.1.3 Tổng hợp 2-aza-anthraquinon 28
3.2 Thảo luận về cấu trúc sản phẩm 29
3.2.1 Phổ 1 H NMR 30
3.2.2 Phổ 13 C NMR 31
3.3 Kết quả thăm dò hoạt tính sinh học 36
Kết luận 38
Tài liệu tham khảo 39
Trang 3Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 2
Mở đầu
lí do chọn đề tài
Kể từ khi chất kháng sinh đầu tiên penicillin được tình cờ tìm ra bởi nhà bác học Alexander Fleming (1881-1955), nhu cầu sử dụng chất kháng sinh ngày càng tăng đột biến Kháng sinh là chất dùng để ức chế sự phát triển của vi khuẩn hoặc tiêu diệt vi khuẩn ngay ở nồng độ thấp Kháng sinh được dùng trong điều trị các bệnh nhiễm trùng hoặc điều trị dự phòng các bệnh có khả năng gây dịch hoặc dự phòng trong các cuộc phẫu thuật nhằm chống bệnh nhiễm trùng bệnh viện
Các loại thuốc kháng sinh thường dùng từ trước đến nay là: kháng sinh nhóm -lactam gồm kháng sinh nhóm penicillin và kháng sinh cephalosporin; kháng sinh chloramphenicol; kháng sinh nhóm tetracycline; kháng sinh nhóm aminoglycozid; kháng sinh macrolid; kháng sinh lincosamid; kháng sinh polypeptide
Hiện nay, vi khuẩn đang có xu hướng kháng lại các thuốc kháng sinh Các loại vi khuẩn kháng lại nhiều thuốc kháng sinh, người ta gọi là đa kháng
thuốc như vi khuẩn Staphylococcus aureus (Sa), Pseudomonas aeruginosa
(Pa), Escherichia coli (Ec) Nguyên nhân kháng thuốc có thể do gen di
truyền, do plasmid hoặc do việc sử dụng kháng sinh không đủ liều, không đủ ngày và không đúng với loại kháng sinh mà vi khuẩn nhạy cảm
Hiện nay, thế giới đang lo ngại chủng vi khuẩn Staphylococcus aureus
(S.aureus) (khuẩn tụ cầu vàng) gây nhiễm trùng máu, viêm cơ, viêm phổi đã
kháng với nhiều loại thuốc kháng sinh Bây giờ, S.aureus chỉ còn nhạy với
một loại kháng sinh duy nhất là Vancomicin nhưng đã bắt đầu có biểu hiện kháng lại Như vậy, nếu loại kháng sinh này không còn tác dụng nữa thì sẽ hết sức nguy hiểm
Trang 4Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 3
Từ vấn đề hết sức cấp bách đó đòi hỏi các nhà khoa học phải không ngừng tìm ra các loại kháng sinh mới để có thể thay thế được các loại kháng sinh đã bị kháng thuốc
Lớp chất 2-aza-anthraquinon ít được tìm thấy trong tự nhiên, chủ yếu trong các vi nấm nhưng qua nghiên cứu nhận thấy chúng có hoạt tính kháng khuẩn Gram (+) rất mạnh [9,10] Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp các dẫn chất của 2-aza-anthraquinon và thử hoạt tính sinh học để tìm kiếm các chất có hoạt tính cao phục vụ y, dược học là vấn đề hết sức lý thú, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao
Từ những lý do nêu trên, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu, tổng hợp
2-aza-anthraquinon và hoạt tính sinh học của chúng”
Mục đích của đề tài
1) Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn chất 2-aza-anthraquinon
2) Nghiên cứu cấu trúc các chất tổng hợp được bằng các phương pháp vật lý hiện đại
3) Nghiên cứu thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định
Trang 5Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 4
phần 1 Tổng Quan 1.1 Chiết tách và hoạt tính sinh học của 2-aza-anthraquinon
Trong tự nhiên dẫn chất 2-aza-anthraquinon rất ít gặp Cho đến nay, người ta chỉ mới tìm thấy có 8 chất thuộc khung này, chủ yếu được phát hiện
từ nấm (Hình 1)
Hợp chất 2-aza-anthraquinon đầu tiên được tách ra từ Fusarium
bostricoidin, vào năm 1953 Nó là chất mầu đỏ và được đặt tên là bostricoidin
(1) Nghiên cứu hoạt tính sinh học của chất này đã xác định rằng bostricoidin
có hoạt tính kháng lao (Mycobacterium tuborculosis) [8]
Chất 9-O-methylbotricoidin (2) là dẫn chất 2-aza-anthraquinon tiếp
theo được tách ra trong quá trình nuôi cấy chủng Fusarium moniliformate
Nghiên cứu hoạt tính sinh học đã xác định chất này có hoạt tính kháng khuẩn Gram (+) rất mạnh [9,10]
Trang 6Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 5
HO
8 (7-demethyl-6-deoxybostrycoidin)
Hình 1
Tolypocladin (3) tách được từ nấm Tolypocladium inflatum Chất này
có khả năng tạo phức với các kim loại [11] Tính chất tạo phức với kim loại của lớp chất này vẫn còn được tranh luận, nhưng có thể khẳng định các hợp chất này hoạt động như những chất loại bỏ các kim loại nặng, nghĩa là làm
Trang 7Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 6
giảm nồng độ của kim loại nặng trong cơ thể Ngoài ra, hợp chất này còn có hoạt tính kìm hãm hoạt động của enzym cAMP phosphodiesteraza [12]
Benz[g]isoquinolin-5,10-dion (4) tách được từ Psychotricha
camponutans và Mitracarpus scaber [13] có hoạt tính chống lại các chủng
kháng Staphylococcus aureus và Plasmodium falciparum [14] Ngoài ra chất này còn có hoạt tính kháng Trypanosoma congolense
2-Aza-anthraquinon có hoạt tính gắn kết của DNA topoisomerases và được xem như là những tác nhân tiêu diệt tế bào ung thư ( theo cơ chế intercalating DNA binding agents) [15] Những tác nhân intercalating DNA
như ametantron (7) và mitoxantron (8) là hai ví dụ về các chất đang được sử
dụng trong lâm sàng để chữa bệnh ung thư Dựa trên giả thiết rằng, các chất 2-aza-anthraquinon tương ứng có vai trò như các tác nhân intercalating DNA Khi nghiên cứu trên những giả thuyết như vậy, người ta đã phát hiện chất Pixantron (BBR 2778 Dimalate) [16,17] và BFI [18] có hoạt tính intercalating
DNA rất mạnh Pixantron (9) hiện nay đang được nghiên cứu lâm sàng ở giai
đoạn 1 Pixantron không chỉ có hoạt tính chống ung thư mà còn là tác nhân ức chế miễn dịch và được dùng để chữa bệnh xơ cứng [19] 1-Aryl-2-aza-
anthraquinon (11) là những dẫn chất của 2-aza-anthraquinon với các nhóm thế
aryl khác nhau ở cacbon C-1 có khả năng tiêu diệt tế bào ung thư (Hình 2)
Trang 8Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 7
COOEt
11 10
Hình 2
1.2 Tổng hợp các hợp chất 2-aza-anthraquinon
Như đã đề cập ở trên, lớp chất 2-aza-anthraquinon có hoạt tính sinh học
lý thú nên việc nghiên cứu tổng hợp lớp chất này có ý nghĩa rất lớn về khoa học và thực tiễn
Đã có một số công trình nghiên cứu tổng hợp lớp chất này Đầu tiên, phải kể đến phương pháp sử dụng phản ứng Diels - Alder để xây dựng khung 2-aza-anthraquinon
OMe
N O
O
1, benzen
N O
O
OMe
N O
O OMe
2 Ag 2 O
Trang 9Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 8
Sơ đồ 1 Qua phản ứng Diels - Alder [29], nhận được hai dẫn chất 2-aza-
anthraquinon 14 và 15 Điểm yếu của phương pháp này là phản ứng không chọn lọc nên nhận được đồng thời cả sản phẩm 14 (25%) và sản phẩm 15
(75%), chúng rất khó tách ra khỏi nhau (sơ đồ 1)
Cũng tương tự như khi sử dụng phản ứng Diels - Alder, Cameron và
các cộng sự [30] đã tổng hợp được 9-O-metylbostricoidin (2) và bostricoidin (1) Tóm tắt quá trình này được mô tả trong sơ đồ 2
N O
O
N O
N O
Trang 10Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 9
O OMe O
CN
N OMe
2.1 eq LDA THF , - 40oC
O
CN Li
N OMe
OMe
N O
O
OMe
OMe
N O
O
OMe OMe
phẩm này cũng rất khó tách ra khỏi nhau
Nghiên cứu các phương pháp nhằm tạo ra phản ứng chọn lọc cao, Epsztajin và các cộng sự [32] đã phát hiện phương pháp tổng hợp 2-aza-anthraquinon trên cơ sở tạo ra otho-lithium của anilit, sau đó cho muối trung gian lithium này tác dụng với metyl este của axit isonicotimic tạo ra các dẫn xuất 2-aza-anthraquinon với độ chọn lọc cao Công trình này được tóm tắt trong sơ đồ 4
Trang 11Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 10
O OMe O
CN
N OMe
N OMe
OMe
N O
O
OMe
OMe
N O
O
OMe OMe
Trang 12Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 11
R2
N O
H
R3
R1
1 2 eq BuLi THF, -78oC
R1
N H
O
27
28 29
30
Sơ đồ 4 Phương pháp tiếp theo, 2-aza-anthraquinon đã được tổng hợp trên cơ sở
sử dụng phương pháp Friedel - Crafts Tolypocladin [33] đã được tổng hợp qua phản ứng ngưng tụ của 1,2,4-trimathoxybenzen và 2-metylpyridin-4,5-dicacboxylic anhydric, cũng cho ta hỗn hợp 2 đồng phân Tóm tắt công trình này được mô tả trong (sơ đồ 5 )
Trang 13Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 12
OMe
OMe
MeO
N O
N HOOC
H2SO4
OH
N O
Trang 14Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 13
O
O
N
R O
Br
O
O
O R
NBS
O
O
O R
NH3O
O
N R
Br
37 38
Sơ đồ 6 Tiếp tục hướng nghiên cứu phát hiện con đường hiệu quả để tổng hợp 2-aza-anthraquinon, De Kimpe và các cộng sự [35] đã phát hiện phương pháp mới, hiệu quả để tổng hợp các hợp chất này ý tưởng của phương pháp là dựa trên giả thuyết về sinh tổng hợp bostricoidin Tóm tắt phương pháp này mô tả trong (sơ đồ 7)
Trang 15Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 14
O
O
O O R
O
O
N R
Qua tìm hiểu tài liệu tham khảo tôi thấy các dẫn chất 2-aza-anthraquinon là những hợp chất có hoạt tính sinh học rất lý thú Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và đặc biệt là hoạt tính tiêu diệt tế bào ung thư của các lớp chất này đã gây sự chú ý và cuốn hút các nhà khoa học nghiên cứu chiết tách từ thiên nhiên cũng như tổng hợp các chất thuộc nhóm này Với mục đích tìm kiếm các chất có hoạt tính kháng khuẩn để nghiên cứu sử dụng trong y học chữa các bệnh nhiễm khuẩn đặc biệt là các chủng kháng thuốc như chủng khuẩn tụ
cầu vàng (S aureus), tôi tiến hành nghiên cứu tổng hợp một số dẫn chất của
2-aza-anthraquinon và nghiên cứu khả năng kháng vi sinh vật kiểm định của sản phẩm nhận được
Trang 16Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 15
O COOH
Sơ đồ 8
Trang 17Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 16
2.1 Phương pháp nghiên cứu, nguyên liệu, và trang thiết bị
2.1.1 Phương pháp nghiên cứu
Thực hiện các phương pháp tổng hợp: các dẫn chất 2-aza-anthraquinon tại phòng thí nghiệm Hoá dược- Viện Hoá học- Viện Khoa học & Công nghệ
Bột silicagel cho sắc ký cột 100 - 200 mesh (Merck), bông y tế dùng nhồi cột
Bản mỏng sắc ký silicagel đế nhôm Art 5554 DC - Alufolien Kiesel 60
Phễu chiết 250 ml, ống nghiệm, cốc mỏ vịt, Na2SO4 để làm khan nước
2.1.3 Kiểm tra định tính, độ sạch của dẫn xuất bằng sắc ký lớp mỏng
Sắc ký lớp mỏng được sử dụng để định tính chất đầu và sản phẩm Thông thường chất đầu và sản phẩm với giá trị Rf khác nhau, màu sắc và sự phát quang khác nhau Dùng sắc ký lớp mỏng để biết được phản ứng xảy ra,
Trang 18Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 17
không xảy ra, kết thúc phản ứng Dựa vào các vết trên bản mỏng, cùng các giá trị Rf tương ứng Giá trị Rf của các chất phụ thuộc vào bản chất và phụ thuộc vào dung môi làm pha động Dựa trên tính chất đó, chúng ta có thể tìm được dung môi hay hỗn hợp dung môi để các chất tách ra xa khỏi nhau (Rf khác xa nhau) hay tìm được hệ dung môi cần thiết để tinh chế các chất
- Phổ hồng ngoại (IR)
Phổ IR của các chất nghiên cứu được ghi trên máy Impact 410-Nicolet, tại phòng thí nghiệm Phổ hồng ngoại Viện Hoá học- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đo ở dạng ép viên với KBr rắn
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phổ 1H NMR (500MHz) và 13C NMR (125MHz) của các chất nghiên cứu được đo trong dung môi CDCl3; TMS là chất chuẩn, trên máy Bruker XL-500 tần số 500 MHz tại phòng Cấu trúc phân tử - Viện Hoá học- Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam
- Phổ khối lượng (MS)
Phổ khối của các chất nghiên cứu được kiểm tra trên máy 1100 Series LC/MSD-Trap-SL theo phương pháp EI-MS tại phòng Cấu trúc phân tử - Viện Hoá học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
2.1.5 Thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm
Việc thăm dò hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định được thực hiện tại
Trang 19Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 18
phòng Thử hoạt tính Sinh học -Viện Hoá học
* Đối tượng thử : Các chủng vi sinh vật và nấm gây bệnh kiểm định
Vi khuẩn Gram (-) : Escherichia coli (Ec), Pseudomonas aeruginosa (Pa)
Vi khuẩn Gram (+) : Staphylococcus aureus (Sa), Baccilus subtilis (Bs)
Nấm men : Candida albicans (Ca)
* Chất đối chứng:
Amphotericin B và Amoxicilin
1 Pha loãng mẫu thử bằng phương pháp pha loãng đa nồng độ
Mẫu ban đầu có nồng độ 20 mg/ml được pha loãng thành các nồng độ khác nhau để thử hoạt tính với các chủng từ nồng độ 128 g/ml; 64 g/ml; 32
2.1.6 Đối tượng nghiên cứu thử hoạt tính sinh học
Các aza-anthraquinon tổng hợp
2.2 Tổng hợp 2-phenoxymetyl-1,4-naphthoquinon (43)
Sơ đồ phản ứng:
Trang 20Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 19
O
O
(NH4)2S2O8AgNO3, H2O, CH3CN
O
O
O
O COOH
Sơ đồ 9
Cách tiến hành:
Cho vào hỗn hợp phản ứng 1 g (6,6 mmol) 1,4-naphthoquinon (41), 20
ml acetonitril lắc đều Cho tiếp 1,46g (9,47 mmol) axit phenoxyacetic (42) và
0,326g (1,87 mmol) AgNO3 đã được hòa tan trong 20ml nước, đun nóng hỗn hợp phản ứng đến 700C rồi nhỏ từ từ 1,586 g(6,96 mmol) (NH4)2S2O8 trong
20 ml nước vào hỗn hợp phản ứng Phản ứng tiếp tục duy trì ở 700C trong khoảng 3h, sau đó làm lạnh bằng đá muối để tủa sản phẩm phản ứng Sản phẩm tủa ra được lọc và rửa nhiều lần với nước Sản phẩm sau đó được hoà tan trong CH2Cl2, lọc qua celite và làm khan dung dịch bằng Na2SO4, loại bỏ
dung môi nhận được 1,665g sản phẩm (43) (96%), đnc: 160-1610C (CCl4)
Cấu trúc của sản phẩm (43) được xác định bằng phương pháp phổ cộng
hưởng từ hạt nhân, phổ khối lượng và phổ hồng ngoại
1
H-NMR (500 MHz, CDCl3) : 8,06-8,12 (2H, m, H-5 và H-8); 7,73-7,76 (2H, m, H-6 và H-7); 7,28-7,34 (2H, m, H-2’ và H-6’); 7,17 (1H, dd, J = 4,3
Hz và J = 2,1 Hz, H-4’); 6,97-7,02 (3H, m, H-3’, H-3 và H-5’); 5,06 (2H, d, J
= 2,1 Hz, CH2-O) 13C-NMR (125 MHz, CDCl3) : 184,65 4); 184,56 1); 157,76 (C-2); 146,17 (C-1’); 134,12 (C-7); 133,96 (C-6); 133,79 (C-4’);
(C-132 (C-2); 129,70 (C-2’ và C-6’); 126,73 (C-8); 121,68 (C-5); 114,67 (C-5’
và C-3’); 76.58 (CH2-O) IR (KBr) : 1662, 1625, 1598, 1497, 1338, 1246,
1056, 944, 898, 782 cm-1 MS (m/z): 264 [M+]
2.3 Tổng hợp hợp chất 2-acylmetyl-3-phenoxymetyl-1,4-napthoquin
Trang 21Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp K32C - Hóa Học 20
2.3.1 Tổng hợp quinon (45)
O
O
O O 1.1 eq Et3N
CH3CN
Br
Sơ đồ 10 Cách tiến hành:
Nhỏ giọt dung dịch 0,2ml Et3N trong 1 ml acetonitril vào hỗn hợp phản
ứng gồm 0,312g (1,18 mmol) 2-phenoxymetyl-1,4-naphthoquinon (43), 3,363g (13,74 mmol) muối pyridin (44) và 3 ml acetonitril Phản ứng được
khuấy và duy trì ở nhiệt độ thường trong khoảng 24 h Khi phản ứng kết thúc, dung môi được loại bỏ ở áp suất thấp, phần còn lại của phản ứng được xử lý với nước và chiết bằng CH2Cl2 Dịch chiết được rửa bằng nước, làm khan bằng Na2SO4, sau đó loại bỏ dung môi nhận được sản phẩm thô (86%) và được sử dụng ngay cho bước tiếp theo để tránh quá trình vòng hoá nội phân tử
khi làm sạch trên silicagel
O
O
O O 1.1 eq Et3N
CH
3 CN Br
Sơ đồ 11