NGHIÊN cứu TỔNG hợp và HOẠT TÍNH SINH học của các dẫn XUẤT 2 OXA 6 AZABENZOBICYCLONONANE

HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TỪ ĐỨC HÙNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CÁC DẪN XUẤT 2-OXA-6AZABENZOBICYCLONONANE LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Hà Nội-2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TỪ ĐỨC HÙNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CÁC DẪN XUẤT 2-OXA-6AZABENZOBICYCLONONANE Chuyên ngành: Hóa hữu Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS Nguyễn Văn Tuyến Hà Nội - 2016 LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn T.S Đặng Thị Tuyết Anh GS.TS Nguyễn Văn Tuyến giao đề tài tận tình hướng dẫn em suốt thời gian thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn TS Trương Hồng Hiếu PGS Lê Tuấn Anh cán phòng Hóa Dược giúp đỡ em nhiều trình thực nghiệm hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn anh chị, bạn học viên lớp K8Đ- lớp Cao học Hóa trao đổi giúp đỡ suốt thời gian thực đề tài Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình tôi, bạn bè - người bên cạnh động viên giúp đỡ suốt thời gian học tập thực luận văn Hà nội, ngày 25 tháng 12 năm 2016 Học viên Từ Đức Hùng i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC .ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hợp chất chứa nhân γ-piperidon .2 1.1.1 Khái quát dẫn xuất γ-piperidon .2 1.1.2 Một số phương pháp tổng hợp dẫn xuất chứa nhân γ-piperidon 1.2 Một số tính chất hóa học quan trọng γ-piperidon 1.2.1 Phản ứng C-ankyl hóa, C-vinyl hóa C-aryl hóa nhóm carbonyl 1.2.2 Phản ứng tạo liên kết C-N từ nhóm carbonyl .9 1.2.3 Phản ứng nguyên tử nitơ vòng γ-piperidon 10 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 28 2.1.Hóa chất thiết bị 28 2.1.1.Hóa chất dung môi 28 2.1.2 Thiết bị xác định cấu trúc 28 2.1.3 Xác định cấu trúc, định tính phản ứng kiểm tra độ tinh khiết sản phẩm tổng hợp 29 2.2.Tổng hợp dẫn xuất 2-oxa-6-azabenzobicyclononane 29 2.2.1 Tổng hợp chất ban đầu (150): Tên 2,3,5,6-tetraaryl-γ-piperidon 29 2.2.2 Tổng hợp dẫn xuất từ (152a-152e): Tên chung 2-oxa-6azabenzobicyclononane 30 2.2.3 Khảo sát hoạt tính sinh học .36 ii CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 Tổng hợp dẫn xuất 2,6-di(2-hydroxyphenyl)-3,5-diphenylpiperidin-4-one (150) 38 3.2 Tổng hợp dẫn xuất 2-oxa-6-azabenzobicyclononane 39 KẾT LUẬN 44 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 13 C- NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13 (13C Nuclear Magnetic DMSO H- NMR Resonance) Dimethyl sulfoxide Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H Nuclear Magnetic HPLC IR MS Resonance) Sắc ký lỏng hiệu cao Phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy) Phổ khối lượng va chạm điện tử (Electron Impact-Mass δH, δC ppm s dd CHCl3 EtOH MeOH OMe SOCl2 Spectrometry) Độ chuyển dịch hóa học proton cacbon Phần triệu (parts per million) singlet Double doulet Clorofoc Etanol Metanol Methoxy Sulfonylchlorua iv MỞ ĐẦU Nghiên cứu phát triển phương pháp tổng hợp dị vòng có ý nghĩa quan trọng lĩnh vực tổng hợp hữu tổng hợp hóa dược Khám phá phát triển phản ứng tổng hợp thúc đẩy bổ sung vào tảng kiến thức kỹ thuật thực nghiệm Trên sở phương pháp ứng dụng để tổng hợp vật liệu cho ngành khoa học khác Các hợp chất có chứa vòng piperidin thành phần nhiều hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên tổng hợp, có hoạt tính sinh học lý thú, nhiều dẫn xuất ứng dụng làm thuốc chữa bệnh, chất bảo vệ thực vật, chất điều hòa sinh trưởng …nên lớp chất nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu [1-6] Hiện nay, nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất piperidin mới, hợp chất γ-piperidon, có cấu trúc đa dạng, phong phú thử nghiệm hoạt tính sinh học nhằm tìm kiếm chất có hoạt tính sinh học cao, phát triển phương pháp mới, hiệu quả, thân thiện với môi trường quan tâm nghiên cứu Mục tiêu luận văn nghiên cứu tổng hợp chuyển hóa hợp chất γ-piperidon thành hợp chất 2-oxa-6-azabenzobicyclononane xác định hoạt tính sinh học chúng Đây hướng nghiên cứu lĩnh vực hóa học piperidin, có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Vì vậy, tiến hành lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp hoạt tính sinh học dẫn xuất cua 2-oxa-6-azabenzobicyclononane” có ý nghĩa lớn khoa học thực tiễn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hợp chất chứa nhân γ-piperidon 1.1.1 Khái quát dẫn xuất γ-piperidon Các dẫn xuất chứa nhân γ-piperidon (Hình thành phần cấu trúc nhiều loại thuốc hóa dược ứng dụng thực tiễn điều trị bệnh ứng dụng nông nghiệp (thuốc diệt trừ dịch hại điều hóa tăng trưởng) O N R Hình Đặc biệt từ dẫn xuất γ-piperidon, tổng hợp nhiều loại thuốc hóa dược hữu ích Cụ thể, phentanil (2) (Sơ đồ 1) - loại thuốc giảm đau mạnh piperidin (nó có tác dụng giảm đau mạnh gấp 50 lần so với tác dụng morphin) phentanyl tổng hợp cách khử imin (1), thu phản ứng trùng ngưng anilin với N-phenetyl-γpiperidon, cuối thực propionyl hóa thu phenatyl [1-7] Ph O + Ph-NH2 N Ph H +, ∆ Ph N N Sơ đồ N COEt H (EtO)2O Ph N Ph Tất loại thuốc giảm đau họ piperidin nói có tác dụng lên quan thụ cảm thần kinh opiat (opioid receptor) tương tự morphin, tạo phụ thuộc thuốc gây nghiện Việc nghiên cứu tổng hợp chất tương tự với mức độ phụ thuộc thuốc thấp, (tính gây nghiện thấp, tăng mạnh tác dụng giảm đau) cho chất picenadol (10) (Sơ đồ 2) – trình tổng hợp xuất phát từ dẫn xuất ban đầu γ-piperidon [1-7] O Li MeO N Me Ar Ar ArLi Ar + Bu -Li + H+ , ∆, (- H2O) N Me - H+ Li CH 2O HC(O)NMe2, H +, ∆ n-C3H CH 2OH N Me Ar - LiBr n-C3H CH 2NMe2 N Me H +, H 2O - MeOH + C3H 7Br Ar N Me n-C3H Ar + H 2, x/t - NHMe2 N Me n-C3H Me N Me n-C3H7 Me HO N cis-picenadol Me 10 Sơ đồ Sử dụng rộng rãi điều trị tâm thần thuốc droperodol (15) (Sơ đồ 3) - Hoạt chất dùng kết hợp với phentanil cho mục đính an thần gây mê Trong trình tổng hợp dẫn xuất tetrahydropyridin, phenylendiamin ngưng tụ với chất ban đầu γ-piperidon (11) [1-7] O N N COOEt H 2N + N Bn H 2N 11 N Bn NH - EtOH N 12 13 Bn NH O N N NH O H 2/cat (- PhMe) N NH COOEt NH COOEt Cl Bn 14 O O C6H4F N O O N N (15) droperidol F (16) benperidol Sơ đồ Như vậy, thấy hợp chất γ-piperidon có vai trò quan trọng tổng hợp hóa dược thu hút quan tâm ý nhà hóa học giới 1.1.2 Một số phương pháp tổng hợp dẫn xuất chứa nhân γpiperidon Các dẫn xuất γ-piperidon có nhiều ứng dụng thực tiễn, đặc biệt thành phần nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học cao, việc phát triển phương pháp tổng hợp mới, nâng cao hiệu xuất tạo thành γpiperidon tâm điểm ý nhà hóa học [7-11] Phương pháp phổ biến sử dụng tổng hợp γ-piperidon (18) (Sơ đồ 4) - dựa phản ứng dẫn xuất axit axetodicacbonoic anđehit amin F Trên phổ khối lượng có tín hiệu pic ion phân tử М+ 435 với cường độ không cao 3.2 Tổng hợp dẫn xuất 2-oxa-6-azabenzobicyclononane 3.2.1 Tổng hợp chất (152a) OH O Ph Ph N H OH HO 150 CHO OH + + NH4OAc (151a ) N O Ph H Ph N (152a ) H HO Khi cho hỗn hợp dung dịch gồm γ-piperidone (150) (1,00 g, 2,30 mmol), dẫn xuất aldehyde thơm (151a) (4,60 mmol) ammonium acetate (13 mmol) đun sôi hồi lưu dung môi ethanol (40 ml) với xúc tác acetic acid (1 ml) Phản ứng kiểm soát sắc ký lớp mỏng sau 72 giờ, thấy phản ứng xảy hoàn toàn Kết tủa lọc rửa với ethanol lạnh (10 ml) diethylether (10 ml) Sản phẩm thô làm sắc ký cột silica gel với hệ dung môi rửa giải Hexan:EtOAc (1:1) kết tinh lại ethanol thu sản phẩm 2-oxa-6-azabenzobicyclononane (152a) tinh khiết Cấu tạo hợp chất (152a) khẳng định phương pháp phổ IR (KBr,v/cm-1) pic 3460, 3390 1626 Trên phổ hồng ngoại IR không tín đặc trưng nhóm carbonyl (C=O) có 1626 cm -1 Điều chứng tỏ nhóm carbonyl tham gia vào chuyển hóa hóa học Phổ 1H NMR ( 500 MHz, CDCl3, TMS) có δ: 2,20 (br s, 1H, NH), 3,77 (d, 1H, 3J 9,05 Hz, H-10), 4,23 (d, 1H, 3J 1,5 Hz, H-13), 4,32 (d, 1H, 3J 9,0 Hz, H-11), 4,62 (d, 1H, 3J 1,5Hz, H-1), 6,20-7,49 (m, 22H, Hthơm), 7,74 (s, 1H, N=CH), 12,48 (br s, 1H, OH) Trên phổ 1H NMR xuất thêm tín Hthơm tín hiệu proton enamine dao động khoảng 6,207,49 ppm Phổ khối lượng ghi LC – MSD – Trap – SL phòng cấu trúc, Viện Hóa học – Viện hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam cho MS, m/z: 539 [M+H]+ với cường độ không cao Sau thu kết đem đo máy đo Gallenkeamp Anh phòng thí nghiệm Tổng hợp hữu – Viện hóa học – Viện hàn lâm khoa học & Công nghệ Việt Nam cho nhiệt độ nóng chảy hợp chất (152a) Tnc = 255-257oC Hiệu suất phản ứng đạt 45 % Ngoài ra, để xác định xác cấu tạo Hợp chất (152a) tạo đơn tinh thể nghiên cứu cấu trúc phương pháp nhiễu xạ đơn tinh thể X-ray Cơ chế phản ứng hình thành hợp chất (152a) giả định sau: HO O Ph Ph Ph N H OH HO NH3 O NH Ph H C HO OH Ph HO NH OH Ph N H OH HO N H OH HO H+ - H 2O 150 Ph OH HO N OH H2 O Ph OH Ph N H HO N N O Ph O Ph N H HO H+ OH OH - H 2O, - H+ N Ph N H HO OH Ph Ph N H HO ( 152a) Hợp chất (152a) khảo sát hoạt tính sinh học phần mềm PASS online [25] kết cho thấy hợp chất thể hoạt tính đồng vận thụ thể nicotinic α4β4 (xác suất thể 85%) chống đau thắt ngực thiếu máu (khoảng 83%) Ngoài ra, hợp chất (152a) thử nghiệm thực tế (in vitro) hoạt tính kháng khuẩn (đối với chủng Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis Staphylococcus aureus bacteria), hoạt tính kháng nấm (Aspergillus niger, Fusarium oxysporum, Candida albicans and Saccharomyces cerevisiae fungi) hoạt tính gây độc tế bào số dòng tế bào ung thư (Human hepatocellular carcinoma, Lung cancer Human rhabdomyosarcoma cell lines) Tuy nhiên, hợp chất (152a) thể hoạt tính kháng khuẩn (50%) chủng B Subtilis Các kết thử nghiệm hoạt tính sinh học lại cho kết âm tính 3.2.2 Tổng hợp chất (152b-152e) R N O Ph b R = 2-NO2; c R = 3-NO 2; d R = 4-NO2; e R = 4-NMe2 H Ph N H (152b-152e) HO Tương tự cách làm quy trình tổng hợp (152a) ta có quy trình tổng hợp chất (152b-152e), nghiên cứu quy trình tổng hợp hợp chất (152b-152e) nghiên cứu chuyển hóa 2,6-di(2-hydroxyphenyl)-3,5diphenylpiperidin-4-one (150) điều kiện có mặt dẫn xuất arylaldehyde (151b-152e) aminuim acetate Theo sơ đồ sau: R O Ph Ph N H N CHO O + R + NH 4OAc OH HO 150 (151b-152e) H Ph b R = 2-NO 2; c R = 3-NO 2; d R = 4-NO 2; e R = 4-NMe2 Ph N H (152b-152e) HO Cấu tạo hợp chất khẳng định phương pháp phổ NMR, IR MS Trên phổ hồng ngoại IR không tín đặc trưng nhóm carbonyl (C=O) khoảng 1700 cm -1 Điều chứng tỏ nhóm carbonyl tham gia vào chuyển hóa hóa học Trên phổ 1H NMR xuất thêm tín H thơm tín hiệu proton enamine dao động khoảng 7.75 – 8.15 ppm Đối với dẫn xuất (152b-152e) quan sát thấy tượng tạo muối 1,4-zwitterion nội phân tử R N O Ph H Ph N H H O Cơ chế phản ứng hình thành dẫn xuất (152b-152e) giả định sau: R HO O HO Ph Ph Ph N H OH HO NH NH2 Ph O HO H C R NH Ph Ph N H OH HO N H OH HO H+ - H2O 150 R HO R N Ph OH H 2O Ph OH Ph N H HO N N Ph Ph - H2O, - H+ R O N Ph Ph N H HO ( 152b-152e) Ph O N H HO H+ R b R = 2-NO2; c R = 3-NO 2; d R = 4-NO2; e R = 4-NMe2 N H HO Sản phẩm dị vòng oxaazatricyclotridecane (152b-152e) tổng hợp với hiệu suất trung bình tương ứng 45%; 48%; 41%; 51% Các hợp chất oxaazatricyclotridecane (152b-152e) khảo sát hoạt tính sinh học phần mềm PASS online [25] kết cho thấy hợp chất thể hoạt tính đồng vận thụ thể nicotinic α4β4 tương ứng (xác suất thể 81%; 80%; 80%; 82%) chống đau thắt ngực thiếu máu (khoảng 83%) KẾT LUẬN Luận văn hoàn thành mục tiêu nội dung nghiên cứu: Đã tổng hợp thành công chất ban đầu 2,6-di(2-hydroxyphenyl)-3,5diphenylpiperidin-4-one (150) dẫn xuất oxaazatricyclotridecane (152a152e) Bằng phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR, phổ hồng ngoại IR khẳng định cấu trúc sản phẩm tổng hợp Xác định tồn dạng 1,4-1,4-zwitterion nội phân tử Đề xuất chế phản ứng chuyển hóa từ 2,6-di(2-hydroxyphenyl)-3,5diphenylpiperidin-4-one (150) thành dẫn xuất oxaazatricyclotridecane (152a-152e) tác dụng với arylaldehyde ammonium acetate Tiến hành khảo sát hoạt tính sinh học hợp chất tổng hợp phần mềm PASS online Đặc biệt tính hành thử nghiệm in vitro hợp chất (152a) tính chất kháng khuẩn, kháng nấm gây độc tế bào Luận văn tổng hợp glibenclamide sản phẩm trung gian qua ba bước phản ứng, bước phản ứng cho hiệu suất cao từ 82-90% Hiệu suất chung cho trình tổng hợp glibenclamide 63% TÀI LIỆU THAM KHẢO Cơ sở hóa học hữu hương liệu (Sách dịch từ tiếng Nga “Основы органической химии душистых веществ для прикладной эстетики и ароматерапии” )A T Soldatenkov, N M Kolyadina, Le Tuan Anh, Levov A.N, Avramenco G.V Nhà xuất Tri thức, 2011 Основы органической химии пищевых, кормовых и биологически активных добавок A T Soldatenkov, N M Kolyadina, Le Tuan Anh, Buanov V.N Tủ sách Viện Hàn lâm - Академкнига, Mátxcơva 2006 Прикладная органическая химия Пестициды и регуляторы роста A T Soldatenkov, N M Kolyadina, Le Tuan Anh БИНОМ Лаборатория знаний, Moscow, 2010 Основы органической химии природных и синтетических красителей А.Т Солдатенков, Г.В Авраменко, Ле Туан Ань, В.П Перевалов, А.Т.Водажо Nhà xuất ĐHQGHN, 2013 Химические основы жизнеспособности и здоровья человека А Т Солдатенков, А Ф Пожарский, С А Солдатова, Т А Ле, В Н Буянов, А Т Водажо Nhà xuất Tri thức, 2013 Основы органической химии высокоэнергетических веществ и материалов А Т Солдатенков, Ле Туан Ань, Чыонг Хонг Хиеу Nhà xuất Tri thức 2013 Н С Простаков, Л А Гайворонская, γ-Пиперидоны в органическом синтезе, Усп химии, 47, 859, (1978) V Balian, R Jeyaraman, L Chandrasekaran, Synthesis of 2,6disubstituted piperidines, oxanes and thianes, Chem Rev., 83, 379, (1983) M Dagonneau, E S Kagan, V I Mikhailov, E G Rozantsev, V D Sholle, Chemistry of hindered amines from the piperidine series, Synthesis, 895, (1983) 10 Л Н Яхонтов, Успехи химии α,α,α’,α’,-тетразамещенных пиперидинов, Усп Химии, 53, 1304, (1984) 11 V V Kuznetsov and N S Prostakov γ-Piperidone imines and enamies in organic synthesis Chemistry of Heterocyclic Compounds, 30, 1-13, (1994) 12 M Srinivasan, S Perumal, S Selvaraj (L)-Proline catalysed efficient synthesis of 3-substituted 2,6-diarylpiperidin-4-ones Magn Reson Chem., 42, 1056 (2004) 13 Louis V Adriaenssens and Richard C Hartley α-Amino Acids to Piperidinones by Petasis Methylenation and Acid-Induced Cyclization J Org Chem 72, 10287-10290, (2007) 14 Xiao Dong Jia, Xiang Ning Chen, Cong De Huo, Fang Fang Peng, Chang Qing, Xi Cun Wang Cross double Mannich reaction catalyzed by I2: Synthesis of highly substituted 4-piperidones Chinese Chemical Letters, 23, 309–312, (2012) 15 Yan-Hong He, Wen Hu and Zhi Guan Enzyme-Catalyzed Direct Three-Component Aza-Diels−Alder Reaction Using Hen Egg White Lysozyme J Org Chem 77, 200−207, (2012) 16 G C B Harriman, J Shao, J R Luly Synthesis of 4-substituted 4arylpiperidines Tetrahedron Lett., 41, 8853, (2000) 17 U Jordis, F Grohmann, B Kueenburg Optimized synthesis of some gamma, gamma-disubstituted allylamines Org Prep and Proced Int., 29, (1997) 18 К Д Пралиев, Т А Салита, О Т Жилкибаев, М В Кораблев, А О Садыков, Д В Соколов Синтез производных пиперидина и декагидрохинолина, их анальгетические и психотропные свойства 1Метил-4-винилэтинилпиперидин-4-ол и его сложные эфиры Хим Фарм Ж., №9, 1044, (1986) 19 T M Linders, S Mirsadeghi, L Flippen-Anderson, C George, E Jacobson, C Rice Probes for narcotic receptor mediated phenomena Helv Chim Acta, 86, (2003) 20 D A Klumpp, M Garza, A Jones, S Mendoza Synthesis of arylsubstituted piperidines by superacid activation of piperidones J Org Chem., 64, 6702, (1999) 21 US patent № 919 788 (от 06.07.1999) 22 PCT/US 2005/0228006 A1, (publ 13.10.2005) 23 J Cossy, J L Molina, J R Desmurs A short synthesis of cisapride: A gastrointestinal stimulant derived from cis-4-amino-3-mehtoxypiperidine Tetrahedron Lett., 42, (2001) 24 PCT/US 2006/000251, publ 13.07.2006 Internat Publ WO 2006/074264 A2 25 http://www.way2drug.com/passonline/predict.php LCMS chất (152a) NMR chất (152a) LCMS (152e) ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TỪ ĐỨC HÙNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CÁC DẪN XUẤT 2-OXA-6AZABENZOBICYCLONONANE Chuyên... hành lựa chọn đề tài: Nghiên cứu tổng hợp hoạt tính sinh học dẫn xuất cua 2-oxa-6-azabenzobicyclononane có ý nghĩa lớn khoa học thực tiễn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hợp chất chứa nhân γ-piperidon... nghiệm hoạt tính sinh học nhằm tìm kiếm chất có hoạt tính sinh học cao, phát triển phương pháp mới, hiệu quả, thân thiện với môi trường quan tâm nghiên cứu Mục tiêu luận văn nghiên cứu tổng hợp chuyển