Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của bengamide a và e

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - PHÍ THỊ O TổNG HợP Và KHảO SáT HOạT TíNH SINH HọC CáC ANALOG CủA BENGAMIDE A Và E LUN N TIN SỸ HÓA HỌC Hà Nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - PHÍ THỊ ĐÀO “TỉNG HỵP Và KHảO SáT HOạT TíNH SINH HọC CáC ANALOG CủA BENGAMIDE A Vµ E” Chun ngành : Hóa hữu Mã số : 62 44 01 14 LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.Habil Phạm Văn Cường TS Đoàn Thị Mai Hương Hà Nội - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học PGS.TS.Habil Phạm Văn Cường TS Đoàn Thị Mai Hương Các số liệu, kết nêu Luận án trung thực chưa có cơng bố cơng trình nghiên cứu trước Tồn thơng tin trích dẫn Luận án rõ nguồn gốc xuất xứ Nghiên cứu sinh Phí Thị Đào LỜI CẢM ƠN Luận án hồn thành Viện Hóa sinh biển – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Kinh phí thực từ đề tài thuộc Quỹ Nafosted, mã số đề tài NCCB-ĐHƯD.2012-G/05 Trong trình nghiên cứu, tác giả nhận nhiều giúp đỡ quý báu thầy cô, nhà khoa học đồng nghiệp, bạn bè gia đình Trước hết, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS.Habil Phạm Văn Cường TS Đồn Thị Mai Hương - Viện Hóa sinh biển, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện cho suốt q trình thực Luận án Tơi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, hội đồng khoa học, phòng Quản lý tổng hợp Viện Hóa sinh biển; Ban lãnh đạo, phòng Đào tạo Học viện Khoa học Công nghệ tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ suốt thời gian thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Nguyễn Văn Hùng động viên có nhiều ý kiến góp ý giúp tơi hồn thiện luận án Tơi xin cám ơn thầy cơ, nhà khoa học Viện Hóa sinh biển - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giảng dạy, hướng dẫn tơi hồn thành học phần chuyên đề chương trình đào tạo Tơi xin chân thành cảm ơn cán nghiên cứu Phòng Tổng hợp hữu cơ, Trung tâm nghiên cứu phát triển thuốc - Viện Hóa sinh biển giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu hỗ trợ thực Luận án Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân bạn bè hỗ trợ, động viên tơi suốt q trình học tập thực Luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả Luận án Phí Thị Đào MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG i DANH MỤC CÁC HÌNH ii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LỚP CHẤT BENGAMIDE 1.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2 Tình hình nghiên cứu giới 1.3 Các bengamide phân lập từ tự nhiên hoạt tính sinh học 1.4 Tổng hợp bengamide 11 1.4.1 Tổng hợp toàn phần bengamide phân lập từ tự nhiên 11 1.4.2 Tổng hợp analog bengamide đánh giá hoạt tính sinh học 18 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 2.1 Dụng cụ thiết bị nghiên cứu 35 2.2 Vật liệu nghiên cứu 35 2.3 Phương pháp nghiên cứu 35 2.3.1 Phương pháp hóa học 35 2.3.2 Phương pháp thử hoạt tính sinh học 36 2.4 Thực nghiệm 38 2.4.1 Tổng hợp chuỗi ketide 38 2.4.2 Tổng hợp N-alkyl aminolactam 42 2.4.3 Tổng hợp analog bengamide E 55 2.4.4 Tổng hợp analog bengamide A 76 2.5 Tổng hợp analog bengamide chứa flo 81 2.5.1 Tổng hợp chất (BG3F) 82 2.5.2 Tổng hợp acetonide (BG4Fa,b; BG6Fa,b; BG8Fa,b; BG10Fa,b BG12Fa,b) 82 2.5.3 Tổng hợp analog BG5Fa,b; BG7Fa,b; BG9Fa,b; BG11Fa,b BG13Fa,b 88 2.6 Thử hoạt tính sinh học analog bengamide tổng hợp 94 2.6.1 Hoạt tính gây độc tế bào 94 2.6.2 Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định 95 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 97 3.1 Tổng hợp chuỗi ketide 98 3.2 Phản ứng tổng hợp hợp chất 2-amino lactam 102 3.2.1 Phản ứng tổng hợp chất BG6a-b BG14a-b 102 3.2.3 Phản ứng tổng hợp N-ankylaminolactam 106 3.2.3.1 Phản ứng bảo vệ nhóm chức amine 2-aminolactam 106 3.2.3.2 Phản ứng N-alkyl hóa hợp chất 107 3.3 Tổng hợp analog bengamide E 112 3.4 Tổng hợp analog bengamide A 121 3.5 Phản ứng tổng hợp analog bengamide chứa flo 125 3.6 Hoạt tính sinh học hợp chất tổng hợp 133 3.6.1 Hoạt tính gây độc tế bào 133 3.6.2 Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định 138 KẾT LUẬN 140 KIẾN NGHỊ 141 CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ 142 PHỤ LỤC 148 i DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Kết thử hoạt tính bengamide Y (19) Z (20) Bảng 1.2 Hoạt tính số bengamide phân lập từ hải miên Japis cf Coriacea dòng tế bào ung thư biểu mơ tuyến vú MDA–MB–435 Bảng 1.3 Hoạt tính sinh học bengamide A, B P 16 dòng tế bào ung thư Bảng 1.4 Kết thử hoạt tính bengamide phân lập từ hải miên Stelletta sp 10 Bảng 1.5 Thống kê quy trình tổng hợp bengamide thiên nhiên 18 Bảng 1.6 Bảng hoạt tính dòng tế bào ung thư vú người MDA–MB–435 analog bengamide 98-126 24 Bảng 1.7 Bảng hoạt tính dòng tế bào MDA-MB-435 analog 130- 149 25 Bảng 1.8 Bảng kết thử hoạt tính analog bengamide biến đổi chuỗi polyketide điển hình số dòng tế bào ung thư 31 Bảng 1.9 Hoạt tính sinh học analog bengamide E biến đổi đầu olefin (IC50, M) 32 Bảng 3.1 Ảnh hưởng tác nhân đến hiệu suất phản ứng tổng hợp BG2 98 Bảng 3.2 Ảnh hưởng dung môi, nhiệt độ tác nhân đến phản ứng tổng hợp BG4 98 Bảng 3.3 Các điều kiện phản ứng tổng hợp aminolactam 103 Bảng 3.4 Điều kiện thực phản ứng bảo vệ nhóm amine bậc 106 Bảng 3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng tác nhân nhiệt độ đến phản ứng Nankylaminolactam BG8a-10a 107 Bảng 3.6 Hiệu suất phản ứng tổng hợp chất N-ankylaminolactam 108 Bảng 3.7 Điều kiện phản ứng tổng hợp BG24a 111 Bảng 3.8 Điều kiện hiệu suất phản ứng mở vòng lactone BG5 với aminolactam, ứng dụng chiếu xạ vi sóng 112 Bảng 3.9 Phản ứng loại bỏ nhóm acetonide 116 Bảng 3.10: Bảng tổng hợp hiếu suất phản ứng tổng hợp acetonide chứa flo 126 Bảng 3.11: Bảng hiệu suất tổng hợp analog chứa flo 129 Bảng 3.12 Cấu trúc hóa học hợp chất bengamide tổng hợp 131 Bảng 3.13 Kết thử hoạt tính gây độc tế bào analog bengamide tổng hợp 132 Bảng 3.14 Kết thử hoạt tính gây độc tế bào analog chứa flo 135 Bảng 3.15 Kết thử hoạt tính gây độc tế bào số acetonide 136 Bảng 3.16 Kết thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định số analog 137 ii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cơng thức cấu tạo bengamide phân lập từ tự nhiên Hình 1.2 Gốc sinh tổng hợp đề xuất cho bengamide Hình 1.3 Các bengamide phân lập từ hải miên Jaspis cf coriacea Hình 1.4 Các bengamide phân lập từ hải miên jaspis carteri Hình 1.6 Cơng thức cấu tạo bengamide M (13) – R (18) Hình 1.7 Cơng thức cấu tạo bengamide E´(22) F´(23) 10 Hình 1.8 Sơ đồ tổng hợp tồn phần bengamide giai đoạn 1991 – 2001 12 Hình 1.9 Sơ đồ tổng hợp bengamide A theo Ogawa 14 Hình 1.10 Sơ đồ tổng hợp bengamide E (5) 15 Hình 1.11 Sơ đồ tổng hợp bengamide Boeckman cộng 15 Hình 1.12 Tổng hợp tồn phần bengamide E (5) theo Sarabia et al 16 Hình 1.13 Tổng hợp toàn phần bengamide E (5) Li Prasad (2013) 17 Hình 1.14 Thiết kế cấu tạo phân tử bengamides 19 Hình 1.15 Sơ đồ tổng hợp chuỗi ketide (86) 20 Hình 1.16 Sơ đồ tổng hợp analog bengamide A(1) theo F.R Kinder cộng 21 Hình 1.17 Sơ đồ tổng hợp phần ketide (86) nhóm David D Xu cộng 21 Hình 1.18 Sơ đồ tổng hợp aminolactam (95) nhóm David D Xu cộng 22 Hình 1.19 Sơ đồ tổng hợp analog LAF 389 (92c) nhóm David D Xu cộng sự22 Hình 1.20 Sơ đồ tổng hợp analog bengamide Nan cộng [34] 23 Hình 1.21 Sơ đồ tổng hợp analog bengamide mở vòng caprolactam [33] 25 Hình 1.22 Sơ đồ tổng hợp analog bengamide mở vòng caprolactam 150-156 [35] 26 Hình 1.23 Các analog bengamide biến đổi chuỗi polyketit 27 Hình 1.24 Sơ đồ tổng hợp chất ent-bengamide E (157) [15] 28 Hình 1.25 Sơ đồ tổng hợp analog bengamide E(5) với biến đổi C-2 chuỗi ketide [24] 29 Hình 1.26 Sơ đồ tổng hợp analog bengamide biến đổi vị trí C-2; C-3 theo Sarabia et al 29 Hình 1.27 Sơ đồ tổng hợp tồn phần analog bengamide 168-170 [25] 30 iii Hình 1.28 Sơ đồ tổng hợp analog bengamide biến đổi vị trí olefin 32 Hình 1.29 Các analog bengamide có hoạt tính chống ung thư cao [34, 43, 49] 34 Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp analog bengamide chứa flo 82 Hình 3.1 Định hướng biến đổi khung bengamide 96 Hình 3.2 Sơ đồ phản ứng tổng hợp ketide BG5 97 Hình 3.3: Cơ chế phản ứng tổng hợp BG5 100 Hình 3.4 Phổ 1H-NMR giãn rộng hợp chất BG5 101 Hình 3.5 Phổ 13C-NMR hợp chất BG5 101 Hình 3.6: Phổ 1H-NMR chấ BG13a 109 Hình 3.7 Phổ 1H- NMR giãn rộng hợp chất BG13a 110 Hình 3.8 Phổ 13C- NMR DEPT hợp chất BG13a 110 Hình 3.9 Phản ứng kết hợp BG5 LAF-A David công bố 111 Hình 3.11 Phổ 1H-NMR giãn rộng hợp chất BG24a 115 Hình 3.12 Một số tương tác phổ COSY HMBC chất BG24a 115 Hình 3.13 Phổ HMBC hợp chất BG24a 116 Hinh 3.14 Phổ 13C-NMR chât BG32a 119 Hinh 3.15 Phổ 1H-NMR chât BG32a 119 Hình 3.16 Một số tương tác phổ COSY HMBC chất BG40a 121 Hinh 3.17 Phổ HMBC chât BG40a (2´S, 5´S) 121 Hinh 3.18 Phổ 1H-NMR chất BG40a (2´S, 5´S) 122 Hinh 3.19 Phổ 1H-NMR chất BG41a (2´S, 5´S) 123 Hình 3.20 Phổ DEPT hợp chất BG40a 123 Hình 3.21 Phổ DEPT chất BG41a 124 Hình 3.22: Sơ đồ tổng hợp analog bengamide chứa flo 124 Hình 3.23 Phổ DEPT chất BG3F 125 Hình 3.24 Phổ DEPT chất BG4Fa…………………………………………… 129 Hình 3.25 Phổ HMBC chất BG4Fa 128 Hình 3.26 Một số tương tác phổ HMBC, COSY chất BG4Fa BG4Fb 128 v DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT  Các phương pháp sắc ký TLC Thin Layer Chromatography: Sắc ký lớp mỏng CC Column Chromatography: Sắc ký cột grad gradient  Các phương pháp phổ ESI-MS Electrospray Ionization Mass Spectroscopy: Phổ khối phun mù điện tử HRESI-MS High-resolution Electrospray Ionization Mass Spectroscopy: Phổ khối phân giải cao phun mù điện tử H-NMR Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton 13 C-NMR Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13 DEPT Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer: Phổ DEPT COSY Correlation Spectroscopy: Phổ tương tác chiều đồng hạt nhân 1H-1H HSQC Heteronuclear Single Quantum Correlation: Phổ tương tác hai chiều trực tiếp dị hạt nhân HMBC Heteronuclear Multiple Bond Correlation: Phổ tương tác đa liên kết hai chiều dị hạt nhân NOESY: Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy: Phổ NOESY s: singlet d: doublet t: triplet m: multiplet dd: double doublet q: quartet quint: quintet br: broad  Các chữ viết tắt khác IC50 50% inhibitory concentration: Nồng độ ức chế 50% tăng trưởng tế bào thử nghiệm MIC Minimum Inhibitory Concentration: Nồng độ ức chế tối thiểu đnc Điểm nóng chảy DMSO Dimethyl sulfoxide TMS Tetramethyl silan ... D a kết hoạt tính sinh học bengamide phân lập từ tự nhiên, nhiều analog bengamide tổng hợp thử hoạt tính sinh học Các analog bengamide A (1) Frederik R Kinder cộng nghiên cứu tổng hợp khảo sát. .. N-alkyl h a hợp chất 107 3.3 Tổng hợp analog bengamide E 112 3.4 Tổng hợp analog bengamide A 121 3.5 Phản ứng tổng hợp analog bengamide ch a flo 125 3.6 Hoạt tính sinh. .. 2.4.3 Tổng hợp analog bengamide E 55 2.4.4 Tổng hợp analog bengamide A 76 2.5 Tổng hợp analog bengamide ch a flo 81 2.5.1 Tổng hợp chất (BG3F) 82 2.5.2 Tổng hợp acetonide