Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá hoạt tính sinh học của các phức kim loại với một số dẫn xuất của benzimidazole

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN THẠNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CÁC PHỨC KIM LOẠI VỚI MỘT SỐ DẪN XUẤT CỦA BENZIMIDAZOLE Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 8520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2020 i Cơng trình hồn thành Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG – HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hoàng Thị Kim Dung TS Lê Xuân Tiến Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Bạch Long Giang Cán chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Thanh Tùng Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 31 tháng 08 năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: GS.TS Phan Thanh Sơn Nam PGS.TS Bạch Long Giang TS Nguyễn Thanh Tùng TS Hồ Phương TS Nguyễn Đăng Khoa Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Nguyễn Văn Thạnh MSHV : 1870540 Ngày, tháng, năm sinh : 25/9/1993 Chuyên ngành : Kỹ thuật hóa học I TÊN ĐỀ TÀI : Nơi sinh : TPHCM Mã số : 8520301 Nghiên cứu tổng hợp đánh giá hoạt tính sinh học phức kim loại với số dẫn xuất benzimidazole II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : ➢ Tổng hợp bốn dẫn xuất 2- (1H-benzimidazol-2-yl) –phenol ➢ Xác định cấu trúc tính chất dẫn xuất benzimidazole ➢ Nghiên cứu hình thành phức kim loại với dẫn xuất benzimidazole ➢ Xác định cấu trúc tính chất phức kim loại với dẫn xuất benzimidazole ➢ Thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào ung thư dẫn xuất benzimidazole phức kim loại III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10/02/2020 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2020 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CBHD 1: PGS.TS Hoàng Thị Kim Dung CBHD 2: TS Lê Xuân Tiến Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên chữ ký) iii Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn này, em xin tỏ lịng biết ơn chân thành đến PGS.TS Hồng Thị Kim Dung TS Lê Xuân Tiến hướng dẫn tận tình, bảo giúp đỡ em suốt thời gian thực luận văn Đồng thời, em cảm ơn đến Ths Huỳnh Thị Kim Chi anh, chị Viện Cơng Nghệ Hóa Học hỗ trợ chia sẻ kiến thức Em chân thành cảm ơn q thầy, khoa Kỹ Thuật Hóa Học, Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM tận tình truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báo năm em học tập trường Bên cạnh đó, để có sức khỏe tinh thần tốt, em xin chân thành cảm ơn đến gia đình bạn bè ủng hộ, động viên để em hồn thành khóa luận Cuối cùng, em xin kính chúc q thầy khoa Kỹ Thuật Hóa Học dồi sức khỏe thành công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 Học viên thực Nguyễn Văn Thạnh iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong nghiên cứu này, phức kim loại Cu (II), Zn (II), Ni (II) Pt (II) chứa dẫn xuất bis-benzimidazole thiết kế tổng hợp từ dẫn xuất 2- (1Hbenzimidazole-2-yl)- phenol muối Cu(CH3COOH)2; Zn(CH3COOH)2; Ni(CH3COOH)2 K2PtCl4 Cấu trúc hợp chất xác định FT-IR, H-NMR HR-MS, diện kim loại phức chất xác định UV-Vis ICP-OES Thử nghiệm gây độc tế bào phức kim loại đánh giá ba dòng tế bào ung thư người: tế bào ung thư phổi (A549), vú (MDA-MB231) tuyến tiền liệt (PC3) Hầu hết phức kim loại ức chế tăng sinh tế bào ung thư tốt so với phối tử tự do, đặc biệt phức Zn (II) có độ nhạy cao với MDA-MB-231 Ngoài ra, kết thu hợp chất 2ZnBA2H 2ZnBQ2H cho thấy ức chế phát triển ba dòng tế bào ung thư với IC50 < μg/mL, điều xem tác nhân kháng ung thư đa mục tiêu ABSTRACT In this study, Cu(II), Zn(II), Ni(II) and Pt(II) complexes containing bis- benzimidazole derivatives have been designed and synthesized from the 2-(1Hbenzimidazole-2-yl)-phenol derivatives and Cu(CH3COOH)2; Zn(CH3COOH)2; Ni(CH3COOH)2 and K2PtCl4 The structure of compounds was identified by FT-IR, H-NMR, and ESI-MS analysis, and the presence of metal in complexes was confirmed by using ultraviolet-visible spectroscopy and ICP optical emission spectrometer Cytotoxic activity of complexes was evaluated against three human cancer cell lines, namely lung (A549), breast (MDA-MB-231), and prostate (PC3) cancer cell All complexes inhibited anti-proliferative cancer cells better than free ligands, especially Zn(II) complexes, which was most sensitive to MDA-MB-231 Also, the obtained results of 2ZnBA2H and 2ZnBQ2H compounds showed the growth inhibition of three cancer cell lines with the IC50 < μg/mL, which is considered as potential multi-targeted anticancer agents v LỜI CAM ĐOAN CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học PGS.TS Hoàng Thị Kim Dung TS Lê Xuân Tiến Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức cấp trước Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Trường đại học Bách Khoa TPHCM không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây q trình thực (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 NGUYỄN VĂN THẠNH vi Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU .1 Chương TỔNG QUAN 1.1 Ung thư 1.2 Giới thiệu benzimidazole 1.2.1 Benzimidazole .3 1.2.2 Ứng dụng benzimidazole 1.2.3 Phương pháp tổng hợp dẫn xuất benzimidazole 1.3 Tổng quan phức hợp benzimidazole kim loại .8 1.3.1 Giới thiệu phức hợp benzimidazole kim loại [30] 1.3.2 Sự hình thành phức 10 1.4 Hoạt tính sinh học Cu2+ .10 1.5 Hoạt tính sinh học Zn2+ .13 1.6 Hoạt tính sinh học Ni2+ 16 1.7 Hoạt tính kháng ung thư phức Pt2+ 17 Chương ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .22 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 22 2.1.1 Hóa chất .22 2.1.2 Dụng cụ-Thiết bị .23 2.2 Quy trình tổng hợp 23 2.2.1 Tổng hợp dẫn xuất benzimidazole 23 2.2.2 Tổng hợp phức kim loại chuyển tiếp (Cu2+, Zn2+, Ni2+ Pt2+) với dẫn xuất benzimidazole .25 2.3 Phương pháp xác định thành phần, cấu trúc phức kim loại với benzimidazole .27 2.3.1 Sắc ký lớp mỏng (thin layer chromatography - TLC) .28 2.3.2 Phương pháp quang phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) .28 2.3.3 Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (FT-IR) 28 2.3.4 Phương pháp phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) 28 2.3.5 Phương pháp phân tích khối phổ phân giải cao (HRMS) 29 vii 2.3.6 Phương pháp phân tích quang phổ phát xạ plasma (ICP – OES) .29 2.4 Phương pháp xác định hoạt tính sinh học 30 Chương KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 32 3.1 Kết tổng hợp tác chất benzimidazole 32 3.1.1 Kết tổng hợp 2-(1H-benzimidazol-2-yl)-phenol (ký hiệu BA2H) .32 3.1.2 Kết tổng hợp 2-(5-methyl-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol (ký hiệu BS2H) 32 3.1.3 Kết tổng hợp [2-(2-hydroxyphenyl)-1H-benzimidazol-6-yl]-phenylmethanone (ký hiệu BL2H) 32 3.1.4 Kết tổng hợp 2-(5-chloro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol (ký hiệu BQ2H) 33 3.2 Kết tổng hợp phức benzimidazole với kim loại đồng .33 3.2.1 Kết tổng hợp 2-(1H-benzimidazol-2-yl)-phenol copper (II) (ký hiệu 2Cu-BA2H) 33 3.2.2 Kết tổng hợp 2-(5-methyl-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol copper (II) (ký hiệu 2Cu-BS2H) 39 3.2.3 Kết tổng hợp [2-(2-hydroxyphenyl)-1H-benzimidazol-5-yl]-phenylmethanone copper (II) (ký hiệu 2Cu-BL2H) 42 3.2.4 Kết tổng hợp 2-(5-chloro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol copper (II) (ký hiệu 2Cu-BQ2H) 47 3.3 Kết tổng hợp phức benzimidazole với kim loại kẽm 51 3.3.1 Kết tổng hợp 2-(1H-benzimidazol-2-yl)-phenol zinc (II) (ký hiệu 2Zn-BA2H) 51 3.3.2 Kết tổng hợp 2-(5-methyl-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol zinc (II) (ký hiệu 2Zn-BS2H) 57 3.3.3 Kết tổng hợp [2-(2-hydroxyphenyl)-1H-benzimidazol-5-yl]-phenylmethanone zinc (II) (ký hiệu 2Zn-BL2H) 61 3.3.4 Kết tổng hợp 2-(5-chloro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol zinc (II) (ký hiệu 2Zn-BQ2H) 64 3.4 Kết tổng hợp phức benzimidazole với kim loại nickel .68 3.4.1 Kết tổng hợp 2-(1H-benzimidazol-2-yl)-phenol nickel (II) (ký hiệu 2Ni-BA2H) 68 viii 3.4.2 Kết tổng hợp 2-(5-methyl-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol nickel (II) (ký hiệu 2Ni-BS2H) 73 3.4.3 Kết tổng hợp [2-(2-hydroxyphenyl)-1H-benzimidazol-5-yl]-phenylmethanone nickel (II) (ký hiệu 2Ni-BL2H) .76 3.4.4 Kết tổng hợp 2-(5-chloro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol nickel (II) (ký hiệu 2Ni-BQ2H) 79 3.5 Kết tổng hợp phức benzimidazole với kim loại Pt (II) .82 3.5.1 Kết tổng hợp 2-(5-chloro-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol platinum (II) (ký hiệu 2Pt-BQ2H) 82 3.5.2 Kết tổng hợp 2-(5-methyl-1H-benzimidazol-2-yl)-phenol platinum (II) (ký hiệu 2Pt-BS2H) 85 3.6 Kết thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào ung thư phức chất benzimidazole 87 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 4.1 Kết luận 91 4.2 Kiến nghị 91 Phụ lục 99 ix Danh Mục Viết Tắt Kí hiệu HRMS FT-IR NMR Chú giải High Resolution Mass Spectroscopy Quang phổ chuyển đổi Infrared Spectroscopy hồng ngoại Fourier Nuclear Magnetic Phổ cộng hưởng từ hạt Resonance Spectroscopy nhân plasma - optical emission spectrometry TLC IC50 Khối phổ phân giải cao Fourier Transform Inductively coupled ICP-OES Tiếng Việt Thin Layer Chromatography Half maximal Inhibitory Concentration Quang phổ phát xạ plasma cảm ứng Sắc ký mỏng Nồng độ ức chế 50% MeOH Methanol Methanol EtOH Ethanol Ethanol x LUẬN VĂN THẠC SĨ PGS.TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TS LÊ XUÂN TIẾN Phụ lục 49: FT- IR cùa 2Ni-BA2H Phụ lục 50: FT- IR cùa 2Ni-BS2H HVTH: NGUYỄN VĂN THẠNH 128 LUẬN VĂN THẠC SĨ PGS.TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TS LÊ XUÂN TIẾN Phụ lục 51: FT- IR cùa 2Ni-BL2H Phụ lục 52: FT- IR cùa 2Ni-BQ2H HVTH: NGUYỄN VĂN THẠNH 129 LUẬN VĂN THẠC SĨ PGS.TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TS LÊ XUÂN TIẾN Phụ lục 53: HR- MS cùa 2Ni-BA2H HVTH: NGUYỄN VĂN THẠNH 130 LUẬN VĂN THẠC SĨ PGS.TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TS LÊ XUÂN TIẾN Phụ lục 54: HR- MS cùa 2Ni-BS2H HVTH: NGUYỄN VĂN THẠNH 131 LUẬN VĂN THẠC SĨ PGS.TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TS LÊ XUÂN TIẾN Phụ lục 55: HR- MS cùa 2Ni-BL2H HVTH: NGUYỄN VĂN THẠNH 132 LUẬN VĂN THẠC SĨ PGS.TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TS LÊ XUÂN TIẾN Phụ lục 56: HR- MS cùa 2Ni-BQ2H HVTH: NGUYỄN VĂN THẠNH 133 LUẬN VĂN THẠC SĨ PGS.TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TS LÊ XUÂN TIẾN Phụ lục 57: FT- IR cùa 2Pt-BQ2H Phụ lục 58: FT- IR cùa 2Pt-BS2H HVTH: NGUYỄN VĂN THẠNH 134 LUẬN VĂN THẠC SĨ PGS.TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TS LÊ XUÂN TIẾN Phụ lục 59: HR- MS cùa 2Pt-BQ2H HVTH: NGUYỄN VĂN THẠNH 135 LUẬN VĂN THẠC SĨ PGS.TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TS LÊ XUÂN TIẾN Phụ lục 60: HR- MS cùa 2Pt-BS2H HVTH: NGUYỄN VĂN THẠNH 136 LUẬN VĂN THẠC SĨ PGS.TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TS LÊ XUÂN TIẾN VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc VIỆN HÓA SINH BIỂN PHIẾU TRẢ KẾT QUẢ Đơn vị thử nghiệm: Trung tâm tiên tiến hóa sinh hữu Người gửi mẫu: Hồng Thị Kim Dung Đơn vị: Viện Cơng nghệ Hóa học thành phố Hồ Chí Minh SĐT: 0908402422 Email: Tên mẫu (ký hiệu)/số lượng mẫu: Yêu cầu thử hoạt tính: - Hoạt tính gây độc tế bào ung thư phổi người A549, ung thư tuyến tiền liệt người PC3 ung thư vú người MDA-MB-231 Kết Bảng 1: Kết sàng lọc thử độc tế bào mẫu STT Mẫu N.độ (μg/mL) TB sống sót (CS%) A549 % TB sống Control 2CuBA2H MDA-MB-231 Sai số % TB sống Sai số PC3 % TB Sai sống số 100.00 0.22 100.00 0.51 100.00 1.41 30 106.24 0.37 63.31 2.74 93.60 0.32 100 58.47 0.72 51.83 2.00 51.51 0.63 HVTH: NGUYỄN VĂN THẠNH 137 LUẬN VĂN THẠC SĨ 2CuBQ2H 2NiBS2H 2ZnBL2H 2CuBS2H 2NiBA2H 2ZnBA2H 2NiBQ2H 2ZnBS2H 10 11 2ZnBQ2H 2CuBL2H Camptothecin* PGS.TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TS LÊ XUÂN TIẾN 30 > 100.00 2.04 63.06 2.28 89.13 1.80 100 > 100.00 2.52 54.88 2.18 88.91 2.22 30 56.68 0.94 24.32 1.97 49.94 0.83 100 40.17 2.54 18.64 0.51 35.39 2.24 30 72.27 2.30 27.93 0.98 63.67 2.02 100 30.20 1.76 17.18 2.65 26.61 1.55 30 20.96 0.59 40.78 0.32 18.46 0.52 100 17.47 1.82 27.60 2.09 15.39 1.60 30 57.12 1.55 49.48 2.77 50.32 1.37 100 34.75 1.17 14.97 1.05 30.62 1.03 30 24.25 1.02 15.62 0.22 21.36 0.90 100 11.47 1.62 9.74 1.35 10.11 1.42 30 69.26 2.02 36.08 0.80 61.02 1.78 100 37.27 2.80 18.89 1.41 32.84 2.47 30 45.30 2.00 21.91 0.61 39.91 1.76 100 21.83 2.36 11.75 1.21 19.23 2.08 30 27.88 1.62 24.71 2.06 24.56 1.42 100 25.51 0.47 11.36 0.19 22.47 0.41 30 45.26 2.58 25.13 1.44 39.87 2.28 100 0.1 19.75 57.06 0.63 1.35 11.11 67.68 1.37 1.88 17.40 68.96 0.56 0.35 18.61 0.56 26.74 2.16 25.78 1.06 *Camptothecin: sử dụng làm chất đối chứng Nhận xét: - Kết bảng cho thấy hai nồng độ thử nghiệm 30µg/mL 100µg/mL, mẫu 2ZnBA2H, 2ZnBS2H, 2ZnBQ2H, 2CuBL2H thể hoạt tính gây độc dòng tế bào tế bào ung thư phổi người A549, ung thư tuyến tiền liệt người PC3 ung thư vú người MDA-MB-231 HVTH: NGUYỄN VĂN THẠNH 138 LUẬN VĂN THẠC SĨ - PGS.TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TS LÊ XUÂN TIẾN Ở nồng độ 100µg/mL, mẫu 2NiBS2H, 2ZnBL2H, 2NiBA2H, 2NiBQ2H có hoạt tính gây độc tốt dòng tế bào thử nghiệm - Các mẫu có hoạt tính tiếp tục đánh giá giá trị IC50 Bảng 2: Giá trị IC50 mẫu có hoạt tính STT Tên mẫu Giá trị IC50 (μg/mL) A549 MDA-MB-231 PC3 2NiBS2H 40.74 ± 1.78 12.88 ± 0.97 97.72 ± 2.45 2ZnBL2H 43.65 ± 1.34 6.76 ± 0.78 38.37 ± 1.87 2CuBS2H 9.33 ± 0.56 20.42 ± 1.06 7.94 ± 0.78 2NiBA2H 33.11 ± 1.24 23.99 ± 1.65 25.12 ± 1.49 2ZnBA2H 4.27 ± 0.59 4.68 ± 0.83 5.01 ± 0.89 2NiIBQ2H 56.23 ± 1.36 7.94 ± 0.75 44.67 ± 1.46 2ZnBS2H 22.39 ± 1.07 6.92 ± 0.84 13.80 ± 1.19 2ZnBQ2H 4.79 ± 0.95 5.13 ± 0.74 5.37 ± 0.89 2CuBL2H 23.99 ± 1.05 6.76 ± 0.18 12.59 ± 0.93 Camptothecin* 0.20 ± 0.06 0.47 ± 0.04 0.87 ± 0.11 *Camptothecin: sử dụng làm chất đối chứng Nhận xét: - Mẫu 2ZnBA2H, 2ZnBQ2H có giá trị IC50 tốt khoảng 4.27 – 5.37 µg/mL dòng tế bào thử nghiệm * Kết chỉ có giá trị mẫu gửi phân tích / HVTH: NGUYỄN VĂN THẠNH 139 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: NGUYỄN VĂN THẠNH PGS.TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TS LÊ XUÂN TIẾN 140 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: NGUYỄN VĂN THẠNH PGS.TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TS LÊ XUÂN TIẾN 141 LUẬN VĂN THẠC SĨ PGS.TS HOÀNG THỊ KIM DUNG TS LÊ XUÂN TIẾN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Nguyễn Văn Thạnh Ngày, tháng, năm sinh: 25/09/1993 Nơi sinh: TPHCM Địa liên lạc: B23/39 ấp xã Bình Chánh, huyện Bình Chánh, TPHCM Q TRÌNH ĐÀO TẠO 2012-2017: học tập ĐH Tơn Đức Thắng 2018-2020: học tập ĐH Bách Khoa -ĐHQG-HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC 2017-đến nay: cơng tác Viện Cơng Nghệ Hóa- Viện Hàn Lâm Khoa Học Cơng Nghệ Việt Nam HVTH: NGUYỄN VĂN THẠNH 142 ... ➢ Nghiên cứu hình thành phức kim loại với dẫn xuất benzimidazole ➢ Xác định cấu trúc tính chất phức kim loại với dẫn xuất benzimidazole ➢ Thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào ung thư dẫn xuất benzimidazole. .. hoạt tính sinh học phức kim loại với số dẫn xuất benzimidazole II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : ➢ Tổng hợp bốn dẫn xuất 2- (1H-benzimidazol-2-yl) –phenol ➢ Xác định cấu trúc tính chất dẫn xuất benzimidazole. .. mong muốn điều trị [3] Chính thế, đề tài ? ?Nghiên cứu tổng hợp đánh giá hoạt tính sinh học phức kim loại với số dẫn xuất benzimidazole? ?? góp phần lớn tìm kiếm hợp chất tiềm điều trị ung thư tạo đa