Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu tổng hợp, xác định cấu trúc và thăm dò hoạt tính ức chế tế bào ung thư của phức ion cu2+

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH - MAI NGỌC ANH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VÀ THĂM DỊ HOẠT TÍNH ỨC CHẾ TẾ BÀO UNG THƯ CỦA PHỨC ION Cu2+, Zn2+, Cd2+ VỚI SALICYLALDEHYDEN(4)-MORPHOLINYLTHIOSEMICARBAZONE KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GV HƯỚNG DẪN: ThS TRẦN BỮU ĐĂNG Thành phố Hồ Chí Minh 9–2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH - MAI NGỌC ANH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VÀ THĂM DỊ HOẠT TÍNH ỨC CHẾ TẾ BÀO UNG THƯ CỦA PHỨC ION Cu2+, Zn2+, Cd2+ VỚI SALICYLALDEHYDE-N(4)MORPHOLINYLTHIOSEMICARBAZONE KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GV HƯỚNG DẪN: ThS TRẦN BỮU ĐĂNG Thành phố Hồ Chí Minh 9–2018 NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG LỜI CẢM ƠN Trong suốt q trình hồn thành khốn luận tốt nghiệp này, tơi nhận nhiều giúp đỡ, động viên từ gia đình, thầy bạn bè Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến q thầy mơn Hóa Vơ nói riêng q thầy khoa Hóa học nói chung Thầy tận tình bảo, truyền đạt cho kiến thức quý báu để tơi có đủ hành trang tiến bước vào đời Tơi xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc đến thầy Trần Bữu Đăng người trực tiếp hướng dẫn, truyền đạt nhiều kiến thức cần thiết, giúp đỡ nhiều, tạo điều kiện thuận lợi để hồn thành khóa luận Hơn nữa, tơi học thầy đức tính tỉ mỉ, cần cù, sáng tạo phong cách giản dị - giá trị sống cao đẹp Và hết, xin cảm ơn gia đình, bạn bè, em khóa tạo động lực lớn cho suốt trình học tập làm đề tài Trong suốt q trình thực khóa luận cịn nhiều thiếu sót kính mong Q thầy nhận xét góp ý để khóa luận hồn chỉnh Một lần xin gửi lời cảm ơn lời chúc tốt đẹp cho tồn thể Thầy bạn Chân thành cảm ơn! Tác giả Mai Ngọc Anh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu khóa luận trung thực, kết nghiên cứu hướng dẫn ThS Trần Bữu Đăng Ngoài ra, luận văn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác có trích dẫn thích nguồn gốc đúng quy đinh ̣ Tác giả Mai Ngọc Anh CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT TRONG ĐỀ CƯƠNG A549 Human alveolar epithelial cells (ung thư phổi) COSY 2D NMR Spectroscopy (phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều proton- proton) 13 C - NMR 13 C) Carbon-13 nuclear magnetic resonance (phổ cộng hưởng từ hạt nhân DMF Dimethylformamide DMSO Dimethyl sulfoxide ESI MS electrospray ionisation mass spectrometry (phổ khối lượng ion hóa dịng electron) FT-IR Fourier transform infrared spectroscopy (phổ hấp thụ hồng ngoại) HCT116 Human colon cancer cell line (ung thư đường ruột) HepG2 Liver Hepatocellular carcinoma (ung thư biểu mô tế bào gan) HMBC Heteronuclear Multiple Bond Correlation (phổ cộng hưởng từ proton hai chiều proton-carbon, nối) H - NMR Proton nuclear magnetic resonance (phổ cộng hưởng từ proton) HuCCA-1 Human cholangiocarcinoma (ung thư đường mật người ) HSQC Heteronuclear Multiple Quantum Correlation (phổ cộng hưởng từ proton hai chiều proton-carbon, nối) IC50 Nồng độ hợp chất giết chết 50% tế bào NOESY Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy UV-Vis Ultraviolet–visible spectroscopy (phổ hấp thụ electron) s singlet (mũi đơn) d doublet (mũi đôi) t triplet (mũi ba) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các mức khoảng biến thiên yếu tố ảnh hưởng 15 Bảng 2.2 Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 16 Bảng 2.3 Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 17 Bảng 3.1 Sự phụ thuộc hiệu suất vào xúc tác acid 21 Bảng 3.2 : Các giá trị số a phương trình tính hệ số hồi quy 25 Bảng 3.3 : Ma trận quy hoạch thực nghiệm kế hoạch tâm bậc xoay 25 Bảng 3.4: Đánh giá thông kê hệ số 27 Bảng 3.5: Kết ANOVA mô hình bậc 28 Bảng 3.6 : Tín hiệu dao động đặc trưng nhóm chức HL1 28 Bảng 3.7 Đặc điểm độ chuyển dịch proton HL1 NMR 30 Bảng 3.8 Một số đặc điểm phức chất 31 Bảng 3.9 Điều kiện tổng hợp phức chất .32 Bảng 3.10 Giá trị m/z pic ion phân tử công thức phân tử dự kiến ba phức 33 Bảng 3.11 Đặc điểm vân dao động nhóm chức phối tử phức chất .40 Bảng 3.12 Các chuyển mức chủ yếu phổ UV-Vis phối tử phức chất 44 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cơng thức cấu tạo chung thiosemicarbazone Hình 1.2 Cân hai dạng thione thiol dung dịch .3 Hình 1.3 Cấu trúc tổng quát chuyển dịch cân thione – thiol thiosemicarbazone Hình 1.4 Cách phối trí thơng thường thiosemicarbazone Hình 1.5 Dạng phối trí tạo phức hỗn hợp cân thione thiol dung dịch Hình 1.6 Ion kim loại phối trí với thiosemicarbazone N(1) Hình 1.7 Kiểu phối trí chelate vòng bốn cạnh Hình 1.8 Khả phối trí có mặt dị tố O (a) N (b) Hình 1.9 Dung lượng phối trí thiosemicarbazone Hình 1.10 Một số thiosemicarbazone chứa isoquinoline pyridine Hình 1.11 Một số thiosemicarbazone chứa dẫn xuất quinoline Hình 3.1 Sự phụ thuộc hiệu suất vào yếu tố tỉ lệ mol T 21 Hình 3.2 Sự phụ thuộc hiệu suất vào nhiệt độ nước cách thủy 22 Hình 3.3 Sự phụ thuộc hiệu suất vào thời gian 22 Hình 3.4 Mơ hình 3D phương trình(*) Hình 3.5 Mơ hình 2D phương trình (*) 28 Hình 3.6 Phổ IR của HL1 29 Hình 3.7 Cơng thức cấu tạo HL1 29 Hình 3.8 Phổ 1H-NMR HL1 31 Hình 3.9 Phổ MS phức ZnL1 35 Hình 3.10 Phổ MS phức CdL1 37 Hình 3.11 Phổ MS phức CuL1 39 Hình 3.12 Một số tương quan HMBC CdL1 41 Hình 3.13 Một số tương quan HSQC CdL1 42 Hình 3.14 Phổ 13C-NMR CuL1 .53 Hình 3.15 Phổ 1H-NMR CuL1 .54 Hình 3.16 Phổ 13C-NMR CdL1 .55 Hình 3.17 Phổ 1H-NMR CdL1 .56 Hình 3.18 Phổ 13C-NMR ZnL1 57 Hình 3.19 Phổ 1H-NMR ZnL1 .58 Hình 3.20 Một số tương quan HMBC ZnL1 59 Hình 3.21 Một số tương quan HMBC CuL1 60 MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu cấu trúc thiosemicarbazone (TSC) phức chất thiosemicarbazone (M-TSC) 1.1.1 Cấu tạo chung TSC 1.1.2 Cấu tạo chung phức M-TSC 1.2 Một số ứng dụng TSC phức chất TSC với ion kim loại 1.2.1 Các ứng dụng phổ biến 1.2.2 Khả ức chế phát triển tế bào ung thư 1.3 Định hướng nghiên cứu phức chất thiosemicarbazone 1.4 Mục tiêu nghiên cứu 11 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 12 2.1 Hóa chất dụng cụ 12 2.2 Tổng hợp hỗn hợp Salicyaldehyde-N(4)-morpholinylthiosemicarbazone SMT 13 2.2.1 Quy trình tổng hợp SMT 13 2.3 Tối ưu hóa điều kiện tổng hợp SMT 14 2.3.1 Xác định mức sở phương pháp đơn biến 14 2.3.2 Mơ hình bề mặt (RSM) tối ưu hóa hiệu suất tổng hợp HL1 15 2.4 Tổng hợp phức chất đồng, kẽm, cadmi 17 2.4.1 Tổng hợp phức chất CuL1 17 2.4.2 Tổng hợp phức chất ZnL1 18 2.4.3 Tổng hợp phức chất CdL1 18 2.5 Phương pháp nghiên cứu 19 2.5.1 Quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp trực giao 19 2.5.3 Phương pháp nghiên cứu thành phần cấu trúc phối tử phức chất 19 2.5.3.2 Phổ hấp thu hồng ngoại FT- IR 19 2.5.3.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H 13C-NMR 1D 2D 19 2.5.3.4 Phổ khối lượng ESI MS 19 2.5.4 Phương pháp thăm dị hoạt tính sinh học 20 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21 3.6 Khảo sát hoạt tính sinh học Các thử nghiệm lên tế bào bệnh thực theo tác giả [27-31] Ta thu kết sau : Nhìn chung, CdL1 thể hoạt tính sinh học hiệu với tỷ lệ ức chế tế bào 90% dòng tế bào ung thư gan, tỷ lệ ức chế tế bào 80% dòng tế bào ung thư phổi với giá trị IC50 < 14 µg/mL Mẫu ký hiệu CuL1 biểu hoạt tính ức chế dịng tế bào ung thư gan (HepG2) ung cổ tử phổi (A549) với giá trị IC50 45,8 µg/mL 43,2µg/mL Các mẫu cịn lại khơng biểu hoạt tính nồng độ thử nghiệm đến 50 µg/mL Ở phức chất có hoạt tính cao phối tử Kết chứng minh qua nhiều nghiên cứu trước [32-35] Bởi hình thành phức chất làm tăng độ phân cực HL1 tạo điều kiện cho phân tử phức phân tán hiệu qua màng tế bào ngăn chặn chúng khỏi tác dụng phụ dung dịch tế bào thủy phân, khử hoạt tính enzyme [36] 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong nghiên cứu lần này, đạt kết cụ thể sau: 1.Bằng mơ hình quy hoạch thực nghiệm tâm xoay Box – Hunter, HL1 tổng hợp với hiệu suất tối ưu đạt 60,23% tỉ lệ mol 0,81 thời gian 94,38 phút Tổng hợp xác định cấu trúc phối tử HL1 • HL1 tồn dạng thione dạng trạng thái rắn tham gia tạo phức • Hợp phần morpholine tồn chuyển dịch cân cấu dạng ghế Tổng hợp dự đoán kiểu liên kết ba phức chất CuL1, ZnL1, CdL1 với cấu trúc phân tử đề nghị giả định sau: HL1 phối trí với ion trung tâm thơng qua Cacbon (N=C), nitơ (C=N) oxi (C-O) lưu huỳnh (C=S), với dung lượng phối trí phức chất ZnL1, CdL1 (thông qua Nitơ lưu huỳnh) CuL1 [thông qua cacbon (N=C), oxi (C-O) lưu huỳnh (C=S)]: 47 Thăm dị hoạt tính sinh học phối tử HL1 ba phức chất dòng tế bào Hep-G2 (Tế bào ung thư gan), A549 (Tế bào ung thư phổi).Trong CdL1 CuL1 thể hoạt tính tốt dịng tế bào Nếu có điều kiện thuận lợi thời gian, kinh phí sở vật chất, kết kinh nghiệm có được, chúng tơi sẽ: - Nghiên cứu đơn tinh thể HL1 XRD để có sở xác định xác cấu hình E/Z HL1 cis/trans-MHL - Mở rô ̣ng thăm dò khả gây đô ̣c tế bào với nhiề u dòng ung thư khác - Mở rộng ứng dụng HL MHL nghiên cứu điện hóa phân tích định lượng 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Rapheal P.F (2006), Diversity in structural and spectral chacracteristics of some transition metal complexes derived from aldehyde based thiosemicarbazone ligands, Department of Applied Chemistry Cochin University of Science and Technology, India [2] S Poorhaji, M Pordel, S Ramezani (2016), New heterocyclic green, blue and orange dyes from indazole: Synthesis, tautomerism, alkylation studies, spectroscopic characterization [3] A.R Hajipour, S Ghorbani, M Karimzadeh, S Jajarmi, A.N Chermahini (2016), A DFT approach for simple and solvent assisted-proton movement: Biurea as a case of study, Computational and Theoretical Chemistry 1084, pp 67-74 [4] G Marchand, P Giraudeau, Z.R Chen, M Elhabiri, O Siri, D Jacquemin (2016), Understanding the tautomerism in azacalixphyrins Physical Chemistry Chemical Physics 18, pp 9608-9615 [5] A Schade, K Schreiter, T Ruffer, H Lang, S Spange (2016), Interactions of Enolizable Barbiturate Dyes Chemistry–A European Journal 22, pp 5734-5748 [6]C H Gu, H Li, R.B Gandhi, K Raghavan (2004) ,Grouping solvents by statistical analysis of solvent property parameters: implication to polymorph screening, International Journal of Pharmaceutics, 283, pp 117-125 [7] Bingham, Alistair G., et al (1987), Synthetic, spectroscopic, and X-ray crystallographic studies on binuclear copper (II) complexes with a tridentate NNSbonding 2-formylpyridine thiosemicarbazone ligand The characterization of both neutral and deprotonated co-ordinated ligand structures, Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions 3, pp 493-499 [8] Giorgio Pelosi (2010), Thiosemicarbazone Metal Complexes: From Structure to Activity, The Open Crystallography Journal, 3, pp 16-28 [9] Tarlok S Lobana, Rekha Sharma, Gagandeep Bawa, Sonia Khanna (2009), Bonding and structure trends of thiosemicarbazone derivatives of metals—An overview, Coordination Chemistry Reviews, Vol 253, 7–8, pp 977-1055 [10] Y Khuhawar, Z.P Memon, S.N Lanjwani (1995), HPLC determination of copper(II), cobalt(II) and iron(II) in pharmaceutical preparations using 2-acetylpyridine- 49 4-phenyl-3-thiosemicarbazone derivatizing agent, Chromatographia, Vol 41,3–4, pp 236–23741, 236 [11] P.C Okafor, E.E Ebenso, UJ Ekpe (2004), Inhibition of the acid corrosion of aluminium by some derivatives of thiosemicarbazone, Bulletin of the Chemical Society of Ethiopia, 18(2), pp 181-192 [12] Kang, Iou-Jiun, et al (2011), Isatin-β-thiosemicarbazones as potent herpes simplex virus inhibitors, Bioorganic & medicinal chemistry, pp 1948-1952 [13] Karakỹỗỹk-yidoan, Ayşegül, et al (2011), Novel platinum (II) and palladium (II) complexes of thiosemicarbazones derived from 5-substitutedthiophene-2- carboxaldehydes and their antiviral and cytotoxic activities, European journal of medicinal chemistry 46.11, pp 5616-5624 [14] Shebl, M., H S Seleem, and B A El-Shetar (2010), Ligational behavior of thiosemicarbazone, semicarbazone and thiocarbohydrazone ligands towards VO (IV), Ce (III), Th (IV) and UO (VI) ions: synthesis, structural characterization and biological studies, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 75.1, pp 428-436 [15] Altun, A., M Kumru, and A Dimoglo (2001), The role of conformational and electronic parameters of thiosemicarbazone and thiosemicarbazide derivatives for their dermal toxicity, Journal of Molecular Structure: THEOCHEM 572.1, pp 121-134 [16] Dilworth, Jonathan R., and Rebekka Hueting (2012), Metal complexes of thiosemicarbazones for imaging and therapy, Inorganica Chimica Acta 389, pp 3-15 [17] Liu, Mao-Chin, Tai-Shun Lin, and Alan C Sartorelli (1995), Chemical and Biological Properties of Cytotoxic α-(N)-Heterocyclic Carboxaldehyde Thiosemicarbazones, Progress in medicinal chemistry 32, pp 1-35 [18] Sakirigui, Amoussatou, et al (2012), Selective trypanocide activity of some substituted thiosemicarbazones of citral from benin Cymbopogon citratus essential oil and their toxicity against Artemia salina Leach, International Journal of Research and Reviews in Applied Sciences 12.3 [19]Dilworth, Jonathan R., and Rebekka Hueting (2012), Metal complexes of thiosemicarbazones for imaging and therapy, Inorganica Chimica Acta 389, pp 3-15 50 [20] Fatondji, Houssou Raymond, et al (2013), Structure–activity relationship study of thiosemicarbazones on an African trypanosome: Trypanosoma brucei brucei, Medicinal Chemistry Research 22.5, pp 2151-2162 [21]Serda, Maciej, et al (2012), Investigation of the biological properties of (hetero) aromatic thiosemicarbazones, Molecules 17.11, pp.13483-13502 [22]Pingaew, Ratchanok, Supaluk Prachayasittikul, and Somsak Ruchirawat (2010), Synthesis, cytotoxic and antimalarial activities of benzoyl thiosemicarbazone analogs of isoquinoline and related compounds, Molecules 15.2, pp 988-996 [23] Bingham, Alistair G., et al (1987), Synthetic, spectroscopic, and X-ray crystallographic studies on binuclear copper (II) complexes with a tridentate NNSbonding 2-formylpyridine thiosemicarbazone ligand The characterization of both neutral and deprotonated co-ordinated ligand structures, Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions 3, pp 493-499 [24] Makavana, Madhuresh, and Sangita Sharma (2016), Ultrasonic, optical and IR studies of binary mixtures of morpholine with some aromatic hydrocarbons at T=(303.15, 308.15 and 313.15) K, Journal of Molecular Liquids 222, pp 535-548 [25] Ghosh, Priya, Manash J Deka, and Anil K Saikia (2016), Lewis acid mediated intramolecular C–O bond formation of alkanol-epoxide leading to substituted morpholine and 1, 4-oxazepane derivatives: total synthesis of (±)–Viloxazine, Tetrahedron 72.5, pp 690-698 [26] Bacher, Felix, et al (2015), Strong effect of copper (II) coordination on antiproliferative activity of thiosemicarbazone–piperazine and thiosemicarbazone– morpholine hybrids, Dalton transactions 44.19, pp 9071-9090 [27] Shi, Hai-Bo, et al (2016), Synthesis of 5-acetyl-2-arylamino-4-methylthiazole thiosemicarbazones under microwave irradiation and their in vitro anticancer activity, Journal of Chemical Research 40.2, pp 67-72 [28] lan A Cree (ed.), Cancer Cell Culture: Methods and Protocols, Second Edition, Methods in Molecular Biology, vol 731, DOI 10.1007/978-1-61779-080-5_20, @)j Springer Science+Business Media, LLC 2011 [29] Mosman, T (1983) Rapid colorimetrie assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assay J Immunol Method., 65, 55-63 51 [30] Xang, L„ Tu, Ủ., Zha0, Z., Cui, J, (2017) Cytotoxicity and apoptosis induced by mixed mycotoxins (T-2 and HT-2 toxin) on primary hepatocytes of broilers ¿ wiro Toxicon 129, 1-10 [31] Zhang, J., Ma, L., Wu, Z-F., Yu, S-L., Wang, L., Ye, W-C., Zhang, Q-W., Yin, ZQ (2017) Cytotoxic and apoptosis-inducing activity of C21 steroids from the roots of Cynanchum airafum Steroid [32] D Kovala-Demertzi, M A Demertzis, J R Miller, C Papadopoulou, C Dodorou, and G Filousis Platinum(II) complexes with 2-acetyl pyridine thiosemicarbazone: Synthesis, crystal structure, spectral properties, antimicrobial and antitumour activity, J Inorg Biochem, 2001, 86 (2-3), pp 555–563 [33] M Jagadeesh, M Lavanya, S K Kalangi, Y Sarala, C Ramachandraiah, and A Varada Reddy Spectroscopic characterization, antioxidant and antitumour studies of novel bromo substituted thiosemicarbazone and its copper(II), nickel(II) and palladium(II) complexes, Spectrochim Acta - Part A Mol Biomol Spectrosc, 2015, 135, pp 180–184 [34] M Jagadeesh, S K Kalangi, L Sivarama Krishna, and A V Reddy Halosubstituted thiosemicarbazones and their copper(II), nickel(II) complexes: Detailed spectroscopic characterization and study of antitumour activity against HepG2 human hepatoblastoma cells, Spectrochim Acta - Part A Mol Biomol Spectrosc, 2014, 118, pp 552–556 [35] M Adams, C De Kock, P J Smith, K Chibale, and G S Smith Synthesis, characterization and antiplasmodial evaluation of cyclopalladated thiosemicarbazone complexes, J Organomet Chem, 2013, 736, pp 19–26 [36] Jonathan R Dilworth, Rebekka Hueting Metal complexes of thiosemicarbazones for imaging and therapy, Inorganica Chimica Acta, 2012, 389, pp 315 52 PHỤ LỤC Hình 3.14 Phổ 13C-NMR CuL1 53 Hình 3.15 Phổ 1H-NMR CuL1 54 Hình 3.16 Phổ 13C-NMR CdL1 55 Hình 3.17 Phổ 1H-NMR CdL1 56 Hình 3.18 Phổ 13C-NMR ZnL1 57 Hình 3.19 Phổ 1H-NMR ZnL1 58 Hình 3.20 Một số tương quan HMBC ZnL1 59 Hình 3.21 Một số tương quan HMBC CuL1 60 ... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH - MAI NGỌC ANH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VÀ THĂM DỊ HOẠT TÍNH ỨC CHẾ TẾ BÀO UNG THƯ CỦA PHỨC ION Cu2+, Zn2+,... Nghiên cứu tổng hợp, xác định cấu trúc thăm dò hoạt tính ức chế tế bào ung thư số phức ion kim loại chuyển tiếp với salicylaldehyde-N(4)-morpholinylthiosemicarbazone với mong muốn có chất có hoạt tính. .. tượng chưa tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc Điều có nghĩa phức chất Cu(II), Zn(II),Cd(II) SMT phức chất cần nghiên cứu thăm dò hoạt tính sơ trước đưa vào ứng dụng ngành y tế Kết luận: Ở nghiên cứu này,