Luận văn thạc sĩ tổng hợp các dẫn xuất cyclobutane nucleoside mới

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -

NGÔ NGỌC THẮNG

TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT CYCLOBUTANENUCLEOSIDE MỚI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -

NGÔ NGỌC THẮNG

TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT CYCLOBUTANENUCLEOSIDE MỚI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -

NGÔ NGỌC THẮNG

TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT CYCLOBUTANENUCLEOSIDE MỚI

Chuyên ngành: Hóa hữu cơMã số: 604427

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: GS TSKH ĐẶNG NHƯ TẠI

Hà Nội – 2011

Lời Cám Ơn

Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc:

Tôi xin chân thành cám ơn Khoa Hóa học – Trường Đại Học KhoaHọc Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội và phòng Hóa học các chấtchống virus, Viện Hóa học đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành bản luận vănnày.

Em xin đặc biệt cám ơn thầy GS TSHK Đặng Như Tại đã hướngdẫn em trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn.

Tôi xin trân trọng cám ơn TS Trần Thị Thu Thủy, người đã tận tìnhgiúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn.

Em xin cám ơn các thầy, cô tại Khoa Hóa – Trường Đại Học KhoaHọc Tự Nhiên đã truyền đạt kiến thức và những kinh nghiệm quý báu chochúng em trong quá trình học tập.

Cuối cùng, tôi xin cám ơn toàn thể lớp cao học K20 và bạn bè đã ủnghộ và giúp đỡ tôi trong thời gian học tập.

Hà Nội, ngày 21 tháng 12 năm 2011

Học viên

Ngô Ngọc Thắng

MỤC LỤC

Mở Đầu 1

Giới Thiệu và Định Hướng Nghiên Cứu 3

1.1.Giới thiệu: Các dẫn xuất nucleoside với hoạt tính chống virus 3

1.2.Định hướng nghiên cứu 7

Kết Quả và Thảo Luận 18

2.1.Tổng hợp hợp chất trung gian chìa khóa azide 18

2.2.Tổng hợp các dẫn xuất cyclobutane nucleoside 21

2.3.Các đặc trưng cấu trúc của các cyclobutane nucleoside 27

Thực Nghiệm 37

Kết Luận 53

Tài Liệu Tham Khảo 54

Phụ lục 61

Mục lục hình và bảng

Hình 1.1: Cấu tạo của virus 4

Hình 1.2: Quá trình sao chép của retrovirus trong tế bào chủ 5

Hình 1.3: Cơ chế ức chế RT của các dẫn xuất nucleoside 7

Mở Đầu

Virus là nguyên nhân gây ra các bệnh nguy hiểm như viêm gan B vàC, cúm A và B, herpes, AIDS, Một số bệnh do virus gây ra có thể đượcngăn ngừa bằng vaccine Tuy nhiên, bệnh do nhiễm HIV hiện nay chưa cóvaccine và không có liệu pháp chữa trị hoàn toàn, đặc biệt tỉ lệ người ở độtuổi thanh niên mắc bệnh cao.

Hiện nay các thuốc dùng trong liệu pháp chữa trị virus HIV gồm có:thuốc ức chế enzyme phiên mã ngược là các nucleoside (NRTIs), thuốc ứcchế enzyme phiên mã ngược không phải nucleoside (NNRTIs), thuốc ức chếenzyme protease (PIs), thuốc ức quá trình dung hợp của virus Trongkhoảng 30 năm trở lại đây, trọng tâm phát triển thuốc chống HIV là nghiêncứu các thuốc ức chế enzyme phiên mã ngược là các nucleoside (NRTIs).Cho tới nay, có 7 dẫn xuất nucleoside và 1 dẫn xuất nucleotide được Cơquan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (Food and DrugAdministration: FDA) cấp phép dùng trong điều trị HIV Ngoài ra, rấtnhiều dẫn xuất nucleoside khác đang được thử nghiệm lâm sàng trênngười Tuy nhiên do virus có khả năng tự biến đổi để kháng thuốc cho nênnỗ lực nghiên cứu và tìm ra loại thuốc mới là rất cần thiết và cấp bách Mặtkhác một số dẫn xuất nucleoside còn thể hiện hoạt tính chống ung thư.

Trong khuôn khổ của bản luận văn này, tôi xin trình bày kết quảnghiên cứu tổng hợp một số cyclobutane nucleoside là dẫn xuất củaribavirin nhằm mục tiêu tìm kiếm các dẫn xuất nucleoside mới có hoạt tính

kháng virus, góp phần trong công cuộc đẩy lùi căn bệnh thế kỷ HIV/AIDS và các bệnh do virus gây nên.

Chương 1

Giới Thiệu và Định HướngNghiên Cứu

1.1 Giới thiệu: Các dẫn xuất nucleoside với hoạt tính chống virus

Lây nhiễm virus là nguyên nhân gây ra các dịch bệnh rất nguy hiểm nhưcúm, viêm gan B & C, cúm loại A & B,… đặc biệt là AIDS Dựa theo kết quả thốngkê năm 2007, đã có khoảng 25 triệu người tử vong do mắc AIDS, 33 triệu ngườiđang chung sống với HIV/AIDS Mỗi ngày trung bình có khoảng 6.800 người mớibị nhiễm bệnh và hơn 5.700 người tử vong do AIDS [58] Số người nhiễm virusviêm gan B chiếm một phần ba dân số thế giới Tại Việt Nam, theo Bộ Y Tế, tínhđến thời điểm năm 2009 có hơn 42.000 người bị chết do nhiễm HIV/AIDS và tỉ lệngười nhiễm viêm gan B nằm trong nhóm cao nhất thế giới [59].

Để hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động và hạn chế của các thuốc chống virus, trước hết ta cần tìm hiểu về cấu trúc và sự lây lan của virus.

Virus điển hình gồm có lớp vỏ protein, còn gọi là capsid, bên trong chứa acidnucleic (hệ gene) có thể là DNA hoặc RNA Điều quan trọng là bộ gene của viruskhông chỉ mã hoá cho các protein cần để bao bọc vật liệu di truyền của nó mà cònmã hoá cho các protein cần cho virus sinh sản trong chu kì xâm nhiễm của nó Phứchợp bao gồm acid nucleic và vỏ capsid được gọi là nucleocapsid Một số loại viruscòn có màng bao (envelop).

Hình 1.1: Cấu tạo của virus

Virus có tính kí sinh nội bào bắt buộc, chúng chỉ có thể sinh sản bằng cáchxâm chiếm tế bào sống khác vì chúng thiếu bộ máy ở mức tế bào để tự sinh sản.Trong số đó, các retrovirus có tính chất đặc biệt đó là khản năng phiên mã hệ geneRNA của nó thành DNA bởi enzyme phiên mã ngược (reverse transcriptase RT),DNA virus sau đó được tích hợp vào DNA của tế bào chủ Do tính chất đặc biệt nàymà RT là đích tấn công quan trọng trong việc nghiên cứu thuốc chống virus, đặcbiệt là HIV.

Quá trình sao chép của retrovirus, như HIV, cơ bản gồm có 5 giai đoạnchính Đầu tiên, virus gắn và xâm nhập vào màng tế bào bằng cách dung hợp lớp vỏcủa nó với màng tế bào chủ Nhờ quá trình dung hợp (fusion), nucleocapsid đượcđưa vào và giải phóng bộ lõi gene RNA của virus vào tế bào bị nhiễm Tiếp đó,RNA được phiên mã thành DNA nhờ enzyme phiên mã ngược RT DNA này sau đó

được chèn vào DNA nhiễm sắc thể của tế bào chủ bởi enzyme integrase Hệ genecủa virus được biểu hiện trong quá trình sinh tổng hợp của tế bào tạo ra các proteinvirus RNA và protein virus “lắp ráp” lại và thoát khỏi tế bào chủ bằng cách “nảychồi” (budding), lớp vỏ bọc lipid được kéo theo ra từ màng tế bào Các virus mớitạo ra tiếp tục đi lây nhiễm các tế bào lành bệnh; mỗi tế bào bị nhiễm virus có thểsản xuất ra hàng nghìn virus mới và nhanh chóng lây lan ra toàn bộ chủ thể nhiễmvirus.

Hình 1.2: Quá trình sao chép của retrovirus trong tế bào chủ [54]

Dựa trên sự tác động vào chu trình sao chép của virus, có các loại thuốcchống HIV chính được phát triển đó là: thuốc ức chế enzyme phiên mã ngược là cácnucleoside (NRTIs), thuốc ức chế enzyme phiên mã ngược không phải nucleoside(NNRTIs), thuốc ức chế enzyme protease (PIs), thuốc ức quá trình dung hợp củavirus Trong điều trị các loại thuốc khác nhau được dùng kết hợp (drug cocktail)nhằm tăng khả năng của thuốc, phương pháp này được biết đến là liệu pháp điều trịchống retrovirus hoạt tính cao (highly active antiretroviral therapy: HAART).

Như đã nói ở trên, đối với các retrovirus, enzyme phiên mã ngược RT là đíchquan trọng trong việc phát triển thuốc chống HIV Trong khoảng 30 năm trở lại đây,trọng tâm phát triển thuốc chống HIV là nghiên cứu các thuốc ức chế enzyme phiênmã ngược là các nucleoside (NRTIs) Cho tới nay, có 7 dẫn xuất nucleoside và 1dẫn xuất nucleotide được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ(Food and Drug Administration: FDA) cấp phép dùng trong điều trị HIV [12].Ngoài ra, rất nhiều dẫn xuất nucleoside khác đang được thử nghiệm lâm sàng trênngười [48] Các dẫn xuất nucleoside cũng được dùng trong điều trị các bệnh dovirus gây ra khác như bệnh thủy đậu và zona (varicella–zoster virus, VZV), HCMV(human cytomegalovirus), herpes simplex (HSV), hepatitis B (HBV) hoặc hepatitisC (HCV) [12, 13, 25].

Các dẫn NRTI được FDA thông qua

Nhờ quá trình trao đổi chất, NRTIs được đưa vào trong tế bào Sau đó nhóm5’-hydroxyl được phosphoryl hóa thành 5’-triphosphate qua 3 bước nhờ cáckinetase tương ứng Triphosphate nucleoside, hay nucleotide, tương tác với enzymephiên mã ngược RT, ức chế cạnh tranh với các cơ chất nucleotide tự nhiên Tuynhiên, dẫn xuất nucleotide của NRTIs có tác dụng như tác nhân kết thúc mạch (dokhông có nhóm 3’-OH), do đó nó làm dừng quá trình phiên mã RNA của virus Quátrình nhân lên của virus do đó được ngăn chặn [4, 17].

Hình 1.3: Cơ chế ức chế RT của các dẫn xuất nucleoside [13]

Nhược điểm của NRTIs là triphosphate cũng như mono và diphosphatenucleoside đều có ái lực với các enzyme của tế bào, cho nên nó gây ra tác dụng phụở người được điều trị Thêm vào đó, các virus có khả năng biến đổi cao dẫn đếngiảm hiệu quả của thuốc và kháng thuốc [4, 21, 28, 49] Nhiều loại thuốc với cơ chếtác dụng và mức độ kháng thuốc khác nhau được dùng kết hợp để làm tăng hiệu quảđiều trị bệnh Do những hạn chế đó, nỗ lực tìm ra các thuốc trị bệnh mới với hoạttính mạnh hơn và ít gây tác dụng phụ hơn vẫn là rất cấp bách trong việc nghiên cứuvà phát triển phương pháp điều trị HIV cũng như các bệnh khác do virus gây ra.

1.2 Định hướng nghiên cứu

Rất nhiều các dẫn xuất nucleoside đã được tổng hợp dựa trên sửa đổi vòngcarbohydrate và/hoặc phần bazơ Đáng chú ý, khi phần đường được thay bởi vòngcarboxylic, tức là nguyên tử oxi được thay bằng nhóm CH2, các dẫn xuất thu đượccó hoạt tính mạnh hơn và bền hơn dưới tác dụng của enzyme phosphorylase –enzyme làm phân hủy liên kết glycoside [14, 32, 56] Rất nhiều các dẫn xuất của

nhóm hợp chất này đã được tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính, bao gồm các hợpchất chứa vòng cyclopropane [40], cyclobutane [20], cyclopentane [7], cyclohexane[20, 53] Một số đã được dùng làm thuốc chống virus như aristeromycin A [46],neplanocin A [8], abacavir [29], baraclude [43], và lobucavir [24].

Các dẫn xuất cyclobutyl nucleoside được chú ý nghiên cứu khi oxetanocin Ađược phát hiện có hoạt tính chống virus mạnh [47] Hướng nghiên cứu này đã dẫnđến sự phát hiện ra hai dẫn xuất mới là cyclobut-A và cyclobut-G [24], có hoạt tính

kháng virus herpes và viêm gan B in vitro.

Đồng thời rất nhiều phương pháp tổng hợp các dẫn xuất này đã được nghiêncứu và công bố và một số hợp chất thể hiện hoạt tính đáng chú ý như [6, 37, 51]:

Khi nghiên cứu sửa đổi phần bazơ, rất nhiều công trình nghiên cứu có kếtquả khả quan đã được công bố Một số hợp chất có hoạt tính đáng chú ý là kết quảcủa nỗ lực sửa đổi phần bazơ như: Bredinin -là một imidazole nucleoside đượcdùng làm thuốc ức chế miễn dịch [31, 34], Ribavirin - thuốc điều trị viêm gan [42],các dẫn xuất 1,2,3-triazole TSAO - được dùng trong điều trị hepatitis C và HIV [3,50].

N NH2N NH2

N R N

S OTBDMS

BrevidinRibavirin 1,2,3-triazole TSAO

Thêm vào đó, dẫn xuất 1,2,3-triazole gần đây được chú ý nghiên cứu và tổnghợp nhiều do khả năng tổng hợp đơn giản và hứa hẹn nhiều hoạt tính quý báu nhưchống HIV, chống vi trùng, chống dị ứng [3, 10, 50, 52].

Mặt khác, một số dẫn xuất N- và C-nucleoside có chứa dị vòng, cũng là cáctác nhân chống virut và chống khối u, điển hình là Showdomycin, Tiazofurin,Pyranomycin và Ribavirin.

Trên cơ sở đó, tôi đề xuất ý tưởng tổng hợp một số dẫn xuất cyclobutanenucleoside mới có phần bazơ là vòng 1,2,3-triazole.

1.3 Phương pháp tổng hợp

1.3.1 Tổng hợp phần vòng cyclobutane

Hiện nay các phân tử có chứa vòng nhỏ, đặc biệt là vòng bốn, đang đượcquan tâm phát triển và dần nắm một phần quan trọng trong tổng hợp hữu cơ Lý dothứ nhất là hiện nay các dẫn xuất cyclobutane và cyclobuten có thể tổng hợp đượcvới những phương pháp đáng tin cậy với hiệu suất cao do đó làm tăng khả năng ứngdụng [39] Thứ hai là do sức căng của vòng nhỏ dẫn đến khả năng phản ứng vớinhiều hướng khác nhau tùy thuộc vào cơ chế phản ứng và đặc điểm của các nhómthế Khoảng 20 năm gần đây, theo thống kê thì trong hơn 10.000 sáng chế và côngbố khoa học ở lĩnh vực tổng hợp hữu cơ thì có khoảng 3.000 là tổng hợp có liênquan tới hóa học các hợp chất cyclobutane Vòng cyclobutane có thể được tổng hợptheo một số phương pháp như sau:

(E) & (Z)-silyl và aryl thế của homoallylic methanesulfonate được chuyểnthành cis- và trans-1-silyl-2-borylcyclobutane tương ứng cũng như 1-phenyl-2-

borylcyclobutane với sự có mặt của CuCl/dppp làm xúc tác, bis(pinacolato)diboron,

Các hợp chất cyclobutane chứa ba hoặc bốn nhóm thế không đối xứng có thểđược tổng hợp với hiệu suất cao và chọn lọc lập thể bằng phản ứng dime hóa dị hợp[2+2] của hai enone mạch hở khác nhau khi được chiếu bằng ánh sáng nhìn thấy vàcó mặt chất xúc tác quang hóa [Ru(bipy)3]Cl2 [16]:

Phản ứng giữa alkyne đầu mạch và alkene với sự có mặt của phức cationAu(I) án ngữ không gian làm xúc tác cho ra cyclobutene với khả năng chọn lọc cấutạo cao [38]:

Muối cobalt xúc tác cho phản ứng cộng hợp [2+2] giữa alkene vòng nhưcyclopropen hoặc cyclohexene và alkyne giữa mạch với độ chọn lọc hóa học caotùy thuộc vào bản chất của alkene và phối tử tạo phức với xúc tác [26]:

Một trong các phương pháp thông dụng để tổng hợp các cyclobutane vàcyclobuten là phản ứng quang hóa cộng hợp đóng vòng [2+2] của olefine và

acethylen với enone vòng và lactone α,β-không no Ưu điểm của phản ứng này là

khả năng khống chế lập thể sản phẩm tạo ra, chất đầu đơn giản, và không cần xúctác đắt tiền [2, 5, 15, 18, 45]:

1.3.2 Tổng hợp phần bazơ 1,2,3-triazole

Phản ứng cộng hợp đóng vòng lưỡng cực 1,3 Azide-Alkyne Huisgen là phản

ứng cộng hợp tạo vòng 5 1,2,3-triazole từ azide và alkyne Phản ứng được phát hiệnbởi Huisgen [30].

Alkyne 1 phản ứng với azide 2 tại 980 C không dung môi sau 18h cho ra sản

phẩm 3 là hỗn hợp của 2 đồng phân thế 1,4 và 1,5 [44].

Phản ứng cộng hợp 1,3 trên tỏa nhiệt mạnh, tuy nhiên năng lượng hoạt hóacủa phản ứng cao do đó tốc độ phản ứng chậm mặc dù được thực hiện ở nhiệt độcao Một nhược điểm nữa của phản ứng này là sản phẩm tạo ra là hỗn hợp 2 đồngphân vị trí 1,4 và 1,5.

Vào năm 2002, Morten Meldal ở phòng thí nghiệm Carlsberg tại ĐanMạchvà Valery Fokin và K Barry Sharpless ở viện nghiên cứu Scripps độc lậpnghiên cứu sử dụng xúc tác Cu(I) vào phản ứng trên [27] Nhờ sự có mặt của Cu(I)mà hai nhược điểm của phản ứng được loại bỏ Tốc độ của phản ứng có xúc tácnhanh gấp 107 đến 108 so với phản ứng không có xúc tác Hơn nữa, phản ứng chỉ tạora duy nhất đồng phân 1,4 Phản ứng xảy ra ở khoảng nhiệt độ rộng, có thể phảnứng hoàn toàn ở nhiệt độ phòng và ít bị ảnh hưởng bởi pH (khoảng 4 - 12), có thểthực hiện trong môi trường nước và nhiều loại dung môi hữu cơ, các nhóm chức củahợp chất phản ứng tương đối dung hòa với điều kiện phản ứng Sản phẩm tạo ra dễdàng được tách khỏi hỗn hợp phản ứng dưới dạng tinh khiết bằng quá trình chiếtđơn giản mà không cần kết tinh lại hay tinh chế bằng sắc ký cột.

Xúc tác có thể dùng trực tiếp muối Cu(I) như CuI hoặc được tạo ra trong hỗnhợp phản ứng khi khử Cu(II) bằng muối natri ascobate hoặc Cu kim loại.

Thuật ngữ “hóa học Click” được Sharpless sử dụng từ năm 2001 để chỉnhững phản ứng có hiệu suất cao, ứng dụng rộng trong tổng hợp, sản phẩm tạo ra làduy nhất và có thể tinh chế đơn giản mà không cần qua sắc ký cột, qui trình thựchiện đơn giản, dung môi dễ loại và không gây hại Phản ứng cộng hợp alkyne -azide với xúc tác Cu (I) thỏa mãn các điều kiện trên một cách hoàn hỏa nhất Cơ chếcủa phản ứng được Sharpless đưa ra như sau [27]:

Khác với quá trình cộng hợp đóng vòng đồng thời như ở trường hợp khôngcó xúc tác, ban đầu đồng acetilide được tạo ra từ 1-alkyne Hợp chất cơ đồng sau đócộng hợp với azide để tạo ra hợp chất trung gian vòng 6 cạnh Quá trình này làmgiảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng đi rất nhiều so với trường hợp không cóxúc tác, do đó tốc độ phản ứng tăng và có thể xảy ra ở nhiệt độ thường Do cơ chếkhông phải là phản ứng cộng hợp 1,3, phản ứng này được gọi là phản ứng cộng hợp

azide-alkyne xúc tác Cu(I) (Copper(I)-catalyzed Azide-Alkyne Cycloaddition (CuAAC)).

Gần đây, phức pentamethylcyclopentadienyl ruthenium clorua [Cp*RuCl]được công bố là có khả năng xúc tác cho phản ứng cộng hợp đóng vòng azide-alkyne [9] Không giống như CuAAC, RuAAC tạo ra sản phẩm là đồng phân 1,5 vàcó thể thực hiện được với các alkyne trong mạch để tạo ra 1,2,3-triazole có 3 nhómthế.

Phản ứng với xúc tác Ruthenium được cho là đi theo con đường sau [9]:

Trong những năm gần đây, phản ứng “Click” được ứng dụng rất rộng rãi, nhiều phương pháp tổng hợp và điều kiện phản ứng khác nhau đã được khảo sát

nhằm nâng cao khả năng ứng dụng của phản ứng này trong từng trường hợp cụ thể [19, 22, 36, 41, 55, 57].

1.3.3 Phản ứng acyl hóa chọn lọc lập thể với xúc tác enzyme

Nhóm hydroxyl có thể được acyl hóa chọn lập thể nhờ xúc tác enzyme [11,23]:

Thậm chí với hai nhóm CH2OH khác cấu hình, có thể acetyl hóa chọn lọc nhóm CH2OH gắn với C cấu hình R [1]:

1.4 Định hướng tổng hợp

Với ý tưởng ban đầu và sau khi đã tham khảo các tài liệu, dựa trên điều kiệnvà khả năng thực hiện, chúng tôi dự định tổng hợp một số các cyclobutanenucleoside có công thức như sau:

Sơ đồ tổng hợp lùi dự kiến:

Chương 2

Kết Quả và Thảo Luận

2.1 Tổng hợp hợp chất trung gian chìa khóa azide

Hợp chất trung gian chìa khóa azide 1 được tổng hợp theo sơ đồ sau:

Cl EtOAc Cl

Zn AcOAc

cis-Cyclobut-3-ene-1,2-dicarboxylic anhydride 3 có thể được tổng hợp bởi

phản ứng quang hóa cộng hợp đóng vòng [2+2] giữa acetylene và maleic anhydride.

Phản ứng này đi từ các nguyên liệu rẻ tiền, tuy nhiên điều kiện phản ứngtương đối khắc nghiệt Hệ phản ứng cần được chiếu đèn UV với công suất cao(1000 W) để giảm thời gian phản ứng và thực hiện ở nhiệt độ thấp (-60 0C) Để duytrì điều kiện này trong thời gian nhiều giờ là rất khó khăn và nguy hiểm Khi bộphận làm lạnh không đạt hiệu quả cần thiết hay có trục trặc nhỏ nhiệt độ của hệphản ứng sẽ tăng lên rất nhanh, hệ quả là dung môi bị cháy và làm nổ hệ phản ứng.Gần đây, Huet và các cộng sự đã hiệu chỉnh phương pháp trên để có thể thực hiện ởđiều kiện êm dịu hơn Thay vì đi từ acetylene, 1,2-dichloroethene được sử dụng làmchất đầu Theo phương pháp này, phản ứng quang hóa cộng hợp đóng vòng [2+2]của 1,2-dichloroethene và acide maleic được thực hiện khi chiếu đèn UV 400 W tạinhiệt độ phòng, hệ thống đèn được làm mát bằng nước [18] Trong phản ứng này,

cả hai đồng phân Z- và E-1,2-dichloroethene có thể được sử dụng Sản phẩm tạo ra

nhiều lần bằng diethyl ether và diclomethane, dịch rửa được kiểm tra để chắc chắnchất đã được rửa ra hết Sản phẩm thu được tương đối tinh khiết, không cần tinh chếthêm.

Diol 4 được acetyl hóa chọn lọc nhóm hydroxyl gắn với carbon có cấu hình

R bằng vinyl acetate Phản ứng được xúc tác bởi enzyme lipase Pseudomonas

fluorescens Phản ứng được Huet và các cộng sự khảo sát ở nhiều điều kiện khác

nhau [1] Phản ứng xảy ra tốt ở 4 0C với hiệu suất 85% và 92% ee Khi nhiệt độphản ứng hạ thấp, cả hiệu suất phản ứng và ee đều tăng tuy nhiên thời gian phảnứng tăng Tại 0 0C, hiệu suất phản ứng là 97% với 98% ee sau 9 h; tại -15 0C, hiệusuất phản ứng là 97% với 98,5% ee sau 19 h Kết quả tốt nhất thu được khi phảnứng được thực hiện tại -25 0C sau 20,5 h với 97% hiệu suất và 98,5% ee Phản ứngphải dừng lại ngay khi phát hiện vết sản phẩm diacetyl được tạo ra (kiểm tra bằngTLC) Nếu phản ứng tiếp tục, ee của sản phẩm giảm do enzyme PFL cũng xúc táccho phản ứng thủy phân nhóm ester gắn với carbon có cấu hình R của diacetat đượctạo ra.

Sản phẩm acetate 5 tạo ra cần được giữ ở nhiệt độ thấp, do ở nhiệt độ phòng,

có hiện tượng chuyển nhóm acetyl giữa 2 nhóm hydroxy Khi một lượng mẫu

acetate 5 với 86% ee được giữ ở nhiệt độ phòng sau 17 ngày ee giảm xuống còn

-Nhóm hydoxy còn lại được bảo vệ bằng TBDPS, tiếp đó nhóm acetyl đượcloại bỏ bằng NH3/MeOH Cả hai phản ứng này được thực hiện dễ dàng với hiệu

suất cao Nhóm hydroxy được chuyển thành nhóm đi ra dễ hơn, mesylate 8, sau đó

thực hiện phản ứng thế với NaN3 để thu được hợp chất trung gian chìa khóa azide 1.

Cấu trúc của hợp chất này được khẳng định bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân và phổ khối.

2.2 Tổng hợp các dẫn xuất cyclobutane nucleoside

Sau khi thu được hợp chất trung gian azide 1, chúng tôi tiếp tục thực hiện

phản ứng cộng hợp đóng vòng lưỡng cực 1,3 azide-alkyne Huisgen:

Phản ứng “Click” được thực hiện với một số dẫn xuất acetylene đầu mạchsau.

Bảng 2.1: Các sản phẩm và hiệu suất của phản ứng “Click”

97%

N Nkhi khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng, natri ascobate được dùng dư so với lượng cầnthiết để khử hoàn toàn Cu(II) thành Cu(I) để tránh Cu(I) bị oxi hóa về Cu(II) trongquá trình phản ứng Dung dịch của CuSO4 trong nước được nhỏ từ từ vào hỗn hợptác nhân phản ứng và muối natri ascobate đồng thời khuấy mạnh để xúc tác tạo raphân tán đều và không kết thành cục Các phản ứng trên xảy ra xảy ra hoàn toàn saukhi khuấy qua đêm, kiểm tra bằng TLC thấy hết hoàn toàn chất đầu, trừ trường hợpsố 5 khi phản ứng sau 48 h vẫn còn một lượng nhỏ chất đầu azide Sản phẩm thôtương đối sạch, chỉ cần chạy nhanh qua cột silica gel với dung môi ethyl acetate.Propargyl clorua không thực hiện được phản ứng “Click” do phản ứng với muốinatri ascobate Phản ứng cũng không xảy ra thành công với acid propiolic do sảnphẩm tạo ra không bền, dễ bị phân hủy.

Sản phẩm của các phản ứng “Click” được chuyển hóa tiếp bằng cáchmonohydroxy và dihydroxy hóa nối đôi Quá trình monohydroxy hóa được thựchiện bằng phản ứng hydrobo hóa và oxi hóa bằng H2O2/NaOH.

H2O2 NaOH

N

Quá trình dihydroxy hóa được thực hiện với N-methylmorpholine N-oxide (NMO) với xúc tác OsO4 trong hệ dung môi THF : H2O 4 : 1.

Phản ứng tạo ra 2 đồng phân và có thể tách hoàn toàn ra khỏi nhau Đồng

phân a có độ phân cực thấp hơn đồng phân b và có Rf cao hơn Tỷ lệ của đồng phân

b trong hỗn hợp sản phẩm lớn hơn so với a, phù hợp với lý thuyết của phản ứng

dihydroxy hóa Ví dụ với sản phẩm từ phản ứng “Click” số 4 (bảng 2.1), tỷ lệ hỗnhợp ½ là 110mg/150mg.

Tiếp đó nhóm bảo vệ TBDPS được loại bỏ bằng tetrabutyl ammoniumfluoride (TBAF) trong THF Ở giai đoạn này hiệu suất phản ứng chưa được cao.

Sản phẩm thô của phản ứng dihydroxy hóa có thể được tách nhóm bảo vệluôn mà không tách riêng và tinh chế 2 đồng phân Hỗn hợp sản phẩm sau khi táchnhóm bảo vệ được tách riêng ra sau Phương pháp này cho kết quả tốt hơn so vớitách riêng các đồng phân ra trước rồi loại nhóm bảo vệ sau Do đó chúng tôi quyếtđịnh không tách riêng 2 đồng phân ở giai đoạn dihydroxy hóa mà loại nhóm bảo vệrồi tách 2 đồng phân.

Một vấn đề sau khi tách nhóm bảo vệ là sự khó khăn khi loại bỏ muối amonitạo ra sau phản ứng khỏi sản phẩm Khi chiết muốn loại muối amoni, pha hữu cơphải được rửa nhiều lần bằng dung dịch NH4Cl bão hòa hoặc NH4ClO4 bão hòa.Một vấn đề nảy sinh là các hợp chất cyclobutane nucleoside tan tương đối tốt trong

thì khi sau khi rửa lượng chất mất đi khá nhiều còn các hợp chất có nhóm thế nhỏnhư -CH2OH thì hoàn toàn tan vào pha nước Sau khi nghiên cứu nhiều phươngpháp, chúng tôi thu được kết quả rất khả quan khi chạy hỗn hợp thô qua cộtsephadex Muối amoni được tách gần hết khỏi hỗn hợp sau phản ứng (ra trước).Phân đoạn sau được tinh chế lại bằng cột silica gel.

Hai đồng phân có nhóm thế ester được chuyển thành amide khi tác dụng với NH3/MeOH:

Bảng 2.2: Các dẫn xuất cyclobutane nucleoside thu được

1

45/55

444/56

2.3 Các đặc trưng cấu trúc của các cyclobutane nucleoside

Các dẫn xuất cyclobutane nucleoside tổng hợp được có một số đặc điểm cấutrúc đặc trưng tương tự nhau, nên ở đây chúng tôi chỉ phân tích cấu trúc của mộttrường hợp làm ví dụ điển hình Các dữ liệu phổ của các chất đều được đưa ra ởphần thực nghiệm của từng chất.

Ta xét hợp chất sau (N3F1):

d6 có tín hiệu của 3 proton của 3 nhóm hydroxyl Ngoài ra có tín hiệu của các

proton vòng thơm của nhóm thế aryl.

f1 (ppm)

Hình 2.1: Phổ 1H NMR của N3F1

Ở phổ 13C NMR có các tín hiệu đặc trưng của 6 C của vòng đườngcyclobutane với 2 CH2 và 4 CH, tín hiệu ở khoảng 145 ppm của bậc 4 của vòngtriazole, và tín hiệu ở khoảng 123 ppm của CH của vòng triazole Ngoài ra còn cótín hiệu của các carbon vòng thơm và nhóm thế CF3 ( ở dạng quartet).

Hình 2.2: Phổ 13C NMR của N3F1

Sau đây ta tìm hiểu tiếp phổ hai chiều của hợp chất trên:

Hình 2.3: Phổ hai chiều của N3F1

Từ các phổ trên ta thu được bảng dữ liệu sau:

10-16; 10-17

10,11-14; 10,11-1510,11-16; 10,11-17 C21167.68 (CH)4.20 (s, 2H) 11-15; 11-12

11-16; 11-17

10,11-14; 10,11-1510,11-16; 10,11-17 C112 57.32 (CH2)3.79 – 3.57 (m, 2H) 12-14; 12-15 12-14; 12-18C513 46.33 (CH2) 4.68 (dd, J = 14.0, 9.0 Hz, 1H)

4.61 (dd, J = 14.0, 6.0 Hz, 1H) 13-15; 13-14 13-14 C6

1441.63 (CH)2.58 – 2.40 (m, 1H)

14-17; 14-1314-18; 14-1014-12; 14-15

14-15; 14-12

1538.38 (CH)2.94 – 2.72 (m, 1H) 15-16; 15-1315-12; 15-14

15-14; 15-10,11

1 1

1 2

1

Hình 2.5: Phổ 13C NMR của N3F2