Tài liệu Tổng hợp các dẫn xuất của murrayafoline a phân lập từ cây cơm rượu trái hẹp (glycosmis stenocarpa) ở việt nam và đánh giá hoạt tính sinh học của chúng

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng có ai công bố trong các công trình nghiên cứu trước đây. Toàn bộ các thông tin trích dẫn trong Luận án đã được chỉ rõ nguồn gốc xuất xứ. NGHIÊN CỨU SINH Lê Đức Anh i LỜI CẢM ƠN Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Lưu Văn Chính, PGS TS Lê Mai Hương Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện Luận án này. Em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy, các Cô, cán bộ Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giảng dạy, hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành các học phần và các chuyên đề trong Chương trình đào tạo. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tập thể các cán bộ Phòng Tổng hợp hữu cơ, Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Lãnh đạo Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên, Học viện Khoa học và công nghệ, Hội đồng khoa học, Bộ phận quản lý đào tạo và các phòng ban đã giúp đỡ, tạo điều kiên thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại cơ sở. Tôi cũng xin cảm ơn Đảng ủy, Lãnh đạo Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng và tập thể phòng Hóa sinh đã cho phép, tạo điều kiện về thời gian, thiết bị nghiên cứu, động viên tinh thần cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin cảm ơn đề tài VAST04.02/15-16 đã trợ giúp một phần kinh phí để tôi hoàn thành Luận án này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân, bạn bè đã hết lòng ủng hộ tôi về cả tinh thần và vật chất trong suốt quá trình học tập và thực hiện Luận án. Hà Nội, ngày tháng Tác giả Luận án Lê Đức Anh ii năm 2017 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ............................................................................................ 3 1.1 Tổng quan về carbazole alkaloid ...............................................................................3 1.1.1 Định nghĩa và lịch sử của Carbazole alkaloid ....................................................... 3 1.1.2 Carbazole alkaloid từ tự nhiên ...............................................................................3 1.1.2.1 Phân bố và nguồn carbazole alkaloid tự nhiên ...................................................3 1.1.2.2 Các dẫn xuất 3-methylcarbazole tự nhiên ........................................................... 4 1.2. Khái quát về murrayafoline A và dẫn xuất của chúng .............................................8 1.2.1 Murrayafoline A .....................................................................................................8 1.2.2 Tổng hợp carbazole alkaloid murrayafoline A .................................................... 10 1.2.2.1 Sinh tổng hợp murrayafoline A .........................................................................10 1.2.2.2 Tổng hợp toàn phần murrayafoline A ............................................................... 11 1.2.3 Tổng hợp một số dẫn xuất của murrayafoline A ..................................................16 1.2.4 Hoạt tính sinh học của murrayafoline A và các dẫn xuất ....................................23 1.2.4.1 Hoạt tính chống ung thư .................................................................................... 23 1.2.4.2 Hoạt tính tim mạch ............................................................................................ 25 1.2.4.3 Hoạt tính kháng khuẩn ...................................................................................... 28 1.2.4.4 Hoạt tính chống virus ........................................................................................ 29 1.2.4.5 Hoạt tính kháng viêm......................................................................................... 29 1.2.4.6 Hoạt tính chống sốt rét ...................................................................................... 30 1.3 Khái quát về chalcone ............................................................................................. 31 1.3.1 Giới thiệu về chalcone .......................................................................................... 31 1.3.2 Phản ứng tổng hợp chalcone ................................................................................32 1.3.2.1 Tổng hợp chalcone bằng phản ứng Claisen-Schmidt........................................32 1.3.2.2 Tổng hợp chalcone bằng phản ứng Wittig ........................................................ 33 1.3.2.3 Tổng hợp chalcone từ các bazơ Schiff ............................................................... 34 1.3.2.4 Tổng hợp chalcone từ các dẫn xuất cơ kim ....................................................... 34 1.3.2.5 Tổng hợp chalcone từ các dẫn xuất α, β-dibromchalcone ................................ 35 1.3.2.6 Tổng hợp bằng phản ứng quang hóa (Fries) .................................................... 35 1.3.2.7 Tổng hợp chalcone từ các β-chlorovinyl ketone ...............................................36 iii 1.3.2.8 Hoạt tính sinh học của chalcone .......................................................................36 CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................. 38 2.1 Đối tượng nghiên cứu............................................................................................... 38 2.2 Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 38 2.3 Hóa chất, thiết bị nghiên cứu ................................................................................... 43 2.3.1 Hóa chất, dung môi .............................................................................................. 43 2.3.2 Thiết bị dùng cho nghiên cứu ...............................................................................43 2.4 Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học................................................................ 43 2.4.1 Phương pháp thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào in vitro .................................43 2.4.2 Phương pháp đánh giá khả năng ức chế sự phát triển của khối u trên thạch mềm ....45 CHƯƠNG III. THỰC NGHIỆM ................................................................................... 47 3.1 Tổng hợp các tổ hợp của murrayafoline A và các 2'-hydroxychalcone ..................47 3.1.1 Tổng hợp 5'-chloromethyl-2'-hydroxyacetophenone (85) ....................................47 3.1.2 Tổng hợp 5ꞌ-(1-methoxy-3-methyl-N-carbazolyl)methyl-2ꞌ-hydroxyacetophenone (86) 47 3.1.3 Tổng hợp các 5'-(1-methoxy-3-methyl-N-carbazolyl)methyl-2'-hydroxychalcone .......................................................................................................................................48 3. 2 Tổng hợp các tổ hợp của murrayafoline A và các 4'-hydroxychalcone thông qua cầu liên kết trimethylene ......................................................................................................49 3.2.1 Tổng hợp các 4ꞌ-bromopropanoxychalcone ......................................................... 49 3.2.2 Tổng hợp các tổ hợp của murrayafoline A với các 4ꞌ-bromopropanoxychalcone ......49 3. 3 Tổng hợp các tổ hợp của murrayafoline A và các 2', 4'- dihydroxychalcone thông qua cầu liên kết 4-methylene-1-ethylene-1,2,3-triazole ................................................50 3.3.1. Tổng hợp các 4'-(2-azidoethoxy)-2'-hydroxychalcone (104a-104g) ................... 50 3.3.2 Tổng hợp các tổ hợp của murrayafoline A và các 2',4'-dihydroxychalcone thông qua cầu liên kết 4-methylene-1-ethylene-1,2,3-triazole ................................................55 3.4 Tổng hợp các dẫn xuất của murrayafoline A có mạch ngoài là β-amino alcohol.............56 3.4.1 Tổng hợp 1-(1-methoxy-3-methyl-N-carbazolyl)-2,3-epoxypropane (115) ..................56 3.4.2 Quy trình chung cho phản ứng mở vòng với các amin trong tổng hợp các dẫn xuất 116-130 .......................................................................................................................... 57 3.5 Tổng hợp các dẫn xuất của murrayafoline A với các amine thông qua cầu liên kết trimethylene ................................................................................................................... 59 iv 3.5.1 Tổng hợp dẫn xuất 3-(1-methoxy-3-methyl-N-carbazolyl)propyl bromide ..........59 3.5.2 Tổng hợp hợp các dẫn xuất của murrayafoline A với các amine......................... 59 3.5.3 Quy trình tổ hợp chung cho tổng hợp 131 với 5-fluorouaracil, thymine, uracil ......60 3.5.4 Tổng hợp methyl 1-cyclopropyl-6-fluoro-7-(4-(3-(1-methoxy-3-methyl-9Hcarbazol-9-yl)propyl) piperazin-1-yl)-4-oxo-1,4-dihydroquinoline-3-carboxylate (148) .......................................................................................................................................61 3.5.5 Qui trình chung tổng hợp bismurrayafoline A 149 và tổ hợp của murrayafoline A với acridone 151 ............................................................................................................62 3.5.6. Tổng hợp murrayafoline A với các sesquiterpene ...............................................63 3.5.7 Tổng hợp các dẫn xuất khác của murrayafoline A....................................................... 65 3.6 Tổng hợp các dẫn xuất của murrayafoline A thông qua chuyển hóa nhóm -OCH3 .......67 3.6.1 Tổng hợp 1-hydroxy-3-methylcarbazole (29) ......................................................... 67 3.6.2 Qui trình chung cho phản ứng ester hóa 1-hydroxy-3- methylcarrbazole ...........68 3.6.3 Qui trình O-allyl hóa 1-hydroxy-3-methylcarbazole (172) ..................................68 3.7 Đánh giá hoạt tính sinh học các dẫn xuất của murrayafoline A ............................. 69 3.7.1 Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào các dẫn xuất của murrayafoline A ................69 3.7.2 Đánh giá khả năng ức chế khối u trên thạch mềm ...............................................69 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 70 4.1 Tổng hợp các tổ hợp của murrayafoline A và các 2'-hydroxychalcone ..................70 4.2 Tổng hợp các tổ hợp của murrayafoline A và các 4'-hydroxychalcone thông qua cầu liên kết trimethylene ......................................................................................................77 4. 3 Tổng hợp các tổ hợp của murrayafoline A và các 2',4'- dihydroxychalcone thông qua cầu liên kết 4-methylene-1-ethylene-1,2,3-triazole ................................................82 4.4 Tổng hợp các dẫn xuất của murrayafoline A có mạch ngoài là các β-amino alcohol ....89 4.5 Tổng hợp các dẫn xuất của murrayafoline A với các amine thông qua cầu liên kết trimethylene ................................................................................................................... 98 4.6 Tổng hợp các dẫn xuất của murrayafoline A thông qua chuyển hóa nhóm -OCH3 .....115 4.7 Thử nghiệm hoạt tinh sinh học của các dẫn xuất mới của murrayafoline A ....................121 4.7.1 Thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất murrayafoline A và các hydroxychalcone, các 1-ester và 1-alloxy ...................................................................121 v 4.7.2 Thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất có mạch ngoài là các β-amino alcohol .....................................................................................................................................123 4.7.3 Thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất murrayafoline A và các amine thông qua cầu liên kết trimethylene ..................................................................125 4.7.4 Kết quả đánh giá khả năng ức chế khối u trên thạch mềm ................................127 V. KẾT LUẬN ............................................................................................................128 KIẾN NGHỊ .................................................................................................................129 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ...................................................131 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................132 PHỤ LỤC ....................................................................................................................145 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1.1: Cấu trúc của carbazole (1), murrayanine (2), 3-methylcarbazole (3) .......3 Hình 1.1.2.2: Cấu trúc dẫn xuất carbazole 18 và 19 .............................................8 Hình 1.2.1: Cấu trúc murrayafoline A (8) ............................................................. 9 Hình 1.2.2.1: Sơ đồ sinh tổng hợp các dẫn xuất 3-methyl carbazole alkaloid ....11 Hình 1.2.2.2.1: Sơ đồ tổng hợp murrayafoline A đi từ hợp chất 27 ................... 11 Hình 1.2.2.2.2: Sơ đồ tổng hợp murrayafoline A (8) đi từ hợp chất 30 ..............12 Hình 1.2.2.2.3: Sơ đồ tổng hợp murrayafoline A đi từ hợp chất 34 ................... 12 Hình 1.2.2.2.4: Sơ đồ tổng hợp murrayafoline A đi từ hợp chất 39 ................... 13 Hình 1.2.2.2.5: Sơ đồ tổng hợp murrayafoline A đi từ hợp chất 45 ................... 13 Hình 1.2.2.2.6: Sơ đồ tổng hợp murrayafoline A đi từ hợp chất 47 ................... 14 Hình 1.2.2.2.7: Sơ đồ cải tiến tổng hợp murrayafoline A đi từ hợp chất 47 .......14 Hình 1.2.2.2.8: Sơ đồ tổng hợp murrayafoline A đi từ hợp chất 50 ................... 15 Hình 1.2.2.2.9: Sơ đồ tổng hợp murrayafoline A đi từ hợp chất 53 ................... 15 Hình 1.2.2.2.10: Sơ đồ tổng hợp murrayafoline A đi từ hợp chất 57 .................15 Hình 1.2.2.2.11: Sơ đồ tổng hợp murrayafoline A đi từ hợp chất 61 .................16 Hình 1.2.3.1: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất murrayanine 2 .......................................17 Hình 1.2.3.2: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất 66........................................................... 17 Hình 1.2.3.3: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất murrayquinone A 67 ............................. 18 Hình 1.2.3.4: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất biscarbazole 68, 69 ............................... 19 Hình 1.2.3.5: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất biscarbazole 72, 73 ............................... 20 Hình 1.2.3.6: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất biscarbazole 74 .....................................20 Hình 1.2.3.7: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất biscarbazole 73, 76 ............................... 21 Hình 1.2.3.8: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất nhờ chuyển hóa nhóm 1-OCH3 .............22 Hình 1.2.3.9: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất nhờ chuyển hóa nhóm -NH- .................22 Hình 1.3.1: Cấu trúc tổng quát của chalcone ...................................................... 31 Hình 1.3.2.1.1: Sơ đồ tổng hợp chalcone bằng phản ứng Claisen-Schmids .......32 Hình 1.3.2.1.2: Sơ đồ phản ứng phụ Canizaro .................................................... 33 Hình 1.3.2.2: Sơ đồ tổng hợp chalcone bằng phản ứng Wittig ........................... 33 Hình 1.3.2.3: Sơ đồ tổng hợp chalcone từ các bazơ Schiff .................................34 vii Hình 1.3.2.4: Sơ đồ tổng hợp chalcone từ các dẫn xuất cơ kim.......................... 34 Hình 1.3.2.5: Sơ đồ tổng hợp chalcone từ các dẫn xuất α,β-dibromchalcone ....35 Hình 1.3.2.6: Sơ đồ tổng hợp dihydroxychalcone bằng phản ứng quang hóa (Fries) ............................................................................................................................. 35 Hình 1.3.2.7: Sơ đồ tổng hợp chalcone từ các β-chlorovinyl ketone ..................36 Hình 2.2: Sơ đồ cơ chế phản ứng giữa azide và alkyne ......................................40 Hình 4.1: Sơ đồ tổng hợp 6 dãy dẫn xuất mới của murrayafoline A ..................70 Hình 4.1.1: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất của murrayafoline A với các 2'-hydroxychalcone ............................................................................................................................. 72 Hình 4.1.2: Một phần phổ 1H-NMR của dẫn xuất 90 .........................................72 Hình 4.1.3: Một phần phổ HSQC của dẫn xuất 90 .............................................73 Hình 4.1.4: Một phần phổ HMBC của dẫn xuất 90 ............................................73 Hình 4.1.5: Công thức cấu tạo của dẫn xuất 90 ..................................................74 Hình 4.2.1: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất của murrayafoline A với các 4'hydroxychalcone .................................................................................................78 Hình 4.2.2: Một phần phổ 1H-NMR của dẫn xuất 97 .........................................78 Hình 4.2.3: Một phần phổ 13C-NMR của dẫn xuất 97 ........................................79 Hình 4.2.4: Phổ MS của dẫn xuất 97...................................................................79 Hình 4.2.5: Công thức cấu tạo của dẫn xuất 97 ..................................................80 Hình 4.3.1: Sơ đồ tổng hợp các dẫn xuất của murrayafoline A và các 2', 4'dihydroxychalcone .................................................................................................82 Hình 4.3.2: Một phần phổ HSQC của dẫn xuất 111 ...........................................84 Hình 4.3.3: Một phần phổ HMBC của dẫn xuất 111 ..........................................85 Hình 4.3.4: Công thức cấu tạo của dẫn xuất 111 ................................................85 Hình 4.4.1: Sơ đồ tổng hợp 1-(1-methoxy-3-methyl-N-carbazolyl)-2,3epoxypropane sử dụng m -CPBA ........................................................................90 Hình 4.4.2: Sơ đồ mở vòng epoxy với các amine ...............................................91 Hình 4.4.3: Một phần phổ HSQC của dẫn suất 116 ............................................92 Hình 4.4.4: Một phần phổ HMBC của dẫn xuất 116 ..........................................92 Hình 4.4.5: Công thức cấu tạo của dẫn xuất 116 ................................................93 Hình 4.5.1: Sơ đồ tổng hợp murrafoline A với các amine bậc hai ...................... 98 viii Hình 4.5.2: Sơ đồ tổng hợp murrayafoline A với 5-FU, các nucleobase ..........100 Hình 4.5.3: Sơ đồ tổng hợp murrayafoline A với ciprofloxacin .......................100 Hình 4.5.4: Sơ đồ tổng hợp biscarbazole 149, 151 ...........................................101 Hình 4.5.5: Phổ 1H-NMR của dẫn xuất 143 ......................................................102 Hình 4.5.6: Phổ 13C-NMR của dẫn xuất 143.....................................................102 Hình 4.5.7: Sơ đồ tổng hợp tổ hợp murrayafoline A với zerumbone ........................108 Hình 4.5.8: Sơ đồ tổng hợp tổ hợp murrayafoline A với artemisinin ...............108 Hình 4.5.9: Sơ đồ tổng hợp 161 ........................................................................110 Hình 4.5.10: Sơ đồ tổng hợp 2-(1-methoxy-3-methyl-N-carbazolyl) acetic acid (162) ...........................................................................................................................111 Hình 4.5.11: Một phần phổ 1H-NMR của 163 ..................................................111 Hình 4.5.12: Phổ 13C-NMR của 2-(1-methoxy-3-methyl-N-carbazolyl) acetic acid (162) ...................................................................................................................112 Hình 4.5.13: Công thức cấu tạo của 3-(1-methoxy-3-methyl-9H-carbazol-9-yl)propan-1-ol (163) ...................................................................................................................113 Hình 4.5.14: Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất 166 ..........................................................114 Hình 4.6.1: Quá trình tổng hợp các ester của murrayafoline A ........................115 Hình 4.6.2: Phổ 1H-NMR của (3-methyl-9H-carbazolyl-1)cinnamate (168) ...116 Hình 4.6.3: Phổ 13C-NMR của (3-methyl-9H-carbazolyl-1)cinnamate (168) ..117 Hình 4.6.4: Phổ MS của (3-methyl-9H-carbazolyl-1)cinnamate (168) ............117 Hình 4.6.5: Cấu trúc của (3-methyl-9H-carbazolyl-1)cinnamate (168) ............118 Hình 4.6.6: Sơ đồ tổng hợp 1-(allyloxy)-3-methyl-9H-carbazole (172) ...........119 Hình 4.6.7: Phổ 1H-NMR của 1-(allyloxy)-3-methyl-9H-carbazole (172) .......119 Hình 4.6.8: Phổ 13C-NMR của 1-(allyloxy)-3-methyl-9H-carbazole (172) ......120 Hình 4.6.9: Phổ MS của 1-(allyloxy)-3-methyl-9H-carbazole (172) ................120 Hình 4.6.10: Cấu trúc của 1-(allyloxy)-3-methyl-9H-carbazole (172) .............121 Hình 4.7.4: Hình ảnh khối u Hep-G2 trên thạch mềm không có và có xử lý với Meiso (116) ...................................................................................................................127 ix DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1.1: Dữ liệu phổ 1H-NMR của các dẫn xuất murrayafoline A và 2'-hydroxychalcone ............................................................................................................................................................... 74 Bảng 4.1.2: Dữ liệu phổ 13C-NMR của các dẫn xuất murrayafoline A và 2'-hydroxychalcone ............................................................................................................................................................... 76 Bảng 4.2.1: Dữ liệu phổ 1H-NMR của các dẫn xuất murrayafoline A và 4'-hydroxychalcone . 80 Bảng 4.2.2: Dữ liệu phổ 13C-NMR của các dẫn xuất murrayafoline A và 4'-hydroxychalcone 81 Bảng 4.3.1: Dữ liệu phổ 1H-NMR của các dẫn xuất murrayafoline A và 2', 4'- dihydroxychalcone .. 86 Bảng 4.3.2: Dữ liệu phổ 13C-NMR của các dẫn xuất murrayafoline A và 2', 4'- dihydroxychalcone88 Bảng 4.4.1: Dữ liệu phổ 1H-NMR của các dẫn xuất murrayafoline A có mạch ngoài là các βamino alcohol ...................................................................................................................................... 93 Bảng 4.4.2: Tín hiệu phổ 13C-NMR của các tổ hợp có mạch ngoài chứa nhóm β-amino alcohol ............................................................................................................................................................... 96 Bảng 4.5.1: Dữ liệu phổ 1H-NMR chi tiết của các dẫn xuất 133-138, 142-146, 148, 149, 151 ............................................................................................................................................................. 103 Bảng 4.5.2: Dữ liệu phổ 13C-NMR chi tiết của các dẫn xuất 133-138, 142-146, 148, 149, 151 ............................................................................................................................................................. 105 Bảng 4.5.3: Dữ liệu phổ 1H-NMR và 13C-NMR của dẫn xuất 157, 160 .................................... 109 Bảng 4.7.1: Hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất murrayafoline A ................................... 121 Bảng 4.7.2: Hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất murrayafoline có mạch ngoài là các βamino alcohol .................................................................................................................................... 124 Bảng 4.7.3: Hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất murrayafoline và các amine thông qua cầu liên kết trimethylene.......................................................................................................................... 125 x DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Các phương pháp sắc ký TLC Thin Layer Chromatography: Sắc ký lớp mỏng CC Column Chromatography: Sắc ký cột Các phương pháp phổ HMRS Hight resolution Mass Spectroscopy: Phổ khối lượng phân giải cao FT-ICRMS Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer TOFMS Time-of-flight mass spectroscopy ESI-MS Electrospray Ionization Mass Spectroscopy: Phổ khối ion hóa phun điện IR Infrared Spectroscopy: Phổ hồng ngoại UV Ultraviolet spectroscopy: Phổ tử ngoại 1 Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng hưởng từ H-NMR hạt nhân proton 13 C-NMR Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13 DEPT Distortioless Enhancement by Polarisation Tranfer: Phổ DEPT COSY Correlation Spectroscopy: Phổ tương tác hai 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 trực tiếp dị hạt nhân s: singlet d: doublet t: triplet multiplet dd: double doublet q: quartet qui: quintet m: br: broad Các chữ viết tắt khác IC50 : Nồng độ tác dụng ức chế 50% sự tăng sinh của tế bào (Inhibitory concentration of 50% of cell proliferation) ED50 : Liều có hiệu quả 50% trên tổng số đối tượng thử nghiệm (effective dose of 50%) LD50 : Liều gây chết 50% trên tổng số đối tượng thử nghiệm (Lethal dose of 50%) MIC : Nồng độ ức chế tối thiểu- Minimmum inhibitory concentration Tnc : Nhiệt độ nóng chảy xi AZT : azidothymidine DHA : Dihydroartermisinin CoA : Coenzyme A TBUT : Tế bào ung thư Hep-G2 : Human Hepatocellular carcinoma: Dòng tế bào ung thư biểu mô gan người RD : Human Rhabdommyo sacroma: Dòng tế bào ung thư cơ vân LU : Lung cancer: Dòng tế bào ung thư phổi FL : Human Uterine carcinoma: Dòng tế bào ung thư cổ tử cung SW480 : Dòng tế bào ung thư đại tràng SW480 MCF-7 : Dòng tế bào ung thư vú MCF-7 P338 : Dòng tế bào ung thư bạch cầu chuột MOLT : Dòng tế bào ung thư đại thực bào PKC : Protein kinase C HIV : Human immunodifciency virus type FPP : Fanesyl diphosphate ZSS1 : Enzyme α-humulene synthase NF-κB : Nuclear factor-kappaB- yếu tố nhân κB DMSO : Dimethyl sulfoxide TMS : Tetramethyl silan DMF : Dimethylformamide THF : Tetrahydrofuran EtOAc : Ethyl acetate TCA : Trichloroacetic acid m-CPBA : meta- Chloroperbenzoic acid PTSA : p-Toluensulfonic acid (pTsOH), tosylic acid (TsOH) THP : Tetrahydropyranyl NCI : National Cancer Institute PM : N-(4-(4-fluorophenyl)-5-(hydroxymethyl)-6-isopropylpyrimidin-2-yl)N-methylmethanesulfonamide SRB : Sulforhodamine B OD : Optical Density xii MỞ ĐẦU Hiện nay, với sự phát triển không ngừng của hóa học hữu cơ nói chung và hóa hợp chất thiên nhiên nói riêng thì việc nghiên cứu ứng dụng các hợp chất thiên nhiên vào cuộc sống ngày càng được chú trọng, đặc biệt trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe cộng đồng. Các hợp chất thiên nhiên được tạo ra nhờ quá trình sinh tổng hợp một cách rất tinh vi trong thực động vật, bởi vậy các hợp chất này thường có những hoạt tính rất đặc biệt, chọn lọc, dễ dung nạp với cơ thể và ít tác dụng phụ. Có thể nói rằng các hợp chất thiên nhiên là những chất dẫn đường rất hiệu quả, làm chúng ta rút ngắn được con đường đến với những thuốc sử dụng cho liệu pháp điều trị đích và tổng hợp toàn phần chúng. Đối với mỗi hoạt chất cụ thể, chúng ta cũng có nhiều cách tiếp cận khác nhau nhằm nâng cao giá trị sử dụng của nó. Thông thường với các hoạt chất có độ phân cực trung bình, các nghiên cứu được tiến hành theo hai hướng với mục đích cải thiện tính tan của chúng. Hướng thứ nhất là chuẩn bị dạng nano bằng cách bao các hoạt chất này bằng các vật liệu nano dễ tan trong nước, các vật liệu bao này đã được tổ chức FAO cho phép sử dụng trong y học như các dextrin, ethylene glycol.., hướng này gần đây cũng được xem là hướng nghiên cứu có nhiều tiềm năng. Hướng thứ hai là tạo ra các dẫn xuất ưa nước bằng cách can thiệp hóa học thuần túy trong đó hướng tổng hợp ra các dẫn xuất lai cũng rất được quan tâm nghiên cứu, sự hấp dẫn và điểm thuận lợi của hướng này là chúng ta có thể lai ghép với các phần cấu trúc khác có hoạt tính tốt với chất nghiên cứu theo ý muốn trong đó chất nghiên cứu là chất có nhiệm vụ dẫn đường. Gần đây, các nhà khoa học đã khám phá rất nhiều hoạt tính sinh học của murrayafoline A, một carbazole alkaloid phân lập với khối lượng lớn từ loài cơm rượu trái hẹp Glycosmis sternocapa, hoạt chất này thể hiện nhiều hoạt tính sinh học quí như gây độc với nhiều dòng tế bào [28,68], có tác dụng tích cực lên tim mạch [70-76], tác dụng kháng viêm [66,82], kháng virus [77-80] với các cơ chế rõ ràng, đến thời điểm hiện tại các công bố về hoạt tính này vẫn đang tiếp tục. Tuy vậy, để ứng dụng dẫn xuất này vào thực tiễn vẫn còn là dấu hỏi do khả năng tan kém trong nước, một số công trình đã và đang nghiên cứu sử dụng hướng thứ nhất để cải thiện độ tan của murrayafoline A, theo hướng thứ hai một số dẫn xuất cũng đã được tổng hợp tuy nhiên các công bố vẫn 1 chưa nhiều. Theo hướng này, đề tài của luận án đề cập tới tổng một số dẫn xuất lai giữa murrayafoline A và các thuốc generic hoặc các dẫn xuất có hoạt tính sinh học khác đã biết rõ cơ chế tác dụng sinh học, đánh giá hoạt tính gây độc tế bào để bổ sung các dữ liệu về hóa học và hoạt tính sinh học của hoạt chất này. Trên cơ sở tham khảo các tài liệu về murrayafoline A và các dẫn xuất của nó, chúng tôi phát hiện thấy hướng tổng hợp lai hóa với các hoạt chất khác vào các trung tâm phản ứng -NH-, -OCH3 với số lượng không nhiều. Vì vậy chúng tôi dặt ra mục tiêu của luận án: • Chuyển hóa nhóm -NH- của carbazole này bằng cách lai hóa chúng với các chalcone, sesquiterpene như artemisinin, zerumbone, PM, các amine dị vòng thông qua các cầu liên kết khác nhau. • Can thiệp hóa học vào các nhóm chức -OCH3 để tổng hợp các dẫn xuất mới (các ester và ether). • Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào in vitro của các dẫn xuất tổng hợp được. • Thử nghiệm hoạt tính kháng u trên thạch mềm. 2 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về carbazole alkaloid 1.1.1 Định nghĩa và lịch sử của Carbazole alkaloid Carbazole (1) là một hợp chất hữu cơ dị vòng thơm, có cấu trúc gồm ba vòng ngưng tụ, trong đó hai vòng benzen nằm ở hai bên của vòng pyrole chứa nhóm nitơ. Theo quy ước các vòng thơm của carbazole (1) được ký hiệu lần lượt là A, B và C, việc đánh số cho nhóm carbon được bắt đầu từ vòng A. Hầu hết nhóm carbazole đều là 9Hcarbazole. Năm 1872 Graebe và Glazer lần đầu tiên phân lập được carbazole (1) được từ nhựa than đá [6], cấu trúc của (1) được mô tả dưới hình (1.1.1). Hình 1.1.1: Cấu trúc của carbazole (1), murrayanine (2), 3-methylcarbazole (3) Các hợp chất carbazole được phát hiện và phân lập từ thực vật vào những năm 1960 của thế kỷ trước và carbazole alkaloid đầu tiên được Chakraborty và cộng sự phân lập từ thực vật là murrayanine (2), hợp chất này được tách ra từ bộ phận thân của loài Murraya koenigii Spreng họ cam (Fam. Rutaeae) hay còn gọi là “cây cà ri”, một loại cây thuốc truyền thống nổi tiếng của Ấn Độ [7]. Gần một thế kỷ sau, năm 1987 lần đầu tiên Bhattacharyya và cộng sự mới công bố phân lập được carbazole đơn giản nhất (1) từ loài Glycomis pentaphylla [8]. Sau khi hợp chất carbazole alkaloid đầu tiên được phân lập từ thực vật, các nhà khoa học bắt đầu tập trung vào nghiên cứu hoạt tính sinh học cũng như mở rộng tìm kiếm nguồn nguyên liệu nhằm cung cấp đủ các hợp chất này cho các mục đích nghiên cứu và ứng dụng. 1.1.2 Carbazole alkaloid từ tự nhiên 1.1.2.1 Phân bố và nguồn carbazole alkaloid tự nhiên Nguồn carbazole (1), 3-methylcarbazole (3) và một số dẫn xuất chứa oxy của 3methylcarbazole chủ yếu được phân lập từ thực vật bậc cao thuộc các chi Murraya, Glycosmis và Clausena họ Rutaeae, hiện tại chi Murraya được biết đến là thực vật có 3 nguồn carbazole alkaloid phong phú nhất. Ngoài ra, carbazole alkaloid còn được phân lập từ thực vật bậc thấp và từ một vài loài vi khuẩn Streptomyces khác nhau. Năm 2002 Knölker thông báo nguồn carbazole alkaloid tự nhiên còn được tìm thấy ở tảo lục Hyella caespitosa, ở một số loài nấm Aspergillus, một số loài vi khuẩn Actinomadura, và lớp hải tiêu Didemnum granulatum [9]. Các nghiên cứu về hóa thực vật cũng cho thấy hầu hết các carbazole alkaloid phân lập từ họ cam (Rutaceae) đều có một nhóm thế chứa oxy gắn vào vị trí số 3 của khung carbazole và một nhóm chứa oxy gắn vào vị trí số 1 hoặc 2. Cấu trúc của các alkaloid này có thể biến đổi từ những carbazole có cấu trúc đơn giản thành các phân tử carbazole mới có chứa các hợp phần terpene gắn thêm vào [10]. 1.1.2.2 Các dẫn xuất 3-methylcarbazole tự nhiên Khi so sánh đặc điểm cấu trúc những carbazole alkaloid phân lập được từ thực vật các nhà khoa học nhận thấy dẫn xuất 3-methylcarbazole (3) có thể được coi là chất trung gian quan trọng trong quá trình tổng hợp nhiều dẫn xuất carbazole tự nhiên của nó. Các dẫn xuất của 3-methylcarbazole được tìm thấy ở các chi Clausena, Murraya, Glycomis... Trong đó, nhóm 3-methyl có thể được chuyển hóa thành các dạng dẫn xuất chứa oxy như: -CH2OH, -CHO, -COOH, -COOMe [8,11]. Từ cấu trúc cơ bản của 3methylcarbazole và các dẫn xuất của nó, người ta có thể chia các dẫn xuất 3methylcarbazole thành các dạng dẫn xuất như sau: 3-methylcarbazole và một số dẫn xuất tạo thành bởi các chuyển hóa của nhóm methyl và -NH-; Một số dẫn xuất 3methylcarbazole có nhóm oxy hóa gắn trên khung carbazole ở vị trí số 1 có hoạt tính sinh học; Một số dẫn xuất 3-methylcarbazole có nhóm thế chứa oxy gắn ở vị trí số 2 của khung carbazole có hoạt tính sinh học; Một số dẫn xuất 3-methylcarbazole có nhóm chứa oxy gắn vào các vị trí khác của khung carbazole có hoạt tính sinh học; Các dẫn xuất 3-methylcarbazole có nhóm chứa oxy gắn với nitơ ở vị trí số 9 của khung carbazole và một số dẫn xuất 3-methylcarbazole thuộc nhóm carbazole-1,4-quinone alkaloid. * 3-methylcarbazole và một số dẫn xuất tạo thành bởi các chuyển hóa của nhóm methyl và -NH- điển hình Tên loài Glycomis pentaphylla Nhóm chất phân lập được carbazole (1) 4 Hoạt tính Tài liệu tham khảo [12,13] Clausena heptaphylla C. indica C. anisata Clausena excavata Glycomis pentaphylla Murraya koenigii M. euchrestifolia 3-methylcarbazole (3) Chống đông kết tiểu cầu [13,14,15] [16,17,18] 3-formylcarbazole (4) M. euchrestifolia Glycosmis pentaphylla [18,19] methyl carbazole-3carboxylate (5) Clausena lansium [21] 9-carbethoxy-3methylcarbazole (6) M. koenigii (7) Có khả năng kháng hai dòng tế 9-Formyl-3-methylcarbazole bào ung thư (7) B16 và P338 trên chuột [17] * Một số dẫn xuất 3-methylcarbazole có nhóm oxy hóa gắn trên khung carbazole ở vị trí số 1 có hoạt tính sinh học điển hình Đối với nhóm chất 3-methylcarbazole có nhóm chứa oxy gắn trực tiếp vào khung carbazole ở vị trí số 1 được tìm thấy chủ yếu ở chi Murraya (họ Rutaceae) phân bố nhiều trên khu vực Nam Á. Trong các bài thuốc dân gian, lá và vỏ của cây Murraya được sử dụng để chữa các bệnh về mất cảm giác, dùng để gây tê, điều trị eczema (bệnh tràm bội nhiễm), thấp khớp và bệnh phù nước. 5 Tên loài Murraya koenigii C. heptaphylla Glycomis stenocarpa Nhóm chất phân lập được Murrayanine (2) Murrayafoline A (8) M. euchretifolia Glycomis stenocarpa Clausenal (9) Clausena heptaphylla Hoạt tính Tài liệu tham khảo Có hoạt tính kháng nấm gây bệnh trên người [22-25] Hoạt kháng thư tính ung Có khả năng kháng vi khuẩn gram (-), gram (+) và nấm [23,26,27] [28] [29] clausine E (10) C. excavata [30,31] 6,7-dimethoxy-1-hydroxy-3methylcarbazole (11) M. koenigii Có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn mạnh [32] Hoạt tính chống ung thư TPA [33] Clausine D (12) C. excavata * Một số dẫn xuất 3-methylcarbazole có nhóm oxy hóa gắn trên khung carbazole ở vị trí số 2 có hoạt tính sinh học điển hình Tên loài Nhóm chất phân lập được Hoạt tính Tài liệu tham khảo [34] Glycozolidol (13) Có khả năng kháng nhiều loại vi khuẩn gram (+), gram (-) G. pentaphylla 6 Có khả năng làm tan nhanh cục máu đông và là nguyên nhân gây co mạch C. excavata Clausine B (14) [30] * Một số dẫn xuất 3-methylcarbazole có nhóm chứa oxy gắn vào các vị trí khác của khung carbazole có hoạt tính sinh học điển hình Tên loài Hoạt tính Tài liệu tham khảo Có tác dụng chống lại virus HIV [35] Có khả năng kháng cả hai loại vi khuẩn gram (+), gram (-) và nấm sợi [36] Có hoạt tính kháng lao chủng H37Rv thuộc loài Mycobacterium tuberculosis [37] Nhóm chất phân lập được M. siamensis Siamenol (15) M. koenigii M. hirsutum 1-formyl-3-methoxy-6methylcarbazole (16) R1 = H; R2 = CH3 R3 = CHO micromeline (17) R = prenyl; R2 = H; R3 = H 1 * Các dẫn xuất 3-methylcarbazole có nhóm chứa oxy gắn với nitơ ở vị trí số 9 của khung carbazole Cho đến nay nhóm chất 3-methylcarbazole phân lập từ thực vật có nhóm thế chứa oxy gắn với nitơ ở vị trí số 9 được công bố rất hạn chế. Năm 1988, N-methoxy-3formylcarbazole (3-formyl-9-methoxycarbazole) (18) là chất đầu tiên được Furukawa và cộng sự phân lập từ tự nhiên trong vỏ rễ loài M. euchrestifolia [19]. Bốn năm sau, nhóm này tiếp tục công bố phân lập được dẫn xuất N-methoxy-3- hydroxymethylcarbazole (3-hydroxymethyl-9-methoxycarbazole) (19) trên đối tượng 7 M. euchrestifolia [38]. Đến thời điểm hiện tại, chưa có thêm công bố nào về dẫn xuất mới thuộc nhóm này. Hình 1.1.2.2: Cấu trúc dẫn xuất carbazole 18 và 19 * Một số dẫn xuất 3-methylcarbazole thuộc nhóm carbazole-1,4-quinone alkaloid Các carbazole-1,4-quinone đại diện cho một nhóm carbazole alkaloid quan trọng có nhiều hoạt tính sinh học, ngoài ra các hợp chất này còn được sử dụng như là chất trung gian trong chuyển hóa carbazole thành các dẫn xuất [39,40]. Trừ clausenaquinone A, tất cả các carbazole-1,4-quinone phân lập từ các nguồn có trong tự nhiên đều có cấu trúc 3-methylcarbazole-1,4-quinone. Ở thực vật, carbazole-1,4-quinone alkaloid được tìm thấy chủ yếu từ chi Murraya (Rutaceae). Năm 1983, Furukawa và cộng sự lần đầu tiên phân lập đươc murrayaquinone A (20) từ vỏ rễ của M. euchrestifolia thu ở Đài Loan [26,27]. Trong những năm tiếp theo, nhóm của Furukawa tiếp tục công bố kết quả phân lập các dạng dẫn xuất khác nhau của carbazole-1,4-quinone từ rễ, vỏ thân cây M. euchrestifolia như: murrayaquinone B (21), murrayaquinone C (22) [26,27], murrayaquinone D (23) [27], và murrayaquinone E (24) [39]. Đến năm 1998, Saha và Chowdhury công bố phân lập được koeniginequinone A (25) và koeniginequinone B (26) từ vỏ thân loài M. koenigii [40], điều thú vị là các chất này lần đầu tiên được phát hiện thấy từ loài thực vật này. 1.2. Khái quát về murrayafoline A và dẫn xuất của chúng 1.2.1 Murrayafoline A Cũng giống như các carbazole khác, murrayafoline A là một carbazole alkaloid có 3 vòng ngưng tụ trong đó vòng ở giữa là vòng pyrole, một vòng benzene có chứa các nhóm thế methoxy và methyl ở các vị trí 1 và 3. Murayafoline A có công thức phân tử là C14H13ON (MS: 211), tên hóa học 1-methoxy-3-methyl-9H-carbazole, công thức cấu tạo như sau: 8