ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ NGỌC THẮNG TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT CYCLOBUTANE NUCLEOSIDE MỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ NGỌC THẮNG TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT CYCLOBUTANE NUCLEOSIDE MỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ NGỌC THẮNG TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT CYCLOBUTANE NUCLEOSIDE MỚI Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã 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 Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội và phòng Hóa học các chất chống virus, Viện Hóa học đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành bản luận văn này. Em xin đặc biệt cám ơn thầy GS. TSHK. Đặng Như Tại đã hướng dẫn 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 tình giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn. Em xin cám ơn các thầy, cô tại Khoa Hóa – Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã truyền đạt kiến thức và những kinh nghiệm quý báu cho chúng em trong quá trình học tập. Cuối cùng, tôi xin cám ơn toàn thể lớp cao học K20 và bạn bè đã ủng hộ và giúp đỡ tôi trong thời gian học tập. Hà Nội, ngày 21 tháng 12 năm 2011 Học viên Ngô Ngọc Thắng i 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 1.3. Phương pháp tổng hợp 10 1.3.1. Tổng hợp phần vòng cyclobutane 10 1.3.2. Tổng hợp phần bazơ 1,2,3-triazole 13 1.3.3. Phản ứng acyl hóa chọn lọc lập thể với xúc tác enzyme 16 1.4. Định hướng tổng hợp 17 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 ii 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 Hình 2.1: Phổ 1 H NMR của N3F1 28 Hình 2.2: Phổ 13 C NMR của N3F1 29 Hình 2.3: Phổ hai chiều của N3F1 30 Hình 2.4: Phổ 1 H NMR của N3F2 32 Hình 2.5: Phổ 13 C NMR của N3F2 33 Hình 2.6: Phổ hai chiều của N3F2 34 Hình 2.7: Phổ NOESY của N3F1 34 Hình 2.8: Phổ NOESY của N3F2 35 Hình 2.9: Phổ MS của N3F1 35 Hình 2.10: Phổ MS của N3F2 36 Bảng 2.1: Các sản phẩm và hiệu suất của phản ứng “Click” 21 Bảng 2.2: Các dẫn xuất cyclobutane nucleoside thu được 25 Bảng 2.3: Dữ kiện phổ của N3F1 31 1 Mở Đầu Virus là nguyên nhân gây ra các bệnh nguy hiểm như viêm gan B và C, cúm A và B, herpes, AIDS, Một số bệnh do virus gây ra có thể được ngăn ngừa bằng vaccine. Tuy nhiên, bệnh do nhiễm HIV hiện nay chưa có vaccine và không có liệu pháp chữa trị hoàn toàn, đặc biệt tỉ lệ người ở độ tuổi 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 ức chế enzyme phiên mã ngược không phải nucleoside (NNRTIs), thuốc ức chế enzyme protease (PIs), thuốc ức quá trình dung hợp của virus. Trong khoảng 30 năm trở lại đây, trọng tâm phát triển thuốc chống HIV là nghiên cứu 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 Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (Food and Drug Administration: FDA) cấp phép dùng trong điều trị HIV. Ngoài ra, rất nhiều dẫn xuất nucleoside khác đang được thử nghiệm lâm sàng trên người. Tuy nhiên do virus có khả năng tự biến đổi để kháng thuốc cho nên nỗ lực nghiên cứu và tìm ra loại thuốc mới là rất cần thiết và cấp bách. Mặt khác 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 quả nghiên cứu tổng hợp một số cyclobutane nucleoside là dẫn xuất của ribavirin nhằm mục tiêu tìm kiếm các dẫn xuất nucleoside mới có hoạt tính 2 kháng virus, góp phần trong công cuộc đẩy lùi căn bệnh thế kỷ HIV/AIDS và các bệnh do virus gây nên. 3 Chương 1 Giới Thiệu và Định Hướng Nghiên 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 như cúm, viêm gan B & C, cúm loại A & B,… đặc biệt là AIDS. Dựa theo kết quả thống kê năm 2007, đã có khoảng 25 triệu người tử vong do mắc AIDS, 33 triệu người đang chung sống với HIV/AIDS. Mỗi ngày trung bình có khoảng 6.800 người mới bị nhiễm bệnh và hơn 5.700 người tử vong do AIDS [58]. Số người nhiễm virus viêm gan B chiếm một phần ba dân số thế giới. Tại Việt Nam, theo Bộ Y Tế, tính đến thời điểm năm 2009 có hơn 42.000 người bị chết do nhiễm HIV/AIDS và tỉ lệ người 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. 4 Virus điển hình gồm có lớp vỏ protein, còn gọi là capsid, bên trong chứa acid nucleic (hệ gene) có thể là DNA hoặc RNA. Điều quan trọng là bộ gene của virus không chỉ mã hoá cho các protein cần để bao bọc vật liệu di truyền của nó mà còn mã hoá cho các protein cần cho virus sinh sản trong chu kì xâm nhiễm của nó. Phức hợp bao gồm acid nucleic và vỏ capsid được gọi là nucleocapsid. Một số loại virus còn 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 cách xâm 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 gene RNA 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 này mà RT là đích tấn công quan trọng trong việc nghiên cứu thuốc chống virus, đặc biệt là HIV. Quá trình sao chép của retrovirus, như HIV, cơ bản gồm có 5 giai đoạn chính. Đầu tiên, virus gắn và xâm nhập vào màng tế bào bằng cách dung hợp lớp vỏ của nó với màng tế bào chủ. Nhờ quá trình dung hợp (fusion), nucleocapsid được đưa 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 [...]... đề xuất ý tưởng tổng hợp một số dẫn xuất cyclobutane nucleoside 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 được quan tâm phát triển và dần nắm một phần quan trọng trong tổng hợp hữu cơ Lý do thứ nhất là hiện nay các dẫn xuất cyclobutane và cyclobuten có thể tổng hợp được với những... 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 STT Sản phẩm “Click” Cyclobutane nucleoside 1 Tỷ lệ 45/55 25 2 35/65 3 45/55 4 44/56 26 5 40/60 2.3 Các đặc trưng cấu trúc của các cyclobutane nucleoside Các dẫn xuất cyclobutane nucleoside. .. 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 mạch sau Bảng 2.1: Các. .. lobucavir [24] Các dẫn xuất cyclobutyl nucleoside được chú ý nghiên cứu khi oxetanocin A được phát hiện có hoạt tính chống virus mạnh [47] Hướng nghiên cứu này đã dẫn đến 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 nghiên cứu và công bố và một số hợp chất thể... khi đã tham khảo các tài liệu, dựa trên điều kiện và khả năng thực hiện, chúng tôi dự định tổng hợp một số các cyclobutane nucleoside có công thức như sau: Sơ đồ tổng hợp lùi dự kiến: 17 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: O Cl h O Cl O O Cl EtOAc O O THF AcOAc Cl 2 OH LAH Zn O 3 O O 4 OH PFL,... hai là do sức căng của vòng nhỏ dẫn đến khả năng phản ứng với nhiều hướng khác nhau tùy thuộc vào cơ chế phản ứng và đặc điểm của các nhóm thế Khoảng 20 năm gần đây, theo thống kê thì trong hơn 10.000 sáng chế và công bố khoa học ở lĩnh vực tổng hợp hữu cơ thì có khoảng 3.000 là tổng hợp có liên quan tới hóa học các hợp chất cyclobutane Vòng cyclobutane có thể được tổng hợp theo một số phương pháp như... carboxylic, tức là nguyên tử oxi được thay bằng nhóm CH2, các dẫn xuất thu được có 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 7 nhóm hợp chất này đã được tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính, bao gồm các hợp chất chứa vòng cyclopropane [40], cyclobutane [20], cyclopentane [7], cyclohexane [20, 53]... đó, dẫn xuất 1,2,3-triazole gần đây được chú ý nghiên cứu và tổng hợp nhiều do khả năng tổng hợp đơn giản và hứa hẹn nhiều hoạt tính quý báu như chống 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 các tác nhân chống virut và chống khối u, điển hình là Showdomycin, Tiazofurin, Pyranomycin và Ribavirin 9 Trên cơ sở đó, tôi đề xuất. .. trong điều trị HIV [12] Ngoài ra, rất nhiều dẫn xuất nucleoside khác đang được thử nghiệm lâm sàng trên người [48] Các dẫn xuất nucleoside cũng được dùng trong điều trị các bệnh do virus gây ra khác như bệnh thủy đậu và zona (varicella–zoster virus, VZV), HCMV (human cytomegalovirus), herpes simplex (HSV), hepatitis B (HBV) hoặc hepatitis C (HCV) [12, 13, 25] Các dẫn NRTI được FDA thông qua Nhờ quá trình... nucleoside Các dẫn xuất cyclobutane nucleoside tổng hợp được có một số đặc điểm cấu trúc đặc trưng tương tự nhau, nên ở đây chúng tôi chỉ phân tích cấu trúc của một trường hợp làm ví dụ điển hình Các dữ liệu phổ của các chất đều được đưa ra ở phần thực nghiệm của từng chất Ta xét hợp chất sau (N3F1): 27 Trên phổ 1H NMR của các cyclobutane nucleoside đều có các tín hiệu đặc trưng của 1 proton của vòng . hướng tổng hợp 17 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. tôi đề xuất ý tưởng tổng hợp một số dẫn xuất cyclobutane nucleoside 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. Giới thiệu: Các dẫn xuất nucleoside với hoạt tính chống virus 3 1.2. Định hướng nghiên cứu 7 1.3. Phương pháp tổng hợp 10 1.3.1. Tổng hợp phần vòng cyclobutane 10 1.3.2. Tổng hợp phần bazơ