Đang tải... (xem toàn văn)
ĐẶT VẤN ĐÈ•Khi xã hội ngày càng phát triển thì mô hình bệnh tật của con người càng trở nên phức tạp và nhu cầu chăm sóc sức khỏe cũng ngày càng tăng lên. Chính vì thế việc nghiên cứu tìm ra các thuốc mới đóng vài trò quan trọng trong chiến lược bảo vệ sức khỏe con người của mỗi quốc gia. Tuy nhiên sự ra đời của một thuốc mới là cả một quá trình thử nghiệm lâu dài. Đó là kết quả nghiên cứu của nhiều ngành khoa học, trong đó tổng hợp hóa dược đóng vai trò rất quan trọng. Được hình thành và phát triển dựa trên cơ sở của tổng hợp hữu cơ, tổng họp hóa dược đã trở thành một ngành khoa học riêng biệt nhàm tạo ra các chất phục vụ cho việc phòng và điều trị bệnh cho con người. Ngày nay, những thuốc có nguồn gốc tổng hợp hóa dược chiếm một số lượng rất lớn và không thể thiếu trong cuộc sống.Để tìm được các hoạt chất có hiệu quả điều trị cao, ít độc tính và có thể ứng dụng trong điều trị và lâm sàng, các nhà tổng hợp hóa dược thường dựa vào cấu trúc của các chất đang được dùng làm thuốc hoặc các chất có tác dụng sinh học triển vọng để tổng hçfp hoặc bán tổng hợp tạo ra nhiều thuốc mới.Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy dẫn chất benzimidazol là nhóm hợp chất dị vòng có tác dụng sinh học rất đa dạng như: tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn, kháng tế bào ung thư, kháng viêm, tác dụng hạ huyết áp, tác dụng trị giun...Để góp phần làm phong phú thêm các nghiên cứu về tổng hợp và tác dụng sinh học của dẫn chất benzimidazol, chúng tôi đã quyết định thực hiện đề tài: “Tổng hợp và thử tác dụng sinh học một số dẫn chất 5nitrobenzimidazol” với các mục tiêu sau:1. Tổng hợp một số dẫn chất 5nitrobenzimidazol với các nhóm thế khác nhau ở vỊ trí C2, N1.2. Thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của một số dẫn chất 5nitrobenzimidazol tổng hợp được.
Bộ YTẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI NGUYỄN THANH HUYÈN TỎNG HỢP VÀ THỬ TÁC DỤNG SINH HỘC MỘT SỐ DẪN CHẤT 5-NITROBENZIMIDAZOL KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP Dược sĩ • • • Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đình Luyện Nơi thực hiện: Bộ môn Công nghiệp Dược Trường Đại học Dược Hà Nội HÀ NỘI-2011 KÀ'iS~ K in . . V | ệ f K | ' I LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Nguyễn Đình Luyện đã trực tiếp hướng dẫn, cho tôi những lời khuyên quí báu và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quả trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Công Nghiệp Dược đặc biệt là DS. Nguyễn Văn H ải, DS. Nguyễn Văn Giang và anh Phan Tiến Thành của to môn Tổng hợp Hóa dược đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Trong quá trình thực hiện khóa luận tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các cán bộ Phòng Phân tích phô, phòng thử hoạt tính sinh học - Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam cùng toàn thể các thầy cô trong trường, thư viện trường Đại học Dược Hà Nội, tôi xin chân thành cảm ơn! Cuối cùng, tôi xỉn gửi lời cảm ơn đến bố mẹ và bạn bè - những người luôn động viên, khích lệ tôi trong cuộc sống và học tập! Hà Nội, Ngày 12 tháng 5 năm 2011. Sinh viên Nguyễn Thanh Huyền MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐÈ 1 • CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 2 1.1. TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA DẢN CHẤT 5-NITROBENZIMIDAZOL 2 1.1.1. Tác dụng chống ung thư 2 1.1.2. Tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn 4 1.1.3. Tác dụng chống tăng huyết áp 6 1.1.4. Tác dụng sinh học khác 7 1.2. PHƯƠNG PHÁP TỎNG HỢP CÁC DẪN CHẤT 5- NITROBENZIMIDAZOL 8 1.2.1. Đóng vòng tạo nhân benzimidazol đi từ 0-phenylenediamim hoặc dẫn chất o-phenylenediamin 9 _______ 1.2.1.1. Phản ứng với acid 9 _______ 1.2.1.2. Phản ứng với andehyd 10 1.2.2. Nitro hóa dẫn chất benzimidazol 11 _______ 1.2.2.1. Định nghĩa phản ứng nitro hóa 12 _______ 1.2.2.2. Tác nhân nitro hóa 12 1.2.3. Phản ứng thế vào vị trí N-1 trên nhân 5-nitro-lH-benzimidazol 13 CHƯƠNG II: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1. NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ 15 2.1.1. Hóa chất chính 15 2.1.2. Dung môi và hóa chất khác 15 2.1.3. Thiết bị, dụng cụ 15 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN cứu 16 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u 17 2.3.1. Tổng hợp hóa học và kiểm tra độ tinh khiết 17 2.3.2. Xác định cấu trúc 17 2.3.3. Thử tác dụng sinh học 17 CHƯƠNG III: THựC NGHIỆM, KÉT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 18 3.1. HÓA HỌC 18 3.1.1. Tổng hợp hóa học 18 3.1.1.1. Giai đoạn 1 : Đóng vòng tạo dẫn chất thể C-2 benzimidazol 18 3.1.1.2. Giai đoạn 2: Nitro hóa 2-methyl-lH-benzimidazol và 2-phenyl-lH- benzimidazol 20 3.1.1.3. Giai đoạn 3: Phản ứng thế ở vị trí N-1 của dẫn chất 5-nitro-lH- benzimidazol 21 3.1.2. Kiểm tra độ tinh khiết 22 3.1.3. Xác định cấu trúc 23 3.1.3.1. Phổ hồng ngoại (IR) 23 3.1.3.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 'H-NMR 25 3.2. THỬ TÁC DỤNG SINH HỌC 25 3.2.2. Cách tiến hành 26 3.2.3. Kết quả 27 3.3. BÀN LUẬN 27 3.3.1. Hóa học 27 3.3.2. Tác dụng sinh học 29 KẾT LUẬN VÀ ĐẺ XUẤT 30 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT IR Phổ hồng ngoại ADN Acid 2’-deoxyribonucleic 'h -n m r Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton MeOD Methanol fnc Nhiệt độ nóng chảy SKLM Sắc kí lớp mỏng Angll Angiotensin II EGA Enzym chuyển hóa angiotensin II KB Te bào ung thư biểu mô MCF-7 Tế bào ung thư vú THF Tetrahydrofuran DMSO Dimethylsulfoxid DMF N,N-dimethylformamid MIC Nồng độ ức chế tối thiểu TLTK Tài liệu tham khảo IC50 Nồng độ ức chế 50% sự phát triển của tế bào Trang Bảng 1: Ket quả tổng hợp hóa học 22 Bảng 2: Giá trị Rf và nhiệt độ nóng chảy (t°nc) của các chất 23 Bảng 3: số liệu phân tích phổ IR 24 Bảng 4: Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ proton ('H-NMR) của chất I và V 25 Bảng 5: Kết quả thử tác dụng kháng tế bào ung thư của chất III, V 27 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Sơ đồ 1: Sơ đồ chung tổng hợp dẫn chất 5-nitrobenzimidazol 8 Sơ đồ 2: O-Phenylenediamin ngưng tụ với acid carboxylic 9 Sơ đồ 3: 4-cloro-o-phenylenediamin ngưng tụ với acid 2-amino-benzoic 9 Sơ đồ 4: Tổng hợp 2-alkyl và 2-aryl benzimidazol theo phưong pháp vi sóng. 9 Sơ đồ 5: O-Phenylenediamin đóng vòng với andehyd 10 Sơ đồ 6: 4-Nitro-o-phenylenediamin đóng vòng với andehyd 10 Sơ đồ 7: Monoacyl-5-nitro-o-phenylenediamin đóng vòng với andehyd 10 Sơ đồ 8: O-Phenylenediamin đóng vòng với andehyd theo công nghệ vi sóng 11 Sơ đồ 9: Phản ứng nitro hóa benzimidazol 11 Sơ đồ 10: Phản ứng thế vào N-1 của dẫn chất 5-nitro-lH-benzimidazol 13 Sơ đồ 11: 3 giai đoạn chính tổng hçfp dẫn chất 5-nitrobenzimidazol 18 Sơ đồ 12: Tổng họp 2-methyl- lH-benzimidazoI (I) 18 Sơ đồ 13: Tổng hợp 2-phenyl-lH-benzimidazol (II) 19 Sơ đồ 14: Tổng hợp 2-methyl-5-nitro-lH-benzimidazol (III) 20 Sơ đồ 15: Tổng họp 5-nitro-2-phenyl-lH-benzimidazol (IV) 21 So’ đồ 16; Ethyl (2-methyl-5-nitrobenzimidazol-l-yl)acetat (V) 21 Sơ đồ 17: Tổng họp ethyl (5-nitro-2-phenylbenzimidazol-l-yl)acetat (VI) 22 So’ đồ 18; Cơ chế phản ứng đóng vòng của 0-phenylenediamin với acid carboxylic 28 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐÒ THỊ ĐẶT VẤN ĐÈ • Khi xã hội ngày càng phát triển thì mô hình bệnh tật của con người càng trở nên phức tạp và nhu cầu chăm sóc sức khỏe cũng ngày càng tăng lên. Chính vì thế việc nghiên cứu tìm ra các thuốc mới đóng vài trò quan trọng trong chiến lược bảo vệ sức khỏe con người của mỗi quốc gia. Tuy nhiên sự ra đời của một thuốc mới là cả một quá trình thử nghiệm lâu dài. Đó là kết quả nghiên cứu của nhiều ngành khoa học, trong đó tổng hợp hóa dược đóng vai trò rất quan trọng. Được hình thành và phát triển dựa trên cơ sở của tổng hợp hữu cơ, tổng họp hóa dược đã trở thành một ngành khoa học riêng biệt nhàm tạo ra các chất phục vụ cho việc phòng và điều trị bệnh cho con người. Ngày nay, những thuốc có nguồn gốc tổng hợp hóa dược chiếm một số lượng rất lớn và không thể thiếu trong cuộc sống. Để tìm được các hoạt chất có hiệu quả điều trị cao, ít độc tính và có thể ứng dụng trong điều trị và lâm sàng, các nhà tổng hợp hóa dược thường dựa vào cấu trúc của các chất đang được dùng làm thuốc hoặc các chất có tác dụng sinh học triển vọng để tổng hçfp hoặc bán tổng hợp tạo ra nhiều thuốc mới. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy dẫn chất benzimidazol là nhóm hợp chất dị vòng có tác dụng sinh học rất đa dạng như: tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn, kháng tế bào ung thư, kháng viêm, tác dụng hạ huyết áp, tác dụng trị giun Để góp phần làm phong phú thêm các nghiên cứu về tổng hợp và tác dụng sinh học của dẫn chất benzimidazol, chúng tôi đã quyết định thực hiện đề tài: “Tổng hợp và thử tác dụng sinh học một số dẫn chất 5-nitrobenzimidazol” với các mục tiêu sau: 1. Tổng hợp một số dẫn chất 5-nitrobenzimidazol với các nhóm thế khác nhau ở vỊ trí C-2, N-1. 2. Thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của một số dẫn chất 5-nitrobenzimidazol tổng hợp được. CHƯƠNG I. TỒNG QUAN ĩ.l. TÁC DỤNG SENH HỌC CỦA DẪN CHÁT 5-NITROBENZIMIDAZOL 5-Nitrobenzimidazol và dẫn chất có công thức cấu tạo chung như sau: O2N. 5^ Hình 1: c ấ u tạo chung của các dẫn chất 5-nitrobenzimidazol Benzimidazol và dẫn chất là nhóm hợp chất dị vòng thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học qua nhiều thập kỉ. Nhiều công trình nghiên cứu đã công bố cho thấy dẫn chất 5-nitrobenzimidazol có tác dụng sinh học đáng quan tâm như: tác dụng kháng tế bào ung thư, tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn, tác dụng chống tăng huyết áp, tác dụng chống co giật Dưới đây là một số tác dụng chính của dãy chất này. 1.1.1. Tác dụng chống ung thư Năm 1996, Kim, Gatoo và các cộng sự đã tổng hợp một loạt dẫn chất 4- methoxyphenyl-lH-benzimidazol và thử tác dụng ức chế topoisomerase I. Chất 5- nitro-2-(4-methoxyphenyl)-lH-benziniidazol (1) thể hiện tác dụng ức chế lớn nhất với topoisomerase I. Trái ngược với các dẫn chất bi và tert-benzimidazol, những dẫn chất trong nghiên cứu có rất ít hoặc không có ái lực gắn với ADN. Đồng thời, trong thử nghiệm gây độc tế bào, nhóm chất này không có sự kháng chéo với dòng tế bào đã kháng topoisomerase I của camptothecin. Tiếp tục, nghiên cứu mối liên quan cấu trúc-tác dụng của 10 chất trong bảng dưới đây, cho thấy tác dụng gây độc với topoisomerase I hiệu quả hơn khi nhóm thế ở vị trí số 5 là chất nhận liên kết hydro [13]. OCH, x = CN CHO CH2OH CH2NH2 CONH2 CO OH H Br NO2 H Y = H H H H H H H H H NO2 Hình 2: Công thức cấu tạo dẫn chất 4-methoxyphenyl-lH-benzimidazol ADN topoisomerase được Wong phát hiện năm 1971, là enzym xúc tác cho quá trình tháo xoắn của ADN siêu xoắn. ADN topoisomerase có vai trò quan trọng trong hầu hết các giai đoạn của chu trình tế bào, nó gắn với ADN tạo thành phức hợp thuận nghịch enzym-ADN. Dựa vào cơ chế xúc tác có hai loại ADN topoisomerase là ADN topoisomerase I và II. Đến năm 1984, Tewey và cộng sự đã nghiên cứu và công nhận vai trò của ADN topoisomerase như là mục tiêu phân tử của các thuốc chống ung thư. Và Camptothecin là thuốc đầu tiên gây độc với topoisomerase I (được chiết tách từ Camptotheca acuminata). Sau đó, năm 1993, Chen và cộng sự nghiên cứu và tìm ra nhóm chất mới chứa vòng benzimidazol có tác dụng gây độc với ADN topoisomerase I. Đó là Hoecht 33258 và Hoecht 33342 thuộc dẫn chất bi-benzimidazol. Bằng cách gắn vào ADN, những thuốc này ổn định phức họp thuận nghịch enzym-ADN, gây mất hoạt tính enzym và cuối cùng làm tế bào chết [19]. Năm 2008, Emine và cộng sự tiếp tục nghiên cứu hoạt tính ức chế ADN topoisomerase I, II của tế bào nhân thật với một vài dẫn chất thế ở vị trí 2,5 của benzoxazol và benzimidazol. 18 dẫn chất được thử hoạt tính tháo xoắn của ADN topoisomerase I, II trong hệ thống tế bào tự do (pBR322 plasmid ADN). Trong đó 5-nitro-2-(4-methoxyphenyl)-lH-benzimidazol (1) gây ức chế cả hai loại ADN topoisomerase. Đồng thời, với IC50=24 8 ịiM, chất này có hiệu lực gây độc ADN topoisomerase I tốt hơn chất so sánh là camptothecin [10]. [...]... áp 1.1.4 Tác dụng sinh học khác Ngoài các tác dụng trên, năm 2010, Jitender Singh và cộng sự đã tổng họp và thử tác dụng chống co giật ỉn vitro của một số dẫn chất thế ở vị trí 1,2 ,5 của benzimidazol Tác dụng chống co giật của các chất được đánh giá thông qua thời gian tác dụng vào pha co giật và % phục hồi khi Pentylenetetrazol gây ra co giật trên động vật thử Trong số 30 chất tổng hợp được, chất 7a,... tìm kiếm các chất có hoạt tính sinh học cao, có triển vọng trong sử dụng làm thuốc, chúng tôi đã tiến hành thử tác dụng sinh học của các dẫn 26 chất tổng hợp được Dựa vào một số kết quả nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các dẫn chất 5- nitrobenzimidazol, đặc biệt là nghiên cứu về tác dụng sinh học của chất III, điều này định hướng cho việc thăm dò tác dụng kháng tế bào ung thư của 2 chất III, V 3.2.1... (MIC=12 ,5 |xg/ml) có hoạt tính đối với c albicans tương tự như fluconazol Tuy nhiên chưa có hợp chất nào tổng hợp được có tác dụng tốt với cả ba loại nấm như các chất chuẩn (Fluconazol, Metronidazol) [7] 'N I ^ C 3H 7 5 Năm 2008, Badgujar và cộng sự đã tổng hợp dẫn chất nitro của một số họp chất dị vòng và thử tác dụng kháng khuẩn với Pseudomonas syringae và Xanthomonas campstris, còn tác dụng kháng nấm thử. .. định cấu trúc các chất tổng hợp được Thử tác dụng kháng tế bào ung thư vú, và kháng tể bào ung thư biểu mô của 2 dẫn chất III và V 17 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Tổng hợp hóa học và kiểm tra độ tinh khiết Sử dụng phương pháp tổng hợp hóa học, dựa trên 3 phản ứng; Phản ứng đóng vòng tạo dẫn chất thế C2-benzimidazol theo phương pháp ở mục 1.2.1 Phản ứng nitro hóa tạo dẫn chất 5- nitrobenzimidazol. .. 3) đều có tác dụng tốt trên Candida albicans RSKK 628 với MIC trong khoảng 12 ,5- 50 |ig/ml [6], Năm 2002, Zygmunt và cộng sự đã thử tác dụng kháng protozoa và kháng khuẩn của dẫn chất 5, 6-dinitro- và halogen-benzimidazol Các dẫn chất 5, 6dinitrobenzimidazol gần như không có tác dụng kháng khuẩn, nhưng trong phép thử tính nhạy cảm của protozoa kỵ khí {Giardia duodenalis, Trichomonas vaginalis và Entamoeba... Khoa học và Công nghệ Việt Nam) Máy đo phổ cộng hưcmg từ hạt nhân proton (*H-NMR) được ghi bằng máy Bruker AV -50 0 (tại Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) 22 NỘI DUNG NGHIÊN cứu Tổng hợp 6 dẫn chất benzimidazol với các nhóm thế ở vị trí C-2 và N-1 Công thức các chất tổng hợp như sau; Chất II V-CH 3 Chất IV Chất III ^)^CH3 C H2C O O C2H 5 Chất V C H 2C O O C 2H 5 Chất VI Kiểm tra độ tinh khiết và xác... diamin và andehyd sử dụng đồng acetat là chất oxy hóa trong dung môi nước hoặc alcol Theo phương pháp của Weidenhagen, nhiều dẫn chất benzimidazol thế ở vị trí số 2 đã được tổng hợp [12], Trong nghiên cứu tổng hợp dẫn chất benzimidazol có tác dụng chống co giật, Priyal Jain và cộng sự đã thực hiện một phản ứng hồi lưu của 4-nitro-ophenylenediamin với các andehyd khác nhau thu được dẫn chất 5- nitrobenzimidazol. .. gian tác dụng vào pha co giật và % phục hồi của động vật Nghiên cứu mối liên quan cấu trúc -tác dụng cho thấy, những chất có nhóm hút electron ở vị trí sổ 5 cho tác dụng chống co giật tốt hơn [11], OoN Compound R N 7a N -H 7c -C 2 H, 7d 0 -CH 3 7b > —R / -C 3 H- Hình 6: Công thức chất 7a, 7b, 7c, 7d Cũng năm 2010, Mahesh Verma và cộng sự tổng hợp và thử tác dụng kháng leishmanial in vitro của 1 ,5- bis (5- R-benzimidazol)... (2) [IC50=4 ,52 ^g] và chất l- [5- ((2-methyl5-nitro-1H-benzimidazol-1-yl)methyl)-1,3,4-thiadiazol-2-ylthio]propan-2-on (3) [IC50=8,29|xg] được tìm thấy có tác dụng kháng dòng tế bào ung thư vú MCF-7 [17] \)^C H 3 •N 0 ,N ,N SCH 2CO CH 3 1.1.2 Tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn Năm 1997, Bộ môn Hóa Dược trường Đại học Ankara-Thổ Nhĩ Kì đã tổng họp một số dẫn chất thế ở vị trí 2, 5 của benzimidazol và benzoxazol,... được có tác dụng kháng khuẩn yếu trên s aureus, S.feacalis với MIC nằm trong khoảng 25- 50 |xg/ml Riêng 5- nitro-2-cyclohexylmethylbenzimidazol (X=NH, Y=CH2, R=NƠ2) có tác dụng tốt hơn trên S.aureus với MIC = 12 ,5 |ig/ml x = o, NH; R= H, Cl, NO2, CH3; Y= CH2 hoặc ỉchông có Hình 3: Một số dẫn chất thế ở vị trí 2, 5 của benzimidazol và benzoxazol Đối với tác dụng kháng nấm, hầu hết các chất tổng hợp được . các nghiên cứu về tổng hợp và tác dụng sinh học của dẫn chất benzimidazol, chúng tôi đã quyết định thực hiện đề tài: Tổng hợp và thử tác dụng sinh học một số dẫn chất 5- nitrobenzimidazol . 2 1.1. TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA DẢN CHẤT 5- NITROBENZIMIDAZOL 2 1.1.1. Tác dụng chống ung thư 2 1.1.2. Tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn 4 1.1.3. Tác dụng chống tăng huyết áp 6 1.1.4. Tác dụng sinh học. sau: 1. Tổng hợp một số dẫn chất 5- nitrobenzimidazol với các nhóm thế khác nhau ở vỊ trí C-2, N-1. 2. Thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của một số dẫn chất 5- nitrobenzimidazol tổng hợp được. CHƯƠNG