TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỘC NGUYỄN THI• MINH NGUYÊT • NGHIÊN c ú TỔNG HƠP HEMIASTERLIN VỚI s ự THAY ĐỔI Ở BLOCK1 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Chun ngành: Hóa Hữu Người hướng dẫn khoa học GS.TS NGUYỄN VĂN TUYẾN HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp hồn thành Phịng thí nghiệm hóa dược, Viện hóa học - Viện Hàn Lâm khoa học Cơng nghệ Việt Nam Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến GS.TS Nguyễn Văn Tuyến tồn thể thầy phịng Nghiên cứu hóa dược, Viện Hàn Lâm Khoa học Cơng Nghệ Việt Nam tạo điệu kiện giúp đỡ cho em thịi gian làm khóa luận tốt nghiệp Viện Em xin gửi lòi biết ơn chân thành sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Văn Tuyến - viện trưởng viện hóa học,Viện hóa học - Viện Hàn Lâm Khoa học Công Nghệ Việt Nam, người trực tiếp hướng dẫn em làm thực nghiệm hồn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp Cùng với lịng biết ơn em xin gửi tới ban lãnh đạo Viện hóa dược tạo điều kiện cho em học tập sử dụng thiết bị tiên tiến Viện để hoàn thành tốt mục tiêu đề đề tài khóa luận Em xin cảm ơn thầy giáo Th.s Lục Quang Tấn - Giảng viên mơn Hóa hữu tồn thể thầy giáo khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội truyền đạt khiến thức quý báu cho em suốt thời gian học tập trường Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 08 tháng 05 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Minh Nguyệt MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH .I DANH MỤC CÁC Sơ Đ Ồ II BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT III MỞ ĐẦU CHƯƠNG - TỔNG QUAN 1.1 PHÂN LẬP VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA HEMIASTERLIN 1.2 QUAN HỆ HOẠT TÍNH VÀ CẤU TRÚC CỦA HEMIASTERLIN 1.3 DẪN XUẤT HTI-286 CỦA HEMIASTERLIN 1.4 TỔNG HỢP TOÀN PHẦN HEMIASTERLIN 1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI BLOCK CHƯƠNG - THỰC NGHIỆM 14 2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u , NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ 14 2.1.1 Phương pháp nghiên cứu 14 2.1.2 Hóa chất dung m 14 2.1.3 Định tính phản ứng kiểm tra độ tinh khiết hợp chất sắc kí lớp mỏng 14 2.1.4 Xác nhận cẩu trúc 14 2.2 TỔNG HỢP CÁC TÁC NHÂN PHẢN ỨNG VÀ CÁC Hộp CHẤT 15 2.2.1 Tổng hợp hợp chất axetyl glyxin 60 15 2.2.2 Tổng hợp hợp chất 61 .16 2.2.3 Tổng hợp hợp chất amỉt 62 16 2.2.4 Tổng hợp hợp chất 63 .17 2.2.5 Tổng hợp hợp chất 64 .17 2.2.6 Tổng hợp hợp chất 65 .18 2.2.7 Tổng hợp hợp chất 66 .19 2.2.8 Tổng hợp hợp chất 67 .19 2.2.9 Tổng hợp hợp chất 68 .20 2.2.10 Tổng hợp hợp chất 69 .20 2.2.11 Tổng hợp hợp chất 70 21 2.2.12 Tổng hợp hợp chất 71 .22 2.2.13 Tổng hợp hợp chất 72 .23 CHƯƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 TỔNG HỢP BLOCK CỦA HEMIASTERLIN 25 3.1.1 Tổng hợp axetyl glyxỉn 60 26 3.1.2 Tổng hợp azlacton 61 .26 3.1.3 Tổng hợp amid 62 (block 1) .28 3.2 TỔNG HỢP BLOCK VÀ BLOCK CỦA HEMIASTERLIN 28 3.2.1 Tổng hợp chất 64 30 3.2.2 Tổng hợp chất 65 32 3.2.3 Tổng hợp chất 66 33 3.2.4 Tổng hợp chất 67 (block ) 35 3.2.5 Tổng hợp chất 68 37 3.2.6 Tổng hợp chất 69 38 3.3 TỔNG HỢP HEMIASTERLIN 39 3.3.1 Tổng hợp chất 70 40 3.3.2 Tổng hợp chất hemỉasterlỉn 71 39 3.3.3 Tổng hợp chất hemiasterlỉn 72 44 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 DANH Mưc CÁC HÌNH Hình 1.1 Mối quan hệ cấu trúc hoạt tính hemiasterlin Hình 1.2 Cấu trúc block hemiasterlin Hình 3.1 Phổ^-NM R hợp chất 61 .27 Hình 3.2 Phổ^-NM R hợp chất 62 .29 Hình 3.3 Phổ 13C-NMR hợp chất 62 30 Hình 3.4 Phổ^-NM R hợp chất 64 31 Hình 3.5 Phổ^-NM R hợp chất 65 33 Hình 3.6 Phổ^-NM R hợp chất 6 35 Hình 3.7 Phổ^-NM R hợp chất 67 .36 Hình 3.8 Phổ^-NM R hợp chất 37 Hình 3.9 Phổ^-NM R hợp chất 69 38 Hình 3.10 Phổ ^-NM R hợp chất 70 40 Hình 3.11 Phổ 13C-NMR hợp chất 70 41 Hình 3.12 Phổ ^-NM R hợp chất 71 42 Hình 3.13 Phổ 13C-NMR hợp chất 71 43 Hình 3.14 Phổ ^-NM R hợp chất 72 45 I DANH M ưc CÁC Sơ ĐỒ Sơ đồ 1.1 Quá trình tổng hợp block Sơ đồ 1.2 Tổng hợp block hemiasterlin Sơ đồ 1.3 Tổng hợp block hemiasterlin Sơ đồ 1.4 Tổng hợp mạch nhánh hemiasterlin Sơ đồ 1.5 Tổng hợp block đường azlacton Sơ đồ 1.6 Tổng hợp block đường epoxy hóa 10 Sơ đồ 1.7 Tổng hợp block Vedej 11 Sơ đồ 1.8 Tổng hợp block Durst 12 Sơ đồ 3.1 Tổng hợp dẫn xuất hemiasterlin 25 Sơ đồ 3.2 Tổng hợp axetyl glyxin .26 Sơ đồ 3.3 Cơ chế phản ứng tổng hợp axetyl glyxin 26 Sơ đồ 3.4 Tổng hợp chất 61 27 Sơ đồ 3.5 Cơ chế phản ứng tổng hợp azalacton 27 Sơ đồ 3.6 Tổng hợp chất 62 28 Sơ đồ 3.7 Tổng hợp chất 64 31 Sơ đồ 3.8 Tổng hợp chất 65 32 Sơ đồ 3.9 Tổng hợp chất 6 34 Sơ đồ 3.10 Cơ chế phản ứng wittig .34 Sơ đồ 3.11 Sơ đồ tổng hợp chất 67 35 Sơ đồ 3.12 Tổng hợp chất 37 Sơ đồ 3.13 Tổng hợp chất 69 .38 Sơ đồ 3.14 Tổng hợp chất 70 40 Sơ đồ 3.15 Tổng hợp chất 71 42 Sơ đồ 3.16 Tổng hợp chất 72 .45 II BẢNG KÝ HIÊU CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chú thích Ký hiệu SPA 110 Synthetic peptide analog 110 TPA Tetra propylammonium perruthenate NMO N-methylmorpholine aci TMAC Trimethylacetyl chloride MS Mass spectrometry NMR Nuclear magnetic resonance m MỞ ĐẦU Hemiasterlin tripeptid có hoạt tính chống ung thư ngưỡng nM với nhiều dòng tế bào ung thư thực nghiệm, phân lập từ loài hải tiêu Hemỉasterella minor vào năm 1994 Đã có nhiều nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất hemiasterlin cách thay block , block block phân tử nguyên gốc nhóm tạo thành dẫn xuất mói hemiasterlin có cấu trúc độc đáo hoạt tính lý thú Me Tuy nhiên, block có chứa nhóm a, a-dimetylarylic có chứa cacbon bất đối nên tổng hơpk block gặp nhiều khó khăn Từ ý tưởng hợp chất có chứa hệ cc,/Miên hợp làm trung tâm thu nhận nucleophile sinh học theo phản ứng Michael mở hướng ttong tổng hợp dẫn xuất hemiasterlin có hoạt tính chống ung thư theo hướng alkyl hóa DNA va RNA Vì vậy, tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp hemmsterlỉn với thay đổi block 7” theo hướng đơn giản hóa cấu trúc có ý nghĩa khoa học thực tiễn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 PHÂN LẬP VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA HEMIASTERLIN ■ ■ • Hemiasterlin (1) tripeptid Kashman cộng phân lập tị lồi Hải tiêu Hemiasterella mỉnor, năm 1994 [1] Sau đó, Raymond J Andersen cộng phân lập hemiasterlin A (2), hemiasterlin B (3) từ loài Hải tiêu Auletta Cymbastella [2] cấu trúc tripetid hemiasterlin Kashman Andersen chứng minh phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân chiều hai chiều Do cấu trúc phức tạp hemiasterlin hàm lượng hemiasterlin mẫu Hải tiêu thấp (0.01% khối lượng mẫu khô), nên năm 1996 cấu trúc mạch thẳng với ba amino axit bất thường cấu hình khơng gian hemiasterlin khẳng định nhờ phổ nhiễu xạ tia X [3] Năm 1999, nhóm nghiên cứu Chandra K Westergaard, Michael R Boyd cộng phân lập bốn dẫn xuất hemiasterlin (1), hemiasterlin A, B c (2-4) từ hai loài hải tiêu Auletta sp Siphonochalina spp., lần hemiasterlin c (4) phân lập chứng minh cấu trúc [4] Hemiasterlin Hemiasterlin A Hemiasterlin B Hemiasterlin c R1 = R1 = R1 = R1 = Me, R2 H, R2 H, R2 Me, R2 = Me = Me =H =H (1) (2) (3) (4) Kết sàng lọc hoạt tính ban đàu cho thấy hemiasterlin (1) có khả gây độc tế bào mạnh với IC50 = 19nM dòng tế bào ung thư P388 leukaemia [1,3]- Các dẫn chất hemiasterlin A, B c có hoạt tính kháng lại tế bào ung thư MCF mạnh hemiasterlin [1] Hoạt tính độc tế bào hemiasterlin làm ngưng ừệ phân bào giai đoạn metaphase động học tế bào nhờ ức chế trình polyme hóa tubulin gắn kết hemiasterlin lên vị trí Vinca alkaloid tubulin Tác động tương tự số tác nhân chống ung thư khác gắn kết lên tubulin ứng dụng hóa tri liệu ung thư paclitaxel vinblastin, khoảng liều ED50 từ 0,5nM đến 28nM [4] 1.2 QUAN HỆ HOẠT TÍNH VÀ CẤU TRÚC CỦA HEMIASTERLIN Kết khảo sát quan hệ cấu trúc - hoạt tính hemiasterlin dẫn xuất cho thấy hoạt tính chúng phụ thuộc nhiều vào có mặt nhóm a,ct-dimetylarylic C-ct block với nhóm NHMe phía đầu N peptid [5] Ngồi ra, nhóm tert-butyl block 2, nhóm isopropyl block đóng vai trị quan trọng cho hoạt tính hemiasterlin nhóm có khả kết hợp (binding) với tubulin nhờ liên kết van der Waals Đặc biệt, cấu hình nhóm metyl amino block 1, nhóm íerí-butyl block nhóm isopropyl block phải có cấu hình tuyệt đối s liên kết đơi block phải có cấu hình E-olefinl^] ankyl khác ỊJ OH/OMe isopropyl A/-metyl amino Hình 1.1 Mối quan hệ cấu trúc hoạt tính hemiasterlin 1.3 DẪN XUẤT HTI-286 CỦA HEMIASTERLIN Đã có nhiều nghiên cứu tạo dẫn xuất mói hemiasterlin cách thay block 1, block block phân tử nguyên gốc 1.0 equiv Ph 33P Ỵ ^ ■( O ^ Ọ BocHN BocHN Л CH2CI2, °c, 2h 65 66 (86%) Sơ đồ 3.9 Tổng hợp chất 6 Cơ chế hình thành sản phẩm E-olefin chọn điều khiển cấu hình sản phẩm trung gian phản ứng Wittig R1 R2 - P h 3P = ( r ỉ? [2 + ] -I c y c lo a d d ìt io n R3 R R Ph3Ỉ C PhgP=0 R, A r - R Sơ đồ 3.10 Cơ chế phản ứng wittig Cấu trúc sản phẩm khẳng định phổ cộng hưởng từ hạt nhân ^-NM R Trên phổ !H-NMR xuất tín hiệu 6,51, 1H vói số tương tác /=1,5 9,5Hz đặc trưng cộng hưởng proton E-oleũn (CH=C-); tín hiệu 4,21 (q, 2H) đặc trưng proton nhóm etyl (СН2СН3) Tín hiệu 4,25 (m, 1H) ứng vói proton nhóm CHNH, tín hiệu 1,92 (s, 3H) đặc trưng nhóm metyl gắn với liên kết đơi (CHjC=CH) Tín hiệu 1,76 (m, 1H) tín hiệu cộng hưởng proton metin nhóm (CH3)2CH, tín hiệu nhóm metyl cịn lại tương tự hợp chất 65 Các liệu cho phép khẳng định cấu trúc chất 66 34 Hình 3.6 Phổ ‘H-NMR hợp chất 66 3.2.4 Tổng hợp chất 67 (block 3) Để thu hợp chất 67 chúng tơi loại bỏ nhóm Boc họp chất 66 triAoaxetic CH2CI2 ỡ nhiệt độ phòng 0,5h Sản phẩm thu với hiệu suất 77% (sơ đồ 3.11) cáu trác sản phẩm xác định phương pháp phổ ^-NMR Sơ đồ 3.11 Sơ đồ tổng hợp 67 r I rj 4- J ỵ mn 1 I M » í ir « 4: V IV T r^ r4 *J C: rr • *r w lû a Hình 3.7 Phổ 'H-NMR hợp chất 67 Từ phổ *H-NMR hợp chất 67 xuất đầy đủ tín hiệu proton Tín hiệu 6,56 ppm, doublet với số J = 8,5Hz đặc trưng cho nhóm Eolefin (CH=C-) Tín hiệu cộng hưởng quaterlet 4.17 ppm đặc trưng nhóm metylen etyl (CH2CH3) Tín hiệu cộng hưởng 3,36 dạng doubletdoublet có số J = 10 Hz đặc trưng nhóm metìn gắn với NH (CH-NH) Tín hiệu nhóm metyl gắn với olefin cộng hưởng 1,84 (s, 3H, CH3C=CH) Tín hiệu 1,64 ppm dạng multiplet, 1H, đặc trưng nhóm metin nhóm isopropyl (CH3)2CH-) Tín hiệu cộng hưởng proton 1,27 ppm dạng triplet có số tương tác J = 7Hz đặc trưng metyl nhóm ethyl (C H -C H ) Hai cặp tín hiệu doublet 0,95 (d, 3H, J =7 Hz) 0,87 (d, 3H, J =7 Hz) hai nhóm metyl isopropyl (CJỈ3)2CH-) Từ phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân ^-NMR cho phép khẳng định cấu trúc chất 67 36 3.2.5 Tỗng họp chất 68 Block có cấu trức terí-Leucin, ngun liệu sẵn có, chúng tơi khơng tổng hợp block mà tiến hành bảo vệ nhóm amin terí-Leucin nhờ phản ứng với B0C2O dung mơi terí-butanol-nước có mặt xúc tác NaOH tạo thành chát 68 với hiệu suất 81% (sơ đồ 3.12) (B0c)20 ,N a0 H N ỉ BocHN' “ "N/ OH Ỵ f-Bu0H,H20, 20-40 °c, 48h 68 Sơ đồ 3,12 Tổng hợp hợp chất 68 Cấu tróc sản phẩm khẳng định phổ ^-NMR ,J* ^ ì ộ Jn *n Ợ-, - • -* •'I — 1-t r» rr [n < V V Uằ (D re I ã ô3 t±l h f i r- 'ịễ ^ V c? 0» ôS ể ã " > * •" ■* •'* » -*-V _ _ K N B -f £ W/F I Ậ1I MMMĨỘỈ K » I>imwi ■ ỉ1 iiư-iiáỉ №nm » lyìviẽỏ ỀậỂỆi 3M jiuuiáLl - -1— 150* ỉéũ lao il 390 Hình 3.13 Phổ 13C-NMR hợp chát 71 43 Trên phổ 13 C-NMR hợp chất 71 thể đầy đủ tín hiệu nguyên tử cacbon phân tử Bốn tín hiệu nhóm cacbonyl cộng hưởng vùng trường thấp, tín hiệu 165,1 ppm nhóm cacbonyl (COEt); 168,1 ppm nhổm cacbonyl (CH3C=0) block 1; tín hiệu 164.6 ppm nhóm cacbonyl amid block tín hiệu 162,0 ppm nhóm cacbonyl amid block Các tín hiệu cacbon nhân benzen cộng hưởng 159,7 (C-3’); 129,6 (C-5’); 127,3 (C-6 ’); 121,6 (C-2’); 114.7 (C-4’) tín hiệu nhóm methoxy (O C H ) 55,2ppm Cacbon bậc olefin block cộng hưởng 139,6 ppm, cacbon bậc Eolefin cộng hưởng 127,1 ppm 129,8 ppm gán cho nhổm CH olefin block 1, tín hiệu 114,0 ppm gán cho CH E-olefin block Ba nhóm metin (CH) bão hịa 71 có tín hiệu cộng hưởng sau: 61,lppm gán cho CH block 2, tín hiệu 60,7 ppm gán cho CH liên kết với NH block tín hiệu 34,9 ppm gán cho nhóm CH isopropyl block Nhóm etyl gắn vào đàu axit block cộng hưởng 52,7 ppm (ÇH2-CH3) 13,1 ppm (ÇH3CH2) Nhóm metyl axteyl block cộng hưởng 32,7 ppm, nhóm metyl liên kết với Eolefin block cộng hưởng 14,1 ppm Ba nhóm metyl íerí-butyl cộng hưởng 36,4 ppm (С -(С Н з)з), hai nhóm metyl isopropyl block cộng hưởng 18,6 ppm Phổ khối lượng phân giải cao họp chất 71 tìm thấy tín hiệu 583,2886 phù hợp với mảnh ion giả phân tử [M+Na]+ C28H4iN3 6Na Như vậy, kết hợp kết phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân HNMR, 13C-NMR HRMS khẳng định cấu trúc hemiasterlin 71 3.3.3 Tổng họp hemiasterlin 72 Qua nghiên cứu tổng quan, nhận thấy hemiasterlin có hoạt tính chủ yếu dạng axit, chúng tơi tiến hành thủy phân nhóm este 44 hemỉasterlin 71để nhận hemiasterlỉn dạng axit Hemiasterlin 71 phản ứng với LiOH tong dung mơi metanol-nước nhiệt độ phịng khoảng lOh tạo thành hemiasterlin 72 10 equiv LiOH Me0H/H20=2/1,10h 72 (94%) OMe Sơ đồ 3.16 Tổng hợp hợp chất 72 IC -H » O D -ỈH •!- "• 'ị_ z "1?•r ^ ??