Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp các hợp chất piperazinedion

A-GIỚI THIỆU LUẬN ÁN 1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án Piperazinedion là một trong lớp cấu trúc phổ biến được tìm thấy trong tự nhiên, có nhiều hoạt tính sinh học quý như: Tryprostatins A-B có hoạt tính ức chế khối u, Cyclotryprostatin A-D có hoạt tính ức chế chu kỳ phát triển tế bào động vật có vú [80], Fumitremorgin C là một chất ức chế BCRP/ABCG2 làm kháng trung gian trong hóa trị liệu để điều trị ung thư vú, phenylahistin có hoạt tính ức chế tubulin... chúng là những hợp chất tiềm năng để phát triển các loại thuốc chống ung thư. Ngoài ra, piperazinedion còn là các synthon quan trọng được sử dụng trong tổng hợp toàn phần và bán tổng hợp nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học mạnh như saframycin, eteinascindin, tadalafil… Trong đó tadalafil là một dẫn xuất tổng hợp quan trọng có khả năng ức chế enzym phosphodiesterase nên được sử dụng làm thuốc trong điều trị rối loạn sinh lý nam giới và còn được sử dụng để điều trị bệnh tăng huyết áp động mạch phổi. Đây là thuốc sắp hết hạn quyền bảo hộ nên được nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm nghiên cứu tổng hợp, nhằm ứng dụng vào sản xuất thương mại. Do có nhiều hoạt tính sinh học lý thú, “nghiên cứu tổng hợp các hợp chất piperazinedion” nhằm tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học lý thú và xây dựng qui trình tối ưu cho tổng hợp thuốc tadalafil vẫn đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Từ những lý do được nêu trên, luận án này tập trung nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất mới của piperazinedion và nghiên cứu xây dựng qui trình tổng hợp tadalafil với qui mô 100g/mẻ nhằm tìm kiếm các hợp chất mới có hoạt tính sinh học lý thú đồng thời tìm kiếm qui trình triển khai tổng hợp tadalafil có khả năng ứng dụng vào sản xuất. 2. Nhiệm vụ của luận án 2.1 Nghiên cứu tổng hợp các piperazinedion chứa khung tetrahiđro-β-cacbolin Tổng hợp các hợp chất piperazinedion chúng tôi đi tổng hợp các hợp chất tetrahydro-β-cacbolin làm khung cơ sở, sau đó hợp chất được axyl hoá bằng tác nhân cloaxetyl clorua và vòng hoá với các amin bậc 1 nhận được các piperazinedion. 2.2 Nghiên cứu tổng hợp các piperazinedion mô phỏng hợp chất thiên nhiên Việc đưa thêm các nhóm thế vào vị trí C3 của vòng piperazinedion nhằm tìm kiếm các hợp chất mới theo mô phỏng các hợp chất có nguốn tự nhiên có hoạt tính sinh học mạnh như (-)-phenylahistin (8), roquefortin C (10)… 2.3 Nghiên cứu tổng hợp các hợp chất piperazinedion có khung hexahydropyperazin-[1, 2b]-isoquinolin Các hợp chất hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin được nghiên cứu tổng hợp qua năm bước phản ứng từ nguyên liệu đầu naphthalen-1,4-dion, etyl 2-(diphenylmetyleneamino) axetat và các amin bậc một. 2.4 Nghiên cứu quy trình tổng hợp tadalafil Nghiên cứu xây dựng qui trình tổng hợp tadalafil với qui mô 100g/mẻ nhằm tìm kiếm qui trình triển khai tổng hợp tadalafil có khả năng ứng dụng vào sản xuất. 1 2.5 Xác định hoạt tính gây độc tế bào của một số hợp chất piperazinedion Các hợp chất piperazinedion được thử hoạt tính gây độc tế bào trên 4 dòng tế bào ung thư thực nghiệm. Tế bào ung thư biểu mô KB (Human epidermic carcinoma), ung thư gan Hep-G2 (Hepatocellular carcinoma), ung thư phổi LU (Human lung carcinoma) và ung thư vú MCF-7 (Human breast carcinoma). 3. Những đóng góp mới của luận án 1. Luận án đã tổng hợp được 56 hợp chất piperazinedion mới chứa khung tetrahidro-β-cacbolin từ nguyên liệu đầu L-tryptophan qua 4 bước 2. Luận án đã tổng hợp được 10 hợp chất piperazinedion mới có khung hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin qua năm bước phản ứng. 3. Luận án đã tổng hợp thành công 2 hợp chất piperazinedion mới mô phỏng theo cấu trúc của hợp chất thiên nhiên (-)-phenylahistin. 4. Luận án xây dựng quy trình tối ưu tổng hợp tadalafil với quy mô 100g/mẻ với hiệu suất 86,5%. 5. Luận án đã xác định được 18 hợp chất piperazinedion mới chứa khung tetrahidro-β-cacbolin có hoạt tính ức chế sự phát triển của tế bào ung thư, tập trung vào hai dòng ung thư là KB và LU. Trong đó chất piperazinedion 119a gây độc tế bào tương đối mạnh với cả hai dòng KB (3,59 μg/ml) và LU (8,0 μg/ml), chất piperazinedion 116d gây độc tế bào mạnh với hai dòng Hep-G2 (8,0 μg/ml) và KB (4,4 μg/ml). 4. Bố cục của luận án Luận án có 145 trang bao gồm: Mở đầu: 2 trang Chương 1: Tổng quan 25 trang Chương 2: Thực nghiệm 60 trang Chương 3: Kết quả và thảo luận 55 trang Kết luận: 1 trang Phần tài liệu tham khảo có 116 tài liệu về lĩnh vực liên quan của luận án, được cập nhật dến năm 2015. Phần phụ lục gồm 80 trang gồm các loại phổ của các chất tổng hợp được. 5. Phương pháp nghiên cứu Các chất được tổng hợp theo các phương pháp tổng hợp hữu cơ hiện đại đã biết, có cải tiến và vận dụng thích hợp vào các trường hợp cụ thể. Sản phẩm phản ứng được làm sạch bằng phương pháp sắc kí cột và kết tinh lại. Cấu trúc của sản phẩm được xác định bằng các phương pháp phổ hiện đại như: IR, MS, 1H-NMR, 13C-NMR. Hoạt tính sinh học được thăm dò theo phương pháp của Mossman trên bốn dòng tế bào ung thư KB, Hep-G2, Lu và MCF7. 2 B-NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN Chương 1. TỔNG QUAN Tổng quan gồm 25 trang, tổng kết tài liệu về tình hình nghiên cứu phân lập, hoạt tính sinh học và các phương pháp tổng hợp các hợp chất piperazinedion của các tác giả trong và ngoài nước. Chương 2. THỰC NGHIỆM Thực nghiệm gồm 60 trang, trình bày chi tiết về các phương pháp nghiên cứu, quy trình tổng hợp, tinh chế, các tính chất vật lý của các sản phẩm nhận được như: điểm chảy, hình thái, màu sắc, hiệu suất phản ứng và dữ liệu chi tiết các phổ IR, MS, 1H-NMR, 13C-NMR. Chúng tôi đã đưa ra phương pháp tổng hợp các hợp chất piperazinedion chứa khung tetrahiđro-β-cacbolin từ nguyên liệu đầu là L-tryptophan qua 4 bước. Chúng tôi đã đưa ra phương pháp tổng hợp các hợp chất piperazinedion mô phỏng hợp chất tự nhiên có hoạt tính chống ung thư mạnh, từ nguyên liệu đầu L-tryptophan qua 7 bước. Chúng tôi đã đưa ra phương pháp tổng hợp các hợp chất piperazinedion chứa khung hexahydropyperazin-[1,2b]-isoquinolin từ nguyên liệu đầu là 1,4-naphtoquinon. Chúng tôi đã nghiên cứu tổng hợp tadalafil từ đó đưa ra quy trình tổng hợp tadalafil quy mô 100g/mẻ từ nguyên liệu đầu là D-tryptophan metyl este hiđroclorua và piperonal. Chúng tôi đã xác định hoạt tính gây độc tế bào của một số hợp chất piperazinedion. Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tổng hợp các hợp chất tetrahydro-β-cacbolin Để tổng hợp các hợp chất piperazinedion chúng tôi phải tổng hợp các hợp chất tetrahydro-β-cacbolin làm khung cơ sở, sau đó hợp chất được axyl hoá bằng tác nhân cloaxetyl clorua và vòng hoá với các amin bậc 1 nhận được các piperazinedion. Ngoài ra, tetrahiđro-β-cacbolin còn là các synthon quan trọng cho tổng hợp nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học lý thú khác như tadalafil, do đó chúng tôi nghiên cứu tổng hợp các tetrahydro-β-cacbolin từ L-trytophan. Sơ đồ 1 3.1.1. Tổng hợp tetrahydro-β-cacbolin 112e Chất chìa khóa để tổng hợp các tetrahydro-β-cacbolin là L-tryptophan etyl este 111 được tổng hợp từ nguyên liệu L-tryptophan 110 và etanol trong sự có mặt của xúc tác TsOH và TsCl nhận được hợp chất L-tryptophan etyl este 111 với hiệu suất sản phẩm thô 98%. Tiếp theo, thực hiện phản ứng Pictet-Spengler giữa hợp chất 111 với 2-naphthadehyde nhận 3 được hai hợp chất 112e là hỗn hợp hai đồng phân cis-trans (sơ đồ 2) được tách riêng biệt nhờ sắc ký cột với hiệu suất lần lượt là 28% và 62%. Sơ đồ 2 Trên phổ 1H-NMR của hợp chất cis-112e thể hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng có mặt trong phân tử. Tín hiệu cộng hưởng ở vùng trường cao dạng triplet tại 1,34 ppm (3H, t, J = 7,0 Hz) là đặc trưng của nhóm metyl của nhóm etoxi, ngoài ra tín hiệu tại multiplet trong khoảng 4,24-4,31 ppm (2H, m) là đặc trưng của nhóm metilen của etoxi. Tín hiệu dạng doublet-doublet-doublet tại 3,06 ppm (1H, ddd, J = 2.5, 11.5, 15.0 Hz) được gán cho vị trí H-4a và tín hiệu doublet-doublet-doublet ở 3,26 (1H, ddd, J = 1.5, 15.0, 4.0 Hz) được gán cho vị trí H-4b. Tín hiệu doublet-doublet tại 4,00 ppm (1H, dd, J= 4,0, 11,0 Hz) được gán cho vị trí H-3. Tín hiệu singlet tại 5.39 ppm (1H, s) được gán cho H-1. Ngoài ra trên phổ 1H-NMR thể hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của 11 proton vùng thơm. Trên phổ 13C-NMR của hợp chất cis-112e thể hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của của 24 nguyên tử cacbon, trong đó nhóm CH3 cộng hưởng tại δ = 14,2 ppm, tín hiệu của hai nhóm CH2 cộng hưởng tại 25,6 ppm (C-4) và 61,2 ppm (OCH2), tín hiệu của hai nhóm CH cộng hưởng tại 56,9 ppm (C-3) và 58,8 ppm (C-1), tín hiệu của nhóm cacbonyl cộng hưởng tại 172,7 ppm. Các tín hiệu còn lại là của cacbon thơm. Từ các kết quả phân tích phổ 1H-NMR và 13C-NMR cho phép khẳng định cấu trúc của hợp chất cis-112e. Cơ chế của các phản ứng Pictet-Spengler giữa 111 và các anđehit được giải thích như sau [113,114]: Sơ đồ 3[113,114] 4 3.1.2. Tổng hợp các tetrahydro-β-cacbolin 112 Thành công của phản ứng tổng hợp chất 112e chúng tôi tiếp tục nghiên cứu tổng hợp các tetrahydro-β-cacbolin 112 khác. Nguyên liệu L-tryptophan etyl este 111 phản ứng với các anđehit khác trong điều kiện đun hồi lưu dung môi benzen nhận được các cặp đồng phân cis/trans tetrahydro-β-cacbolin, các đồng phân này được tách riêng biệt nhờ sắc ký cột. Cấu trúc của các sản phẩm được chứng minh bằng các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (phụ lục 1-18). Hiệu suất phản ứng Pictet-Spengler giữa hợp chất 111 với các anđehit và tỷ lệ các đồng phân cis/trans được tóm tắt trong bảng 3.1. Sơ đồ 4 Bảng 3.1: Hiệu suất và tỷ lệ các đồng phân trong phản ứng Pictet-Spengler STT Hợp chất 1 112a 2 112b 3 112c 4 112d 5 112e 6 112f Nhóm thế Ar 3-metoxiphenyl 3-bromphenyl 4-metoxiphenyl 4-bromphenyl 2-Naphtyl 3-furyl Hiệu suất (%) 90 90 79 77 69 78 Tỉ lệ cis/trans 31/69 34/66 21/79 23/77 29/71 32/68 δC1-H (cis/trans) 5,22/5,39 5,20/5,40 5,20/5,36 5,23/5,35 5,39/5,53 5,24/5,33 Từ bảng 3.1 cho thấy, tỷ lệ đồng phân cis 112 thấp hơn đồng phân trans 112. Kết quả này phù hợp với các công bố trước đây về tổng hợp khung tetrahiđro-β-cacbolin bằng phản ứng Pistet-Spengler [112-113]. Cũng theo các kết quả công bố trước đây đã chứng minh rằng, dựa vào độ dịch chuyển hóa học (δ) của proton ở C1 nhận biết được các đồng phân cis và trans. Đồng phân cis thì δ (C1-H) dịch chuyển về phía trường cao, còn đồng phân trans thì δ (C1-H) dịch chuyển về phía trường thấp [112-113]. Như vậy, luận án đã tổng hợp được 12 hợp chất tetrahiđro-β-cacbolin từ nguyên liệu đầu là L-tryptophan qua hai bước phản ứng este hóa và phản ứng Pictet-Spengler. Đây là nguyên liệu quan trọng để tổng hợp các piperazinedion. 3.2. Tổng hợp các hợp chất etyl-2-(2-cloroaxetyl)-1-aryl-2,3,4,9-tetrahydro-1H-β-cacbolin-3-cacboxylat (113) Các hợp chất 113 là chìa khóa quan trọng trong mắt xích tổng hợp các hợp chất piperazinedion. Các hợp chất 113 được tổng hợp nhờ phản ứng của các hợp chất 112 với tác nhân 2-cloroaxetyl clorua trong sự có mặt của dung dịch NaHCO3 bão hòa trong dung môi 5 ... - tailieumienphi.vn