TRƯ
MỘ
T S
AZA
ARTEMISININ
QUA C
VỚI ĐỊ
NH HƯ
KHÓA LU
BỘ Y TẾ
TRƯ
ỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ N
Ộ
NGUYỄN TRUNG KIÊN
TỔNG HỢP
T S
Ố DẪN XUẤ
T LAI HÓA
ARTEMISININ
-
AMINOQUINOLIN
QUA C
ẦU NỐ
I AMID
NH HƯ
ỚNG CHỐ
NG S
Người hướng dẫn:
1. TS. Đào Thị Kim Oanh
2. TS. Nguyễn Quốc Vượng
Nơi thực hiện:
Viện Hóa sinh biển
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Hà Nội - 2015
LỜI CẢM ƠN
Trước khi bắt đầu viết những phần chính trong khóa luận này, tôi xin
được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến những người trong suốt thời gian
qua đã luôn ở bên cạnh giúp đỡ tôi hoàn thành một cách tốt nhất khóa luận tốt
nghiệp.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tôi xin bày tỏ lời cám ơn
chân thành đến TS. Đào Thị Kim Oanh, ThS. Trần Thị Lan Hương - Bộ
môn Hóa Dược - Trường Đại học Dược Hà Nội và TS. Nguyễn Quốc
Vượng, TS. Lê Nguyễn Thành, ThS. Trần Hữu Giáp - Trung tâm Nghiên
cứu phát triển thuốc - Viện Hóa sinh biển - Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam, thầy cô đã không chỉ tạo những điều kiện tốt nhất giúp tôi
hoàn thành khóa luận mà đã luôn có những hướng dẫn chính xác và kịp thời
những lúc tôi gặp khó khăn, luôn ở bên động viên tôi, tạo cho tôi động lực và
niềm tin lớn.
Tôi cũng xin bày tỏ những tình cảm thân thương đến các anh chị và các
bạn làm việc và học tập tại Trung tâm phát triển thuốc - Viện Hóa sinh biển -
Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam, những người đã chia sẻ vui
buồn, đồng hành cùng tôi trong suốt thời gian qua.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã
quan tâm, động viên tạo động lực cho tôi đi đến ngày hôm nay.
2.1.1. Hóa chất 15
2.1.2. Thiết bị dụng cụ 15
2.2. Nội dung nghiên cứu 16
2.2.1. Tổng hợp dẫn xuất 4-aminoquinolin từ 4,7-dicloquinolin (2a-c) 16
2.2.2. Tổng hợp dẫn xuất carboxylic của N-azaartemisinin (4) 16
2.2.3. Tổng hợp dẫn xuất lai hóa giữa N-azaartemisnin với 4-aminoquinolin (5a-c) 16
2.3. Phương pháp nghiên cứu 17
2.3.1. Tổng hợp hóa học 17
2.3.2. Kiểm tra độ tinh khiết 17
2.3.3. Xác định cấu trúc 18
Chương 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 19
3.1. Tổng hợp hóa học 19
3.1.1. Tổng hợp dẫn xuất 4-aminoquinolin từ 4,7-dicloquinolin (2a-c) 19
3.1.2. Tổng hợp dẫn xuất carboxylic của N-azaartemisinin (4) 20
3.1.3. Tổng hợp dẫn xuất lai hóa giữa N-azaartemisnin với 4-aminoquinolin (5a-c) 21
3.2. Kiểm tra độ tinh khiết 22
3.3. Xác định cấu trúc 24
3.3.1. Phổ hồng ngoại (IR) 24
3.3.2. Phổ khối lượng (MS) 25
3.3.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (
1
H-NMR) 26
3.3.4. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (
13
C-NMR) 29
3.4. Bàn luận 30
3.4.1. Tổng hợp hóa học 30
3.4.2. Khẳng định cấu trúc 33
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37
IC
50
Nồng độ ức chế 50% tế bào
IR Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy)
MeOH Methanol
MS Phổ khối lượng (Mass spectrometry)
PPQ Piperaquin
SKLM Sắc ký lớp mỏng
TMS
Tetramethylsilan
DANH MỤC CÁC BẢNG
STT Tên bảng Trang
Bảng 1.1
Phân loại thuốc sốt rét theo mục đích điều trị 3
Bảng 1.2
Các dẫn chất của artemisinin
6
Bảng 1.3
Một số phác đồ ACTs được khuyến cáo bới WHO 8
Bảng 1.4
f
của
các chất
2a-c
,
4
,
5a-c
22
Bảng 3.3
Nhiệt độ nóng chảy của các chất
2a-c
,
4
,
5a-c
23
Bảng 3.4
Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (IR) của các chất
5a-c
24
Bảng 3.5
Kết quả phân tích phổ khối lượng (MS) của các chất
2a-c
,
5a-c
Hình 1.1
Công thức hóa học một số hợp chất điều trị sốt rét
thuộc nhóm 4-aminoquinolin
4
Hình 1.2
Công thức hóa học 1 số hợp chất điều trị sốt rét thuộc
nhóm aryl-amino-quinolin
5
Hình 1.3
Quy trình tổng hợp hợp chất lai hóa giữa artemisinin và
quinin theo John J. Walsh
10
Hình 1.4
Quy trình tổng hợp hợp chất lai hóa giữa artemisinin và
primaquin theo Rita Capela
11
Hình 1.5 Công thức hóa học của trioxaquin và trioxolaquin 12
Hình 1.6 Quy trình tổng hợp một số dẫn xuất N-azaartemisinin 13
Sơ đồ 2.1 Tổng hợp các hợp chất trong khóa luận 17
Sơ đồ 3.1 Tổng hợp chất
2a
19
Sơ đồ 3.2 Tổng hợp chất
2b
19
Sơ đồ 3.3 Tổng hợp chất
2c
20
Sơ đồ 3.4 Tổng hợp chất
3
tăng nguy cơ tương tác thuốc, tăng giá thành điều trị và việc sử dụng thuốc
cũng sẽ trở nên phức tạp hơn [8,11,12,16,29].
Phương pháp lai hóa là một hướng đi mới trong nghiên cứu thuốc điều
trị sốt rét trong đó liên kết hai phân tử thuốc thành một phân tử duy nhất đã
tạo điều kiện thuận lợi cho người bệnh sử dụng thuốc mà vẫn hạn chế được
khả năng kháng thuốc của kí sinh trùng sốt rét [21,28].
Phác đồ điều trị phối hợp giữa một dẫn xuất của artemisinin và các dẫn
xuất nhóm 4-aminoquinolin cũng đang là phác đồ điều trị phổ biến nhất hiện
nay. Bên cạnh đó, năm 1995, Daniel S. Torok và Herman Ziffer đã nghiên
cứu tổng hợp, chứng minh hoạt tính điều trị sốt rét của N-azaartemisinin. Vì
vậy chúng tôi thực hiện đề tài “Tổng hợp một số dẫn chất lai hóa
azaartemisinin-aminoquinolin qua cầu nối amid với định hướng chống sốt
rét” với mục tiêu tổng hợp và xác định cấu trúc của 3 dẫn xuất lai hóa
artemisinin-aminoquinolin mới chưa được công bố trong tài liệu nào [18,35].
2
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Lịch sử phát triển của các thuốc chống sốt rét
Bệnh sốt rét là căn bệnh truyền nhiễm đã xuất hiện từ thời cổ đại, được
người Ai Cập cổ mô tả trên giấy gió và được bác sĩ nổi tiếng người Hy Lạp
Hippocrates ghi lại khá cụ thể. Ban đầu con người đã biết sử dụng vỏ cây
canh ki na tuy nhiên phải đến đầu thế kỉ XIX, các nghiên cứu hóa học về
thuốc điều trị sốt rét mới thực sự được chú ý, đặc biệt là sau khi nguyên nhân
gây bệnh được bác sĩ người Pháp Laveran xác định vào năm 1880 [2].
Thuốc sốt rét đầu tiên được sử dụng dưới dạng hoạt chất là quinin vào
năm 1834 sau khi được phân lập cùng với 30 alkaloid khác từ cây canh ki na.
Sau đó, năm 1925, plasmoquin - dẫn xuất nhóm 8-aminoquinolin đầu tiên
được tổng hợp ở Đức dựa trên cấu trúc của xanh methylen. Từ đó, atebrin,
mepacrin, primaquin tiếp tục được phát triển [10,25].
P. malariae
Primaquin
Thuốc dự phòng
nguyên nhân
Thuốc diệt thể vô tính ở chu kỳ
tiền hồng cầu
Pyrimethamin,
cloroquin
Thuốc chống lan
truyền
Diệt giao bào trong máu Primaquin
1.3. Quinin và các hợp chất liên quan
1.3.1. Quinin
Là một trong những alkaloid từ cây canh ki na. Quinin
có khả năng tiêu diệt nhanh thể phân liệt trong hồng
cầu của kí sinh trùng sốt rét, riêng với P.vivax và
P.malarie có thể diệt cả thể giao tử. Thời gian bán thải
các thuốc thuộc nhóm này đều khá dài, với quinin là
khoảng từ 11 - 18h. Mặc dù được phát hiện và sử dụng từ rất lâu, tuy nhiên do
hiệu quả điều trị thấp và độc tính cao nên quinin dần dần được thay thế bằng
những hợp chất mới có các đặc tính tốt hơn [13,23].
N
O
N
HO
Quinin
4
NCl
HN
thuốc có tác dụng tốt trong việc dự phòng lây truyền sốt
rét do tiêu diệt được thể ngủ của kí sinh trùng [16].
1.3.2.3. Nhóm aryl-amino-quinolin
Mefloquin, lumafantrin, halofantrin là các đại diện của nhóm aryl-
amino-quinolin có tác dụng trên thể phân liệt trong máu của P.falciparum và
5
N
Mefloquin
F
3
C
CF
3
OH
NH
Halofantrin
HO
N
CF
3
Cl
Cl
P.vivax (Hình 1.2), không có tác dụng trên thể ngủ trong gan nên khi dùng
thường phối hợp với primaquin. Lumefantrin là dạng mới của halofantrin,
hiện tại chỉ được sử dụng phối hợp với artemisinin [17].
Hình 1.2. Công thức hóa học 1 số hợp chất điều trị sốt rét
thuộc nhóm aryl-amino-quinolin
H
O
O
Bảng 1.2. Các dẫn chất của artemisinin
1.4.3. Hoạt tính chống sốt rét của artemisinin và các dẫn xuất
Artemisnin và dẫn xuất không bền và có thời gian bán thải ngắn khoảng
3 - 4h, có tác động trực tiếp và nhanh chóng trên các chủng Plasmodium, kể
cả với các chủng đã kháng lại các loại thuốc chống sốt rét khác, đồng thời
cũng có khả năng tiêu diệt nhanh thể phân liệt của kí sinh trùng sốt rét ở giai
đoạn hồng cầu. Vì vậy hiệu quả điều trị bởi artemisinin được thể hiện rõ rệt
khi mà các triệu chứng biến mất nhanh chóng. Tuy nhiên cũng vì đặc điểm
này mà bệnh nhân thường không tuân thủ điều trị làm nguy cơ kháng
artemisinin của kí sinh trùng sốt rét trở nên nghiêm trọng [4,27].
1.4.4. Hiện tượng kháng artemisinin của kí sinh trùng sốt rét
Tình trạng kháng thuốc của kí sinh trùng sốt rét vẫn luôn là một vấn đề
phức tạp, sự đề kháng của P. falciparum với các loại thuốc thế hệ trước như
cloroquin và sulfadoxin-pyrimethamin trở nên phổ biến trong những năm
1970 và 1980, tác động nghiêm trọng tới các nỗ lực phòng chống bệnh sốt rét.
Artemisinin khi đó trở thành lựa chọn hàng đầu ở những khu vực cloroquin và
các thuốc khác bị giảm hiệu lực đối với P.falciparum. Tuy nhiên trong những
năm gần đây, ký sinh trùng kháng artemisinin đã được phát hiện tại 5 quốc
gia trong khu vực tiểu vùng sông Mekong: Campuchia, Lào, Myanmar, Thái
Lan và Việt Nam. Trong đó việc sử dụng artemisinin đơn lẻ bằng đường
uống, gọi là đơn trị liệu được cho là một nguyên nhân quan trọng góp phần
vào sự xuất hiện và lây lan của sự kháng thuốc này [32].
hợp mới thì rất cần thiết có các biện pháp ngăn ngừa, làm chậm quá trình đề
kháng của kí sinh trùng với artemisinin [17].
1.5.1. Phối hợp thuốc
Phối hợp thuốc là liệu pháp điều trị sử dụng đồng thời nhiều hơn một
loại thuốc có cơ chế tác dụng và đích tác dụng khác nhau. Do artemisinin có
đặc điểm thời gian bán thải rất ngắn nên khi sử dụng đơn độc phải sử dụng
liên tục trong nhiều ngày để đảm bảo nồng độ trong máu. Vì vậy nếu sử dụng
artemisinin phối hợp với một thuốc điều trị sốt rét có thời gian bán thải dài sẽ
rút ngắn thời gian điều trị nhưng vẫn giữ được hiệu quả. Bên cạnh đó, việc
phối hợp cùng lúc hai thuốc có cơ chế tác dụng khác nhau, tác dụng trên các
giai đoạn phát triển khác nhau của kí sinh trùng sẽ mang lại tác dụng hiệp
đồng làm giảm nguy cơ kháng thuốc của kí sinh trùng sốt rét [28].
Hiện nay phác đồ điều trị sử dụng artemisinin và các dẫn xuất của nó
phối hợp với một thuốc sốt rét khác (ACTs) được WHO khuyến cáo sử dụng
8
và thực tế đang được sử dụng rộng rãi khi mà có tới 79/88 quốc gia có
P.falciparum lựa chọn ACTs là phác đồ điều trị đầu tay. Một số phác đồ điều
trị cụ thể được trình bày trong bảng 1.3 [29,32].
Bảng 1.3. Một số phác đồ ACTs được khuyến cáo bới WHO
Phác đồ Tỉ lệ phối hợp
Artemether phối hợp lumefantrin
20 mg artemether và 120 mg lumefantrin
Artesunat phối hợp amodiaquin
25/67,5 mg, 50/135 mg hoặc 100/270 mg
artesunat và amodiaquin.
Dihydroartemisinin phối hợp
piperaquin
40 mg dihydroartemisinin và 320 mg
Quinin + Clindamycin
Phụ nữ có thai
trên 3 tháng
DHA-PPQ DHA-PPQ DHA-PPQ
1.5.2. Phương pháp lai hóa
Mặc dù phương pháp phối hợp thuốc được sử dụng phổ biến hiện nay
nhưng không phải là không có những nhược điểm. Việc phối hợp hai hay
nhiều loại thuốc sử dụng đồng thời sẽ làm tăng nguy cơ tương tác thuốc cùng
9
với đó việc sử dụng thuốc cũng sẽ trở nên phức tạp hơn. Ở những vùng khó
khăn - nơi mà bệnh sốt rét phát triển nhất việc đáp ứng đủ thuốc cho liệu pháp
phối hợp này cũng đang là một vấn đề, bên cạnh đó chi phí điều trị cũng lớn
hơn khoảng 10 lần so với liệu pháp điều trị thông thường [21,28].
Phương pháp lai hóa là kết hợp hai phân tử thuốc thành một phân tử duy
nhất giúp không phải dùng nhiều loại thuốc trong cùng một thời điểm cũng
như có thể hạn chế được các tương tác có thể xảy ra. Bên cạnh đó việc phân
phối thuốc cũng được đơn giản hóa và giảm giá thành điều trị. Vì vậy tổng
hợp các hợp chất theo phương pháp lai hóa là một hướng đi mới, tạo điều kiện
thuận lợi cho người bệnh trong sử dụng thuốc. Ưu điểm của các hợp chất tổng
hợp bằng phương pháp lai hóa là vẫn có có đầy đủ những điểm mạnh của
phương pháp phối hợp thuốc đó là tác dụng nhanh giảm nhanh triệu chứng,
tác dụng trên nhiều giai đoạn phát triển của kí sinh trùng với những cơ chế
khác nhau, có thể tác dụng với P.falciparum đa kháng [32].
1.6. Một số hợp chất nghiên cứu tổng hợp theo phương pháp lai hóa
1.6.1. Artemisinin và quinin
Từ các nghiên cứu trước đó chỉ ra rằng hoạt tính của quinin phụ thuộc
vào vòng quinolin và nhóm hydroxy mà không bị ảnh hưởng bởi vòng
quinuclidin. Vì vậy để hình thành hợp chất lai hóa John J. Walsh và các cộng
sự đã chuyển nhóm vinyl (I) thành carboxyl (II) rồi gắn với DHA - một trong
8,95
1.6.2. Artemisinin và primaquin
Trong nghiên cứu của Rita Capela và các cộng sự đã tổng hợp được hai
hợp chất lai hóa giữa artemisinin và primaquin (hợp chất IV và V). Trong đó,
hợp chất IV được tổng hợp từ axit artelinin, hợp chất V được tổng hợp từ
10β-allyldeoxoartemisinin và primaquin [14] (Hình 1.4).
11 Hình 1.4. Quy trình tổng hợp hợp chất lai hóa giữa artemisinin và primaquin
theo Rita Capela
Kết quả thử hoạt tính cho thấy, với thể ngủ trong gan được thử in vitro
với chủng P.berghei, hợp chất IV và V có hoạt tính tốt khi nồng độ IC
50
thấp
hơn rất nhiều so với artemisinin và primaquin dùng phối hợp tỉ lệ 1:1. Còn với
thể phân liệt trong máu thử in vitro với chủng P.falciparum W2, hợp chất IV
và V cho kết quả nồng độ IC
50
tương đương với artemisinin dùng đơn độc
(Bảng 1.6) [14].
Bảng 1.6. Kết quả thử hoạt tính in vitro với chủng P.berghei và chủng
P.falciparum W2
Hợp chất
Nồng độ IC
50
(nM)
P.berghei P.falciparum W2
Primaquin Không thử 3300
Artemisinin Khổng thử 8,2
n
1.6.3. Trioxaquin/ Trioxolaquin
Trioxaquin là một hợp chất gồm 2 nhóm có hoạt tính là 1,2,4-trioxan
tương tự artemisinin và vòng 4-aminoquinolin (Hình 1.5). Trioxolaquin có
cấu trúc tương tự trioxaquin nhưng thay vòng trioxan bằng vòng ozonit.
Hình 1.5. Công thức hóa học của trioxaquin và trioxolaquin
Trioxaquin có tác dụng trên thể kháng cloroquin và pyrimethamin của
P.falciparum. Trong đó trioxolaquin cho thấy tác dụng mạnh hơn trioxaquin
và một số trioxolaquin cho thấy tác dụng in vitro trên P.falciparum tốt hơn cả
cloroquin và artemisinin [21].
Điểm mạnh của hợp chất lai hóa này là có cơ chế tác dụng kép với cơ
chế tác dụng khác nhau, một là sự alkyl hóa heme của vòng trioxan và hai là
ức chế quá trình tiêu hóa hemoglobin ở kí sinh trùng của vòng quinolin vì vậy
có thể làm chậm hoặc ngăn chặn sự gia tăng của hiện tượng kháng thuốc.
Ngoài ra khi vòng trioxan bị chuyển hóa thì
vòng quinin vẫn có thể hoạt động như một
thuốc chống sốt rét đơn lẻ. Tiêu biểu nhất là
SAR116242 hiện đang được thử nghiệm tiền
lâm sàng bởi Sanofi-Aventis [24].
1.7. Tổng hợp và hoạt tính chống sốt rét một số dẫn xuất N-azaartemisinin
Artemisinin và các dẫn chất của nó đã được sử dụng để điều trị sốt rét từ
rất lâu và hiện tại vẫn đang giữ một vị trí quan trọng trong cuộc chiến với đại
dịch sốt rét. Tuy nhiên cấu trúc phân tử artemisinin và dẫn xuất vẫn còn tồn
tại những hạn chế do vòng peroxid và vòng lacton kém bền nên không ổn
N
HN
Cl
H
N
C
6
H
5
CH
2
VIIb
CH
2
CH
3
VIIk
Allyl
VIIc
CH
2
CH
2
CH
3
VIIl
CH
2
CH
2
VIIn
4-ClC
6
H
4
VIIf
C(CH
3
)
3
VIIo
CH
2
COOCH
2
CH
3
VIIg
C
6
H
5
VIIp
CH
2
15
Chương 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên liệu, thiết bị
2.1.1. Hóa chất
Hóa chất và dung môi được mua từ những nhà cung cấp như công ty hóa
chất Aldrich, Merck hay Acros và sử dụng không qua tinh chế thêm.
Hóa chất chính
- 4,7-Dicloroquinolin
- 1,3-Diaminopropan
- 1,4-Diaminobutan
- 1,6-Diaminohexan
- Artemisinin
Dung môi và các hóa chất khác
- Khí Nitơ
- 1,1'-Carbonyldiimidazol
- Triethylamin
- Methanol
- Acetonitril
- THF
- Diclometan
- Ethylacetat
- Na
- N-(4-aminobutyl)-7-cloroquinolin-4-amin (2b)
- N-(6-aminohexyl)-7-cloroquinolin-4-amin (2c)
2.2.2. Tổng hợp dẫn xuất carboxylic của N-azaartemisinin (4)
- 3-((3R,6R,9R,12aR)-3,6,9-trimethyl-10-oxodecahydro-3,12-
epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isoquinolin-11(12H)-yl)propanoic (4)
2.2.3. Tổng hợp dẫn xuất lai hóa giữa N-azaartemisnin với 4-aminoquinolin (5a-c)
17
- N-(3-((7-cloroquinolin-4-yl)amino)propyl)-3-((3R,6R,9R,12R,12aR)-
3,6,9-trimethyl-10-oxodecahydro-3,12-epoxy[1,2]dioxepino[4,3-
i]isoquinolin-11(12H)-yl)propanamid (5a)
- N-(4-((7-cloroquinolin-4-yl)amino)butyl)-3-((3R,6R,9R,12R,12aR)-3,6,9-
trimethyl-10-oxodecahydro-3,12-epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isoquinolin-
11(12H)-yl)propanamid (5b)
- N-(6-((7-cloroquinolin-4-yl)amino)hexyl)-3-((3R,6R,9R,12R,12aR)-3,6,9-
trimethyl-10-oxodecahydro-3,12-epoxy[1,2]dioxepino[4,3-i]isoquinolin-
11(12H)-yl)propanamid (5c)
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Tổng hợp hóa học
Dựa trên những nguyên tắc và phương pháp cơ bản của hóa học hữu cơ
để tổng hợp các hợp chất theo sơ đồ 2.1.
Dùng SKLM để theo dõi quá trình tiến triển của phản ứng.
Sơ đồ 2.1. Tổng hợp các hợp chất trong khóa luận
2.3.2. Kiểm tra độ tinh khiết
Tinh chế sản phẩm bằng sắc kí cột hoặc kết tinh.
Kiểm tra độ tinh khiết của sản phẩm bằng SKLM và nhiệt độ nóng chảy.
Copyright: Tài liệu đại học ©