TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA: HÓA HỌC

ĐẶ NG THỊ T H Ú Y NG ÂN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ
INDENOISOQUINOLINE CÓ DẪN
XUẤT BROM Ở MẠCH NHÁNH

KHÓA LUẬN
TỐT NGHIỆP
ĐẠI
HỌC
•
•
•
•
Chuyên ngành: Hữu cơ

Người hướng dẫn khoa học
T h .s LỤC Q U A N G TẤN

HÀ NỘI- 2015


LỜI CĂM ƠN

Khóa luận tốt nghiệp này được hoàn thành tại phòng Hóa dược, Viện Hóa
học, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Với tất cả sự kính trọng và biết ơn chân thành, sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn
đến ThS. Lục Quang Tấn đã định hướng và hướng dẫn em tận tình trong suốt thời



MỤC LỤC
MỞ Đ Ầ U ..........................................................................................................................................1
1. Lí do chọn đề t à i ................................................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên c ứ u .........................................................................................................4
3. Nhiệm vụ nghiên c ứ u .......................................................................................................... 4
C H Ư Ơ N G 1. TỔ NG Q U A N ......................................................................................................5
1.1. Tổng quan về indenoisoquinoline............................................................................... 5
1.1.1. Công thức cấu t ạ o .....................................................................................................5
1.1.2. Mô hình phân tử trong không g ia n ....................................................................... 5
1.1.3. Công thức phân tử: C 16H 8N O 2 R ............................................................................5
1.2. Tình hình nghiên c ứ u .......................................................................................................6
1.2.1. Trên thế g i ớ i ...............................................................................................................6
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong n ư ớ c ....................................................................... 10
1.3. Hoạt tính sinh học của một số dẫn xuất indenoisoquinoline.............................. 10
1.3.1. Các dân xuất indenoisoquinolin có nhóm aminoprơpyl ở vòng B .............15
ỉ . 3.2. Các dân xuất ỉndenoỉsoquỉnoỉỉne có nhóm thế dimethylaminopropyl
ở vòng B ................................................................................................................................. 19
1.3.3. Các dân xuất ỉndenoỉsoquinoỉin có vòng imdazoỉyl p r o p y l .........................21
1.3.4. Các dân xuất indenoisoquinolin có vòng morpholinopropyl ở vòng B ...22
1.3.5. Các dân xuất índenoísoquỉnoỉỉn cỏ nhóm thế ethanol a m i n o .....................23
1.3.6. Các dân chất có nhóm thế N O 2 ở vòng A và các nhóm thế halogen như
Cl, F và R 1 là các nhóm amin vòng, amin bậc ỉ và bậc 2 .......................................25
1.4. Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu trong tổng hợp hữu c ơ ................ 27
1.4.1. Phương pháp sẳc kí bản m ỏ n g ............................................................................27
1.4.2. C h i ế t ...........................................................................................................................28
1.4.3. Loại bỏ dung môi ở áp suất th ấ p........................................................................ 28
1.4.4. Sắc kỉ c ộ t ...................................................................................................................28
1.4.5. Phương pháp nhoi cột huyền p h ù ....................................................................... 29

38
3.1.3. Tông hợp chât 6-(2,3-dibrompropyl)-5H-indeno[ì,2-c]isoquinolin5.1 l(6H )-dion ( 6 7 ) .......................................................................................................... 39
3.2. Hằng số vật lí và các dữ kiện phổ của các hợp c h ấ t ..............................................39
3.2.1. Hợp chất indeno[l,2-c]isơchromen-5,1 ì - d i o n ............................................... 39
3.2.2. Hợp chất 6-allyl-5H-indeno[ 1,2-c]isoquinolin-5,l 1 (6 H ) -d io n ................. 40
3.2.3. Hợp chất 6-(2,3-dibrompropyl)-5H-indenơ[ỉ,2-c]isoquinolin-5,1 ì(6H )d i o n ......................................................................................................................................... 40
3.3. Ket quả và thảo l u ậ n ......................................................................................................40
KẾT L U Ậ N .................................................................................................................................. 45


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

[a]D

Độ quay cực Specific Optical Rotation

'H - NMR

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton
Proton Magnetic Resonance Spectroscopy

13c

- NMR

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân cacbon 13
Carbon - 13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

'H - 'H COSY



Phổ khối lượng ban phá nguyên tử nhanh
Fast Atom B om bardm ent Mass Spectrometry

HM BC

Heteronuclear Mutiple Bond Connectivity

HM QC

Heteronuclear Mutiple Quantum Coherence

H R - F A B - MS

Phổ khối lượng ban phá nguyên tử nhanh phân giải cao
High Resolution Fast Atom Bom bardm ent Mass Spectrometry

IR

Phổ hong ngoại Infrared Spectroscopy

°c

ĐỘ Cencius

Me

Nhóm Methyl

NBS

Dimethylfomamide

EDCI

1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide

NBS

N-Bromsuccinimide

Tdpl

Tyrosyl-DNA phosphodiesterase Ĩ

Topi

Topoisomerase I

Val

Valine

Thr

Threonine

Pro

Proline


Hình 4: Một số dẫn chất indenoisoquinolin mới được tổng hợp ở Việt N a m .................. 10
Hình 5: Sự tạo phức T opl - D N A ...................................................................................................11
Hình 6: Mô hình hoạt động của T d p l .......................................................................................... 13
Hình 7: Các dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm aminopropyl ( 38a- 40 b )....................15
Hình 8: Mô hình liên kết giả của 39 trong trung tâm hoạt đông của T d p l ........................ 16
Hình 9: Các dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm aminopropyl (4 1 a,b )...........................17
Hình 10: Khảo sát hoạt tính của hợp chất 41 a,c........................................................................ 17
Hình 1 l:C ác dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm aminopropyl với nhóm thế ởC3 ...18
Hình 12 : M ột số dẫn chất của indenoisoquinoline khi thay thế nhóm -N H 2 bằng

1

số nhóm khác ( -OH, -Br, N3, m orpholinyl__ ) .........................................................................19
Hình 13 : Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm thế d im e thylam inopropyl............ 19
Hình 14: Các dẫn xuất indenoisoquinolin có vòng imdazolyl propyl................................. 21
Hình 16: Các dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm the ethanol a m i n o .............................. 23
Hình 17: Các dẫn chất có nhóm thế N 0 2 ở vòng A và các nhóm thế halogen như
Cl, F và RI là các nhóm amin vòng, amin bậc 1 và bậc 2 ..................................................... 25
Hình 18: Phổ 13C-NM R của hợp chất 6 7 .................................................................................42
Hình 19: Phổ 13C-NMR của hợp chất 68 ................................................................................. 44
Bảng 1: Ket quả thử hoạt tính gây độc tế bào (IC50a) và hoạt tính ức chế Topl của
các dẫn xuất indenoisoquinolin từ 38a-40bl5
Bảng 2: Hoạt tính gây độc (GI50 |J.M) của các dẫn chất từ 48,50, 51................................. 19
Bảng 3: Hoạt tính gây độc (GI 50 M-M) của các dẫn chất từ 52 - 54 .....................................22
Bảng 4: Hoạt tính gây độc (GI50 |aM) của các dẫn chất từ 55 - 5 8 ....................................23
Bảng 5: Hoạt tính gây độc (GI50 |J.M) của các dẫn chất từ 78 - 81................................... 24
Bảng 6: Hoạt tính chống ung thư tế bào của các dẫn chất 63a-65i...................................... 25


Sơ đồ 1: Các con đường tổng hợp indeoisoquinoline................................................................ 7

Sơ đồ 8: Cơ chế hình thành sản phẩm 6 8 ................................................................................... 43


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tàỉ
Ung thư là căn bệnh giết người số 1 thuộc nhóm bệnh không lây (noncommunicable diseases - NCDs), có tỉ lệ từ vong hàng đầu và chiếm 1/5 các ca tử
vong trên toàn thế giới. Quỹ Nghiên cứu Ung thư thế giới (World Cancer Research
Fund) cho biết có khoảng 14,1 triệu người mỗi năm được chẩn đoán mắc bệnh ung thư
trong đó có khoảng 8,2 triệu trường hợp tử vong, nhưng con số này được dự đoán sẽ
tăng lên 19 triệu vào năm 2025, 22 triệu vào năm 2030 và 24 triệu vào năm 2035. Con
số trên tương đương với việc cứ 54 giây trôi qua sẽ có người thiệt mạng vì căn bệnh
này. Với tỷ lệ ung thư hiện tại, thì 1/5 nam giới và 1/ố phụ nữ trên toàn thế giới sẽ mắc
bệnh ung thư trước tuổi 75, trong đó cứ 1 trong 8 người đàn ông và 1 trong 12 phụ nữ
sẽ chết vì căn bệnh này. Trong năm 2012, các bệnh ung thư phổ biến nhất được chẩn
đoán là ung thư phổi, ung thư vú, ung thư đại tràng hoặc ung thư

ruột, trong đó

nguyên nhân phổ biến nhất gây từ vong do ung thư là ung thư phổi, ung thư gan và
ung thư dạ dày [15].
P re d ic te d g lo b a l c a n c e r ca s e s
Cases (millions)

0 --------------------------------------------------------------- —
2012

2015

2020



đã có thêm 3 cơ sở điều trị ung

thư. Chúng ta có bệnh viện ung bướu Hà Nội, bệnh viện ung bướu TP.H CM , bệnh
viện ung bướu Cần Thơ, các trung tâm ung bướu, khoa ung bướu ở bệnh viện đa khoa
tại các tỉnh, thành phố lớn chưa kể các bệnh viện ung bướu tư nhân đã hoạt động được
một vài năm trở lại đây như bệnh viện Ung thư Đà Nằng, bệnh viện ung bướu Hưng
V iệt.... PGS Trần Văn Thuấn, Phó Giám đốc Bệnh viện K, Viện trưởng Viện Nghiên
cứu và Kiểm soát ung thư cũng cho biết, mỗi năm viện к tiếp nhận thêm 20-30%
lượng bệnh nhân mới và điều đáng chú ý là độ tuổi mắc ung thư ở Việt Nam sớm hơn
so với thế giới đến 2 thập niên. Cụ thể là trên thế giới, độ tuổi mắc ung thư cao từ 6080 tuổi. Còn ở Việt Nam , độ tuổi này chỉ vào khoảng 40-60 tuổi [14].
Tất cả những số liệu trên đủ đê thấy ung thư đang có ảnh hưởng như thế nào đối
với sức khỏe và tính mạng của con người không chỉ ở Việt Nam mà còn ở trên toàn thế
giới. N gày nay, chúng ta có thể để điều trị ung thư trên cấp độ tế bào với độ chính xác
và hiệu quả khá cao. Trong đó, Topoisomerase là đích đến hiệu quả trong việc nghiên
cứu và tổng hợp thuốc điều trị ung thư vì Topoisomerase bị ức chế sẽ gây chết tế bào
ung thư do tế bào này phân chia rất nhanh chóng.
Trong cơ the song, Topoisomerase I (Top I) là enzym xúc tác cho nhiều thay
đổi về cấu trúc liên kết của phân tử DNA, tạo điều kiện cho những quá trình sinh lý
quan trọng diễn ra bên trong tế bào ung thư như phiên mã, sao mã và phân ly vào

2


nhiễm sắc thể. Vai trò của Top I là để tháo xoắn DNA bằng cách tạo ra một sợi
nucleotit duy nhất. Trong đó enzyme sẽ liên kết hóa trị với DNA cho đến khi đóng
xoắn. Như vậy sự tồn tại và phát triển của tế bào nhân chuẩn phụ thuộc vào enzyme
Top I. Do đó, nó là mục đích trị liệu tiềm năng trong việc điều trị chống ung thư. Có
hai con đường có thể ức chế Top I đó là ức chế khả năng tháo xoắn của các sợi DNA
và phương pháp thứ 2 là gây “ngộ độc” enzyme bằng cách đặt nó như một phức hợp

được

tiến

hành

nhằm

cải

thiện

và

nâng

cao

hoạt tính

sinh

học

của

các

indenoisoquinolin. Việc nâng cao hoạt tính sinh học của các indenoisoquinolincó ý
nghĩa thực tiễn vô cùng quan trọng trong việc điều trị ung thư trên thế giới cũng như là


Tiến hành đo phổ và giải phổ để kiểm tra cấu trúc của

sản phẩm tổng hợp.

4


CHƯƠNG 1: TỎNG QUAN
1.1.

Tổng quan về ỉndenoisoquỉnoline

1.1.1. Công thức cẩu tạo

Khung cacbon bao gồm vòng A và B là vòng isoquinolin
và vòng

c

và D là vòng indeno

Danh pháp: 6-R -6H -indeno[l,2-c]isoquinolin-5,l 1-dion.

1.1.2. M ô hình phân tử trong không gian

1.1.3. Công thức phân tử: CióHgNOiR.

5


-:ï5ï^^path c
ỌBn

12

ỌBn
NHMe

NC"

13

14

16

Sơ đồ 1: Các con đường tông hợp indeoisoquinolỉne.
Hiện nay phương pháp tổng hợp khung indenoisoquinolin được thực hiện theo
các phương pháp chính sau đây:
Phương pháp thứ nhất (path a) : tông hợp dựa trên phản ứng của benz[d]indeno[l,2-b]pyran-5,l 1-diones 8 với các nhóm amin bậc 1.
Phương pháp thứ hai (path b) : nhờ phản ứng ngưng tụ của homophthalic
anhydride với các bazơ Schiff khác nhau. Đầu tiên là phản ứng ngưng tụ Schiff bazo
11 với homophthalic anhydrides 10 tạo sản phảm ưu tiên cis-iso quinolones 12, tiếp đó
là thế SOCỈ 2 nội phân tử và cuối cùng là phản ứng Fried-Crafts.

7


i:xrc00H


hồi

nhiệt độ phòng; (g) SOCỈ 2 , nhiệt độ phòng; (f) imidazole hoặc morpholine, Nai, DMF,

70°c.
Mark Cushman và các cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp các dẫn chất của
indotecan (5) và indimitecan (6) như mô tả trong sơ đồ sau: Bước chìa khóa tổng hợp
khung indenoisoquinolin là phản ứng ngưng tụ chất 20 với bazơ Schiff nhận được axit
23 chọn lọc ở dạng cis. Tiếp theo, cis axit phản ứng với SOCỈ 2 tạo thành clorua axit,
sau đó nhờ phản ứng axyl hóa Friedel-C rafts (axyl hóa nội phân tử) nhận được chất
24. Sau cùng hợp chất 24 được phản ứng với các amin nhận được các dẫn chất của
indotecan (5) và indimitecan (6)
Phương pháp thứ ba (path c): tổng hợp nhờ phản ứng thế của NH tự do với hợp
chất 3-arylisoquinolones (12) đã được phản ứng với adilithiated toluamide (13)
benzonitrile (14) có sự đóng vòng trong quá trình phản ứng.

8


Phương pháp thứ tư (path d) : Phương pháp tổng hợp khung indenoisoquinolin
nhờ phản ứng ngưng tụ của 2-carboxybenzalđehyde (26) và phthalide (27) trong sự có
mặt của N aO M e, M eOH tạo thành sản phẩm trung gian (28), sau đó chuyên hóa thành
lăcton (29) nhờ phản ứng vòng hóa trong môi trường axit chỉ trong một bước phản ứng
nhờ thiết bị loại nước D ean-S tark.

Sau đó, lăcton (29) được chuyển thành

indenoisoquinolin khi phản ứng với amin bậc một (sơ đồ 3).
o


32

o

31

30

33

NH,
d ho/E e

35 R= — 1—

/^N

37 R= N(CH3)2

34

0
Sơ đồ 4: Tông hợp các indenoỉsoquinolin bằng phản ứng ngưng tụ của 6-cyano-3hydroxyphthalide với phthalide

9


Sơ đồ 4: Tác nhân và điều kiện phản ứng: (a) 3-Cl-perBzOH, NBS, hv, CCU;
(b) H 2 O, đun hồi lưu; (c) (i) NaO M e, M eOH, EtOAc, (ii) HC1, (iii) pTsOH, PhH; (d)
THF, Et 3N, đun hồi lưu; (e) CHCI 3 , Et 3N, đun hồi lưu.

10


thực hiện các quá trình tái bản và phiên mã. Cơ chế tác động của T opl bắt đầu với sự
tấn công nucleophin của các nhóm hydroxyl Tyr723 của enzyme tới một liên kết
phosphodiester trong DNA, thay các đầu 5' trở thành đồng hóa trị gắn liền với các đầu
3' của DNA, hình thành 1 liên kết cộng hóa trị phức tạp: T o p l-D N A . T o p l-D N A là
một phức trung gian chuyển tiếp trong phản ứng xúc tác của T o p l, giúp quá trình tháo
xoắn DNA được tiến hành nhanh chóng. Tuy nhiên T opl cũng rất dễ bị mất hoạt tính
do các tác động từ môi trường trong và ngoài tế bào, dẫn đến sự sai khác, đứt gãy
DNA, một số đơn vị DNA bị oxy hóa hoặc sửa đổi... . Các tác nhân đó gây ra sự sắp
xếp sai giữa các 5'-hydroxyl với các liên kết phosphodiester tyrosyl-DNA làm gián
đoạn sự tạo phức T o p l-D N A và ức chế các phản ứng của T opl.[6]

vAAAAAAAT

Hình 5: Sự tạo phức T opỉ- DNA.
M ặt khác, trong tế bào liên kết phosphodieste được thủy phân bằng các enzyme
đặc hiệu phospholipaza D ở nhiều môi trường khác nhau. Trong đó Tyrosyl-DNA
phosphodiesterase I (T d p l) đã được chứng minh là siêu enzyme chỉ xúc tác cho quá
trình thủy phân liên kết phosphodiester giữa Tyr723 của xúc tác Topl và DNA-3'-

11


phosphate. Do đó, T dpl được cho là gắn liền đến việc sửa chữa các tổn thương DNA.
T dpl có phổ biến ở sinh vật nhân chuẩn, đóng một vai trò sinh lý quan trọng, như gen
đột biến H493R chịu trách nhiệm về sự thoái hóa hiếm gặp của một NST thường gây
suy nhược thần kinh - căn bệnh mất điều hòa spinocerebellar. T dpl cũng có khả năng
loại bỏ các 3'- phosphoglycolate do sự oxy hóa DNA tổn thương bởi bleomycin và sửa

o

trong xúc tác T o p l và sự tấn công của gốc

Tys723 tới đầu 3 ’ của DNA (hình 6). Các nhóm chức của gốc Lys265 và Lys495 được
tìm thấy trong trung tâm hoạt động của xúc tác là ở các liên kết giữa nguyên tử

o

với

nhóm phosphate, tạo ra các liên kết cộng hóa trị của His263 với đầu 3 ’-phosphate của
DNA. Ket quả là phosphoramide được ổn định bằng liên kết hidro với xúc tác K265 và
K495. Ở bước thứ 2, phức trung gian được thủy phân bởi lgốc HÌS4 9 3 .H 2O thông qua

13


một phản ứng S N 2 thứ hai. Bước phản ứng đề xuất này được chứng minh nhờ nghiên
cứu invitro, cho thấy các đột bien SCAN1 H493R dẫn đến sự tích lũy các hợp chất
trung gian cộng hóa trị T d p l-D N A . Sản phẩm cuối cùng trong quá trình này là một
phân tử DNA có đầu 3'-phosphate và giải phóng các gốc Hys. Quá trình tái tạo lại
DNA sau đó được thực hiện bởi DNA-polimerase và DNA-ligarase. Vai trò của Tpdl
là thủy phân liên kết phosphotyrosyl-DNA trong phức T o p l-D N A biến tính hoặc thoái
hóa. Điều này giúp định hướng cho hóa trị liệu là dựa trên sự tạo thành những thương
tổn và sai khác trong DNA của tế bào khối u. N hư vậy, phức hợp T o p l-D N A bị mất
hoạt tính có thể phát sinh ra chất độc của Topl như camptothecins (CPTs) hoặc
indenoisoquinolines được sử dụng trong điều trị ung thư. Do đó, với quan hệ giữa Top
1 - Tdp 1, chất ức chế Tdp 1 có thể làm tăng tác dụng của chất độc Top 1 dù sự liên kết
giữa các enzyme làm cho T dpl - đích hiệu quả cho việc điều trị ung thư ít được biết

38a, n = 0
38b,n = 1

39

40b
40a

Hình 7: Các dẫn xuất ỉndenoỉsoquỉnoỉỉn cỏ nhóm aminopropyl ( 38a- 40b)
Bảng 1: Ket quả thử hoạt tính gây độc tế bào (IC50a) và hoạt tính ức chế T opl của các
dẫn xuất indenoisoquinolin từ 38a-40b
Giá trị gây độc tế bào (GI50 in |iM )a
lung

colon

compd

MGM
melanoma

HOP-

renal

prostate

breast

HCT-


0
0.38c

38b

1.56

0.54

1.69

1.46

1.57

2.33

1.86

++

39

1.56

0.54

1.69