MỞ ĐẦU
Ung thư là một trong những căn bệnh nguy hiểm gây tỉ lệ tử vong hàng
đầu trên thế giới bởi ung thư có thể có ở bất kỳ bộ phận nào của cơ thể và
phát triển nhanh chóng cùng với nhiều diễn biến bất thường. Mỗi năm trên thế
giới có khoảng 14,1 triệu người được chẩn đoán mắc bệnh ung thư trong đó
có khoảng 8,2 triệu trường hợp tử vong. Ở Việt Nam, mỗi năm có khoảng
124.000 ca mắc ung thư mới với tỉ lệ tử vong chiếm gần 75% [79,80]. Tất cả
những số liệu trên cho thấy ung thư đang có ảnh hưởng lớn đối với sức khỏe và
tính mạng của con người không chỉ ở Việt Nam mà còn ở trên toàn thế giới.
Ngày 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 [1,59-68].
Ở sinh vật nhân chuẩn, topoisomerase I (Top1) là một enzym cần thiết
cho nhiều quá trình quan trọng của tế bào như phiên mã, sao mã và phân ly
vào nhiễm sắc thể. Vai trò của Top1 là giúp giãn xoắn DNA sợi kép khi DNA
thực hiện các quá trình tái bản và phiên mã, trong đó enzym sẽ liên kết cộng
hóa trị với DNA cho đến khi đóng xoắn. 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 Top1
đó là mất khả năng tháo xoắn các sợi DNA của Top1 và con đường thứ hai là
gây “ngộ độc” enzym bằng cách tạo liên kết cộng hóa trị với DNA dưới dạng
phức [1,28,42,44,68].
Camptothecin (1) được biết đến là chất có khả năng gây ức chế
topoisomerase I. Các sản phẩm tan trong nước được bán tổng hợp từ
campothecin như Topotecan (2), Irinotecan (3) là các chất gây ức chế Top1
duy nhất hiện được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (The
U.S. Foodand Drug Administration) cấp phép làm thuốc chống ung thư [1].

1



với hy vọng sẽ làm tăng khả năng gây độc tế bào ung thư. Đồng thời luận án
cũng thiết kế tổng hợp các indenoisoquinolin mới chứa nhóm thế giàu điện tử
ở vòng B, với ý tưởng làm tăng khả năng gây độc tế bào ung thư thông qua
các liên kết giữa indenoisoquinolin với DNA và Top1 tại vị trí phân cắt của
topoisomerase I [22,28,42-45,68].

Hình 3: Các indenoisoquinolin mục tiêu tổng hợp
Với những ý nghĩa cấp thiết và thực tiễn trên, luận án đã chọn đề tài là:
“Nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính chống ung thư của các hợp chất
indenoisoquinolin”.

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Các phương pháp tổng hợp indenoisoquinolin
1.1.1. Các phương pháp chính tổng hợp indenoisoquinolin
Hiện nay tổng hợp các dẫn chất của indenoisoquinolin được thực hiện
theo các phương pháp chính sau đây:
Phương pháp thứ nhất: Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin thông
qua phản ứng ngưng tụ của anhiđrit homophtalic với các bazơ Schiff
[3,5,8,34].
Phương pháp thứ hai: Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin dựa trên
phản ứng của indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion (59) với các amin bậc 1
[1,2,4,12,13,15,28÷33,35].
Phương pháp thứ ba: Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin thông qua
phản ứng đóng vòng của 3–arylisoquinolin [14,16,17].
Phương pháp thứ tư: Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin dựa trên
phản ứng đóng vòng của dẫn chất styrenic enamit [21,23].


70°C.

Cũng theo phương pháp này Gang Ahn và cộng sự đã tổng hợp được
các dẫn chất indenoisoquinolin từ 31a-31e một cách dễ dàng như mô tả trong
sơ đồ 1.1.3. Thực tế, đầu tiên của quá trình tổng hợp là O-ankyl hóa 2, 3 hoặc
4–hydroxyl–benzanđehit

(26)

với

2-đimetylaminoetyl

hoặc

3-

đimetylaminopropyl clorua được các dẫn chất hydroxybenzanđehit tương ứng
27. Tiếp theo ngưng tụ với đimetylaminoetyl-, propyl- và butylamin được các
hợp chất imin 28, sau đó cho phản ứng với anhiđrit homophtalic để được hỗn
hợp điastereome của 3-aryl-4-cacboxylisoquinolon 30. Tiếp theo, cis axít
phản ứng với SOCl2 tạo thành clorua axít, sau đó nhờ phản ứng axyl hóa
Friedel−Crafts (axyl hóa nội phân tử) nhận được chất từ 31a-31e [5].
R4

4
HO

a


O
R2
28

HO

N

4
R

O

3
R
N
O

29 O

R1

9

O

4
R
3
8 R

R2, R4 = H; R3 = O-(CH2)2-N(CH3)2

Sơ đồ 1.1.3: Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquuinolin theo Gang Ahn
và cộng sự [5].

6


Tác nhân và điều kiện phản ứng sơ đồ 1.1.3: (a) đimetylamino ankyl chlorua Cl(CH2)n-N(CH3)2 (n = 2 hoặc 3), K2CO3, DMF, đun hồi lưu, 6 h; (b) R1-NH2, MgSO4,
CHCl3,nhiệt độ phòng,18 h. Đối với quá trình tổng hợp các hợp chất 28, bổ sung
TEA; (c) THF (MeOH cho quá trình tổng hợp các hợp chất 30e), 0 oC, 1 h; (d)
SOCl2, đun hồi lưu, 18 h; (e) AlCl3, CH2Cl2, 0 oC, 3 h.

Phương pháp tổng hợp indenoisoquinolin nhờ phản ứng ngưng tụ của
anhiđrit homophtalic với các bazơ Schiff này cũng được Muthukaman
Nagarajan và các cộng sự sử dụng để tổng hợp các dẫn chất chứa khung
indenoisoquinolin có chứa nhóm -CHO ở vòng A. Đi từ chất ban đầu là axít 4metylbenzen-1,2-đioic (32) thực hiện phản ứng vòng hóa nhóm nghiên cứu đã
thu được 5-metylanhiđrit homophtalic (33). Sau đó cho 33 phản ứng với bazơ
Schiff 34 thu được hợp chất trung gian 35 với sự có mặt của thionyl clorua, sử
dụng phản ứng Friedel−Crafts tạo ra indenoisoquinolin metyl- thay thế 36, cuối
cùng oxi hóa 36 để được anđehit 37 [3].

Sơ đồ 1.1.4: Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin theo Martin CondaSheridan và cộng sự [3].

7


Tác nhân và điều kiện phản ứng sơ đồ 1.1.4: (a) AcCl, đun hồi lưu; (b) CHCl3;
(c) (i) SOCl2, PhH, (ii) AlCl3, PhNO2, (ClCH2)2; (d) (i) NBS, AIBN, hv, CCl4, đun
hồi lưu, (ii) AgNO3, đioxan.

+

N

O

BnO

H3CO
H

O

41

40

OCH3
Br

O
OCH3

OH

CO2H

H3CO
d



N

OH
H3CO

O

e
N

R

R=

H3CO
O

N

44b

44

Sơ đồ 1.1.5: Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquuinolin theo Maris A. Cinelli và
cộng sự [8].
Tác nhân và điều kiện phản ứng sơ đồ 1.1.5: (a) BnBr, DMF, K2CO3, nhiệt độ
phòng; (b) 3-bromopropylamin HBr, Et3N, Na 2SO4, CHCl3; (c) CHCl3, 10 °C tới

8


Br

OBn
O

OBn
CO 2H

OCH3
H3CO

H3CO

c

d

OCH3
N

N

Br

Br

H3CO

H3CO


H3CO
O

N

R=

N

N

51

O

R=

50a

N

N

51a

O

O
R=

Sơ đồ 1.1.7. Tổng hợp hợp chất 7-aza-indenoisoquinolin [34].
Trong trường hợp này, hợp chất 7-aza-indenoisoquinolin 55 được
tổng hợp nhờ phản ứng ngưng tụ của 2-pyridyl Schiff với anhiđrit
homophtalic tạo thành hợp chất cis-axít 54, sau đó axyl hóa nội phân tử
nhờ phản ứng Friedel−Crafts. Phương pháp này cho phép tạo ra hợp chất
indenoisoquinolin với vòng D chứa dị vòng, để tạo ra các hợp chất mới.
Tuy nhiên, trong trường hợp này do pyridin có khả năng phản ứng thế
electrophin rất thấp nên phản ứng vòng hóa chất 54 thành chất 55 rất khó
khăn.

10


1.1.3. Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin dựa trên phản ứng của
indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion với các amin bậc 1.
Trước hết để tổng hợp các indenoisoquinolin theo phương pháp này,
Andrew Morrell, Mark Cushman và cộng sự đã tiến hành tổng hợp indeno[1,2c]isochromen-5,11-đion nhờ phản ứng ngưng tụ của 2-cacboxybenzanđehit
(56) và phtalit (57) với sự có mặt của NaOMe, MeOH tạo thành sản phẩm
trung gian 58, sau đó chuyển hóa thành indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion
(59) nhờ phản ứng vòng hóa trong môi trường axít chỉ trong một bước phản
ứng nhờ thiết bị loại nước Dean−Stark. Tiếp đó, indeno[1,2-c]isochromen5,11-đion (59) được chuyển thành indenoisoquinolin khi phản ứng với amin
bậc một (sơ đồ 1.1.8) [9].

Sơ đồ 1.1.8. Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin bằng phản ứng ngưng
tụ 2-cacboxybenzanđehit và phtalit [9].
Phương pháp tổng hợp indenoisoquinolin dựa trên phản ứng của
indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion với các amin bậc 1, cũng được Mark
Cushman và cộng sự sử dụng để tổng hợp các dẫn chất khác nhau của
indenoisoquinolin khi cho etyl 3-oxo-1,3-đihyđroisobenzofuran-5-cacboxylat
(60) phản ứng với N-bromosuccinimit để được hợp chất trung gian 61. Thủy

O

61, 79%

O

OH
O

O

57

O
O
O

62, 98%

H3CO

c

O

O

O

65a. R= OCH3 ,65%


Sơ đồ 1.1.9: Tổng hợp các indenoisoquinolin theo Mark Cushman và cộng sự
[3].
Tác nhân và điều kiện phản ứng sơ đồ 1.1.9: (a) NBS, CCl4, AIBN, hv, đun hồi
lưu; (b) H2O, đun hồi lưu; (c) (i) EtOAc, MeOH, NaOMe, đun hồi lưu, (ii) HCl, (iii)
PhH, pTsOH, đun hồi lưu; (d) THF; (e) KOH, THF, H2O, (ii) HCl, H2O; (f) (i)
SOCl2, PhH, đun hồi lưu, (ii) NH3, THF.

Các hợp chất khung indenoisoquinolin cũng được tổng hợp nhờ phản
ứng ngưng tụ của 6-xyano-3-hydroxyphtalit (68) với phtalit (57) nhận được
isochromenon 69, sau đó qua các phản ứng chuyển hóa như mô tả ở sơ đồ
1.1.10 tạo thành các dẫn xuất indenoisoquinolin 70 – 72 [28].

12


OH

Br
a

O

b

NC
66

O



N

R

NC
72 R= N(CH 3)2

O
c

O
O

R
d (e)

O
NC

69

O

O

Sơ đồ 1.1.10. Tổng hợp các indenoisoquinolin bằng phản ứng ngưng tụ của 6xyano-3-hydroxyphtalit với phtalit [28].
Tác nhân và điều kiện phản ứng sơ đồ 1.1.10: (a) NBS, hν, CCl4; (b) H2O,
đun hồi lưu; (c) (i) NaOMe, MeOH, EtOAc, (ii) HCl, (iii) p-TsOH, PhH; (d) THF,
Et3N, đun hồi lưu; (e) CHCl3, Et3N, đun hồi lưu.

nhóm amin vòng, amin bậc một và bậc 2 ở vòng B và vòng D, sau đó nghiên
cứu hoạt tính ức chế Top I của chúng. Trong số các dẫn xuất tổng hợp được,

14


hợp chất 83a (R=F, R1= N-metyl-piperazin) có hoạt tính và gây độc tế bào
trên hai dòng Hep-G2 và HCT-116 với giá trị IC50 lần lượt là 0,019 và 0,093
µM. Ngoài ra, các chất 83b và 83c có hoạt tính gây độc tế bào trên một số
dòng tế bào ung thư và hoạt tính ức chế Top1 tương đương và thậm chí cao
hơn so với các thuốc Topotecan (2), Irinotecan (3) (hình 1.1.1) [6,26].

Hình 1.1.1. Các dẫn chất có nhóm thế NO2 ở vòng A và các nhóm thế
halogen như Cl, F và OMe ở vòng D [6,26].

Sơ đồ 1.1.13. Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin có chứa mạch nhánh
là các ancol, aminoancol [4].
Tác nhân và điều kiện phản ứng sơ đồ 1.1.13: (a) CHCl3, đun hồi lưu.

15


Mark Cushman và cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp các dẫn chất
indenoisoquinolin có chứa mạch nhánh là các ancol, điol và aminoancol (sơ
đồ 1.1.13, 1.1.14 và 1.1.15) và nghiên cứu hoạt tính gây độc trên các dòng tế
bào ung thư và hoạt tính ức chế Top1. Trong số các hợp chất tổng hợp được,
hợp chất 87b có hoạt tính cao hơn so các thuốc camptothecin, các thuốc
Topotecan, Irinotecan (Hai thuốc có dẫn chất thuộc lớp indenoisoquinolin
đang được thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II) [4].


trong 97a-d bằng cách cho phản ứng với DDQ dung môi là metylenclorit thu
được các hợp chất 98a-c. Oxy hóa 98a-c bằng PDC thu được các andehit 99ac tương ứng, sau đó xử lý các andehit thu được bằng HCl 10% trong axeton
cho các sản phẩm cộng đóng vòng là các indenoisoquinolin 100a-c với hiệu
suất 59-93% .

17


R1
10 OH
%
HC
l

Sơ đồ 1.1.17. Tổng hợp indeno[1,2-c]isoquinolin thông qua phản ứng đóng
vòng của 3–arylisoquinolin [16].
Điều đặc biệt là khi các indenoisoquinolin 100a-c

có nhóm chức

rượu ở vị trí số 11 được phản ứng với rượu khác nhau trong sự có mặt của
HCl 10% thu được các hợp chất ankoxy tương ứng 103a-c. Đó là kết quả của
các phản ứng liên tiếp: mất nước của dẫn chất 101 trong môi trường axít và
tấn công nucleophin liên tiếp của rượu vào vị trí C-11 của dẫn chất 102. Mặt
khác khi thực hiện phản ứng tách hydroxyl ở vị trí C-11 trong

các

indenoisoquinolin 100a-c bằng xúc tác 5% Pd/C dưới áp suất 80 psi trong
EtOH cũng thu được các indenoisoquinolin 104a-c với hiệu suất đạt 59-95%.


19


sau đó bị oxy hóa bởi PDC thu được andehit 108a-c với hiệu suất tốt (8890%). Phản ứng của anđehit 108a-c với Ph3PCH 3Br trong sự có mặt của
n-BuLi xảy ra cho styren 109a-c với hiệu suất 62-95%. Styren 109a-c xử
lý với n-Bu3SnH trong sự có mặt của ACCN cho 6,11-đihydro-5Hindeno[1,2-c]isoquinolin-5-on 110a-c với hiệu suất 55-88%.
PMBO
PMBO
R

Me

R1

1) n-BuLi, THF
2) Mel, NaH
(PMBCl, K2CO3)

+
NC

NHMe

N

95

97



DDQ
H2 O
CH2Cl2

a: (73%), b: (90%), c: (73%)

H

Br

R1

PDC
N
107

O

CH2Cl2
R2

Br

R1

O
N

a: (73%), b: (69%), c: (81%)

110

O

a: (95%), b: (62%), c: (89%)

R2

O

a: (88%), b: (39%), c: (29%)

Sơ đồ 1.1.18. Tổng hợp indenoisoquinolin theo Won-Jea Cho và các cộng sự
[17].
Won-Jea Cho và cộng sự đã tiến hành các xét nghiệm thử hoạt tính gây
độc tế bào của các hợp chất tổng hợp được trên các dòng tế bào khối u ở
người bao gồm A 549 (khối u phổi), Col2 (khối u ruột), SNU-638 (khối u dạ

20


dày), HT1080 (khối u xơ) và HL-60 (ung thư bạch cầu). Kết quả được đối với
các nhóm thế R1, R2 là các nhóm Me, PMB, H cho thấy indenoisoquinolin
110 thể hiện khả năng gây độc chống lại năm dòng tế bào này mạnh hơn so
với 3–arylisoquinolin 106, 107, 108 và 109. Hoạt tính chống lại dòng tế bào
HL 60 của indenoisoquinolin 110 trong khoảng 1,70-8,5 µM và dao động từ
2,58 đến 9,0 µM với bốn dòng tế bào khác nhưng hoạt tính ức chế Top1 lại
không mạnh [17].
Mark Cushman và các cộng sự [20] cũng sử dụng phương pháp này
tổng hợp khung indenoisoquinolin thông qua phản ứng đóng vòng của

đồng

phân

hóa

thành

(benzo[d][1,3]đioxol-5-yl)(5,6-đihydro-[1,3]đioxolo[4,5-g]isoquinolin-8yl)metanol 120 và sự tạo vòng thứ hai xảy ra trong môi trường axít tạo hợp
chất trung gian 121, sau đó thơm hóa cho dẫn chất 122 và tách hiđro hình
thành norindenoisoquinolin 119 [20].

22


1.1.5. Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin thông qua phản ứng đóng
vòng của dẫn chất styrenic enamit.
Axel Couture và các cộng sự [23] đã sử dụng phương pháp này để tổng
hợp nên indeno[1,2-c]isoquinolin-5,11-đion 132a-d như sơ đồ 1.1.20.
O
R2

R2

COOH

1. NaH, THF
NHR3 nhiÖt ®é phßng, 2h

1. (COCl)2, toluen-DMF


R1

125a,c,d

R3

O

R2

P

N
O

O

R
2. CH3COCl
-78oC tíi nhiÖt ®é
phßng, 5h
54-66%

70-85%

2

N


R4

R

R4

R3

O

2

O

N
R5

B(OH)2
1
128-130 R

R2
xóc t¸c Grubbs'
toluen, ®un håi luu, 3h
76-88%

A

B


N
10% HCltrong axeton,
nhiÖt ®é phßng, 24h
81-93%

R2

R3
PDC, CH2Cl2
r.t., 12h

R1

N
R1

R3

C

R4 73-85%

R4

134a-d O

HO
133a-d

R5

benzamit 124a, c, d qua các axít clorua của chúng ở điều kiện tiêu chuẩn.

23


Phản ứng tách proton của 124a, c, d với NaH trong THF, muối natri amit
NaNH2 và axetylclorua cho dẫn chất N-axetyl-O-vinylbenzamit 125a, c, d với
hiệu suất 54-66%. Các hợp chất 125a, c, d tiếp xúc với KHMDS trong THF ở
-78oC tạo ra kali enolat 126, sau đó phản ứng với điphenyl clorophotphat cho
vinyl photphat 127. Tiếp theo cho dẫn chất 127 phản ứng với axít 2formylboronic 128-130, xúc tác Pd(PPh3)4, dung dịch Na2CO3 (2M) và một
vài giọt EtOH được hồi lưu trong THF thu được đistyren amit 131a-d. Sau đó
tiến hành phản ứng chuyển vị đóng vòng RCM dẫn chất 131a-d với 5% mol
chất xúc tác Grubbs' thế hệ thứ 2 trong toluen trong thời gian 3h cho 3arylisoquinolon 132a-d với hiệu suất 76-88%. Các hợp chất 132a-d xử lý với
10% HCl trong axeton cho các sản phẩm đóng vòng hydroxyl 133a-d với
hiệu suất tốt (81-93%). Cuối cùng nhóm hydroxyl của dẫn chất 133a-d
chuyển đổi thành nhóm cacbonyl bởi quá trình oxy hóa với PDC trong
CH2Cl2 cho indenoisoquinolin 134a-d với hiệu suất tốt (73-85%) [21,23].

24


1.2. Hoạt tính chống ung thư của các hợp chất indenoisoquinolin
1.2.1. Cơ chế ức chế topoisomerase I (Top1) của indenoisoquinolin.
Ở sinh vật nhân chuẩn, topoisomerase I (Top1) là một enzym cần thiết
cho nhiều quá trình quan trọng của tế bào vì nó giúp giãn xoắn DNA sợi kép
khi DNA thực hiện các quá trình tái bản và phiên mã [45-72]. Cơ chế tác
động của Top1 bắt đầu với sự tấn công nucleophin của các nhóm hydroxyl
Tyr723 của enzym vào một liên kết phosphođieste trong DNA tạo thành một
phức trung gian trong đó đầu 3’ của sợi gián đoạn được liên kết cộng hóa trị
với O-photphođieste và liên kết với tyrosin của Top1. Bước tiếp theo bao gồm