BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

VŨ NGỌC DOÃN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ DẪN XUẤT
NAPHTHOQUINON BẰNG PHẢN ỨNG DOIMINO
VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CHÚNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội - 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

VŨ NGỌC DOÃN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ DẪN XUẤT
NAPHTHOQUINON BẰNG PHẢN ỨNG DOIMINO

LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn tới tập thể thầy cô
hướng dẫn khoa học là GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến và TS. Đặng Thị Tuyết Anh Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giao đề tài và trực
tiếp định hướng, chỉ bảo và giúp đỡ em trong toàn bộ quá trình thực hiện Luận án.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy, các Cô, các cán bộ Viện Hóa học,
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giảng dạy, hướng dẫn em hoàn
thành các học phần và các chuyên đề trong Chương trình đào tạo.
Tôi cũng được gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Lê Nhật Thùy Giang, TS.
Phạm Thế Chính, KS. Hoàng Thị Phương, CN. Nguyễn Bích Thuận và các cán bộ,
nhân viên Phòng Hóa dược, Viện Hóa học đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt
thời gian thực hiện Luận án.
Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn đến chỉ huy, lãnh đạo Bộ môn Phòng hóa,
Khoa Hóa – Lý kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quân sự; Đoàn 871 Tổng cục chính trị,
Bộ Quốc phòng; Viện Hóa học, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi về thời gian, công
việc, thủ tục để tôi có thể hoàn thành Luận án của mình.
Cuối cùng, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp
đã động viên, giúp đỡ tôi về mọi mặt trong suốt quá trình thực hiện Luận án.
Trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày

tháng năm 2017

Tác giả luận án

NCS. Vũ Ngọc Doãn


DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT


Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng

H-NMR

hưởng từ hạt nhân proton
13

C-NMR

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

s: singlet

d: doublet

m: multiplet

dd: double doublet

t: triplet

q: quartet
dt: doublet triplet

Các chữ viết tắt khác
IC50

The half maximal inhibitory concentration: Nồng độ tác


DMPU

1,3-Đimetyltetrahydro-2(1H)-pyrimidinon

THF

Tetra hydro furan

CAN

Ceri(IV) amoni nitrat

DIAD

Điisopropyl azodicacboxylat

TMS-N3

Trimetylsilyl azid

TBAF

Tetra-n-butylammoni florua

LDA

Liti điisopropyl amin

MeCN


TDAE

Tetrakis (đimetyl amino) etylen

t-BuOH

tert-Butanol

i-PrOH

Iso Propanol

BnNH2

Benzylamin

PPh3

Triphenyl phosphin

MeOH

Metanol

EtOAc

Etyl axetat

(DHQ)2PH


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng

Tên bảng

Trang

Bảng 2.1. Chi tiết thực nghiệm tổng hợp các hợp chất 169 ........................................... 35
Bảng 2.2. Chi tiết thực nghiệm tổng hợp các hợp chất 181 ........................................... 45
Bảng 2.3. Chi tiết thực nghiệm tổng hợp các hợp chất 188 ........................................... 54
Bảng 2.4. Chi tiết thực nghiệm tổng hợp các hợp chất 199 ........................................... 65
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của dung môi và thời gian phản ứng đến hiệu suất tổng hợp hợp
chất 169a ........................................................................................................................ 82
Bảng 3.2. Các hợp chất triflometylat tetrahydrobenzo[g]chromen 169a-l .................... 83
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của dung môi và thời gian phản ứng đến hiệu suất tổng hợp hợp
chất 181a ........................................................................................................................ 92
Bảng 3.4. Các hợp chất 2,3-dihydronaphtho[2,3-b]furan-4,9-dion 181a-l.................... 93
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của dung môi và thời gian phản ứng đến hiệu suất tổng hợp hợp
chất 188a ........................................................................................................................ 99
Bảng 3.6. Các hợp chất benzo[h]cinnolin-5,6-dion 188a-o ........................................ 100
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của dung môi và thời gian phản ứng đến hiệu suất tổng hợp hợp
chất 199a ...................................................................................................................... 108
Bảng 3.8. Các hợp chất benzo[f]indol-4,9-dion 199a-n .............................................. 109
Bảng 3.9. Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất benzo[h]cinnolin-5,6dion tổng hợp 188a-o ................................................................................................... 116


DANH MỤC CÁC HÌNH




Hình 3.10. Cấu trúc tinh thể của hợp chất 169b ............................................................ 89
Hình 3.11. Phổ IR của hợp chất 181b ............................................................................ 94
Hình 3.12. Phổ 1H-NMR của hợp chất 181b ................................................................. 94
Hình 3.13. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 181b ......................................................... 95
Hình 3.14. Phổ 13C-NMR của hợp chất 181b ................................................................ 96
Hình 3.15. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 181b ........................................................ 96
Hình 3.16. Cấu trúc tinh thể của hợp chất 181b ............................................................ 97
Hình 3.17. Phổ IR của hợp chất 188f........................................................................... 101
Hình 3.18. Phổ 1H-NMR của hợp chất 188f ................................................................ 103
Hình 3.19. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 188f ........................................................ 103
Hình 3.20. Phổ 13C-NMR của hợp chất 188f ............................................................... 104
Hình 3.21. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 188f ....................................................... 104
Hình 3.22. Cấu trúc tinh thể của hợp chất 188f ........................................................... 105
Hình 3.23. Phổ IR của hợp chất 199k .......................................................................... 110
Hình 3.24. Phổ 1H-NMR của hợp chất 199k ............................................................... 111
Hình 3.25. Phổ giãn 1H-NMR của hợp chất 199k ....................................................... 111
Hình 3.26. Phổ 13C-NMR của hợp chất 199k .............................................................. 112
Hình 3.27. Phổ giãn 13C-NMR của hợp chất 199k ...................................................... 113
Hình 3.28. Phổ HRMS-ESI của hợp chất 199k ........................................................... 113
Hình 3.29. Cấu trúc tinh thể của hợp chất 199k .......................................................... 114
Hình 3.30. Cấu trúc phân tử và hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất 188 .......... 118


DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
Sơ đồ

Tên sơ đồ


Sơ đồ 1.22. Tổng hợp hợp chất benzo[f]indol-4,9-dion theo Jin-Wei Sun.................... 29
Sơ đồ 1.23. Tổng hợp hợp chất benzo[f]indol-4,9-dion theo Shanshan Guo ................ 29
Sơ đồ 1.24. Tổng hợp hợp chất benzo[f]indol-4,9-dion theo Quang H. Luu ................ 30
Sơ đồ 1.25. Tổng hợp các hợp chất benzo[f]indol-4,9-dion theo L. Zha ...................... 30
Sơ đồ 2.1. Tổng hợp các muối pyridin ......................................................................... 33
Sơ đồ 2.2. Tổng hợp các hợp chất 169 .......................................................................... 35
Sơ đồ 2.3. Tổng hợp các hợp chất 181 ......................................................................... 44
Sơ đồ 2.4. Tổng hợp các hợp chất 188 ......................................................................... 53
Sơ đồ 2.5. Tổng hợp các hợp chất 199.......................................................................... 65
Sơ đồ 3.1. Chiến lược tổng hợp của đề tài ..................................................................... 77
Sơ đồ 3.2. Sơ đồ tổng hợp các muối pyridin ................................................................. 78
Sơ đồ 3.3. Sơ đồ tổng hợp chất 135 ............................................................................... 79
Sơ đồ 3.4. Cơ chế hình thành hợp chất 135 ................................................................... 81
Sơ đồ 3.5. Sơ đồ phản ứng tổng hợp hợp chất 169a ...................................................... 82
Sơ đồ 3.6. Sơ đồ phản ứng tổng hợp các hợp chất 169 ................................................. 83
Sơ đồ 3.7. Cơ chế đề xuất hình thành hợp chất 169 ...................................................... 90
Sơ đồ 3.8. Tổng hợp dẫn chất 181a ............................................................................... 91
Sơ đồ 3.9. Sơ đồ tổng hợp các chất 181a-l ................................................................... 92
Sơ đồ 3.10. Cơ chế đề xuất hình thành hợp chất 181 .................................................... 98
Sơ đồ 3.11. Tổng hợp hợp chất 188a ............................................................................. 99
Sơ đồ 3.12. Tổng hợp các hợp chất 188a-l .................................................................. 100
Sơ đồ 3.13. Cơ chế đề xuất hình thành hợp chất 188 .................................................. 106
Sơ đồ 3.14. Tổng hợp hợp chất 199a ........................................................................... 107
Sơ đồ 3.15. Tổng hợp hợp chất 199 ............................................................................. 109
Sơ đồ 3.16. Cơ chế đề xuất hình thành hợp chất 199 .................................................. 115


MỤC LỤC

Trang

1.4. Định hướng và mục tiêu của luận án ...................................................................... 30
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM..................................................................................... 32
2.1. Phương pháp nghiên cứu, nguyên vật liệu và thiết bị ............................................. 32
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 32
2.1.2. Hóa chất và dung môi .......................................................................................... 32
2.1.3. Xác định cấu trúc ................................................................................................. 32
2.1.3.1. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ................................................................ 32
2.1.3.2. Phổ khối lượng (MS, HR-MS).......................................................................... 32
2.1.3.3. Phổ X-Ray đơn tinh thể .................................................................................... 33
2.1.3.4. Phổ hồng ngoại (IR) .......................................................................................... 33
2.1.3.5. Xác định nhiệt độ nóng chảy ............................................................................ 33
2.2. Tổng hợp các tác nhân phản ứng ............................................................................ 33
2.2.1. Tổng hợp các muối pyridin .................................................................................. 33
2.2.2. Tổng hợp 2-amino-1,4-naphthoquinon ................................................................ 34
2.3. Tổng hợp các chất tetrahydrobenzo[g]chromen (169) ........................................... 34
2.4. Tổng hợp 2,3-dihydronaptho[2,3-b]furan-4,9-dion (181) ...................................... 44
2.5. Tổng hợp các chất dihydrobenzo[h]cinnolin-5,6-dion (188) .......................... 53
2.6. Tổng hợp các hợp chất benzo[f]indol-4,9-dion (199) ............................................. 65
2.7. Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào của các chất nghiên cứu ................................... 75
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 77
3.1. Chiến lược của đề tài............................................................................................... 77
3.1.1. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................... 77
3.1.2. Kết quả lựa chọn và tổng hợp các tác nhân phản ứng ......................................... 77
3.1.2.1. Kết quả lựa chọn tác nhân phản ứng ................................................................. 77
3.1.2.2. Kết quả tổng hợp các muối pyridin................................................................... 78


3.1.2.3. Kết quả tổng hợp 2-amino-1,4-naphthoquinon (135) ....................................... 79
3.2. Kết quả tổng hợp các chất triflometylat tetrahydrobenzo[g]chromen (169) ............... 81
3.3. Kết quả tổng hợp các hợp chất 2,3-dihydronaptho[2,3-b]furan-4,9-dion (181) ..... 91

tâm nghiên cứu bởi khả năng tương hợp sinh học của chúng. Chúng có khả năng
gây độc tế bào, có thể ảnh hưởng đến enzym như topoisomeras - nhóm các enzym
rất quan trọng đối với sự sao chép ADN trong nhân tế bào.
Các chất kháng sinh tự nhiên khung naphthoquinon được tìm thấy trong vi
khuẩn, vi nấm và thực vật. Một số hợp chất tự nhiên và các dẫn xuất tổng hợp, bán
tổng hợp như pyranonapthoquinon, azaanthraquinon, naphtho[2,3-b]furan-4,9-dion,
benzo[f]indol-4,9-dion, benzo[h]cinnolin-5,6-dion có hoạt tính kháng khuẩn (đặc
biệt là khuẩn Gram (+)), kháng nấm, chống sốt rét, vi rút và chống ung thư. Do đó,
việc nghiên cứu tổng hợp lớp chất này là có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Với những ý nghĩa cấp thiết và thực tiễn trên, chúng tôi lựa chọn đề tài:
“Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn xuất naphthoquinon bằng phản ứng domino
và đánh giá hoạt tính sinh học của chúng”.


2

Mục tiêu của đề tài tập trung vào nghiên cứu tổng hợp một số dị vòng mới có
khung

naphthoquinon:

pyranonapthoquinon,

naphtho[2,3-b]furan-4,9-dion,

benzo[f]indol-4,9-dion, benzo[h]cinnolin-5,6-dion dựa trên phản ứng domino đa
thành phần, đồng thời đánh giá hoạt tính sinh học của một số hợp chất tổng hợp
được thông qua khả năng gây độc tế bào ung thư nhằm phát hiện các chất mới có
hoạt tính sinh học, làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo.


1
axit quinic
O

O
2
1,4-benzoquinon

3
1,2-benzoquinon

O

O
O

O
4
1,4-naphthoquinon

5
1,2-naphthoquinon

O
6
9,10-anthraquinon

Hình 1.1. Cấu trúc của axit quinic và một số khung quinon
Cùng với các chất như benzoquinon, thì naphthoquinon, anthraquinon tạo
thành các lớp chất cơ bản, quan trọng của nhiều hợp chất quinon trong tự nhiên.

điện tử của các vi sinh vật, tạo thành các gốc tự do.


5

Hình 1.3. Tương tác của naphthoquinon với hệ chuyển điện tử
Quá trình khử hóa naphthoquinon được thực hiện nhờ các enzym
dehydrogennase chứa flavin phụ thuộc NAD(P)H có trong tế bào chất (ti thể hoặc vi
thể) tạo thành semiquinon dưới dạng chất mang gốc tự do. Các secmiquinon này
hoặc gắn trực tiếp với ADN hoặc ARN hoặc truyền đương lượng khử của chúng
cho oxy thông qua quá trình tự oxy hóa, từ đó giải phóng các anion super oxit và
gốc tự do hydroxyl là những nhân tố gây hư tổn ADN, protein, màng tế bào và ức
chế các con đường sinh tổng hợp.
Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và gây độc tế bào thực vật của các
pyranonapthoquinon được cho là do quá trình oxy hóa khử xảy ra khi quinon tiếp
xúc với hệ enzym oxy hóa-khử của tế bào vi sinh vật và thực vật, thực hiện quá
trình chuyển điện tử tạo ra các gốc tự do có hoạt tính cao. Các gốc này có tác hại
đến tế bào. Hoạt tính sinh học của các chất này phụ thuộc rất nhiều vào khả năng
oxy hóa khử của chúng, đặc biệt là sự có mặt của nhóm thế đẩy và hút điện tử hoặc
là các nhóm thế chứa oxy gắn với vòng thơm.
1.1.2.2. Tương tác của naphthoquinon đối với topoisomease II
Trong cơ thể sống, topoisomease xúc tác cho nhiều thay đổi về cấu trúc liên
kết của phân tử ADN, tạo điều kiện cho những quá trình sinh lý quan trọng diễn ra
bên trong tế bào như phiên mã, sao mã và phân ly nhiễm sắc thể.
Topoisomease là những đích hiệu quả trong chống ung thư bởi thứ nhất: enzym
này hoạt động rất mạnh ở các tế bào đang tăng sinh, thứ hai: chúng tạo ra những mạch
cắt tạm thời, do đó topoisomease là chiếc kéo phân tử tiềm năng. Trên thực tế, hầu hết


6

hợp được cả tính gây độc lẫn đặc tính ức chế hoạt tính xúc tác.
1.1.2.3. Tương tác của naphthoquinon nhờ cơ chế alkyl hóa khử sinh học
Hoạt tính sinh học của các naphthoquinon được giả thiết do khả năng alkyl
hóa khử sinh học.

Hình 1.4. Tương tác của naphthoquinon nhờ cơ chế alkyl hóa khử sinh học


7

Quá trình alkyl hóa khử hóa sinh học của naphthoquinon được thực hiện nhờ
enzym flavoprotein reductase tạo thành dihydronaphthoquinon (8).
Dihydronaphthoquinon được enol-xeton hóa, đồng thời tách HX tạo thành
napthoquinon methit (9) [46]. Các naphthoquinon methit có hoạt tính alkyl hóa
rất cao nên các tác nhân nucleophil, các ADN do có nitơ, lưu huỳnh có đôi điện
tử không phân chia rất dễ dàng tham gia phản ứng alkyl hóa và tạo thành sản
phẩm ngưng tụ dihydronaphthoquinon (10). Do quá trình alkyl hóa khử hóa sinh
học mà các naphthoquinon có thể gây hư hại cho tế bào hoặc là ức chế quá trình
sinh tổng hợp.
1.1.3. Một số phương pháp tổng hợp các hợp chất khung naphthoquinon
Các hợp chất dị vòng naphthoquinon chiếm một vị trí đặc biệt quan trọng
trong lớp chất quinon bởi các hoạt tính sinh học của chúng. Có nhiều phương pháp
khác nhau để tổng hợp các hợp chất này. Tuy nhiên, các phương pháp hiện nay chủ
yếu theo hai hướng đó là: Tổng hợp các hợp chất dị vòng mới trên cơ sở khung 1,2
hoặc 1,4-naphthoquinon có sẵn (con đường b) và từ các tác nhân phản ứng khác
nhau không có khung naphthoquinon (con đường a) (hình 1.5)

Hình 1.5. Một số phương pháp tổng hợp dị vòng naphthoquinon
Điển hình cho các phương pháp này là sử dụng thông qua các phản ứng như:
phản ứng Diels-Alder [43, 47], Friedel-Crafts [48-52], phản ứng cộng Michael [5355], các phản ứng từ dẫn xuất 1,4-naphthoquinon sử dụng xúc tác kim loại chuyển


9

Sơ đồ 1.1. Tổng hợp các hợp chất 3-hydroxynaphthalen-1,4-dion [62]
Năm 2016, cũng bằng phản ứng domino đa thành phần trên cơ sở sử dụng
dung môi nước và vi sóng, Maghsoodlou và cộng sự [63] đã tổng hợp thành công
các hợp chất 3-amino-2-cyano-1-aryl-1H-benzo[a]pyrano[2,3-c]phenazin (17a-o)
với hiệu suất phản ứng cao, đạt từ 87% đến 95% (sơ đồ 1.2).

Sơ đồ 1.2. Tổng hợp các chất 3-amino-2-cyano-1-aryl-1Hbenzo[a]pyrano[2,3-c]phenazin [63]
Tiếp theo, năm 2016 bằng cách sử dụng phản ứng domino bốn thành phần
Lakshmanan và cộng sự [64] đã tổng hợp thành công các dị vòng benzylpyrazolyl
naphthoquinon (20a-p) từ 2-hydroxy-1,4-naphthoquinon, andehit thơm, etyl
axetoaxetat và phenyl hydrazin trong dung môi nước có mặt xúc tác p-TSA. Các dị
vòng mới 20a, 20b và 20g đã được chứng minh có khả năng liên kết rất tốt với các


10

thụ thể Anaplastic lymphoma kinase (ALK) (sơ đồ 1.3).

Sơ đồ 1.3. Tổng hợp các hợp chất benzylpyrazolyl naphthoquinon [64]
1.3. Tách chiết, tổng hợp và hoạt tính sinh học của một số dị vòng
naphthoquinon
1.3.1.

Tách

chiết,