Luận án Nghiên cứu tổng hợp, xác định hoạt tính sinh học một số dẫn xuất indenoisoquinolin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGÔ HẠNH THƢƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH SINH HỌC MỘT SỐ DẪN XUẤT INDENOISOQUINOLIN LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGÔ HẠNH THƢƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH SINH HỌC MỘT SỐ DẪN XUẤT INDENOISOQUINOLIN Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 9.44.01.14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS. NGUYỄN VĂN TUYẾN Hà nội - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và các cộng sự. Các số liệu và kết quả được nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả luận án Ngô Hạnh Thương LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn: Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến đã giao đề tài, tận tình chỉ bảo, truyền đam mê nghiên cứu và giúp đỡ em cả vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá trình hoàn thành luận án. Em xin chân thành cảm ơn các cán bộ và các bạn NCS phòng Hóa dược đã giúp đỡ em rất nhiều về thực nghiệm trong suốt thời gian làm luận án. Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa học, tập thể các thầy cô, anh chị và các bạn tại Viện Hóa học đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành luận án. Em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô, bạn bè đã dạy dỗ và giúp đỡ em trong quá trình học tập. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn động viên và ủng hộ em hoàn thành luận án. Tác giả luận án Ngô Hạnh Thương i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... iv DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ......................................................................................... v DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................ vii DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ ix DANH MỤC PHỤ LỤC ............................................................................................. x MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 HƢỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN ................................................................ 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 4 1.1. Các phƣơng pháp tổng hợp indenoisoquinolin ................................................. 4 1.1.1. Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin nhờ phản ứng ngƣng tụ của anhiđrit homophtalic với các bazơ Schiff ............................................................ 5 1.1.2. Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin dựa trên phản ứng của indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion với các amin bậc 1 ........................................ 9 1.1.3. Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin thông qua phản ứng đóng vòng của 3–arylisoquinolin ......................................................................................... 11 1.1.4. Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin dựa trên phản ứng đóng vòng của dẫn chất styrenic enamit .............................................................................. 12 1.1.5. Tổng hợp các dẫn xuất indenoisoquinolin thông qua phản ứng Tandem sử dụng xúc tác Cu(II) ............................................................................................. 14 1.1.6. Tổng hợp indenoisoquinoline dựa trên phản ứng ngƣng tụ anhydrit homophthalic với 2-(bromomethyl)-benzonitril ................................................ 15 1.2. Hoạt tính chống ung thƣ của các hợp chất indenoisoquinolin ........................ 17 1.2.1. Topoisomerase .......................................................................................... 17 1.2.2. Hoạt tính chống ung thƣ của một số dẫn xuất indenoisoquinolin khi thay thế vòng A, B, C và D ........................................................................................ 22 MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN ................................................................................... 29 CHƢƠNG 2: ĐIỀU KIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ....................... 30 2.1. Hóa chất và thiết bị ......................................................................................... 30 2.1.1. Hóa chất và dung môi ............................................................................... 30 2.1.2. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất bằng sắc kí lớp mỏng. ............................................................................................................ 30 2.1.3. Thiết bị nghiên cứu ................................................................................... 30 ii 2.1.4. Đánh giá hoạt tính .................................................................................... 31 2.2. Tổng hợp các dẫn xuất indenoisoquinolin khi thay đổi nhóm thế ở nguyên tử N của indenoisoquinolin ........................................................................................ 31 2.2.1. Tổng hợp các hợp chất lai triazol–indenoisoquinolin (142a-n) ............... 31 2.2.2. Tổng hợp các hợp chất lai triazol–indenoisoquinolin (143a,b) ................ 40 2.2.3. Tổng hợp hợp chất 144 ............................................................................. 41 2.2.4. Tổng hợp hợp chất 145 ............................................................................ 42 2.2.5. Tổng hợp hợp chất 146a-e ........................................................................ 43 2.2.6 Tổng hợp hợp chất 147 .............................................................................. 43 2.2.7. Tổng hợp hợp chất 148a-e ........................................................................ 44 2.6.8. Tổng hợp hợp chất 149 ............................................................................. 48 2.3. Tổng hợp các dẫn xuất indenoisoquinolin khi thay đổi nhóm thế vòng D ..... 48 2.3.1. Tổng hợp hợp chất 150 ............................................................................. 49 2.3.2. Tổng hợp các imin .................................................................................... 49 2.3.3. Tổng hợp các hợp chất có mạch nhánh ester tại vòng B và có nhóm thế tại vòng D ........................................................................................................... 50 2.3.4. Tổng hợp dẫn xuất axit của indenoisoquinolin có nhóm thế ở vòng B.... 52 2.3.5. Tổng hợp các dẫn xuất indenoisoquinolin 159, 160, 161 ....................... 52 2.3.6. Tổng hợp các dẫn xuất azit-indenoisoquinolin ....................................... 53 2.4. Thử hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ của các hợp chất ................................. 62 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 64 3.1. Tổng hợp các indenoisoquinolin với nhóm thế khác nhau ở vòng B ............. 64 3.2. Kết quả tổng hợp dẫn xuất lai triazol-indenoisoquinolin 142a-n ................... 66 3.3. Kết quả tổng hợp các hợp chất lai 143a,b ....................................................... 70 3.4. Tổng hợp các hợp chất lai thông cầu nối triazol ............................................. 74 3.4.1. Kết quả tổng hợp hợp chất 145 ................................................................ 74 3.4.2. Kết quả tổng hợp hợp chất 148a-e ........................................................... 77 3.5. Kết quả tổng hợp dẫn xuất 149 ....................................................................... 80 3.6. Chiến lƣợc tổng hợp các dẫn xuất mới của indenoisoquinolin với nhóm thế metylendioxi, metoxi trên vòng D và các nhóm thế khác nhau trên vòng B. ....... 83 3.6.1. Kết quả tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm thế metylendioxy ............................................................................................................................ 84 3.6.2. Kết quả tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm thế metoxy ........ 88 iii 3.7. Kết quả tổng hợp dẫn xuất lai ......................................................................... 94 3.7.1. Các dẫn xuất lai của indenoisoquinolin-triazol với nhóm thế metylendioxi ............................................................................................................................ 95 3.7.2. Kết quả tổng hợp các dẫn xuất của indenoisoquinolin-triazol với nhóm thế metoxi ở vị trí số 10 ...................................................................................... 99 3.6.3. Kết quả tổng hợp các dẫn xuất của indenoisoquinolin-triazol với nhóm thế metoxi ở vị trí số 8 ...................................................................................... 103 3.7. Hoạt tính sinh học của các dẫn xuất tổng hợp đƣợc ..................................... 106 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 112 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN .................................................................. 113 CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ......................... 114 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................ 115 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ac2O Anhydrit axetic AIBN Azobisisobutyronitril BnCl Benzyl clorit Boc tert-Butyloxycarbonyl CH2Cl2 diclometan DCC N,N'-Dicyclohexylcarbodiimide DDQ 2,3-diclo-5,6-dicyanobenzoquinon DMF Dimetylfoocmamit DMSO Dimetyl sulfoxit DNA axit deoxyribonucleic DIAD Diisopropyl azodicarboxylat DIPEA N,N-Diisopropylethylamine EC50 Half maximal effective concentration Et3N trietylamin EtOAc etylacetat GI50 The half maximal inhibition concentration IC50 The half maximal inhibitory concentration IR Infra-red (phổ hồng ngoại) KHMDS Kali bis(trimetylsilyl)amid MGM Mean graph midpoint MeOH metanol NaOMe Natri metoxit NBS N-Bromosuccinimid NMR nuclear megenic resonance PDC Pyridin dicromat PMBCl 4-metoxibenzyl clorit P(OEt)3 trietyl phosphit i-PrOH Iso-propylic TFA axit trifloaxetic THF Tetrahydrofuran v DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1. 1. Các phƣơng pháp chính tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin ................ 5 Sơ đồ 1. 2. Phƣơng pháp tổng hợp indeno[1,2-c]isoquinolin theo Mark Cushman ... 6 Sơ đồ 1. 3. Phƣơng pháp tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin theo Muthusamy ..... 6 Sơ đồ 1. 4. Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin theo Qian Zhao ............................ 7 Sơ đồ 1. 5. Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin theo Nguyễn Xuân Trung ............ 8 Sơ đồ 1. 6. Tổng hợp indenoisoquinolin theo Mark Cushman ................................... 9 Sơ đồ 1. 7. Tổng hợp indenoisoquinolin theo Nguyễn Văn Tuyến ............................ 9 Sơ đồ 1. 8. Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin theo Daniel E. Beck ................... 10 Sơ đồ 1. 9. Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin theo Nathalic .............................. 11 Sơ đồ 1. 10. Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin theo Mỹ Huệ ............................ 12 Sơ đồ 1. 11. Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin theo Stéphane Lebrun .............. 13 Sơ đồ 1. 12. Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin bằng phản ứng Tandem ........... 14 Sơ đồ 1. 13. Tổng hợp 8-azaindenoisoquinolin ........................................................ 15 Sơ đồ 1. 14. Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin theo Mark Cushman ................ 16 Sơ đồ 1. 15. Tổng hợp dẫn xuất 7-azaindenoisoquinolin.......................................... 17 Sơ đồ 1. 16. Sơ đồ phá vỡ liên kết cộng hoá trị của DNA ........................................ 19 Sơ đồ 2. 1. Tổng hợp khung indenoisoquinolin ........................................................ 49 Sơ đồ 3. 1. Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm chức hidroxi và este .... 65 Sơ đồ 3. 2. Tổng hợp các hợp chất lai indenoisoquinolin-triazol-AZT .................... 65 Sơ đồ 3. 3. Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin-imanitib ..................................... 66 Sơ đồ 3. 4. Tổng hợp các dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm thế hydroxi............ 67 Sơ đồ 3. 5. Cơ chế phản ứng Click [121] .................................................................. 70 Sơ đồ 3. 6. Tổng hợp các este-indenoisoquinolin ..................................................... 71 Sơ đồ 3. 7. Tổng hợp dẫn xuất 145 ........................................................................... 74 Sơ đồ 3. 8. Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin-AZT ........................................... 77 Sơ đồ 3. 9. Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin-imanitib ..................................... 81 Sơ đồ 3. 10. Chiến lƣợc tổng hợp các dẫn xuất mới indenoisoquinolin ................... 84 Sơ đồ 3. 11. Tổng hợp khung indenoisoquinolin với nhóm thế metylendioxi ......... 85 Sơ đồ 3. 12. Cơ chế phản ứng đóng vòng [127] ....................................................... 88 Sơ đồ 3. 13. Tổng hợp khung indenoisoquinolin có nhóm thế metoxi ..................... 89 vi Sơ đồ 3. 14. Tổng hợp các dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm thế metylendioxi . 96 Sơ đồ 3. 15. Tổng hợp các dẫn xuất lai indenoisoquinolin-triazol với nhóm thế metoxi ở vị trí số 10 ................................................................................................ 100 Sơ đồ 3. 16. Tổng hợp các dẫn xuất lai indenoisoquinolin-triazol với nhóm thế metoxi ở vị trí số 8 .................................................................................................. 104 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. 1. Mô hình của các phức phân tách topoisomerase. ..................................... 18 Hình 1. 2. Cơ chế của Tdp1 ...................................................................................... 20 Hình 1. 3. Một số hợp chất gây độc Top1 ................................................................. 22 Hình 1. 4. Các dẫn xuất indenoissoquinolin có hoạt tính theo Mark Cushman ........ 23 Hình 1. 5. Các dẫn xuất indenoissoquinolin có hoạt tính theo Conda-Sheridan ...... 27 Hình 3. 1. Phổ 1H-NMR của hợp chất 142a ............................................................. 68 Hình 3. 2. Phổ 13C-NMR của hợp chất 142a ............................................................ 69 Hình 3. 3. Phổ 1H-NMR của hợp chất 143a ............................................................. 72 Hình 3. 4. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 143a ............................................. 72 Hình 3. 5. Phổ 13C-NMR của hợp chất 143a ............................................................ 73 Hình 3. 6. Phổ 1H-NMR của hợp chất 145 ............................................................... 75 Hình 3. 7. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 145 ............................................... 75 Hình 3. 8. Phổ 13C-NMR của hợp chất 145 .............................................................. 76 Hình 3. 9. Phổ 1H-NMR của hợp chất 148a ............................................................. 78 Hình 3. 10. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 148a ........................................... 79 Hình 3. 11. Phổ 13C-NMR của hợp chất 148a .......................................................... 80 Hình 3. 12. Phổ 1H-NMR của hợp chất 149 ............................................................. 82 Hình 3. 13. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 149 ............................................. 82 Hình 3. 14 Phổ 13C-NMR của hợp chất 149 ............................................................. 83 Hình 3. 15. Phổ 1H-NMR của hợp chất 153 ............................................................. 86 Hình 3. 16. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 153 ............................................. 86 Hình 3. 17. Phổ 13C-NMR của hợp chất 153 ............................................................ 87 Hình 3. 18. Sự khác nhau giữa phổ 1H-NMR của hợp chất 154, 155 ....................... 90 Hình 3. 19. Phổ 1H-NMR của hợp chất 154 ............................................................. 91 Hình 3. 20. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 154 ............................................. 91 Hình 3. 21. Phổ 13C-NMR của hợp chất 154 ............................................................ 92 Hình 3. 22. Phổ 1H-NMR của hợp chất 155 ............................................................. 93 Hình 3. 23. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 155 ............................................. 93 Hình 3. 24. Phổ 13C-NMR của hợp chất 155 ............................................................ 94 Hình 3. 25. Phổ 1H-NMR của hợp chất 162a ........................................................... 97 viii Hình 3. 26. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 162a ........................................... 98 Hình 3. 27. Phổ 13C-NMR của hợp chất 162a .......................................................... 99 Hình 3. 28. Phổ 1H-NMR của hợp chất 163c .......................................................... 101 Hình 3. 29. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 163c ......................................... 102 Hình 3. 30. Phổ 13C-NMR của hợp chất 163c ......................................................... 103 Hình 3. 31. Phổ 1H-NMR của hợp chất 164b ......................................................... 105 Hình 3. 32. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất 164b ......................................... 105 Hình 3. 33. Phổ 13C-NMR của hợp chất 164b ........................................................ 106 Hình 3. 34. Một số dẫn xuất indenoisoquinolin đƣợc tổng hợp có hoạt tính chống ung thƣ cao .............................................................................................................. 109 Hình 3. 35. Một số dẫn xuất indenoisoquinolin với nhóm thế metylendioxi và metoxi có hoạt tính chống ung thƣ cao ................................................................... 111 ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1. Các điều kiện của phản ứng Tandem ....................................................... 14 Bảng 1. 2. Độc tính tế bào và hoạt tính ức chế top1 của các indenoisoquinolin ..... 24 Bảng 1. 3. Hoạt tính ức chế tdp1 và top1 .................................................................. 27 Bảng 1. 4. Độc tính tế bào của một số hợp chất đƣợc chọn ...................................... 28 Bảng 3. 1. Kết quả thử hoạt tính sinh học của hợp chất 142-149 ........................... 107 Bảng 3. 2. Kết quả thử hoạt tính sinh học của hợp chất 153-164 ........................... 110 x DANH MỤC PHỤ LỤC Phụ lục 1. Phổ của hợp chất 142a ...................................................................... PL1 Phụ lục 2. Phổ của hợp chất 142b ...................................................................... PL2 Phụ lục 3. Phổ của hợp chất 142c ...................................................................... PL3 Phụ lục 4. Phổ của hợp chất 142d ...................................................................... PL4 Phụ lục 5. Phổ của hợp chất 142e ...................................................................... PL5 Phụ lục 6. Phổ của hợp chất 142f ....................................................................... PL6 Phụ lục 7. Phổ của hợp chất 142g ...................................................................... PL7 Phụ lục 8. Phổ của hợp chất 142h ...................................................................... PL8 Phụ lục 9. Phổ của hợp chất 142i ....................................................................... PL9 Phụ lục 10. Phổ của hợp chất 142j ................................................................... PL10