Khóa luận tốt nghiệp Y tế: Chea sivmeiy nghiên cứu tổng hợp và thử tác

Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá hoạt tính sinh học các dẫn chất sulfonamid của 2,4-clorophenylbenzimidazol trong khóa luận tốt nghiệp dược sĩ.

• Tác giả: Chea Sivmeiy
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Đình Luyện
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng sinh học một số dẫn chất sulfonamid của 2-(4-clorophenyl)benzimidazol
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái Quát Về Nghiên Cứu Chea Sivmeiy

Chea Sivmeiy thực hiện nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng sinh học dẫn chất sulfonamid của 2-(4-clorophenyl)benzimidazol tại Trường Đại học Dược Hà Nội. Đây là một khóa luận tốt nghiệp Dược sĩ được hoàn thành vào năm 2018 dưới sự hướng dẫn của PGS. Nguyễn Đình Luyện và ThS. Nguyễn Văn Giang. Nghiên cứu này tập trung vào tổng hợp hóa học và đánh giá hiệu quả sinh học của các hợp chất benzimidazol mới. Mục tiêu chính là phát triển các dẫn chất sulfonamid có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực dược học. Công trình này kết hợp các kỹ thuật hoá học tổng hợp hiện đại với các phương pháp kiểm tra hoạt tính sinh học để xác định khả năng ứng dụng của các hợp chất.

1.1. Định Nghĩa Khung Benzimidazol

Khung benzimidazol là một cấu trúc hóa học gồm hai vòng nằm liền kề, có công thức cơ bản là 1H-benzimidazol. Cấu trúc này sở hữu tính chất hóa học đặc biệt và khả năng tạo liên kết với các phân tử khác. Benzimidazol là nền tảng cho nhiều dẫn chất có hoạt tính sinh học cao, được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu dược học. Các tác dụng sinh học của benzimidazol bao gồm hoạt tính kháng khuẩn, kháng ký sinh trùng và kháng viêm.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Dẫn Chất Sulfonamid

Dẫn chất sulfonamid là những hợp chất có chứa nhóm sulfonamid (-SO₂NH-), nổi tiếng với tác dụng kháng sinh mạnh mẽ. Nhóm sulfamid được sử dụng rộng rãi trong dược học lâm sàng để điều trị nhiều loại nhiễm trùng. Kết hợp nhóm sulfonamid với khung benzimidazol tạo ra những dẫn chất mới với hiệu quả sinh học tiềm năng. Việc tổng hợp những dẫn chất sulfonamid này mở ra cơ hội phát triển thuốc mới với hoạt tính vượt trội.

II. Phương Pháp Tổng Hợp Và Xác Định Cấu Trúc

Quá trình tổng hợp hóa học trong nghiên cứu của Chea Sivmeiy sử dụng các phương pháp tổng hợp tiên tiến để tạo ra dẫn chất mới. Nghiên cứu bao gồm tổng hợp N-methyl-2-(4-clorophenyl)-1H-benzo[d]imidazol-5-sulfonamid và N,N-dimethyl-2-(4-clorophenyl)-1H-benzo[d]imidazol-5-sulfonamid. Các hợp chất được tổng hợp thông qua các bước phản ứng có kiểm soát. Kiểm tra độ tinh khiết được thực hiện bằng sắc ký lớp mỏng (SKLM) để đảm bảo chất lượng. Xác định cấu trúc của các dẫn chất sử dụng các kỹ thuật phổ khối lượng (MS) và phổ NMR để xác nhận chính xác công thức cấu tạo của sản phẩm.

2.1. Kỹ Thuật Phổ Khối Lượng MS

Phổ khối lượng (MS) là kỹ thuật phân tích quan trọng để xác định khối lượng phân tử và cấu trúc của các dẫn chất. Phương pháp này cho phép các nhà nghiên cứu xác định chính xác tỷ số m/z của các ion. Phổ MS cung cấp thông tin về các mảnh vỡ phân tử, giúp xác định cấu trúc chính xác. Dữ liệu từ MS kết hợp với NMR tạo thành bằng chứng mạnh về công thức cấu tạo của hợp chất được tổng hợp.

2.2. Phân Tích Phổ NMR

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR) cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc phân tử của các dẫn chất. Kỹ thuật này cho phép xác định độ chuyển dịch hóa học (δ) của các proton trong phân tử. 1H-NMR giúp xác định số lượng và loại proton, từ đó xác nhận công thức cấu tạo chính xác. Dữ liệu phổ NMR là bằng chứng quyết định để xác thực cấu trúc của các hợp chất được tổng hợp.

III. Thử Tác Dụng Sinh Học Và Đánh Giá Hiệu Quả

Thử tác dụng sinh học là bước quan trọng để đánh giá hiệu quả của các dẫn chất được tổng hợp. Các hợp chất được kiểm tra hoạt tính kháng khuẩn, hoạt tính kháng ký sinh trùng và các tác dụng sinh học khác. Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) được sử dụng để đo lường hiệu quả kháng khuẩn của các dẫn chất. Các dẫn chất được đánh giá dựa trên GI50 (nồng độ ức chế 50% sự phát triển) và IC50 (nồng độ ức chế 50%). Kết quả thử hoạt tính giúp xác định tiềm năng ứng dụng của các hợp chất trong dược học lâm sàng.

3.1. Đánh Giá Hoạt Tính Kháng Khuẩn

Hoạt tính kháng khuẩn của các dẫn chất sulfonamid được đánh giá thông qua MIC (Minimum Inhibitory Concentration). Phương pháp này xác định nồng độ tối thiểu cần thiết để ức chế sự phát triển của vi khuẩn. Các dẫn chất được kiểm tra với nhiều chủng vi khuẩn khác nhau để đánh giá phổ hoạt động. Kết quả thử cho phép so sánh hiệu quả của các dẫn chất với các thuốc tiêu chuẩn hiện có. Hoạt tính kháng khuẩn mạnh mẽ của các hợp chất mới mở ra tiềm năng ứng dụng trong điều trị nhiễm trùng.

3.2. Đánh Giá Hoạt Tính Gây Độc Tế Bào

Hoạt tính gây độc tế bào được đánh giá bằng cách sử dụng IC50 và GI50 để xác định độc tính của các dẫn chất đối với các tế bào. Phương pháp này giúp xác định liều lượng an toàn cho các hợp chất trước khi ứng dụng lâm sàng. Các dẫn chất được kiểm tra với các dòng tế bào khác nhau để đánh giá tính chọn lọc của chúng. Kết quả thử hoạt động này rất quan trọng để xác định tiềm năng sử dụng trong dược học mà giảm tác dụng phụ.

IV. Ý Nghĩa Và Ứng Dụng Của Nghiên Cứu Chea Sivmeiy

Nghiên cứu tổng hợp dẫn chất sulfonamid của Chea Sivmeiy có ý nghĩa đáng kể trong lĩnh vực dược học và hóa học dược. Các dẫn chất mới có thể trở thành nền tảng để phát triển thuốc mới với hoạt tính vượt trội hơn so với các thuốc hiện có. Nghiên cứu này góp phần phát triển công nghiệp dược Việt Nam và nâng cao chất lượng dạy học trong các trường đại học dược. Kết quả khóa luận được công bố tại Bộ Y Tế và Trường Đại học Dược Hà Nội được ghi nhận như thành tựu khoa học. Những phát hiện từ thử tác dụng sinh học mở ra hướng nghiên cứu mới cho các nhà khoa học tiếp theo.

4.1. Đóng Góp Cho Phát Triển Dược Học

Khóa luận tốt nghiệp của Chea Sivmeiy đóng góp quan trọng cho phát triển dược học Việt Nam bằng cách tạo ra những dẫn chất có tiềm năng ứng dụng cao. Các hợp chất được tổng hợp có thể được phát triển thêm thành thuốc trong tương lai. Nghiên cứu này cũng giúp nâng cao kỹ năng của các sinh viên dược sĩ trong tổng hợp hóa học và thử nghiệm sinh học. Ứng dụng các dẫn chất mới có thể giải quyết vấn đề kháng thuốc hiện nay.

4.2. Hướng Phát Triển Tương Lai

Các dẫn chất sulfonamid được phát triển từ nghiên cứu này có thể được tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa hoạt tính sinh học. Hướng phát triển tiếp theo bao gồm điều chỉnh cấu trúc để tăng cường hiệu quả và giảm độc tính. Các dẫn chất có thể được thử nghiệm lâm sàng nếu đạt các tiêu chuẩn an toàn. Hợp tác giữa trường đại học và công nghiệp dược sẽ tăng tốc quá trình phát triển thuốc mới từ những phát hiện này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Khái quát chung về khung benzimidazol 1. Cấu trúc hóa học Benzimidazol là một hợp chất hữu cơ dị vòng thơm, kết hợp giữa 2 nhân benzen và imidazol. Trong lịch sử, benzimidazol đã được nhà khoa học Hoebrecher phát minh ra lần đầu tiên vào năm 1872 [23].

Cấu trúc hóa học của phân tử 1H-benzimidazol Trong tự nhiên đã có sự tồn tại của dẫn chất benzimidazol, trong đó nổi bật nhất là N-ribosyl-dimethylbenzimidazol là một thành phần quan trọng trong cấu trúc hóa học của phân tử vitamin B12 [33, 36]. Benzimidazol đã thu hút sự nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thể giới để đánh giá tiềm năng trị bệnh của nó. Vì vậy benzimidazol là hạt nhân có vai trò quan trọng trong quá trình phát triển thuốc. Do sự tương đồng với cấu trúc của purin, khả năng kháng khuẩn của benzimidazol được giải thích bởi sự cạnh tranh với purin, kết quả là ức chế sự tổng hợp acid nucleic và protein của vi khuẩn.

Một số dẫn chất của 2-(4-clorophenyl)-1H-benzo[d]imidazol khác cũng được nghiên cứu có hoạt lực kháng khuẩn, kháng nấm [25, 29, 32]. Tính chất hóa học Nhìn chung, khung benzimidazol là một base yếu, có thể hòa tan trong acid vô cơ loãng. Tính base của benzimidazol yếu hơn imidazol. Ngoài ra, benzimidazol có tính acid yếu, tan được trong dung dịch kiềm [23].

Một số tác dụng sinh học của dẫn chất benzimidazol 2 Hình 1. Một số tác dụng của dẫn chất benzimidazol 1. Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm Benzimidazol thể hiện hoạt tính kháng khuẩn bằng việc ức chế tổng hợp acid nucleic và protein của vi khuẩn. Khả năng này của dẫn chất benzimidazol là do sự giống nhau về cấu trúc với purin nên làm gián đoạn quá trình tổng hợp acid nucleic và protein của vi khuẩn [32].

Cùng với đó, hợp chất 5,6-dimethylbenzimidazol còn tham gia vào cấu trúc vitamin B12-một chất rất cần thiết đối với sự phát triển của VSV [30]. Thực tế cho thấy, các nhóm thế ở vị trí C2 và N1 của khung benzimidazol tạo ra nhiều dẫn chất có hoạt tính sinh học tốt nên việc thiết kế, tổng hợp, đánh giá tác dụng của các dẫn chất thế ở vị trí C2 và N1 khung benzimidazol rất được quan tâm [29]. và cộng sự đã tổng hợp các dẫn chất 1-(methyl)-2- (phenyl)benzimidazol (hình 1. Các hợp chất 1a, 1b và 1c được thử tác dụng kháng khuẩn trên các chủng S.

Trong đó, hợp chất 1a cho thấy MIC (6,25) ở nồng độ 100 µg/mL trên chủng B. 1a R = piperazin R1 = Cl 1b R = Dimethylamin R1 = Cl 1c R = Diethylamin R1 = Cl Hình 1. Công thức các dẫn chất 1a, 1b, 1c Nhìn vào tầm quan trọng của benzimidazol và acid 6-fluoro-3,4-dihydro-2H- 3 chroman-2-carboxlic trong các hệ thống sinh học, người ta nghĩ rằng, sẽ rất có giá trị nếu thiết kế và tổng hợp các hợp chất có chứa khung benzimidazol và acid 6-fluoro- 3,4-dihydro-2H-chroman-2-carboxlic để tạo ra một số dẫn chất benzimidazol mới có các các tác dụng sinh học mạnh. Trên cơ sở lập luận đó, các dẫn chất 2-(6- fluorochroman-2-yl)-1-alkyl/acyl/aroyl-1H-benzimidazol đã được tổng hợp: 2a R = -CH3 2f R = -COOCH2(CH2 )2CH3 2b R = -C2H5 2g R = -COC6H5 2c R = -C3H7 2h R = -SO2CF3 2d R = -CH2(CH2 )2CH3 2i R = -SO2-C6H5 2e R = COOC2H5 2j R = -SO2C6H4-CH3-p Hình 1.

Dẫn chất 2-(6-fluorochroman-2-yl)-1H-benzimidazol 2a-2j Các hợp chất này đã được đánh giá hoạt tính kháng khuẩn đối với Staphylococcus aureus Gram (+) và Salmonella typhimurium Gram (-) chất đối chiếu được sử dụng là cephalexin. Hầu hết các hợp chất thử nghiệm cho thấy có hoạt tính kháng khuẩn tốt đối với Salmonella typhimurium. Kết quả đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của các hợp chất thử nghiệm trên S. typhimurium được tóm tắt trong bảng 1 [12].

Kết quả thử tác dụng của các hợp chất với Salmonella typhimurium Nồng độ (μg/mL ) Chất 0,1 1 10 100 200 500 MIC 2a - + + K ++ ++ 200 2b - + + K ++ ++ 200 2c - + + K ++ ++ 200 2d - + + + K ++ 500 2e + + K K ++ ++ 200 2f + + + K ++ ++ 200 2g - + + K ++ ++ 200 4 2h - + K + K K > 2i - + + K ++ ++ 200 2j - + K + K K > Cephalexin - + + K ++ ++ 200 Ức chế hoàn toàn: (++); phát triển kém so với mẫu chứng (K); phát triển bình thường so với mẫu chứng: (+); không ức chế: (-). Dẫn chất benzimidazol có hoạt tính chống nấm, do có cấu trúc tương tự purin, các dẫn chất này gắn vào các vi ống nấm và bằng cách đó ngăn chặn sự tăng trưởng của sợi nấm, ngoài ra chúng còn liên kết với các vi ống trục chính và ngăn chặn sự phân chia hạt nhân của các vi nấm. Một số dẫn chất nhóm benzimidazol có tác dụng diệt nấm đang được sử dụng như: flubendazol, benomyl, carbendazim, clorfenazol, cypendazol, fuberidazol, furophanat, debacarb, mecarbinzid, rabenzazol, thiabendazol, thiophanat [30]. Tác dụng trên ký sinh trùng Năm 2010, Hernández-Luis F.

và các cộng sự đã tổng hợp và đánh giá tác dụng sinh học của các dẫn chất 2-(trifluoromethy)-1H-benzimidazol trên các loài kí sinh Giardia intestinalis, Entamoeba histolytica, Trichomonas vaginalis và Trichinella spiralis. Kết quả cho thấy, các dẫn chất có hoạt tính cao chống lại các loài kí sinh trùng đơn bào trong điều kiện in vitro [20]. 3a R1= 2,3-Cl2C6H3O R2 = H R3 = CH3 3b R1= H R2= 2,3-Cl2C6H3O R3 = CH3 Hình 1. Công thức của các chất 3a, 3b Một số thuốc diệt giun sán là dẫn chất của benzimidazol-2-carbamat như albendazol, mebendazol được dùng chủ yếu để điều trị nhiễm kí sinh trùng giun sán ở người cũng như động vật.

Những hợp chất này có ưu điểm là chỉ số điều trị cao và độc 5 tính thấp. Tuy nhiên, các dẫn chất này cũng có một số nhược điểm là khả năng hòa tan và hấp thu kém [13]. Công thức của albendazol và mebendazol 1. Tác dụng chống vius Năm 2011, Fei Xue và cộng sự công bố nghiên cứu tổng hợp một số dẫn chất của 2-pyridyl-1H-benzimidazol-4-carboxamid (4) và thử tác dụng ức chế trên các dòng virus: Coxsackie virus A16, Coxsackie virus B3, Coxsackie virus B6, Enterovirus 71.

Kết quả cho thấy, hợp chất có triển vọng nhất là (L)-2-(pyridin-2-yl)-N-(2-(4- nitrophenyl)pentan-3-yl)-1H-benzimidazol-4-carboxamid, với khả năng kháng virus cao (IC50 = 1,76 mg/mL) và có chỉ số chọn lọc đáng chú ý [18]. Dẫn chất 2-aryl/heteroaryl-1H-benzimidazol-4-carboxamid (4) 1. Tác dụng gây độc tế bào ung thư Năm 2010 Seref Demirayak cùng các cộng sự đã tổng hợp thành công các dẫn chất của 1,3-diarylpyrazinobenzimidazol và thử tác dụng gây độc tế bào ung thư. Theo đó, các dẫn chất của 2-aryloybenzimidazol phản ứng với 2-bromoacetophenon trong aceton thu được 1-(2-aryl-2-oxyethyl)-2-aryloybenzimidazol (5a-5o).

Các chất tổng hợp được tiếp tục cho phản ứng với amoni acetat trong acid acetic thu được các hợp chất 6a-6o. Các chất tổng hợp được được thử hoạt tính gây độc tế bào, một số các hợp chất có tác dụng chống ung thư đáng chú ý [14]. Công thức các chất theo nghiên cứu Seref Demirayak và cộng sự 1. Một số tác dụng khác Còn có rất nhiều nghiền cứu cho thấy các dẫn chất benzimidazol cũng có tác dụng khác bao gồm: giảm đau, chống viêm [26], hạ huyết áp [10,21,30], chống loét dạ dày- tá tràng [21]….

Khái quat chung về thuốc kháng sinh nhóm sulfamid 1. Cấu tạo chung của nhóm sulfamid Các sulfamid kháng khuẩn là dẫn chất của p-aminobenzensulfonamid, có công thức cấu tạo chung là: Hình 1. Công thức cấu tạo chung của dẫn chất p-aminobenzensulfomid Trong đó thường gặp R2 là H, và cũng chỉ khi R2 là H thì sulfamid mới có hoạt tính kháng khuẩn, khi R2 ≠H, thì chất đó là tiền thuốc. R1 có thể là mạch thẳng, dị vòng.

Tuy nhiên, nếu R1 là dị vòng thì hiệu lực kháng khuẩn mạnh hơn, thông thường là các dị vòng 2 – 3 dị tố. Khi R1 và R2 đều là gốc hidro thì thu được sulfamid là có cấu tạo đơn giản nhất sulfanilamid [4]. Sulfamid có công thức cấu tạo gần giống với PABA (acid para amino benzoic) là nguồn nguyên liệu cần thiết cho vi khuẩn tổng hợp acid folic để phát triển. Do đó sulfamid tranh chấp với PABA ngăn cản quá trình tổng hợp acid folic của vi khuẩn.

Ngoài ra, sulfamid còn ức chế dihydrofolat synthetase, một enzym tham gia tổng hợp acid folic. Về mặt lý thuyết, phổ kháng khuẩn của sulfamid rất rộng, gồm hầu hết các cầu khuẩn, trực khuẩn gram (+) và (-). Hiện nay, tỷ lệ kháng thuốc và kháng chéo giữa 7 các sulfamid đang rất cao nên đã hạn chế việc sử dụng sulfamid rất nhiều. Mặt khác do có nhiều độc tính và đã có kháng sinh thay thế, sulfamid ngày càng ít dùng một mình, thường dùng dạng phối hợp sulfamethoxazol với trimethoprim để tăng khả năng điều trị của thuốc [4].

Tính chất vật lý và hóa học của các sulfamid 1. Tính chất vật lý - Sulfamid ở dạng tinh thể màu trắng hoặc màu vàng nhạt trừ prontosil, không mùi, thường ít tan trong nước, benzen, chloroform. - Sulfamid tan trong dung dịch acid vô cơ loãng và hydroxyd kiềm (trừ sulfaguanidin). - Các sulfamid có các thông số xác định về: độ chảy, phổ IR, phổ UV (do có chứa nhân thơm).

Tính chất hóa học Hầu hết các Sulfamid đều có tính chất lưỡng tính: - Tính acid (trừ sulfaguanidin): do có H ở N- amid linh động - Tính bazơ: Có tính kiềm do có nhóm amin thơm tự do, nên tan trong dung dịch acid. Một số tác dụng sinh học của sulfonamid Sulfamid là một trong những kháng sinh tổng hợp đầu tiên được loài người phát hiện và sử dụng. Việc tìm thấy sulfamid đã mở ra một kỷ nguyên mới của các thuốc chống nhiễm khuẩn trước khi có penicilin. Khi phân loại kháng sinh theo tác dụng, nhóm sulfamid được xếp vào nhóm các loại kháng sinh có tác dụng kìm khuẩn.

Do tác dụng của sulfamid đều giống nhau, việc điều trị dựa vào dược động học của thuốc cho nên người ta chia các sulfamid làm 4 loại: - Loại hấp thu nhanh, thải trừ nhanh: nồng độ tối đa trong máu sau uống là 2 - 4h. t1/2 =6-8h, thải trừ 95% trong 24h. Dùng điều trị nhiễm khuẩn theo đường máu như sulfadiazin, sulfisoxazol (Gantrisin), sulfamethoxazol (Gantazol). - Loại hấp thu rất ít: dùng chữa viêm ruột, viêm loét đại tràng như sufaguanidin (Ganidan).

- Loại thải trừ chậm: duy trì được nồng độ điều trị trong máu lâu, t1/2 có thể tới 7 - 9 ngày nên chỉ cần uống 1 lần/ngày. Hiện dùng sulfadoxin (Fanasil), phối hợp 8 với pyrimethamin trong Fansidar để dự phòng và điều trị sốt rét kháng cloroquin. - Loại để dùng tại chỗ: ít hoặc khó tan trong nước. Dùng điều trị các vết thương tại chỗ (mắt, vết bỏng) dưới dạng dungdịch hoặc kem.

Có sulfacetamid, bạc sulfadiazin, mafenid [4]. Các phương pháp tổng hợp Benzimidazol đầu tiên được tổng hợp năm 1872 là 2,5- (hoặc 2,6-) dimethylbenzimidazol, bởi Hoebrecker đi từ 2-nitro-4-methylacetalinid theo sơ đồ sau: [22] Sơ đồ 1.