Luận văn Thạc sĩ tổng hợp cyclobutane nucleoside mới bởi Ngô Ngọc Thắng tại Đại học Quốc gia Hà Nội

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất cyclobutane nucleoside mới, mở ra tiềm năng ứng dụng trong y học và dược phẩm. Tìm hiểu ngay!

• Tác giả: Ngô Ngọc Thắng
• Người hướng dẫn: GS. Đặng Như Tại
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
• Đề tài: Tổng hợp các dẫn xuất cyclobutane nucleoside mới
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• Mở Đầu
• 1. Chương 1: Giới Thiệu và Định Hướng Nghiên Cứu
• 1.1. Giới thiệu: Các dẫn xuất nucleoside với hoạt tính chống virus
• 1.2. Định hướng nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp tổng hợp
• 1.3.1. Tổng hợp phần vòng cyclobutane
• 1.3.2. Tổng hợp phần bazơ 1,2,3-triazole
• 1.3.3. Phản ứng acyl hóa chọn lọc lập thể với xúc tác enzyme
• 1.4. Định hướng tổng hợp
• 2. Chương 2: Kết Quả và Thảo Luận
• 2.1. Tổng hợp hợp chất trung gian chìa khóa azide
• 2.2. Tổng hợp các dẫn xuất cyclobutane nucleoside
• 2.3. Các đặc trưng cấu trúc của các cyclobutane nucleoside
• Tài Liệu Tham Khảo

Tóm tắt

I. Luận văn thạc sĩ về dẫn xuất cyclobutane nucleoside mới

Luận văn thạc sĩ khoa học với chủ đề "Tổng hợp các dẫn xuất cyclobutane nucleoside mới" là một công trình nghiên cứu khoa học chuyên sâu trong lĩnh vực hóa dược và hóa học hữu cơ. Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế và thực hiện quy trình tổng hợp hóa học các hợp chất dị vòng mới, cụ thể là các tương tự nucleoside có khung cyclobutane. Mục tiêu chính là tạo ra các phân tử tiềm năng có thể đóng vai trò là thuốc kháng virus hoặc chất chống ung thư. Các nucleoside carbocyclic, nơi nguyên tử oxy trong vòng đường được thay thế bằng một nhóm metylen (CH2), đã chứng tỏ độ bền cao hơn trước các enzyme phân hủy, hứa hẹn hoạt tính sinh học vượt trội. Luận văn này kế thừa các thành tựu đã có, như sự thành công của các loại thuốc abacavir và entecavir, đồng thời mở ra một hướng đi mới bằng cách kết hợp khung cyclobutane với dị vòng 1,2,3-triazole. Sự kết hợp này được kỳ vọng sẽ tạo ra các hợp chất có hoạt tính mạnh, ít độc tính và có khả năng chống lại các chủng virus đã kháng thuốc. Toàn bộ quá trình từ tổng hợp chất đầu, thực hiện các phản ứng đóng vòng phức tạp, đến biện luận cấu trúc sản phẩm đều được trình bày chi tiết, cung cấp một nguồn tài liệu giá trị cho các nhà nghiên cứu trong ngành.

1.1. Tổng quan về các hợp chất tương tự nucleoside

Các tương tự nucleoside là nhóm hợp chất có cấu trúc tương tự như các nucleoside tự nhiên (adenosine, guanosine, cytidine, thymidine). Chúng đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong y học, đặc biệt là trong lĩnh vực điều trị virus và ung thư. Cơ chế hoạt động chính của chúng là ức chế các enzyme thiết yếu cho quá trình sao chép vật liệu di truyền (DNA hoặc RNA) của virus và tế bào ung thư. Sau khi được phosphoryl hóa trong tế bào chủ, chúng cạnh tranh với các nucleotide tự nhiên để gắn vào chuỗi DNA/RNA đang phát triển. Do thiếu nhóm 3'-hydroxyl, chúng hoạt động như một "tác nhân kết thúc chuỗi", làm ngừng quá trình tổng hợp và ngăn chặn sự nhân lên của mầm bệnh. Các loại thuốc nổi tiếng như Zidovudine (AZT) trong điều trị HIV là minh chứng điển hình cho sự thành công của nhóm hợp chất này.

1.2. Vai trò của carbocyclic nucleoside trong hóa dược

Một trong những nhược điểm của các nucleoside truyền thống là liên kết glycoside dễ bị phân hủy bởi các enzyme phosphorylase trong cơ thể, làm giảm hiệu lực của thuốc. Carbocyclic nucleoside ra đời để giải quyết vấn đề này. Bằng cách thay thế nguyên tử oxy dị vòng trong phần đường bằng một nhóm CH2, các hợp chất này trở nên bền vững hơn về mặt hóa học và enzyme. Sự thay đổi cấu trúc này không chỉ làm tăng thời gian bán hủy của thuốc mà còn có thể cải thiện hoạt tính sinh học. Nhiều loại thuốc kháng virus thành công như Abacavir (điều trị HIV) và Entecavir (điều trị viêm gan B) đều thuộc nhóm carbocyclic nucleoside, khẳng định tầm quan trọng chiến lược của chúng trong việc phát triển các liệu pháp mới.

1.3. Mục tiêu nghiên cứu khoa học của luận văn

Luận văn này đặt ra mục tiêu cụ thể là tổng hợp thành công một dãy các dẫn xuất cyclobutane nucleoside mới, trong đó phần base nitơ được thay thế bằng vòng 1,2,3-triazole có các nhóm thế khác nhau. Hướng nghiên cứu này kết hợp hai ý tưởng chính: sử dụng khung cyclobutane carbocyclic để tăng độ bền và sử dụng dị vòng triazole để đa dạng hóa cấu trúc và tìm kiếm hoạt tính mới. Các mục tiêu chi tiết bao gồm: xây dựng quy trình tổng hợp chất trung gian azide chìa khóa một cách hiệu quả; ứng dụng phản ứng "Hóa học Click" để tạo vòng triazole; và cuối cùng là thực hiện các biến đổi hóa học trên sản phẩm để tạo ra thư viện hợp chất. Công trình này là một phần của nỗ lực tìm kiếm các tác nhân trị liệu mới, góp phần vào cuộc chiến chống lại các bệnh do virus gây ra như HIV/AIDS và viêm gan.

II. Thách thức trong việc phát triển thuốc kháng virus mới

Quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc kháng virus mới phải đối mặt với nhiều thách thức to lớn, đòi hỏi sự đầu tư lớn về trí tuệ và nguồn lực. Một trong những rào cản chính là khả năng biến đổi và đột biến cực kỳ nhanh của virus, đặc biệt là các retrovirus như HIV. Sự biến đổi này dẫn đến hiện tượng kháng thuốc, làm cho các phác đồ điều trị hiện tại dần mất đi hiệu quả và buộc các nhà khoa học phải liên tục tìm kiếm các hợp chất mới với cơ chế tác động khác biệt. Bên cạnh đó, các thuốc hiện hành, chẳng hạn như nhóm NRTI, thường gây ra các tác dụng phụ đáng kể do chúng có thể ảnh hưởng đến các enzyme của tế bào chủ, gây độc tính. Về mặt tổng hợp hóa học, việc tạo ra các cấu trúc phân tử phức tạp như các carbocyclic nucleoside cũng không hề đơn giản. Việc xây dựng vòng cyclobutane vốn có sức căng lớn và kiểm soát hóa học lập thể của các tâm bất đối trên vòng đòi hỏi các phương pháp tổng hợp tiên tiến và được tối ưu hóa cẩn thận. Do đó, việc tìm ra một quy trình có hiệu suất tổng hợp cao, ít bước và khả thi về mặt kinh tế luôn là một bài toán khó trong luận văn hóa hữu cơ và ngành hóa dược.

2.1. Hiện tượng virus kháng thuốc và tác dụng phụ

Virus, đặc biệt là HIV, có enzyme phiên mã ngược hoạt động với tỷ lệ lỗi cao, dẫn đến việc tạo ra nhiều biến thể di truyền trong một thời gian ngắn. Khi một loại thuốc được sử dụng, các biến thể có khả năng chống lại tác động của thuốc sẽ tồn tại và nhân lên, tạo ra một quần thể virus kháng thuốc. Đây là trở ngại lớn nhất trong điều trị dài hạn. Thêm vào đó, các tương tự nucleoside sau khi được hoạt hóa thành dạng triphosphate có thể bị nhận nhầm bởi các enzyme polymerase của tế bào người, gây ức chế tổng hợp DNA ty thể và dẫn đến các tác dụng phụ nghiêm trọng như nhiễm toan lactic, bệnh lý thần kinh ngoại biên, hoặc viêm tụy. Việc tìm kiếm các hợp chất có tính chọn lọc cao, chỉ tác động lên enzyme của virus mà ít ảnh hưởng đến tế bào chủ, là một mục tiêu cấp bách.

2.2. Khó khăn trong tổng hợp hóa học vòng cyclobutane

Vòng cyclobutane có sức căng góc đáng kể, làm cho việc hình thành và biến đổi nó trở nên khó khăn hơn so với các vòng 5 hoặc 6 cạnh. Các phương pháp tổng hợp hóa học cổ điển thường cho hiệu suất thấp hoặc yêu cầu điều kiện khắc nghiệt. Phản ứng quang hóa cộng hợp đóng vòng [2+2] là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để tạo khung cyclobutane, nhưng lại đòi hỏi thiết bị chuyên dụng (đèn UV công suất cao, hệ thống làm lạnh sâu) và tiềm ẩn rủi ro. Hơn nữa, việc kiểm soát hóa học lập thể để tạo ra các đồng phân quang học mong muốn là một thách thức lớn. Điều này thường yêu cầu sử dụng các chất xúc tác bất đối xứng đắt tiền hoặc các phản ứng chọn lọc lập thể phức tạp, ví dụ như acyl hóa bằng enzyme, làm tăng chi phí và độ phức tạp của quy trình tổng hợp.

III. Phương pháp tổng hợp hợp chất trung gian azide chìa khóa

Để tổng hợp được các dẫn xuất cyclobutane nucleoside mục tiêu, bước đầu tiên và quan trọng nhất là phải điều chế được hợp chất trung gian azide chìa khóa (chất 1 trong luận văn). Đây là phân tử mang khung cyclobutene và nhóm chức azide (-N3), sẵn sàng cho phản ứng "Click" tiếp theo. Quy trình tổng hợp chất trung gian này là một chuỗi phản ứng gồm nhiều bước, được thiết kế một cách logic và khoa học, thể hiện trình độ cao trong tổng hợp hóa học hữu cơ. Sơ đồ tổng hợp bắt đầu từ những nguyên liệu đơn giản và rẻ tiền, trải qua các giai đoạn quan trọng như tạo khung vòng bốn, khử hóa, acyl hóa chọn lọc lập thể, bảo vệ nhóm chức và cuối cùng là chuyển hóa thành nhóm azide. Mỗi bước trong quy trình đều được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất tổng hợp cao nhất có thể. Đặc biệt, việc sử dụng enzyme lipase từ Pseudomonas fluorescens để thực hiện phản ứng acyl hóa chọn lọc là một điểm nhấn công nghệ sinh học, cho phép kiểm soát cấu hình của một tâm bất đối quan trọng với độ tinh khiết quang học cao. Quá trình này là nền tảng vững chắc, quyết định đến sự thành công của toàn bộ công trình nghiên cứu khoa học.

3.1. Phản ứng quang hóa 2 2 tạo khung cyclobutane

Bước khởi đầu của chuỗi tổng hợp là tạo ra khung cyclobutane. Luận văn đã áp dụng phương pháp hiệu quả là phản ứng đóng vòng quang hóa [2+2] giữa 1,2-dichloroethene và maleic anhydride. Dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại (UV), hai phân tử này kết hợp với nhau để tạo thành một sản phẩm cộng vòng bốn cạnh. Theo phương pháp cải tiến của Huet và cộng sự [18], phản ứng này có thể được thực hiện ở điều kiện êm dịu hơn so với phương pháp truyền thống dùng acetylene. Sản phẩm thu được sau đó được xử lý bằng kẽm (Zn) hoạt hóa để loại bỏ hai nguyên tử clo, tạo thành cis-cyclobut-3-ene-1,2-dicarboxylic anhydride (chất 3), là tiền chất trực tiếp cho các bước tiếp theo.

3.2. Quy trình acyl hóa chọn lọc lập thể xúc tác enzyme

Sau khi khử anhydride 3 bằng LiAlH4 để thu được diol tương ứng (chất 4), một bước cực kỳ quan trọng là acyl hóa chọn lọc một trong hai nhóm hydroxyl. Để giải quyết vấn đề hóa học lập thể này, luận văn đã sử dụng một phương pháp sinh xúc tác hiện đại: dùng enzyme lipase Pseudomonas fluorescens (PFL) trong dung môi vinyl acetate. Enzyme này có khả năng phân biệt và chỉ acyl hóa nhóm hydroxyl gắn với carbon có cấu hình R. Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ thấp (-10 °C) để đạt được hiệu suất và độ chọn lọc enantiomer (ee) cao. Kỹ thuật này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường, là một ví dụ điển hình cho việc ứng dụng công nghệ xanh vào tổng hợp hóa học.

3.3. Các bước bảo vệ nhóm và chuyển hóa chức năng

Sau khi acyl hóa chọn lọc, nhóm hydroxyl còn lại được bảo vệ bằng nhóm TBDPS (tert-butyldiphenylsilyl) cồng kềnh để tránh các phản ứng không mong muốn ở các bước sau. Tiếp theo, nhóm acetyl được loại bỏ bằng dung dịch NH3/MeOH để tái tạo lại nhóm hydroxyl. Nhóm hydroxyl này sau đó được chuyển hóa thành một nhóm đi ra tốt (leaving group) là mesylate (-OMs) bằng phản ứng với mesyl chloride (MsCl). Cuối cùng, phản ứng thế nucleophin với natri azide (NaN3) được thực hiện để thay thế nhóm mesylate bằng nhóm azide, hoàn thành việc tổng hợp hợp chất trung gian chìa khóa (chất 1). Chuỗi phản ứng này thể hiện sự kiểm soát chặt chẽ các nhóm chức trong một phân tử đa chức.

IV. Bí quyết tổng hợp nucleoside qua phản ứng Hóa học Click

Với hợp chất trung gian azide chìa khóa trong tay, giai đoạn tiếp theo là gắn phần "base" dị vòng vào khung cyclobutane. Luận văn đã sử dụng một trong những công cụ mạnh mẽ và thanh lịch nhất của hóa học hữu cơ hiện đại: phản ứng "Hóa học Click". Cụ thể là phản ứng cộng hợp đóng vòng azide-alkyne xúc tác đồng (I) (CuAAC). Phản ứng này nổi tiếng với các ưu điểm vượt trội: hiệu suất tổng hợp rất cao, điều kiện phản ứng ôn hòa, độ chọn lọc vị trí tuyệt đối (chỉ tạo ra đồng phân 1,4-disubstituted), và dễ dàng thực hiện. Bằng cách cho azide (chất 1) phản ứng với một loạt các alkyne đầu mạch khác nhau, một thư viện các dẫn xuất cyclobutane nucleoside với phần base 1,2,3-triazole đa dạng đã được tạo ra. Sau khi phản ứng đóng vòng thành công, các bước biến đổi cuối cùng bao gồm dihydroxy hóa nối đôi trên vòng cyclobutene và loại bỏ nhóm bảo vệ TBDPS để thu được các sản phẩm cuối cùng. Toàn bộ quy trình này cho thấy một chiến lược tổng hợp thông minh, hiệu quả, và có khả năng ứng dụng rộng rãi trong ngành hóa dược để tạo ra các thư viện hợp chất cho việc sàng lọc hoạt tính sinh học.

4.1. Ứng dụng phản ứng đóng vòng Huisgen xúc tác Cu I

Phản ứng Huisgen, hay còn gọi là cộng hợp lưỡng cực 1,3 azide-alkyne, khi được xúc tác bởi ion Cu(I), trở thành một phản ứng "Click" hoàn hảo. Trong luận văn, phản ứng này được thực hiện trong hệ dung môi t-BuOH:H2O (1:1), với xúc tác được tạo ra tại chỗ từ CuSO4 và natri ascorbate (vitamin C). Natri ascorbate đóng vai trò là chất khử để chuyển Cu(II) thành Cu(I) hoạt động. Phản ứng diễn ra hoàn toàn ở nhiệt độ phòng chỉ sau một đêm khuấy trộn. Hiệu suất tổng hợp của bước này rất ấn tượng, thường đạt trên 90% đối với nhiều loại alkyne khác nhau, chứng minh tính mạnh mẽ và đáng tin cậy của phương pháp này trong việc tạo ra các hợp chất dị vòng.

4.2. Dihydroxy hóa và loại nhóm bảo vệ TBDPS hiệu quả

Sau khi tạo ra vòng triazole, nối đôi C=C trên vòng cyclobutene được dihydroxy hóa để tạo thêm hai nhóm hydroxyl, làm tăng tính phân cực và khả năng tương tác của phân tử. Phản ứng này được thực hiện bằng tác nhân N-methylmorpholine N-oxide (NMO) với một lượng xúc tác Osmium tetroxide (OsO4). Phản ứng tạo ra hai đồng phân diastereomer và có thể tách rời chúng bằng sắc ký cột. Bước cuối cùng là loại bỏ nhóm bảo vệ TBDPS bằng tetrabutylammonium fluoride (TBAF) trong THF. Mặc dù bước này gặp một số khó khăn trong việc tinh chế sản phẩm khỏi muối amoni, nhưng luận văn đã tìm ra giải pháp bằng cách sử dụng phương pháp tinh chế qua cột sephadex, cho thấy khả năng giải quyết vấn đề thực tiễn trong phòng thí nghiệm.

V. Kết quả phân tích các dẫn xuất cyclobutane nucleoside

Một phần không thể thiếu và có ý nghĩa quyết định trong bất kỳ công trình luận văn hóa hữu cơ nào là việc xác định và biện luận cấu trúc của các hợp chất đã tổng hợp được. Luận văn đã sử dụng một bộ công cụ phân tích cấu trúc hiện đại và toàn diện để khẳng định sự thành công của quá trình tổng hợp. Các kỹ thuật phân tích phổ tiên tiến như phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và phổ khối (MS) đã được áp dụng một cách hệ thống. Dữ liệu từ các phổ này không chỉ xác nhận rằng các sản phẩm mong muốn đã được tạo thành với cấu trúc chính xác, mà còn cung cấp những thông tin chi tiết về cấu trúc không gian và hóa học lập thể của phân tử. Việc phân tích kỹ lưỡng các tín hiệu cộng hưởng, hằng số tương tác, và các tương tác không gian đã cho phép phân biệt rõ ràng giữa các đồng phân lập thể, một yếu tố cực kỳ quan trọng vì hoạt tính sinh học của một hợp chất thường phụ thuộc rất lớn vào cấu hình không gian của nó. Kết quả này là bằng chứng xác thực cho thành công của nghiên cứu khoa học, tạo ra các phân tử mới hoàn toàn với cấu trúc được xác định rõ ràng.

5.1. Biện luận cấu trúc bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) là công cụ mạnh mẽ nhất để làm sáng tỏ cấu trúc phân tử. Phổ 1H NMR cung cấp thông tin về số lượng và môi trường hóa học của các proton, trong khi phổ 13C NMR cho thông tin tương tự đối với các nguyên tử carbon. Trong luận văn, các tín hiệu đặc trưng của proton trên vòng 1,2,3-triazole (dạng singlet) và các proton của vòng cyclobutane đã được xác định rõ ràng. Hơn nữa, các kỹ thuật phổ hai chiều như COSY (cho thấy tương tác giữa các proton kề nhau) và HMBC (cho thấy tương tác xa giữa proton và carbon) đã được sử dụng để ráp nối các mảnh cấu trúc lại với nhau, khẳng định một cách chắc chắn trình tự liên kết của các nguyên tử trong phân tử.

5.2. Xác nhận khối lượng phân tử qua phổ khối MS

Phổ khối (MS) là kỹ thuật được sử dụng để xác định khối lượng phân tử của hợp chất, một thông tin cơ bản nhưng cực kỳ quan trọng để xác nhận công thức phân tử. Trong nghiên cứu này, kỹ thuật ESI-MS (Ion hóa phun điện tử) đã được sử dụng. Phổ đồ cho thấy các peak ion phân tử (ví dụ M+Na+), có giá trị m/z khớp chính xác với khối lượng phân tử đã được tính toán dựa trên cấu trúc đề xuất. Dữ liệu từ phổ khối (MS) kết hợp với dữ liệu NMR tạo thành một bộ bằng chứng không thể chối cãi, khẳng định danh tính của các dẫn xuất cyclobutane nucleoside mới được tổng hợp.

5.3. Phân biệt đồng phân lập thể bằng kỹ thuật NOESY

Sau phản ứng dihydroxy hóa, hai đồng phân diastereomer được tạo thành. Để phân biệt cấu trúc không gian của chúng, kỹ thuật phổ NOESY (Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy) đã được sử dụng. Phổ NOESY phát hiện các tương tác không gian (qua hiệu ứng Overhauser) giữa các proton ở gần nhau trong không gian, dù chúng không liên kết trực tiếp với nhau. Bằng cách phân tích các tín hiệu chéo trên phổ NOESY, luận văn đã xác định được cấu trúc tương đối của các nhóm hydroxyl mới được thêm vào so với các nhóm thế khác trên vòng cyclobutane. Ví dụ, sự có mặt hoặc vắng mặt của tương tác NOE giữa proton H1/H2 và các proton của nhóm CH2OH đã giúp phân biệt rõ ràng hai đồng phân.

VI. Triển vọng hoạt tính sinh học của cyclobutane nucleoside

Việc tổng hợp thành công và xác định cấu trúc rõ ràng của một loạt các dẫn xuất cyclobutane nucleoside mới đã mở ra những triển vọng đầy hứa hẹn. Mặc dù luận văn này tập trung chủ yếu vào khía cạnh tổng hợp hóa học, nhưng mục tiêu cuối cùng của mọi nghiên cứu trong lĩnh vực hóa dược là tìm ra các hợp chất có hoạt tính sinh học quý giá. Các hợp chất được tổng hợp có cấu trúc lai giữa một carbocyclic nucleoside bền vững và một dị vòng 1,2,3-triazole, vốn được biết đến với nhiều hoạt tính đa dạng. Sự kết hợp này mang lại tiềm năng lớn trong việc khám phá ra các tác nhân trị liệu mới. Các hợp chất này có thể được xem là ứng cử viên tiềm năng cho các thử nghiệm sàng lọc hoạt tính chống lại nhiều loại virus, bao gồm HIV, virus viêm gan (HBV, HCV), hoặc thậm chí là các dòng tế bào ung thư. Công trình nghiên cứu khoa học này không chỉ là một bài tập học thuật xuất sắc mà còn là một bước khởi đầu quan trọng, cung cấp một nền tảng vật chất và tri thức cho các nghiên cứu sinh học và dược lý tiếp theo, góp phần vào nỗ lực chung của cộng đồng khoa học trong việc phát triển các loại thuốc mới.

6.1. Tiềm năng làm thuốc kháng virus và chất chống ung thư

Với cấu trúc tương tự nucleoside, các hợp chất mới này là ứng cử viên hàng đầu cho việc thử nghiệm hoạt tính ức chế enzyme phiên mã ngược của virus, tương tự như các thuốc kháng virus nhóm NRTI. Vòng 1,2,3-triazole cũng là một dược chất (pharmacophore) quan trọng, đã được tìm thấy trong nhiều hợp chất có hoạt tính chống vi khuẩn, chống nấm, và chống ung thư. Sự đa dạng hóa các nhóm thế trên vòng triazole cho phép điều chỉnh các đặc tính lý hóa (như độ tan, khả năng thấm qua màng tế bào) và dược động học của phân tử. Do đó, rất có thể một vài trong số các hợp chất được tổng hợp sẽ thể hiện hoạt tính sinh học đáng chú ý, trở thành các hợp chất "hit" cho việc phát triển thuốc trong tương lai.

6.2. Hướng phát triển từ luận văn hóa hữu cơ này

Công trình luận văn hóa hữu cơ này đã đặt một nền móng vững chắc. Các hướng phát triển trong tương lai là rất rõ ràng. Trước hết, cần tiến hành sàng lọc toàn diện hoạt tính sinh học của thư viện hợp chất đã tổng hợp được. Các thử nghiệm in vitro chống lại các enzyme virus (như RT của HIV) và các dòng tế bào bị nhiễm virus là bước đi tiếp theo. Dựa trên kết quả sàng lọc, các nghiên cứu về mối quan hệ cấu trúc-hoạt tính (SAR) sẽ được thực hiện để xác định các đặc điểm cấu trúc quan trọng nhất. Từ đó, các nhà khoa học có thể thiết kế và tổng hợp các thế hệ dẫn xuất tiếp theo với hoạt tính được tối ưu hóa, tiến gần hơn đến mục tiêu tạo ra một ứng cử viên thuốc tiềm năng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Dịch tễ học virus toàn cầu ghi nhận hơn 33 triệu người đang sống chung với HIV/AIDS và khoảng 25 triệu ca tử vong, trong khi số ca tử vong do căn bệnh này tại Việt Nam đã vượt mốc 42.000 trường hợp và 1/3 dân số thế giới nhiễm virus viêm gan B (HBV). Trong 30 năm phát triển thuốc chống retrovirus, Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) mới chỉ phê duyệt 7 dẫn xuất nucleoside (NRTI) và 1 dẫn xuất nucleotide. Tuy nhiên, hiệu quả điều trị của các thuốc này đang suy giảm nghiêm trọng do cơ chế tự đột biến kháng thuốc nhanh chóng của virus và độc tính tế bào khi các liên kết glycoside tự nhiên dễ bị enzyme phosphorylase phân hủy.

Nhằm giải quyết bài toán cấp bách trên, đề tài tập trung vào mục tiêu thiết kế và tổng hợp các dẫn xuất cyclobutane nucleoside mới chứa dị vòng 1,2,3-triazole mô phỏng cấu trúc hoạt tính của ribavirin. Công trình được triển khai thực hiện tại Khoa Hóa học thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội phối hợp cùng Phòng Hóa học các chất chống virus thuộc Viện Hóa học trong giai đoạn 2010 - 2011.

Nghiên cứu mang ý nghĩa học thuật và ứng dụng to lớn khi mở ra hướng tiếp cận mới trong hóa dược chống virus. Bằng việc thay thế vòng đường carbohydrate truyền thống bằng vòng carbocyclic cyclobutane và gắn dị vòng 1,2,3-triazole qua phản ứng Hóa học Click (CuAAC), quy trình đã tổng hợp thành công các dẫn xuất nucleoside thế hệ mới với hiệu suất phản ứng Click đạt từ 82% đến 98%, tạo nền tảng vững chắc cho việc phát triển các hoạt chất kháng virus tiềm năng cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết ức chế enzyme phiên mã ngược (Reverse Transcriptase - RT) của retrovirus và nguyên lý chuyển hóa của thuốc ức chế nucleoside (NRTI). Sau khi thâm nhập vào tế bào chủ, NRTI trải qua 3 bước phosphoryl hóa nhờ kinase nội bào để tạo thành dạng nucleoside 5'-triphosphate. Do thiếu nhóm 3'-OH tự do, hợp chất này đóng vai trò tác nhân kết thúc chuỗi (chain terminator), ngăn chặn hoàn toàn sự kéo dài của chuỗi DNA virus.

Bên cạnh đó, đề tài ứng dụng lý thuyết carbocyclic nucleoside, thay thế nguyên tử oxy trong vòng furanose bằng nhóm methylene (-CH2-), giúp tăng độ bền chuyển hóa gấp nhiều lần trước sự phân hủy của enzyme phosphorylase. Khung nghiên cứu kết hợp chặt chẽ với lý thuyết Hóa học Click (CuAAC) do K. Barry Sharpless phát triển, sử dụng xúc tác đồng Cu(I) giúp tăng tốc độ phản ứng đóng vòng lưỡng cực 1,3 azide-alkyne từ $10^7$ đến $10^8$ lần so với phản ứng Huisgen cổ điển, đồng thời chỉ tạo ra duy nhất đồng phân 1,4-triazole. Quá trình kiểm soát lập thể được củng cố bằng lý thuyết acyl hóa bất đối xứng sử dụng xúc tác enzyme lipase Pseudomonas fluorescens (PFL), cho phép đạt độ dư đối quang (ee) lên tới 98,5% ở dải nhiệt độ từ -10°C đến -25°C.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quy trình tổng hợp hóa học đa bước bắt đầu từ 45 g (0,46 mol) anhydride maleic và 39 mL (0,50 mol) dichloroethylene. Cỡ mẫu khảo sát bao gồm 8 dẫn xuất alkyne đầu mạch có cấu trúc đa dạng (chứa nhóm chức ester, aryl, trifluoromethyl, amine bậc ba, piperazine) được lựa chọn theo phương pháp chọn mẫu có chủ đích nhằm kiểm tra tính tương thích hóa học và phạm vi ứng dụng của phản ứng Click.

Phương pháp phân tích cấu trúc sử dụng hệ thống phổ cộng hưởng từ hạt nhân đa chiều 1D và 2D tiên tiến ghi trên máy Bruker Avance 500 MHz (1H-NMR, 13C-NMR, COSY, HMBC, NOESY) và phổ khối lượng ESI-MS trên hệ thống Agilent Series 1100. Lý do lựa chọn hệ phổ này là vì khả năng phân giải cực cao, cho phép xác định chính xác cấu hình lập thể không gian tuyệt đối của các đồng phân cis/trans trên vòng bốn cạnh cyclobutane. Tiến trình phản ứng và độ tinh khiết được kiểm soát liên tục bằng sắc ký lớp mỏng silica gel Merck 60 F254 và sắc ký cột qua chất hấp phụ silica gel 60 kết hợp gel Sephadex. Toàn bộ chuỗi thực nghiệm được tiến hành liên tục và hoàn thiện trong mốc thời gian từ tháng 1 năm 2010 đến tháng 12 năm 2011.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu đã xây dựng thành công quy trình 7 bước tổng hợp hợp chất trung gian chìa khóa azide 1 từ anhydride maleic. Điểm nhấn nổi bật là phản ứng quang hóa [2+2] êm dịu sử dụng đèn UV 400W ở nhiệt độ phòng và phản ứng acetyl hóa chọn lọc lập thể diol 4 bằng enzyme PFL ở -10°C trong 16 giờ, thu được monoacetate 5 với hiệu suất 97% và độ dư đối quang đạt 98% ee. Phản ứng mesyl hóa đạt hiệu suất 85% và phản ứng azit hóa với NaN3 ở 60°C trong 9 giờ đạt hiệu suất 82% (khẳng định qua pic ESI-MS m/z = 399 [M+Na]+).

Thứ hai, phản ứng cộng hợp đóng vòng CuAAC giữa trung gian azide 1 với 5 dẫn xuất alkyne đầu mạch trong hệ dung môi t-BuOH:H2O (tỷ lệ 1:1) diễn ra hoàn toàn sau khi khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng, đạt hiệu suất vượt trội từ 82% đến 98%. Trong đó, dẫn xuất chứa nhóm phenyl đạt hiệu suất cao nhất 98%, dẫn xuất chứa nhân thơm thế p-methyl đạt 95% và dẫn xuất este đạt 94%.

Thứ ba, phản ứng dihydroxy hóa nối đôi cyclobutene bằng hệ tác nhân N-methylmorpholine N-oxide (NMO) với xúc tác OsO4 (tỷ lệ THF:H2O 4:1) tạo ra 2 đồng phân diastereomer với tỷ lệ phân bố giữa đồng phân a và đồng phân b dao động từ 35/65 đến 45/55. Nghiên cứu đã xử lý thành công trở ngại tách muối amoni sau khi loại bỏ nhóm bảo vệ silyl TBDPS bằng TBAF thông qua cột gel Sephadex, nâng tỷ lệ thu hồi sản phẩm sạch lên trên 90%.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất vượt trội của phản ứng Click được giải thích do hệ xúc tác 20 mol-% CuSO4.5H2O kết hợp 200 mol-% natri ascorbate tạo ra nguồn Cu(I) ổn định trong môi trường khí trơ Ar, hạ thấp năng lượng hoạt hóa và triệt tiêu hoàn toàn khả năng hình thành đồng phân 1,5-triazole. Kết quả này hoàn toàn tương thích với các công bố quốc tế của Sharpless và Fokin về hóa học Click chọn lọc vùng.

Dữ liệu thực nghiệm về hiệu suất phản ứng Click (82-98%) và tỷ lệ phân bố đồng phân (35/65 đến 45/55) được chuẩn hóa và trực quan hóa rõ nét thông qua hệ thống bảng số liệu và biểu đồ phân tích phổ NOESY 500 MHz. Trên biểu đồ phổ NOESY, đồng phân 17b thể hiện rõ các tương tác xa giữa proton H1-H5 và H2-H6 do nằm cùng mặt phẳng với các nhóm hydroxymethyl, trong khi đồng phân 17a không xuất hiện tương tác này. Việc chuyển đổi thành công nhóm ester trên vòng triazole thành nhóm amide bằng dung dịch NH3/MeOH 7M đã hoàn tất cấu trúc tương đồng ribavirin, mang lại tiềm năng sinh học vượt trội cho các phân tử mới.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, tối ưu hóa quy trình monohydroxy hóa nối đôi vòng cyclobutene bằng cách nghiên cứu các hệ tác nhân hydroboration có tính chọn lọc không gian cao hơn (như 9-BBN hoặc disiamylborane) nhằm nâng hiệu suất phân lập từng đồng phân đơn lẻ từ mức dưới 5% hiện tại lên trên 75% trong vòng 6 tháng tới (Đơn vị thực hiện: Nhóm nghiên cứu Hóa dược hữu cơ).

Thứ hai, tiến hành thử nghiệm sàng lọc hoạt tính sinh học in vitro nhằm đánh giá khả năng ức chế enzyme phiên mã ngược RT trên các chủng virus HIV-1, HBV và cúm A/H1N1, hướng tới mục tiêu đạt nồng độ ức chế IC50 dưới 1,0 µM trong thời hạn 12 tháng (Đơn vị thực hiện: Phòng Hóa học các chất chống virus phối hợp cùng Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương).

Thứ ba, áp dụng công nghệ hóa học dòng chảy liên tục (Flow Chemistry) kết hợp quang hóa để nhân rộng quy mô tổng hợp cis-cyclobut-3-en-1,2-dicarboxylic anhydride lên trên 100 g/mẻ, giảm 50% thời gian chiếu xạ UV 400W trong vòng 9 tháng tới (Đơn vị thực hiện: Các phòng thí nghiệm tổng hợp quy mô bán công nghiệp).

Thứ tư, mở rộng thư viện phân tử bằng cách kết hợp thêm 10+ dẫn xuất alkyne dị vòng đa dạng (như pyrimidine, purine, thiazole) vào khung cyclobutane nhằm khảo sát toàn diện mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính sinh học (SAR) trong lộ trình 18 tháng (Đơn vị thực hiện: Các nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Hóa hữu cơ).

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm 1: Các nhà nghiên cứu Hóa dược và Hóa tổng hợp hữu cơ có thể khai thác quy trình tổng hợp bất đối xứng 8 bước, ứng dụng phản ứng xúc tác enzyme chọn lọc lập thể PFL và kỹ thuật CuAAC với hiệu suất trên 90% để phát triển các khung phân tử thuốc mới.

Nhóm 2: Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa học có thể sử dụng luận văn như tài liệu chuẩn mực về phương pháp phân tích phổ 1D, 2D NMR 500 MHz (COSY, HMBC, NOESY) và MS để giải đoán cấu hình không gian của các hệ vòng nhỏ căng và đồng phân lập thể phức tạp.

Nhóm 3: Các chuyên gia phát triển thuốc kháng virus và retrovirus tại các viện nghiên cứu y dược có thể ứng dụng các dẫn xuất cyclobutane triazole bền vững với phosphorylase để định hướng nghiên cứu các thế hệ thuốc ức chế RT thế hệ mới có khả năng vượt qua đột biến kháng thuốc.

Nhóm 4: Kỹ sư công nghệ hóa dược và sản xuất pilot có thể tham khảo kỹ thuật tinh chế hợp chất phân cực cao bằng gel Sephadex nhằm loại bỏ muối amoni và cải tiến phản ứng quang hóa UV 400W ở điều kiện nhiệt độ phòng an toàn.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần thay thế vòng đường ribose bằng vòng carbocyclic cyclobutane?
Việc thay thế nguyên tử oxy trong vòng ribose bằng nhóm methylene (-CH2-) giúp liên kết giữa phần đường và dị vòng bazơ không còn là liên kết glycoside thông thường. Cấu trúc này giúp phân tử kháng lại sự phân hủy thủy phân của enzyme phosphorylase trong cơ thể, kéo dài thời gian bán thải sinh học và duy trì nồng độ ức chế virus ổn định hơn so với nucleoside tự nhiên.

Ưu thế vượt trội của phản ứng Click CuAAC trong nghiên cứu này là gì?
Hệ xúc tác gồm 20 mol-% CuSO4.5H2O và 200 mol-% natri ascorbate giúp phản ứng đóng vòng diễn ra nhanh gấp $10^7$ đến $10^8$ lần ở nhiệt độ phòng. Phản ứng đạt độ chọn lọc vùng 100% cho đồng phân 1,4-triazole với hiệu suất cao từ 82% đến 98%, loại bỏ hoàn toàn nhược điểm tạo hỗn hợp đồng phân và đòi hỏi nhiệt độ cao 98°C của phản ứng Huisgen truyền thống.

Làm cách nào để phân biệt chính xác hai đồng phân lập thể sau phản ứng dihydroxy hóa?
Nghiên cứu sử dụng phổ NOESY trên máy Bruker Avance 500 MHz. Ở đồng phân 17b, các tín hiệu tương tác xa qua không gian giữa H1-H5 và H2-H6 xuất hiện rõ ràng do các proton này nằm cùng mặt phẳng với hai nhóm hydroxymethyl. Ngược lại, đồng phân 17a không có các tương tác này, giúp khẳng định tuyệt đối cấu hình không gian của từng chất.

Phương pháp nào đã giải quyết triệt để vấn đề lẫn muối amoni sau khi tách nhóm bảo vệ silyl?
Do các cyclobutane nucleoside phân cực mạnh và tan tốt trong nước, việc rửa muối amoni bằng dung dịch NH4Cl thông thường làm thất thoát từ 30% đến 100% sản phẩm vào pha nước. Tác giả đã sử dụng sắc ký gel Sephadex để tách muối amoni ra trước dựa trên kích thước phân tử, sau đó tinh chế lại qua cột silica gel, thu hồi sản phẩm tinh khiết với hiệu suất trên 90%.

Vai trò của enzyme Lipase Pseudomonas fluorescens trong chuỗi tổng hợp là gì?
Enzyme PFL đóng vai trò xúc tác cho phản ứng acyl hóa bất đối xứng chọn lọc nhóm hydroxyl gắn với carbon có cấu hình R của diol 4 ở -10°C trong 16 giờ. Phản ứng tạo ra monoacetate 5 với hiệu suất 97% và độ dư đối quang đạt 98% ee, quyết định tính chất quang hoạt và độ tinh khiết quang học cho toàn bộ các dẫn xuất nucleoside đích.

Kết luận

• Xây dựng thành công chuỗi quy trình tổng hợp bất đối xứng 8 bước tạo hợp chất trung gian chìa khóa azide 1 với độ chọn lọc quang học cao đạt 98% ee.
• Ứng dụng xuất sắc phản ứng Hóa học Click CuAAC để gắn kết 5 dẫn xuất alkyne đầu mạch với hiệu suất phản ứng đạt từ 82% đến 98%.
• Xác định và giải đoán chính xác cấu hình lập thể của các dẫn xuất cyclobutane nucleoside thông qua hệ thống phổ 1D, 2D NMR 500 MHz và NOESY.
• Đề xuất giải pháp tinh chế đột phá qua cột gel Sephadex, giải quyết triệt để bài toán tách muối amoni cho các hợp chất phân cực cao.
• Cung cấp một thư viện dẫn xuất carbocyclic nucleoside mới mô phỏng ribavirin, đóng góp giá trị khoa học to lớn cho ngành hóa dược tổng hợp các chất chống virus.

Lộ trình nghiên cứu tiếp theo trong 6 đến 18 tháng tới tập trung vào việc thử nghiệm hoạt tính sinh học in vitro và mở rộng quy mô tổng hợp dòng chảy. Hãy liên hệ với các tác giả hoặc truy cập kho học liệu của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN để tham khảo toàn văn công trình nghiên cứu giá trị này!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 Giới Thiệu và Định Hướng Nghiên Cứu 1. Giới thiệu: Các dẫn xuất nucleoside với hoạt tính chống virus Lây nhiễm virus là nguyên nhân gây ra các dịch bệnh rất nguy hiểm như cúm, viêm gan B & C, cúm loại A & B,… đặc biệt là AIDS. Dựa theo kết quả thống kê năm 2007, đã có khoảng 25 triệu người tử vong do mắc AIDS, 33 triệu người đang chung sống với HIV/AIDS. Mỗi ngày trung bình có khoảng 6.800 người mới bị nhiễm bệnh và hơn 5.700 người tử vong do AIDS [58].

Số người nhiễm virus viêm gan B chiếm một phần ba dân số thế giới. Tại Việt Nam, theo Bộ Y Tế, tính đến thời điểm năm 2009 có hơn 42.000 người bị chết do nhiễm HIV/AIDS và tỉ lệ người nhiễm viêm gan B nằm trong nhóm cao nhất thế giới [59]. Để hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động và hạn chế của các thuốc chống virus, trước hết ta cần tìm hiểu về cấu trúc và sự lây lan của virus. 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Virus điển hình gồm có lớp vỏ protein, còn gọi là capsid, bên trong chứa acid nucleic (hệ gene) có thể là DNA hoặc RNA.

Điều quan trọng là bộ gene của virus không chỉ mã hoá cho các protein cần để bao bọc vật liệu di truyền của nó mà còn mã hoá cho các protein cần cho virus sinh sản trong chu kì xâm nhiễm của nó. Phức hợp bao gồm acid nucleic và vỏ capsid được gọi là nucleocapsid. Một số loại virus còn có màng bao (envelop).1: Cấu tạo của virus Virus có tính kí sinh nội bào bắt buộc, chúng chỉ có thể sinh sản bằng cách xâm chiếm tế bào sống khác vì chúng thiếu bộ máy ở mức tế bào để tự sinh sản. Trong số đó, các retrovirus có tính chất đặc biệt đó là khản năng phiên mã hệ gene RNA của nó thành DNA bởi enzyme phiên mã ngược (reverse transcriptase RT), DNA virus sau đó được tích hợp vào DNA của tế bào chủ.

Do tính chất đặc biệt này mà RT là đích tấn công quan trọng trong việc nghiên cứu thuốc chống virus, đặc biệt là HIV. Quá trình sao chép của retrovirus, như HIV, cơ bản gồm có 5 giai đoạn chính. Đầu tiên, virus gắn và xâm nhập vào màng tế bào bằng cách dung hợp lớp vỏ của nó với màng tế bào chủ. Nhờ quá trình dung hợp (fusion), nucleocapsid được đưa vào và giải phóng bộ lõi gene RNA của virus vào tế bào bị nhiễm.

Tiếp đó, RNA được phiên mã thành DNA nhờ enzyme phiên mã ngược RT. DNA này sau đó 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] được chèn vào DNA nhiễm sắc thể của tế bào chủ bởi enzyme integrase. Hệ gene của virus được biểu hiện trong quá trình sinh tổng hợp của tế bào tạo ra các protein virus. RNA và protein virus “lắp ráp” lại và thoát khỏi tế bào chủ bằng cách “nảy chồi” (budding), lớp vỏ bọc lipid được kéo theo ra từ màng tế bào.

Các virus mới tạo ra tiếp tục đi lây nhiễm các tế bào lành bệnh; mỗi tế bào bị nhiễm virus có thể sản xuất ra hàng nghìn virus mới và nhanh chóng lây lan ra toàn bộ chủ thể nhiễm virus.2: Quá trình sao chép của retrovirus trong tế bào chủ [54] Dựa trên sự tác động vào chu trình sao chép của virus, có các loại thuốc chống HIV chính được phát triển đó là: thuốc ức chế enzyme phiên mã ngược là các nucleoside (NRTIs), thuốc ức chế enzyme phiên mã ngược không phải nucleoside (NNRTIs), thuốc ức chế enzyme protease (PIs), thuốc ức quá trình dung hợp của virus. Trong điều trị các loại thuốc khác nhau được dùng kết hợp (drug cocktail) nhằm tăng khả năng của thuốc, phương pháp này được biết đến là liệu pháp điều trị chống retrovirus hoạt tính cao (highly active antiretroviral therapy: HAART). 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Như đã nói ở trên, đối với các retrovirus, enzyme phiên mã ngược RT là đích quan trọng trong việc phát triển thuốc chống HIV. Trong khoảng 30 năm trở lại đây, trọng tâm phát triển thuốc chống HIV là nghiên cứu các thuốc ức chế enzyme phiên mã ngược là các nucleoside (NRTIs).

Cho tới nay, có 7 dẫn xuất nucleoside và 1 dẫn xuất nucleotide được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (Food and Drug Administration: FDA) cấp phép dùng trong điều trị HIV [12]. Ngoài ra, rất nhiều dẫn xuất nucleoside khác đang được thử nghiệm lâm sàng trên người [48]. Các dẫn xuất nucleoside cũng được dùng trong điều trị các bệnh do virus gây ra khác như bệnh thủy đậu và zona (varicella–zoster virus, VZV), HCMV (human cytomegalovirus), herpes simplex (HSV), hepatitis B (HBV) hoặc hepatitis C (HCV) [12, 13, 25]. Các dẫn NRTI được FDA thông qua Nhờ quá trình trao đổi chất, NRTIs được đưa vào trong tế bào.

Sau đó nhóm 5’-hydroxyl được phosphoryl hóa thành 5’-triphosphate qua 3 bước nhờ các kinetase tương ứng. Triphosphate nucleoside, hay nucleotide, tương tác với enzyme phiên mã ngược RT, ức chế cạnh tranh với các cơ chất nucleotide tự nhiên. Tuy nhiên, dẫn xuất nucleotide của NRTIs có tác dụng như tác nhân kết thúc mạch (do không có nhóm 3’-OH), do đó nó làm dừng quá trình phiên mã RNA của virus. Quá trình nhân lên của virus do đó được ngăn chặn [4, 17].

6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.3: Cơ chế ức chế RT của các dẫn xuất nucleoside [13] Nhược điểm của NRTIs là triphosphate cũng như mono và diphosphate nucleoside đều có ái lực với các enzyme của tế bào, cho nên nó gây ra tác dụng phụ ở người được điều trị. Thêm vào đó, các virus có khả năng biến đổi cao dẫn đến giảm hiệu quả của thuốc và kháng thuốc [4, 21, 28, 49]. Nhiều loại thuốc với cơ chế tác dụng và mức độ kháng thuốc khác nhau được dùng kết hợp để làm tăng hiệu quả điều trị bệnh. Do những hạn chế đó, nỗ lực tìm ra các thuốc trị bệnh mới với hoạt tính mạnh hơn và ít gây tác dụng phụ hơn vẫn là rất cấp bách trong việc nghiên cứu và phát triển phương pháp điều trị HIV cũng như các bệnh khác do virus gây ra.

Định hướng nghiên cứu Rất nhiều các dẫn xuất nucleoside đã được tổng hợp dựa trên sửa đổi vòng carbohydrate và/hoặc phần bazơ. Đáng chú ý, khi phần đường được thay bởi vòng carboxylic, tức là nguyên tử oxi được thay bằng nhóm CH2, các dẫn xuất thu được có hoạt tính mạnh hơn và bền hơn dưới tác dụng của enzyme phosphorylase – enzyme làm phân hủy liên kết glycoside [14, 32, 56]. Rất nhiều các dẫn xuất của 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] nhóm hợp chất này đã được tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính, bao gồm các hợp chất chứa vòng cyclopropane [40], cyclobutane [20], cyclopentane [7], cyclohexane [20, 53]. Một số đã được dùng làm thuốc chống virus như aristeromycin A [46], neplanocin A [8], abacavir [29], baraclude [43], và lobucavir [24].

Các dẫn xuất cyclobutyl nucleoside được chú ý nghiên cứu khi oxetanocin A được phát hiện có hoạt tính chống virus mạnh [47]. Hướng nghiên cứu này đã dẫn đến sự phát hiện ra hai dẫn xuất mới là cyclobut-A và cyclobut-G [24], có hoạt tính kháng virus herpes và viêm gan B in vitro. Đồng thời rất nhiều phương pháp tổng hợp các dẫn xuất này đã được nghiên cứu và công bố và một số hợp chất thể hiện hoạt tính đáng chú ý như [6, 37, 51]: 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Khi nghiên cứu sửa đổi phần bazơ, rất nhiều công trình nghiên cứu có kết quả khả quan đã được công bố. Một số hợp chất có hoạt tính đáng chú ý là kết quả của nỗ lực sửa đổi phần bazơ như: Bredinin -là một imidazole nucleoside được dùng làm thuốc ức chế miễn dịch [31, 34], Ribavirin - thuốc điều trị viêm gan [42], các dẫn xuất 1,2,3-triazole TSAO - được dùng trong điều trị hepatitis C và HIV [3, 50].

N R NH2 N N N NH2 TBDMSO N O N O N N O H2N O O OH HO OH O OTBDMS HO OH S HO HO O O Brevidin Ribavirin 1,2,3-triazole TSAO Thêm vào đó, dẫn xuất 1,2,3-triazole gần đây được chú ý nghiên cứu và tổng hợp nhiều do khả năng tổng hợp đơn giản và hứa hẹn nhiều hoạt tính quý báu như chống HIV, chống vi trùng, chống dị ứng [3, 10, 50, 52]. Mặt khác, một số dẫn xuất N- và C-nucleoside có chứa dị vòng, cũng là các tác nhân chống virut và chống khối u, điển hình là Showdomycin, Tiazofurin, Pyranomycin và Ribavirin. 9 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Trên cơ sở đó, tôi đề xuất ý tưởng tổng hợp một số dẫn xuất cyclobutane nucleoside mới có phần bazơ là vòng 1,2,3-triazole. Phương pháp tổng hợp 1.

Tổng hợp phần vòng cyclobutane Hiện nay các phân tử có chứa vòng nhỏ, đặc biệt là vòng bốn, đang được quan tâm phát triển và dần nắm một phần quan trọng trong tổng hợp hữu cơ. Lý do thứ nhất là hiện nay các dẫn xuất cyclobutane và cyclobuten có thể tổng hợp được với những phương pháp đáng tin cậy với hiệu suất cao do đó làm tăng khả năng ứng dụng [39]. Thứ hai là do sức căng của vòng nhỏ dẫn đến khả năng phản ứng với nhiều hướng khác nhau tùy thuộc vào cơ chế phản ứng và đặc điểm của các nhóm thế. Khoảng 20 năm gần đây, theo thống kê thì trong hơn 10.000 sáng chế và công bố khoa học ở lĩnh vực tổng hợp hữu cơ thì có khoảng 3.000 là tổng hợp có liên quan tới hóa học các hợp chất cyclobutane.

Vòng cyclobutane có thể được tổng hợp theo một số phương pháp như sau: (E) & (Z)-silyl và aryl thế của homoallylic methanesulfonate được chuyển thành cis- và trans-1-silyl-2-borylcyclobutane tương ứng cũng như 1-phenyl-2- borylcyclobutane với sự có mặt của CuCl/dppp làm xúc tác, bis(pinacolato)diboron, và K(O-t-Bu) trong THF [35]: 10 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Các hợp chất cyclobutane chứa ba hoặc bốn nhóm thế không đối xứng có thể được tổng hợp với hiệu suất cao và chọn lọc lập thể bằng phản ứng dime hóa dị hợp [2+2] của hai enone mạch hở khác nhau khi được chiếu bằng ánh sáng nhìn thấy và có mặt chất xúc tác quang hóa [Ru(bipy)3]Cl2 [16]: Hay(33): Phản ứng giữa alkyne đầu mạch và alkene với sự có mặt của phức cation Au(I) án ngữ không gian làm xúc tác cho ra cyclobutene với khả năng chọn lọc cấu tạo cao [38]: Muối cobalt xúc tác cho phản ứng cộng hợp [2+2] giữa alkene vòng như cyclopropen hoặc cyclohexene và alkyne giữa mạch với độ chọn lọc hóa học cao tùy thuộc vào bản chất của alkene và phối tử tạo phức với xúc tác [26]: 11 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Một trong các phương pháp thông dụng để tổng hợp các cyclobutane và cyclobuten là phản ứng quang hóa cộng hợp đóng vòng [2+2] của olefine và acethylen với enone vòng và lactone α,β-không no.