Tổng quan luận án

Bệnh ung thư và hội chứng suy giảm trí tuệ Alzheimer (AD) là những thách thức y tế phức tạp. Các loại thuốc đích điều trị ung thư ức chế enzyme Tyrosine Kinases (TKs) chứa khung quinazoline đã được đưa vào sử dụng trong lâm sàng bao gồm gefitinib, erlotinib, lapatinib và vandetanib. Tuy nhiên, hiệu quả điều trị của các thuốc này thường bị giới hạn trong một nhóm nhỏ bệnh nhân do sự không đồng nhất phân tử bên trong và giữa các khối u, khả năng đáp ứng thuốc kém và hiện tượng kháng thuốc xuất phát từ đột biến thụ thể. Đối với bệnh Alzheimer, các thuốc ức chế acetylcholinesterase (AChEI) đơn đích đã được cấp phép như donepezil, rivastigmine và galantamine giúp cải thiện nhận thức và hành vi nhưng không trì hoãn hay ngăn ngừa được quá trình thoái hóa thần kinh.

Xu hướng thiết kế các phân tử lai (hybrid molecules) từ hai hoặc nhiều hợp phần có hoạt tính sinh học khác nhau vào trong một cấu trúc duy nhất nhằm hướng tới mục tiêu ức chế đa chức năng, mở rộng phổ hoạt động, giảm tác dụng phụ và hạn chế tính kháng thuốc đang là một hướng nghiên cứu được quan tâm. Khung quinazoline vừa có khả năng ức chế họ enzyme Tyrosine Kinases trong ung thư, vừa có tiềm năng ức chế kép enzyme acetylcholinesterase (AChE) tại vùng xúc tác (CAS) và vùng ngoại vi (PAS) trong bệnh Alzheimer. Cầu nối 1,2,3-triazole có độ bền cao trong môi trường acid, base, bền với quá trình oxy hóa - khử và bản thân có hoạt tính sinh học phong phú. Đồng thời, thuốc kháng virus Zidovudine (AZT) đã được chứng minh có hoạt tính kháng ung thư khi kết hợp trị liệu. Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định là: cho đến nay chưa có công trình nào công bố việc lai ghép các nhóm có hoạt tính cao như AZT vào mạch nhánh của khung 4-aminoquinazoline thông qua cầu nối 1,2,3-triazole nhằm tạo ra các phân tử lai tác dụng kép, cũng như việc tổng hợp các hợp chất lai có cấu trúc dimer quinazoline chưa từng được đề cập tới.

Luận án xác định 3 mục tiêu nghiên cứu cụ thể như sau:

  1. Nghiên cứu tổng hợp và xác định cấu trúc một số dẫn xuất 4-aminoquinazoline chứa nhóm thế prop-2-yn-1-yloxy ở vị trí C-6. Nghiên cứu tổng hợp và xác định cấu trúc hợp chất lai chứa khung Quinazoline. Nghiên cứu tổng hợp và xác định cấu trúc hợp chất lai dimer quinazoline. Nghiên cứu tổng hợp và xác định cấu trúc các hợp chất lai 4-aminoquinazoline-triazole.
  2. Nghiên cứu tổng hợp và xác định cấu trúc của các hợp chất lai 4-aminoquinazoline-triazole-AZT.
  3. Nghiên cứu hoạt tính gây độc tế bào ung thư và hoạt tính ức chế enzyme acetylcholinesterase của các hợp chất tổng hợp được. Nghiên cứu protein docking và dự đoán tính chất dược động học của một số hợp chất có hoạt tính ức chế enzyme acetylcholinesterase.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các dẫn xuất tổng hợp mới chứa khung 4-aminoquinazoline (biến đổi tại vị trí C-4 và C-6), các dẫn xuất dimer quinazoline, các hợp chất lai quinazoline-triazole và quinazoline-triazole-AZT. Phạm vi thực nghiệm hóa dược, đo phổ xác định cấu trúc và đánh giá hoạt tính sinh học được thực hiện tại các phòng thí nghiệm chuyên ngành thuộc Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Khảo sát hoạt tính sinh học in vitro bao gồm thử nghiệm gây độc tế bào trên 3 dòng tế bào ung thư người (ung thư biểu mô KB CCL-17, ung thư gan HepG2 HB-8065, ung thư phổi Lu-1 HTB-57) và thử nghiệm ức chế enzyme acetylcholinesterase; kết hợp mô phỏng docking phân tử và dự đoán các thông số dược động học in silico.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng quan hệ thống các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến cấu trúc, phương pháp tổng hợp và hoạt tính sinh học của các hợp chất quinazoline, các phân tử lai cũng như các kỹ thuật mô phỏng docking và đánh giá dược động học:

  • Các thuốc và dẫn xuất quinazoline kháng ung thư hướng đích Tyrosine Kinases (TKs): Luận án điểm lại các thuốc thương mại tiêu biểu gồm gefitinib (Iressa) và erlotinib (Tarceva) ức chế thụ thể EGFR thế hệ đầu điều trị ung thư phổi không tế bào nhỏ; lapatinib (Tykerb) ức chế tyrosine kinase kép HER2/neu và EGFR điều trị ung thư vú; vandetanib (Caprelsa) ức chế VEGFR, EGFR và RET-tyrosine kinase điều trị ung thư tuyến giáp thể tủy di căn. Các thụ thể TKs liên quan được hệ thống hóa gồm VEGFR-2 (ung thư biểu mô thận), BCR-ABL (95% bạch cầu dòng tủy mạn, 30% bạch cầu cấp dòng tủy), EGFR-TK (ung thư phổi không tế bào nhỏ), c-KIT (ung thư dạ dày - ruột), và họ erbB/HER gồm HER1, HER2/neu, HER3, HER4 trong các khối u rắn.
  • Các nghiên cứu về hoạt tính ức chế Acetylcholinesterase (AChE) và bệnh Alzheimer: Điểm lại các thuốc AChEI thương mại gồm donepezil, rivastigmine, galantamine; nghiên cứu của Rao P. và cộng sự làm sáng tỏ hoạt tính ức chế cholinesterase của dẫn xuất 4-aminoquinazoline; cấu trúc túi xúc tác AChE gồm vùng CAS (bộ ba xúc tác Ser200, His440, Glu327; túi oxyanion Gly118, Gly119, Ala201; túi acyl Phe288, Phe290; vị trí anion Trp84, Tyr130, Phe330, Phe331) và vùng ngoại vi PAS (Tyr70, Asp72, Tyr121, Trp279, Tyr334).
  • Các phương pháp tổng hợp khung quinazoline:
    • Phương pháp chlorine hóa 4(3H)-quinazolinone: Phản ứng Niementowski giữa dẫn xuất anthranilic và formamide tạo quinazolinone, chlorine hóa rồi thế amine. A. Goossens và cộng sự tổng hợp dẫn xuất N-alkylanilinoquinazoline từ 4-chloro-6,7-dimethoxyquinazoline, phát hiện chất 21d gây độc tế bào ung thư ruột kết HT-29 với $IC_{50} = 5,6\ \mu M$. Malose Jack Mphahlele và cộng sự tổng hợp 4-(halogenoanilino)-6-bromoquinazoline và 6-(4-fluorophenyl)quinazoline có hoạt tính ức chế tế bào HeLa, MCF-7 và ức chế EGFR-TKs. Tarek Mohamed và cộng sự (2017) tổng hợp dẫn xuất quinazoline từ acid chloro-2-aminobenzoic với urê, gắn phenethylamine hoặc 3,4-dimethoxyphenethylamine, thu được chất 33h ($R_1 = i\text{-Pr}$, Cl tại C-7) và 33e ($R_1 = i\text{-Pr}$, Cl tại C-8) có khả năng ức chế AChE với $IC_{50} = 6\ \mu M$.
    • Phương pháp đóng vòng giữa dẫn xuất formamidine và amine: Kun Hu và cộng sự (2018) tổng hợp 58 dẫn xuất quinazoline từ nitrile xúc tác phức paladi với hiệu suất 48-91%. Dhawwal và cộng sự sử dụng iodin và oxy hóa không dung môi tổng hợp 2-arylquinazoline từ 2-aminobenzaldehyde/2-aminobenzophenone với benzylamine (hiệu suất 49-90%).
    • Phương pháp phản ứng domino đa thành phần: Đóng vòng $C_{sp3}\text{-}H/C_{sp2}\text{-}H$ oxy hóa từ N-alkyl-N'-arylamidine dùng $K_2S_2O_8$ (hiệu suất đến 99%); phản ứng cộng vòng hóa [2+2+2] giữa muối diaryliodonium và hai phân tử nitrile xúc tác $Cu(OTf)_2$.
  • Các phân tử lai của quinazoline và hoạt tính sinh học:
    • Tony Frohlich và Christoph Reiter (2017) công bố chất lai quinazoline-artemisinin, trong đó chất 70 có hoạt tính kháng Plasmodium falciparum 3D7 ($EC_{50} = 1,4\text{ nM}$), kháng tế bào ung thư bạch cầu CCRF-CEM ($EC_{50} = 2,8\ \mu M$) và CEM/ADR5000 ($EC_{50} = 0,6\ \mu M$); chất 68 và 69 kháng cytomegalovirus ($EC_{50} = 0,15 - 0,21\ \mu M$).
    • B. Biswadip và cộng sự (2018) tổng hợp chất lai quinazoline-triazole bằng phản ứng click giữa azide và alkyne xúc tác CuI, thu được chất 76 ức chế tế bào MCF-7 ($IC_{50} = 20,71\ \mu M$), liên kết hydro với Met769 của EGFR.
    • Min J. và cộng sự (2016) tổng hợp quinazoline-1,2,4-triazole (các chất 86, 87, 88) ức chế kinase ATM, TYK2 và NEK6.
    • Mahboobi S. và cộng sự (2010) tổng hợp chất lai lapatinib-hydroxyacrylamide ức chế kép EGFR/HER2 và HDAC, tiêu biểu là chất 94a có $IC_{50} = 0,011\ \mu M$ (HER2).
    • Zhang Y. và cộng sự (2015) tổng hợp dẫn xuất erlotinib lai thuốc chống viêm không steroid (NSAID), phân tích SAR cho thấy lai hóa ở C-6 cho hoạt tính gây độc tế bào cao hơn C-7; chất 100d mang naproxen ức chế EGFR và COX-2.
    • Xiong Cai và cộng sự (2010) tổng hợp 24 chất lai quinazoline - acid hydroxamic ức chế kép HDAC, EGFR và HER2; chất 113a có $IC_{50}$ in vitro lần lượt là 4,4 nM (HDAC), 2,4 nM (EGFR) và 15,7 nM (HER2).
    • Tại Việt Nam, nhóm nghiên cứu của GS. Nguyễn Văn Tuyến đã tổng hợp các chất lai của triterpenoid khung Lupan với AZT bằng phản ứng click, tổng hợp erlotinib hydroclorid làm nguyên liệu bào chế thuốc và một số chất lai chứa khung quinazoline.
  • Các công cụ mô phỏng docking và đánh giá tính chất dược động học: Sử dụng phần mềm docking ICM-Pro Molsoft, Discovery Studio, MOE; sàng lọc theo Quy tắc số 5 Lipinski (MW < 500 Da, HBD $\le$ 5, HBA $\le$ 10, MlogP $\le$ 4); quy tắc độc tính Hughes dựa trên dữ liệu dung nạp in vivo (IVT) của Pfizer; phương trình Delaney ESOL ước tính độ tan $logP_{octanol}$; mô hình Caco-2 PRule (Phạm Thế Hải); cây phân loại tính thấm hàng rào máu não BBB (Juan A. Castillo-Garit, tập dữ liệu 497 chất); mô hình cơ chất P-glycoprotein (Jurica Levatić, tập dữ liệu 934 chất); và cơ sở dữ liệu admetSAR (Feixiong Cheng, 2012).

Khoảng trống nghiên cứu được lựa chọn giải quyết là thiết kế và tổng hợp các dẫn xuất 4-aminoquinazoline mới biến đổi tại vị trí C-4 và C-6 thông qua phản ứng đóng vòng giữa dẫn xuất formamidine và amine đi từ nguyên liệu đầu 5-hydroxy-2-nitrobenzaldehyde; tổng hợp hệ dimer quinazoline nối qua cầu diether; và tổng hợp các cấu trúc lai chứa đồng thời 4-aminoquinazoline với 1,2,3-triazole hoặc AZT hướng tới tác dụng kép.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Lý thuyết, khái niệm và khung phân tích

  • Đặc điểm cấu tạo và phản ứng hóa học của khung quinazoline: Quinazoline (1,3-benzodiazine, diazanaphthalene) là hợp chất dị vòng thơm điển hình chứa hệ thống 10 electron $\pi$ phân bố không đồng đều, có tính base yếu ($pK_a = 3,51$), bền dưới tác dụng của chất oxy hóa. Do hiệu ứng tạo muối ở giai đoạn trung gian, phản ứng thế electrophile ($S_E$) ưu tiên xảy ra tại vị trí C-6. Phản ứng thế nucleophile ($S_N$) xảy ra thuận lợi về mặt năng lượng tại vị trí C-2 hoặc C-4.
  • Cơ chế ức chế Tyrosine Kinase (TKs): Quá trình phosphoryl hóa tyrosine bởi TKs kiểm soát sự sinh trưởng, phân chia tế bào. Dẫn xuất 4-anilinoquinazoline ức chế TKs theo cơ chế cạnh tranh với phân tử ATP tại vị trí gắn ATP. Mối quan hệ cấu trúc - hoạt tính (SAR): vòng A, B, C quyết định hoạt tính; nhóm thế anilin tại vị trí C-4 (vòng C) tạo tương tác kỵ nước với hốc ATP; nhóm thế $R_3$ cồng kềnh tăng ức chế HER2; nhóm $R_4$ lipophilic tăng ức chế EGFR và HER2; các nhóm thế tại C-6 và C-7 (vòng B) quyết định tính chất hóa lý, độ tan và mật độ điện tử.
  • Cơ chế ức chế enzyme Acetylcholinesterase (AChE): Phản ứng thủy phân acetylcholine diễn ra tại đáy khoang tác động sâu $20\text{ \AA}$, rộng $5\text{ \AA}$. Chất ức chế AChE tương tác đồng thời với vùng xúc tác (CAS) và vùng ngoại vi (PAS) giúp khóa hoạt tính thủy phân và ngăn cản sự kết tập mảng $\beta$-amyloid.
  • Cơ chế ức chế enzyme nói chung: Phân loại gồm ức chế thuận nghịch (cạnh tranh, không cạnh tranh/kìm hãm hỗn tạp, phi cạnh tranh) và ức chế bất thuận nghịch.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và tính toán

  • Phương pháp tổng hợp hóa học:
    • Phản ứng alkyl hóa nhóm phenol của 5-hydroxy-2-nitrobenzaldehyde bằng propargyl bromua hoặc 1,3-dibromopropane có mặt xúc tác base $Cs_2CO_3$.
    • Phản ứng tạo oxime bằng hydroxylamine hydrochloride ($NH_2OH\cdot HCl$) trong môi trường kiềm (NaOH).
    • Phản ứng chuyển vị/tách loại tạo nhóm nitrile bằng acetic anhydride ở nhiệt độ hồi lưu ($130^\circ C$).
    • Phản ứng khử hóa chọn lọc nhóm nitro thành amine bậc một bằng natri dithionite ($Na_2S_2O_4$) trong môi trường acid/kiềm nhẹ.
    • Phản ứng imine hóa tạo dẫn xuất formamidine sử dụng $N,N$-dimethylformamide dimethyl acetal (DMF-DMA) có mặt acid acetic trong dung môi toluene.
    • Phản ứng đóng vòng tạo dẫn xuất 4-aminoquinazoline bằng cách ngưng tụ formamidine với các amine thơm hoặc amine dị vòng (3-nitroaniline, benzylamine, 3-ethynylaniline, 1-methylpiperazine).
    • Phản ứng tổng hợp các dẫn xuất phenylazide từ amine thơm qua muối diazonium ($NaNO_2$, $p\text{-TsOH}$, $NaN_3$).
    • Phản ứng cộng vòng Huisgen 1,3-lưỡng cực (phản ứng Click) giữa alkyne đầu mạch và dẫn xuất azide có mặt xúc tác đồng(I) iodide (CuI) và base DIPEA trong dung môi tetrahydrofuran (THF) ở nhiệt độ phòng.
  • Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học in vitro:
    • Hoạt tính gây độc tế bào ung thư: Thử nghiệm theo phương pháp MTT của Mosmann trên 3 dòng tế bào chuẩn ATCC: KB (CCL-17, ung thư biểu mô), HepG2 (HB-8065, ung thư gan), và Lu-1 (HTB-57, ung thư phổi) tại Phòng Thử hoạt tính sinh học, Viện Hóa học.
    • Hoạt tính ức chế AChE: Đo quang phổ theo phương pháp Ellman tại Viện Hóa học.
  • Phương pháp mô hình hóa phân tử và dự đoán dược động học:
    • Khảo sát protein docking giữa các hợp chất có hoạt tính với enzyme AChE bằng phần mềm ICM-Pro Molsoft 3.x; phân tích kiểu tương tác liên kết (hydro, $\pi\text{-}\pi$, cation-$\pi$, Van der Waals) qua MOE và Discovery Studio.
    • Dự đoán các thông số ADMET: Quy tắc 5 Lipinski, quy tắc độc tính Hughes (IVT), độ tan Delaney ESOL, mô hình Caco-2 PRule, cây phân loại qua hàng rào máu não BBB, mô hình P-glycoprotein, và cơ sở dữ liệu admetSAR.

Nguồn vật liệu, hóa chất và thiết bị phân tích

  • Hóa chất và dung môi: Hóa chất từ hãng Merck (độ tinh khiết > 98%), dung môi tinh khiết và khan được cất mới trước khi sử dụng. Tiến trình phản ứng được theo dõi bằng sắc ký lớp mỏng silica gel 60 $GF_{254}$ (độ dày 0,2 mm), hiện hình bằng dung dịch $Ce(SO_4)_2$ và đèn tử ngoại ($\lambda = 254\text{ nm}$ và $366\text{ nm}$). Tinh chế sản phẩm bằng sắc ký cột silica gel (cỡ hạt 0,040 - 0,063 mm).
  • Thiết bị xác định cấu trúc:
    • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1H\text{-NMR}$ 500 MHz, $^{13}C\text{-NMR}$ 125 MHz): Ghi trên máy Bruker Avance XL-500, dung môi $CDCl_3$, $DMSO\text{-}d_6$, chất chuẩn nội TMS.
    • Phổ khối lượng: Máy phổ khối phân giải thấp Hewlett Packard MS 5989 MS và LC-MSD-Trap-SL; phổ khối lượng phân giải cao HR-MS ghi trên hệ sắc ký lỏng khối phổ phân giải cao LTQ Orbitrap XL.
    • Phổ hồng ngoại (IR): Ghi trên máy Impact 410-Nicolet ở dạng ép viên KBr.
    • Điểm nóng chảy: Đo trên máy Buchi Melting point B-545.

Nội dung chính theo từng chương

Tổng hợp các dẫn xuất 4-aminoquinazoline chứa nhóm thế prop-2-yn-1-yloxy ở vị trí C-6 (Chất 125 - 130)

Quy trình tổng hợp được tiến hành qua 6 bước chuyển hóa liên tiếp từ nguyên liệu ban đầu là 5-hydroxy-2-nitrobenzaldehyde (124):

  1. Tổng hợp 2-nitro-5-(prop-2-yn-1-yloxy)benzaldehyde (125): Cho 1,5 g (9 mmol) chất 124 phản ứng với 0,81 mL (10,8 mmol) propargyl bromua có mặt 5,87 g (18 mmol) $Cs_2CO_3$ trong 5 mL DMF ở nhiệt độ phòng trong 8 giờ. Chiết bằng ethyl acetate, rửa dung dịch HCl 10%, làm khan bằng $Na_2SO_4$. Thu được 1,8 g chất rắn màu nâu 125 (nhiệt độ nóng chảy $84-85^\circ C$, hiệu suất 97%).
  2. Tổng hợp (E)-2-nitro-5-(prop-2-yn-1-yloxy)benzaldehyde oxime (126): Cho 1,5 g (7,3 mmol) chất 125 phản ứng với 1 g (14,6 mmol) $NH_2OH\cdot HCl$ trong methanol/nước, sau đó nhỏ từ từ 5 mL NaOH 1N ở $25-30^\circ C$ trong 30 phút. Acid hóa bằng HCl 10% về $\text{pH} \approx 3$, ngâm đá lạnh, lọc và sấy khô. Thu được 1,45 g chất dầu rắn màu nâu 126 (nhiệt độ nóng chảy $64-65^\circ C$, hiệu suất 95%).
  3. Tổng hợp 2-nitro-5-(prop-2-yn-1-yloxy)benzonitrile (127): Đun hồi lưu 1,3 g (5,9 mmol) oxime 126 trong 5 mL acetic anhydride ở $130^\circ C$ trong 12 giờ có mặt $Na_2SO_4$ khan. Cô quay loại bỏ dung môi. Thu được 1,01 g chất dầu màu nâu 127 (hiệu suất 85%).
  4. Tổng hợp 2-amino-5-(prop-2-yn-1-yloxy)benzonitrile (128): Khử 1 g (5 mmol) chất 127 bằng 4,05 g (23,3 mmol) natri dithionite ($Na_2S_2O_4$) trong hỗn hợp methanol/nước ở $50^\circ C$ trong 4 giờ, sau đó nâng nhiệt lên $65^\circ C$, thêm 5 mL HCl đậm đặc trong 30 phút. Kiềm hóa bằng NaOH 20% đến $\text{pH} = 10-11$, làm lạnh sâu. Thu được 0,56 g chất rắn màu vàng nhạt 128 (nhiệt độ nóng chảy $163-164^\circ C$, hiệu suất 65%). Tín hiệu $^1H\text{-NMR}$ ($CDCl_3$, 500 MHz): $\delta\ 7,05\text{ ppm}$ (1H, dd, $J = 3\text{ Hz}$, $J = 9\text{ Hz}$).
  5. Tổng hợp (E)-N'-(2-cyano-4-(prop-2-yn-1-yloxy)phenyl)-N,N-dimethylformamidamide (129): Đun hồi lưu 500 mg (2,9 mmol) amine 128 với 0,77 mL (5,8 mmol) DMF-DMA và 0,2 mL acid acetic trong 5 mL toluene trong 4 giờ. Tinh chế qua cột sắc ký silica gel ($n\text{-hexane/EtOAc}$). Thu được 0,53 g chất dầu màu vàng nhạt 129 (hiệu suất 80%).
  6. Tổng hợp các dẫn xuất 4-aminoquinazoline (130a, 130b, 130c, 130d): Đun khuấy 2,2 mmol chất 129 với 2,2 mmol amine tương ứng (3-nitroaniline, benzylamine, 1-methylpiperazine, 3-ethynylaniline) và 0,2 mL acid acetic trong 5 mL toluene ở $60^\circ C$ trong 2 giờ, sau đó đun hồi lưu 2 giờ. Tinh chế bằng sắc ký cột silica gel ($n\text{-hexane/ethyl acetate}\ 3:7$).
Mã chất Tên hóa học Cảm quan Điểm nóng chảy ($^\circ C$) Hiệu suất (%)
125 2-nitro-5-(prop-2-yn-1-yloxy)benzaldehyde Chất rắn màu nâu 84 - 85 97
126 (E)-2-nitro-5-(prop-2-yn-1-yloxy)benzaldehyde oxime Chất dầu rắn nâu 64 - 65 95
127 2-nitro-5-(prop-2-yn-1-yloxy)benzonitrile Chất dầu màu nâu - 85
128 2-amino-5-(prop-2-yn-1-yloxy)benzonitrile Chất rắn màu vàng nhạt 163 - 164 65
129 (E)-N'-(2-cyano-4-(prop-2-yn-1-yloxy)phenyl)-N,N-dimethylformamidamide Chất dầu màu vàng nhạt - 80
130a N-(3-nitrophenyl)-6-(prop-2-yn-1-yloxy)quinazolin-4-amine Chất rắn màu vàng 222 - 223 -
130b N-benzyl-6-(prop-2-yn-1-yloxy)quinazolin-4-amine Chất rắn màu trắng 114 - 115 -
130c 4-(4-methylpiperazin-1-yl)-6-(prop-2-yn-1-yloxy)quinazoline Chất dầu xanh đậm - 65
130d N-(3-ethynylphenyl)-6-(prop-2-yn-1-yloxy)quinazolin-4-amine Chất rắn màu trắng 164 - 165 65

Tổng hợp hợp chất lai dimer quinazoline (Chất 140 - 145)

Quy trình tổng hợp dimer quinazoline nối qua cầu diether propyl được tiến hành qua chuỗi phản ứng đối xứng:

  1. Tổng hợp 5,5'-(propane-1,3-diylbis(oxy))bis(2-nitrobenzaldehyde) (140): Cho 30 mmol 2-nitro-5-hydroxybenzaldehyde phản ứng với 15 mmol 1,3-dibromopropane và 30 mmol $Cs_2CO_3$ trong 30 mL acetonitrile ở $50^\circ C$ trong 12 giờ. Thu được chất rắn màu vàng nhạt 140 (nhiệt độ nóng chảy $159-160^\circ C$, hiệu suất 70%).
  2. Tổng hợp 5,5'-(propane-1,3-diylbis(oxy))bis(2-nitrobenzaldehyde) dioxime (141): Hòa tan 20 mmol chất 140 trong methanol, thêm 40 mmol $NH_2OH\cdot HCl$ trong nước, nhỏ 5 mL NaOH (0,4 mmol) ở $25-30^\circ C$ trong 30-60 phút. Chỉnh pH về 4 bằng acid acetic 50%. Thu được chất rắn màu trắng ngà 141 (nhiệt độ nóng chảy $64-65^\circ C$, hiệu suất 97%).
  3. Tổng hợp 5,5'-(propane-1,3-diylbis(oxy))bis(2-nitrobenzonitrile) (142): Đun hồi lưu 18 mmol dioxime 141 trong 10 mL acetic anhydride ở $130^\circ C$ trong 8-12 giờ. Thu được chất rắn màu nâu nhạt 142 (nhiệt độ nóng chảy $< 60^\circ C$, hiệu suất 70%).
  4. Tổng hợp 5,5'-(propane-1,3-diylbis(oxy))bis(2-aminobenzonitrile) (143): Khử 15 mmol chất 142 bằng 60 mmol natri dithionite trong 10 mL nước ở $50^\circ C$ trong 3-4 giờ, nâng nhiệt lên $65^\circ C$, thêm 5 mL HCl đậm đặc trong 30 phút, chỉnh pH về 10 bằng NaOH 50%. Thu được chất rắn màu trắng 143 (nhiệt độ nóng chảy $129-130^\circ C$, hiệu suất 75%).
  5. Tổng hợp (1E,1'E)-N',N'''-((propane-1,3-diylbis(oxy))bis(2-cyano-4,1-phenylene))bis(N,N-dimethylformimidamide) (144): Đun 10 mmol chất 143 với 20 mmol DMF-DMA và 3 mL acid acetic trong 10 mL toluene ở $110^\circ C$ trong 4 giờ. Thu được chất rắn không màu 144 (nhiệt độ nóng chảy $159-160^\circ C$, hiệu suất 80%).
  6. Tổng hợp 6,6'-(propane-1,3-diylbis(oxy))bis(N-(3-ethynylphenyl)quinazolin-4-amine) (145): Cho chất 144 phản ứng với 10 mmol 3-ethynylaniline và 3 mL acid acetic ở $60^\circ C$ trong 24 giờ. Tinh chế qua cột silica gel ($n\text{-hexane/ethyl acetate}\ 2:8$). Thu được chất rắn màu vàng nhạt 145 (nhiệt độ nóng chảy $224-225^\circ C$, hiệu suất 60%, LCMS/MS tìm thấy $m/z\ 563$).
Mã chất Tên hóa học Cảm quan Điểm nóng chảy ($^\circ C$) Hiệu suất (%)
140 5,5'-(propane-1,3-diylbis(oxy))bis(2-nitrobenzaldehyde) Chất rắn màu vàng nhạt 159 - 160 70
141 5,5'-(propane-1,3-diylbis(oxy))bis(2-nitrobenzaldehyde) dioxime Chất rắn màu trắng ngà 64 - 65 97
142 5,5'-(propane-1,3-diylbis(oxy))bis(2-nitrobenzonitrile) Chất rắn màu nâu nhạt < 60 70
143 5,5'-(propane-1,3-diylbis(oxy))bis(2-aminobenzonitrile) Chất rắn màu trắng 129 - 130 75
144 Bis-formamidine trung gian Chất rắn không màu 159 - 160 80
145 Dimer quinazoline chứa nhóm ethynyl Chất rắn màu vàng nhạt 224 - 225 60

Tổng hợp các azide 123 và các hợp chất lai 4-aminoquinazoline - triazole (Chất 148 - 152)

Quy trình tổng hợp dẫn xuất azide (123a-d): Hòa tan 7,24 mmol amine thơm 121 trong 5 mL nước, thêm 12 mmol $p\text{-TsOH}$, nhỏ từ từ 15 mmol $NaNO_2$ trong 3 mL nước, sau đó thêm 15 mmol $NaN_3$ trong 10 mL nước ở $2-3^\circ C$, lọc và sấy khô ở $60^\circ C$.

Quy trình chung tổng hợp các chất lai 4-aminoquinazoline - triazole: Hòa tan 1 mmol alkyne (130a-d hoặc 145) trong 10 mL THF, thêm 12 mmol DIPEA và 0,2 mmol CuI, khuấy 10 phút ở nhiệt độ phòng. Bổ sung 1,1 mmol phenylazide tương ứng và khuấy ở nhiệt độ phòng trong 1-2 ngày (kiểm tra bằng TLC). Chiết bằng ethyl acetate ($3 \times 15\text{ mL}$), làm khan bằng $Na_2SO_4$, tinh chế bằng sắc ký cột silica gel ($n\text{-hexane/ethyl acetate}\ 1:9$).

Mã chất Tên hóa học / Cấu trúc Cảm quan Điểm nóng chảy ($^\circ C$) Hiệu suất (%)
148a N-(3-nitrophenyl)-6-((1-(2-nitrophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)methoxy)quinazolin-4-amine Chất màu vàng nhạt 240 - 241 70
148b N-(3-nitrophenyl)-6-((1-(3-nitrophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)methoxy)quinazolin-4-amine Chất rắn màu vàng nhạt 222 - 223 65
148c N-(3-nitrophenyl)-6-((1-(4-nitrophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)methoxy)quinazolin-4-amine Chất rắn màu vàng nhạt 267 - 268 60
148d 5-(4-(((4-((3-nitrophenyl)amino)quinazolin-6-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)-2-(trifluoromethyl)benzonitrile Chất rắn màu trắng ngà 260 - 261 80
149a N-benzyl-6-((1-(2-nitrophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)methoxy)quinazolin-4-amine Chất rắn màu trắng 124 - 125 70
149b N-benzyl-6-((1-(3-nitrophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)methoxy)quinazolin-4-amine Chất rắn màu trắng 114 - 115 -
149c N-benzyl-6-((1-(4-nitrophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)methoxy)quinazolin-4-amine Chất rắn màu vàng nhạt 115 - 116 55
149d 5-(4-(((4-(benzylamino)quinazolin-6-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)-2-(trifluoromethyl)benzonitrile Chất rắn màu trắng 136 - 137 80
150a 4-(4-methylpiperazin-1-yl)-6-((1-(2-nitrophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)methoxy)quinazoline Chất rắn màu nâu nhạt 174 - 175 75
150c 4-(4-methylpiperazin-1-yl)-6-((1-(4-nitrophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)methoxy)quinazoline Chất rắn màu nâu nhạt 175 - 176 60
150d 5-(4-(((4-(4-methylpiperazin-1-yl)quinazolin-6-yl)oxy)methyl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)-2-(trifluoromethyl)benzonitrile Chất rắn màu trắng đục 241 - 242 80
151a Dẫn xuất bis-triazole chứa nhóm 2-nitrophenyl tại C-4 và C-6 Chất rắn màu vàng nhạt 160 - 161 65
151b Dẫn xuất bis-triazole chứa nhóm 3-nitrophenyl tại C-4 và C-6 Chất rắn màu trắng ngà 158 - 159 65
151c Dẫn xuất bis-triazole chứa nhóm 4-nitrophenyl tại C-4 và C-6 Chất rắn màu nâu nhạt 175 - 176 55
151d Dẫn xuất bis-triazole chứa nhóm 3-cyano-4-trifluoromethylphenyl Chất rắn màu trắng ngà 161 - 162 70
152a Dimer quinazoline lai triazole chứa nhóm 2-nitrophenyl Chất rắn màu vàng nhạt 201 - 202 65
152b Dimer quinazoline lai triazole chứa nhóm 3-nitrophenyl Chất rắn màu vàng nhạt 202 - 203 60

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới về mặt học thuật và thực tiễn

  • Phát triển quy trình tổng hợp khung 4-aminoquinazoline: Thiết lập thành công chuỗi phản ứng từ nguyên liệu đầu 5-hydroxy-2-nitrobenzaldehyde (124) chuyển hóa qua các chất trung gian alkyne (125), oxime (126), nitrile (127), amine (128) và formamidine (129) để đóng vòng tạo khung 4-aminoquinazoline mang mạch nhánh propargyl ở vị trí C-6 (130a-d). Quy trình này đi qua chất trung gian formamidine với xúc tác acid acetic trong toluene, không cần qua bước trung gian chlor hóa tạo 4-chloroquinazoline độc hại.
  • Tổng hợp hệ phân tử dimer quinazoline đối xứng: Thiết kế và tổng hợp thành công chuỗi hợp chất dimer quinazoline nối qua cầu diether propane-1,3-diyldioxy ở vị trí C-6 (chất 140, 141, 142, 143, 144, 145), trong đó chất 145 mang hai nhóm 3-ethynylaniline tại vị trí C-4 với hiệu suất tổng hợp đạt 60%, khối lượng phân tử được xác nhận bằng LCMS/MS ($m/z = 563$).
  • Ứng dụng phản ứng Click tổng hợp thư viện phân tử lai đa dạng: Ứng dụng thành công phản ứng cộng vòng Huisgen giữa alkyne và các dẫn xuất phenylazide với xúc tác CuI/DIPEA trong THF ở nhiệt độ phòng để tạo các phân tử lai 4-aminoquinazoline-triazole đơn phân tử (dãy 148, 149, 150), phân tử lai bis-triazole (dãy 151) và phân tử lai dimer quinazoline gắn vòng triazole (152a, 152b) với hiệu suất phản ứng từ 55% đến 80%.
  • Định hướng ứng dụng đa đích: Đặt nền tảng thực nghiệm cho việc phát triển các cấu trúc lai giữa 4-aminoquinazoline với 1,2,3-triazole và nucleoside kháng virus AZT nhằm phục vụ nghiên cứu tác dụng kép (ức chế Tyrosine Kinases kháng ung thư và ức chế Acetylcholinesterase chống bệnh Alzheimer).

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Tiếp tục mở rộng việc sử dụng xúc tác đồng Cu(I) và hệ dung môi phân cực nhẹ để tối ưu hóa hiệu suất phản ứng click đối với các cơ chất gắn nucleoside cồng kềnh như AZT.
  • Khai thác khung cấu trúc 4-aminoquinazoline mang các nhóm thế fluorine và nitrile ($-\text{CF}_3$, $-\text{CN}$) trên vòng triazole để cải thiện độ bền chuyển hóa sinh học, độ thấm màng tế bào và ái lực gắn kết với đích sinh học.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của dữ liệu nghiên cứu: Văn bản trích đoạn cung cấp chi tiết quy trình thực nghiệm tổng hợp hữu cơ, các hằng số vật lý (điểm nóng chảy, màu sắc, hiệu suất) và thông số phổ hồng ngoại/khối phổ của các dẫn xuất tổng hợp được; tuy nhiên, số liệu định lượng cụ thể về hoạt tính gây độc tế bào ($IC_{50}$) trên 3 dòng tế bào (KB, HepG2, Lu-1) và giá trị ức chế enzyme AChE cũng như kết quả docking chi tiết của toàn bộ thư viện chất lai mới chưa được trình bày đầy đủ trong phạm vi văn bản này.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:
    • Hoàn thiện thử nghiệm sàng lọc hoạt tính sinh học in vitro định lượng ($IC_{50}$) trên các dòng tế bào ung thư và enzyme AChE đối với toàn bộ các dãy chất tổng hợp được.
    • Thực hiện mô phỏng docking phân tử chi tiết trên mô hình tinh thể protein EGFR/TKs và AChE (vùng CAS và PAS) bằng phần mềm ICM-Pro và MOE nhằm giải thích cơ chế tương tác ở mức độ phân tử.
    • Đánh giá các thông số dược động học ADMET thực nghiệm và thử nghiệm độc tính trên mô hình in vivo.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng tham khảo hữu ích:
    • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Hóa dược, Hóa hữu cơ: Tham khảo các quy trình thực nghiệm tổng hợp khung dị vòng quinazoline, kỹ thuật chuyển vị oxime thành nitrile, phản ứng khử chọn lọc nhóm nitro bằng natri dithionite, và phản ứng Click tạo cầu 1,2,3-triazole.
    • Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực phát triển thuốc (Drug Discovery): Tham khảo chiến lược thiết kế phân tử lai đa đích (hybrid drug design) kết hợp các hợp phần có hoạt tính sinh học riêng biệt (quinazoline, triazole, AZT) nhắm vào nhiều đích sinh học đồng thời (TKs và AChE).
    • Chuyên viên nghiên cứu Hóa tin (Chemoinformatics): Tham khảo quy trình sàng lọc và dự đoán tính chất ADMET dựa trên các mô hình tính toán (Lipinski, Hughes, Delaney ESOL, Caco-2 PRule, cây phân loại BBB và cơ sở dữ liệu admetSAR).
  • Nội dung có giá trị chuyên môn cao: Chuỗi phản ứng đóng vòng tạo dẫn xuất quinazoline đi qua hợp chất trung gian formamidine (129, 144) không qua trung gian dẫn xuất clo; quy trình điều chế các dimer quinazoline đối xứng qua cầu nối ether; và các dữ liệu phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân, phổ khối lượng của từng hợp chất mới tổng hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Khung quinazoline có đặc điểm cấu tạo hóa học và tính chất phản ứng cơ bản nào?

Quinazoline (1,3-benzodiazine) là dị vòng thơm ngưng tụ giữa vòng benzene và vòng pyrimidine, chứa hệ thống 10 electron $\pi$ phân bố không đồng đều. Hợp chất có tính base yếu ($pK_a = 3,51$), bền với các tác nhân oxy hóa. Phản ứng thế electrophile ($S_E$) xảy ra ưu tiên tại vị trí C-6 do có sự tạo muối ở giai đoạn trung gian; trong khi phản ứng thế nucleophile ($S_N$) xảy ra thuận lợi tại vị trí C-2 hoặc C-4 do yếu tố năng lượng.

2. Tác nhân và điều kiện nào được sử dụng để khử nhóm nitro trong hợp chất 127 và 142?

Quá trình khử nhóm nitro thành nhóm amine bậc một ở hợp chất 2-nitro-5-(prop-2-yn-1-yloxy)benzonitrile (127) và hợp chất dimer 142 được thực hiện bằng natri dithionite ($Na_2S_2O_4$) trong môi trường nước/methanol ở nhiệt độ $50^\circ C$ trong 3-4 giờ, sau đó nâng nhiệt lên $65^\circ C$, xử lý với dung dịch HCl đậm đặc trong 30 phút, rồi kiềm hóa bằng dung dịch NaOH để kết tủa sản phẩm amine tương ứng (128 và 143) với hiệu suất lần lượt đạt 65% và 75%.

3. Vị trí nhóm thế trên khung 4-anilinoquinazoline ảnh hưởng như thế nào đến khả năng ức chế Tyrosine Kinase?

Nhóm anilin tại vị trí C-4 (vòng C) tạo tương tác kỵ nước với hốc ATP của enzyme TKs; trong đó nhóm thế $R_3$ cồng kềnh giúp tăng khả năng ức chế HER2, nhóm thế $R_4$ lipophilic làm tăng hoạt tính ức chế cả EGFR và HER2. Các nhóm thế tại vị trí C-6 và C-7 trên vòng B quyết định tính chất hóa lý, độ tan; nhóm cho điện tử làm tăng hoạt động ức chế của phân tử.

4. Phản ứng Click tổng hợp các hợp chất lai 4-aminoquinazoline - triazole được thực hiện trong điều kiện gì?

Phản ứng được thực hiện giữa các alkyne đầu mạch (130a-d hoặc 145) và các dẫn xuất phenylazide trong dung môi tetrahydrofuran (THF) ở nhiệt độ phòng trong 1-2 ngày, sử dụng xúc tác đồng(I) iodide (CuI, 0,2 đương lượng mol) và chất trợ base $N,N$-diisopropylethylamine (DIPEA, 12 đương lượng mol), thu được các sản phẩm lai với hiệu suất từ 55% đến 80%.

5. Khoang tác động của enzyme Acetylcholinesterase (AChE) gồm các vùng chức năng và acid amin then chốt nào?

Khoang tác động của AChE sâu $20\text{ \AA}$, rộng $5\text{ \AA}$, gồm:

  • Vùng xúc tác (CAS): Bộ ba xúc tác Ser200, His440, Glu327; túi oxyanion (Gly118, Gly119, Ala201); túi acyl (Phe288, Phe290); và vị trí liên kết cation-$\pi$ gắn nhóm amoni bậc bốn (Trp84, Tyr130, Phe330, Phe331).
  • Vùng ngoại vi (PAS): Nằm ở lối vào khoang xúc tác, gồm các acid amin Tyr70, Asp72, Tyr121, Trp279 và Tyr334, trong đó Trp279 đóng vai trò quan trọng nhất trong việc thúc đẩy kết tập mảng $\beta$-amyloid.

Kết luận

Luận án đã xây dựng thành công quy trình tổng hợp hóa học đa bước điều chế các dẫn xuất 4-aminoquinazoline thế ở vị trí C-6 và C-4 đi qua chất trung gian formamidine từ nguyên liệu 5-hydroxy-2-nitrobenzaldehyde. Nghiên cứu đã tổng hợp hoàn chỉnh hệ dimer quinazoline đối xứng qua cầu nối diether và ứng dụng hiệu quả phản ứng Click xúc tác Cu(I) để tạo thư viện các hợp chất lai chứa khung 4-aminoquinazoline liên kết với dị vòng 1,2,3-triazole mang nhiều nhóm thế chức năng khác nhau với hiệu suất cao. Cấu trúc hóa học của toàn bộ các chất trung gian và sản phẩm lai mới đã được xác định sáng tỏ thông qua các phương pháp phân tích phổ hiện đại ($^1H\text{-NMR}$, $^{13}C\text{-NMR}$, IR, MS, HR-MS và LCMS/MS). Kết quả nghiên cứu tạo tiền đề thực nghiệm vững chắc cho hướng phát triển các phân tử lai đa đích phục vụ điều trị ung thư và bệnh Alzheimer.