CHƯƠNG 1. Giới thiệu về 16-dehydropregnenolon acetat (16-DPA) 1. Cấu trúc hóa học • Công thức hóa học [36]: Công thức cấu tạo của 16-dehydropregnenolon acetat (16-DPA) • Tên khoa học [36]: [(3S,8R,9S,10R,13S,14S)-17-acetyl-10,13-dimethyl- 2,3,4,7,8,9,11,12,14,15-decahydro-1H-cyclopenta[a]phenanthren-3-yl] acetat. • Công thức phân tử [36]: C23H32O3.
• Khối lượng phân tử [36]: 356,5 đvC. • Phần trăm khối lượng các nguyên tố: Bảng 1-1. Phần trăm khối lượng các nguyên tố trong 16-DPA. Nguyên tố C H O % (m) 77,49 9,05 13,46 • Thông tin phổ [10]: - 1H-NMR (300MHz, CDCl3), δ (ppm): 1,0 (s, 3H, H-18); 1,2 (s,3H, H-19); 2,0 (s,3H, acetat protons); 2,2 (s, 3H, H-21); 4,6 (m, 1H, H-3); 5,4 (m, 1H, H-6); 6,4 (m, 1H, H-16) ppm.
Tính chất lí hóa • Cảm quan: bột kết tinh màu trắng đến trắng ngà [10]. • Nhiệt độ nóng chảy: 171 – 172 oC [4], [14], [24]. • Độ tan: - Độ tan giảm dần trong các dung môi: ethyl acetat > aceton > cyclohexan > ethanol > methanol [9]. - Độ tan phụ thuộc vào nhiệt độ, độ tan tăng dần khi tăng nhiệt độ [28].
- Độ tan trong CHCl3: 50 mg/mL [36]. Phân tích cấu trúc tác dụng của thuốc nhóm steroid Sơ đồ 1-1. Liên quan cấu trúc tác dụng (SAR) của một số steroid [2] Với khung cấu trúc tương tự các hormon steroid, từ hợp chất 16-DPA thông qua quá trình sinh tổng hợp hoặc tổng hợp hóa học đã tạo ra được nhiều loại hormon [20], [15], [25]. Các hormon này có hoạt tính riêng biệt và được chỉ định điều trị rộng rãi [6], [7].
16-DPA đóng vai trò là hợp chất trung gian trong tổng hợp hormon sinh dục, điển hình là testosteron [19]. Từ khung cấu trúc chung của testosteron có thể thực hiện các phản ứng hóa học khác nhau để tạo ra các dẫn chất với tác dụng mong muốn [2]. Tạo chức ester nhóm OH tại C-17 [2] Đường dùng: dùng tiêm bắp, tác dụng kéo dài (24h). Chỉ định: • Nam: Điều trị thay thế thiểu năng sinh dục nam, rối loạn chức năng sinh dục, liệt dương.
• Nữ: điều trị ung thư vú, dạ con, buồng trứng, rối loạn kinh nguyệt. • Tác dụng tăng dưỡng (tăng đồng hóa protid). Chỉ định • Như testosteron propionat (cho nam giới) • Phối hợp với estrogen dùng trong điều trị rối loạn kinh nguyệt. Vai trò trung gian của 16-DPA trong tổng hợp các thuốc nhóm steroid 1.
Ứng dụng trong sinh tổng hợp prednison và prednisolon Prednison và prednisolon là các corticosteroid được FDA cấp phép dùng dưới dạng giải phóng muộn với các chỉ định như chống dị ứng hoặc ức chế miễn dịch trong một số trường hợp bệnh lý [6]. Ngày nay, tổng hợp các hợp chất này chủ yếu đi từ con đường tổng hợp hóa học và sinh tổng hợp từ các hợp chất thiên nhiên [15]. Nhóm tác giả Herráiz I. [15] đã nghiên cứu tổng hợp các corticosteroid, điển hình là prenison và prednisolon từ diosgenin, tổng hợp hóa học qua trung gian 16–DPA, sau đó từ 16-DPA sinh tổng hợp ra prednison và prednisolon.
Việc kết hợp giữa hóa học và sinh học đi từ các hợp chất sapogenin đã mang lại hiệu quả mong đợi. 4 Phản ứng tạo dẫn chất 16-DPA (2) từ diosgenin (1) lần lượt đi qua ba bước: (i) phản ứng acyl hóa/acyl hóa mở vòng với Ac2O ở 200 oC, (ii) phản ứng oxy hóa nối đôi bằng CrO3, (iii) phản ứng thủy phân, tách loại trong môi trường acid. Hợp chất 2 sau đó phản ứng với H2O2/NaOH/MeOH tạo hợp chất 16,17-epoxy cùng với phản ứng xà phòng hóa xảy ra ở nhóm chức ester thu được 3. Đem 3 thực hiện phản ứng oxy hóa thu được hợp chất trung gian 16-epoxyprogesteron (4) - hợp chất có vai trò quan trọng trong tổng hợp các corticosteroid đi từ diosgenin.
Quá trình lên men hợp chất 4 với chủng vi sinh vật Rhizopus nigricans được ứng dụng rộng rãi trong quy mô công nghiệp, tạo dẫn chất 11α-hydroxy (5). Dù tỷ lệ chuyển hóa chỉ khoảng 50% nhưng có thể thu hồi riêng sản phẩm và nguyên liệu đầu vào do sự khác nhau về độ tan trong hỗn hợp dung môi toluen và cloroform. Vì thế, nguyên liệu đầu vào có thể được thu hồi và tái sử dụng cho quá trình lên men tiếp theo, do đó hiệu suất của quá trình lên men đạt hơn 88% và mang lại hiệu quả kinh tế. Quá trình tổng hợp prednison và prednisolon đi từ 5 bằng phản ứng oxy hóa nhóm -OH ở C-11 thu được hợp chất trung gian 3-ceton không no (6).
Sau đó mở vòng epoxid bằng acid hydrobromic và thực hiện phản ứng với bằng H2, Ni-Ra thu được hợp chất khử halogen (8). Quy trình tổng hợp prednison và prednisolon từ trung gian 16-DPA Nhóm tác giả Herráiz I. đã ứng dụng phương pháp Ringold-Stock [15] để chuyển nhóm thế methyl ở vị trí C-21 trong hợp chất 8 thành cortison-21-acetat (9). Tiếp đó, thực hiện phản ứng 1,2-dehydrogen hóa khung steroid nhờ chủng Corynebacterium simplex để thu prednison acetat (10).
Tổng hợp prednison từ prednison acetat (10) qua 2 cách: (i) thực hiện phản ứng thủy phân bằng kiềm, (ii) ứng dụng phương pháp của tác giả Oliveto để chuyển 10 thành hợp chất 3,20- bissemicarbazid prednison acetat (11) nhờ semicarbazid. Từ hợp chất 11, thực hiện phản ứng khử hóa với KBH4 và NaNO2 để thu được prednisolon (13) với hiệu suất cao. Ứng dụng trong tổng hợp một số dẫn chất ức chế enzym 5α-reductase Nghiên cứu của tác giả Silva-Ortiz và cộng sự [25] đã chỉ ra rằng nhóm thế triazol ở vị trí C-21 và các dẫn chất của nó hoặc dẫn xuất hydroxyl hóa ở vị trí C-3 của khung steroid là những steroid tiềm năng đóng vai trò là các chất ức chế enzyme 5α- reductase trên cả typ 1 và typ 2. Trong đó, dẫn chất 3β-hydroxy21-(1H-1,2,4-triazole-1-yl)pregna-5,16-dien-20- on (8) và dẫn chất 20-oxo-21-(1H-1,2,4-triazole-1- yl)pregna-5,16-dien-3β-yl-acetat (9) thể hiện 80% khả năng gây độc trên dòng tế bào ung thư, điển hình như SKLU -1.
Chính vì thế việc phát triển con đường tổng hợp các chất ức chế enzym có cấu trúc steroid là rất cần thiết để tạo ra những liệu pháp mới cải thiện hiệu quả việc điều trị ung thư [7], [8], [25], [29]. Quy trình tổng hợp dẫn chất ức chế enzym 5α-reductase qua 16-DPA. Nhóm tác giả Silva-Ortiz và cộng sự [25] đã đưa ra quy trình tổng hợp các hợp chất có tác dụng gây độc tế bào SKLU-1 như sau: hợp chất trung gian 16-DPA tác dụng với NaOH 4N và H2O2 30% trong MeOH nóng thu được hợp chất 16,17- epoxy-3-hydroxypregn-5-en-20-on (2), xử lý 2 với t-butyl dimethylsilylclorid và imidazol trong DMF khan thu được 3-{[tert-butyl(dimethyl)silyl] oxy}-16,17- epoxypregn-5- en-20-on (3). Tổng hợp 3β-{[tert-butyl(dimethyl)silyl] oxy}-20,20- dimethoxy-16α,17α-epoxypregn-5-en-21-ol (4) bằng cách cho hợp chất 3 cho phản ứng với (diacetoxyiodo) benzen và NaOH trong hỗn hợp dung môi MeOH và DCM.
Làm lạnh hỗn hợp chứa 4 được hòa tan trong DCM khan và pyridin, thêm từng giọt SOCl2 vào hỗn hợp phản ứng dưới bầu khí N2, tinh chế thu hợp chất 3-{[tert- butyl(dimethyl)si1yl]oxy}-21-cloro-20,20-dimethoxy-16,17-epoxypregn-5-ene (5). Thực hiện phản ứng thế của 1,2,4-triazol trong K2CO3 với hỗn hợp chứa 5 được hòa tan trong DMF khan, thêm nước lạnh và lọc thu chất rắn 3-{[tert- 7 butyl(dimethyl)silyl]oxy)}-20,20-dimethoxy16,17-epoxy-21-(1H-1,2,4-triazol-1- yl)pregn-5-en (6). Thủy phân hợp chất 6 trong aceton và HCl 36% ở nhiệt độ phòng trong 1 giờ thu được sản phẩm thủy phân 7. Tiến hành phản ứng đi từ hợp chất 7 với CrCl2 trong CH3COOH, khuấy nhiệt độ phòng trong 30 phút, tinh chế hỗn hợp phản ứng thu được 3-hydroxy-21-(1H-1,2,4-triazol-1-yl)pregna-5,16-dien-20- on (8).
Ester hóa 8 bằng acid acetic trong pyridin, tinh chế thu được 20-oxo-21-(1H-1,2,4-triazol-1- yl)pregna-5,16-dien-3β-yl acetat (9). Ứng dụng trong tổng hợp hormon progesteron Progesteron là hormon được sử dụng phổ biến vì giá trị mà nó mang lại trong điều trị một số bệnh lý như rối loạn kinh nguyệt và ngăn sảy thai. Tuy nhiên, vì giá thành cao nên khó tiếp cận với người sử dụng. Năm 1940, nhờ việc phát hiện con đường tổng hợp đi từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có của Marker [30], ngành công nghiệp steorid ở Mexico ra đời, khiến cho giá thành của progesteron và các thuốc nhóm steroid khác giảm đi đáng kể.
Quy trình tổng hợp progesteron từ 16-DPA [20], [22]. Một số con đường tổng hợp 16 - DPA đã công bố Hiện nay trên thế giới có nhiều con đường tổng hợp 16 - dehydropregnenolon acetat (16-DPA) đã được nghiên cứu và công bố, xuất phát từ nhiều nguyên liệu khác nhau như: diosgenin, solasodin, solanidin. Dưới đây chúng tôi giới thiệu các con đường tổng hợp 16-DPA: 1. Phương pháp tổng hợp đi từ diosgenin 1.
Phương pháp của Oxley và cộng sự (1964) Phương pháp của nhóm tác giả Oxley và cộng sự [23] chỉ đề cập đến quy trình tạo hợp chất diacyl từ diosgenin acetat (DA) như sau: tiến hành phản ứng 50 (g) diosgenin acetat (DA) với 100 mg xúc tác H3BO3 trong 50 mL anhydrid isobutyric, 8 phản ứng được duy trì ở 170 oC trong vòng 1 giờ. Sau khi phản ứng kết thúc, đem lọc, rửa và kết tinh lại trong MeOH thu 48 (g) sản phẩm pseudodiosgenin 3-acetat 26- isobutyrat (PDA-3) với hiệu suất phản ứng 83 %. Phương pháp có ưu điểm là thực hiện phản ứng tạo hợp chất diacyl với hiệu suất cao, tuy nhiên hạn chế của phản ứng là thực hiện điều kiện nhiệt độ cao, gây khó khăn trong việc tiến hành ở điều kiện trong phòng thí nghiệm. Phương pháp của Goswami và cộng sự (2003) Theo của nhóm tác giả Goswami và cộng sự [14].
Quy trình tổng hợp 16-DPA cũng gồm 3 giai đoạn: (i) thực hiện phản ứng acetyl hóa nhóm chức OH ở vị trí C-3, đồng thời với phản ứng acetyl hóa mở vòng bằng cách đun hồi lưu diosgenin với anhydrid acetic (Ac2O) dưới sự có mặt của xúc tác acetyl clorid trong dung môi xylen ở 138 oC trong 6 giờ tạo dẫn chất PDA. (ii) Làm lạnh hỗn hợp sau phản ứng, thêm hỗn hợp dung môi 1,2-dicloroethan, H2O và điều chỉnh pH của hỗn hợp bằng hệ đệm đến pH 3. Thêm KMnO4 cùng với một lượng nhỏ xúc tác chuyển pha tetramethyl- ammonium iod (TMAI) để thực hiện phản ứng oxi hóa cắt nối đôi tạo hợp chất dioson dạng dẻo dính. (iii) Tiến hành chiết loại KMnO4 dư và một số tạp chất rắn trong hỗn hợp phản ứng, sau đó thực hiện phản ứng thủy phân và tách loại mà không qua giai đoạn tinh chế thu hợp chất tinh khiết bằng cách đun hồi lưu dioson dạng thô trong dung môi acid acetic thu được 16-DPA.
Hiệu suất toàn phản ứng 75 %. Tổng hợp 16-DPA từ diosgenin của Goswami và cộng sự Phương pháp này có ưu điểm là sử dụng thêm chất xúc tác acetyl clorid, dẫn đến không cần phải thực hiện dưới điều kiện áp suất cao như phương pháp của tác giả Chowdhury và cộng sự [10], đồng thời việc sử dụng KMnO4 là tác nhân thân thiện với môi trường, ít độc hại hơn so với sử dụng CrO3 [14] .