Luận văn: Tổng hợp và hoạt tính sinh học các dẫn xuất 4-arylpyridinaza-14-crown-4-ether (2013)

Luận văn thạc sĩ phân tích hus nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính sinh học các dẫn xuất 4 arylpyridinaza 14 crown 4 ether, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả

• Tác giả: Nguyễn Thị Thanh Phượng
• Người hướng dẫn: TS. Lê Tuấn Anh
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính sinh học các dẫn xuất 4-arylpyridinaza-14-crown-4-ether
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Phản ứng ngưng tụ đa tác nhân
• 1.2. Giới thiệu một số phản ứng ngưng tụ đa tác nhân
• 1.3. Phản ứng Mannich
• 1.4. Phản ứng Ugi
• 1.5. Phản ứng Biginelli
• 1.6. Phản ứng Passerini
• 1.7. Phản ứng Hantzsch tổng hợp pyridin
• 1.8. Một số phản ứng ngưng tụ đa tác nhân sử dụng các dẫn xuất thơm chứa nhóm cacbonyl
• 1.9. Cơ sở đề xuất ứng dụng phản ứng ngưng đa tác nhân để tổng hợp các hệ dị vòng azacrao ete
• 2. CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. Tổng hợp 1,5-bis(2-axetylphenoxy)-3-oxapentan
• 2.2. Tổng hợp các dẫn xuất (γ-arylpyridino)dibenzoaza-14-crao-4-ete
• 2.3. Tổng hợp dẫn xuất (γ-phenylpyridino)dibenzoaza-14-crao-4-ete
• 2.4. Tổng hợp (γ-thienylpyridino)dibenzoaza-14-crao-4-ete
• 2.5. Tổng hợp (γ-pyrrolopyridino)dibenzoaza-14-crao-4-ete
• 2.6. Cơ chế giả định của phản ứng
• 2.7. Khảo sát và thử nghiệm hoạt tính sinh học của các sản phẩm (γ-arylpyridino)dibenzoaza-14-crao-4-ete
• 2.8. Khảo sát hoạt tính sinh học bằng chương trình PASS Online
• 2.9. Thử nghiệm in vitro hoạt tính sinh học gây độc tế bào
• 2.10. Thử hoạt tính chống oxy hóa
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM
• 3.1. Tổng hợp tiền chất 1,5-bis(2-axetylphenoxy)-3-oxapentan
• 3.2. Tổng hợp dẫn xuất (γ-arylpyridino)-dibenzoaza-14-crao-4-ete
• 3.3. Tổng hợp dẫn xuất (γ-phenylpyridino)-dibenzoaza-14-crao-4-ete
• 3.4. Tổng hợp (γ-thienylpyridino)dibenzoaza-14-crao-4-ete
• 3.5. Tổng hợp (γ-pyrrolopyridino)dibenzoaza-14-crao-4-ete
• 3.6. Thí nghiệm thử hoạt tính sinh học
• 3.7. Thử hoạt tính chống oxy hóa
• 3.8. Thử hoạt tính gây độc tế bào
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về dẫn xuất 4 arylpyridinaza 14 crown 4 ether và hoạt tính sinh học

Dẫn xuất 4-arylpyridinaza-14-crown-4-ether là một nhóm hợp chất quan trọng trong hóa học hữu cơ, đặc biệt trong lĩnh vực dược phẩm. Chúng được biết đến với khả năng tương tác mạnh mẽ với các ion kim loại và có tiềm năng ứng dụng trong y học. Nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các dẫn xuất này đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học, nhờ vào khả năng chống lại các bệnh lý khác nhau. Việc tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của các dẫn xuất này không chỉ giúp mở rộng kho tàng hóa học mà còn có thể dẫn đến những phát hiện mới trong điều trị bệnh.

1.1. Đặc điểm cấu trúc của dẫn xuất 4 arylpyridinaza

Cấu trúc của 4-arylpyridinaza bao gồm một vòng pyridinaza kết hợp với các nhóm aryl, tạo ra tính chất hóa học độc đáo. Các nhóm aryl có thể ảnh hưởng đến tính chất vật lý và hóa học của hợp chất, từ đó tác động đến hoạt tính sinh học. Nghiên cứu cho thấy rằng sự thay đổi trong cấu trúc aryl có thể làm tăng hoặc giảm khả năng tương tác với các mục tiêu sinh học.

1.2. Tầm quan trọng của crown ether trong hóa học hữu cơ

Crown ether là một loại hợp chất hữu cơ có khả năng tạo phức với các ion kim loại, giúp tăng cường tính khả dụng sinh học của các dẫn xuất. Sự kết hợp giữa crown ether và 4-arylpyridinaza tạo ra những hợp chất có khả năng tương tác mạnh mẽ với các ion, mở ra nhiều cơ hội trong nghiên cứu và phát triển dược phẩm.

II. Thách thức trong nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất 4 arylpyridinaza

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc tổng hợp các dẫn xuất 4-arylpyridinaza-14-crown-4-ether gặp phải một số thách thức. Các phản ứng tổng hợp thường yêu cầu điều kiện nghiêm ngặt và có thể tạo ra nhiều sản phẩm phụ không mong muốn. Điều này không chỉ làm giảm hiệu suất tổng hợp mà còn làm tăng chi phí sản xuất. Hơn nữa, việc kiểm soát cấu trúc và tính chất của các dẫn xuất cũng là một vấn đề cần được giải quyết.

2.1. Các vấn đề trong quy trình tổng hợp

Quy trình tổng hợp các dẫn xuất 4-arylpyridinaza thường phức tạp và yêu cầu nhiều bước. Việc tối ưu hóa các điều kiện phản ứng để giảm thiểu sản phẩm phụ là một thách thức lớn. Nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả hơn, nhằm tăng cường hiệu suất và giảm thiểu chi phí.

2.2. Khó khăn trong việc đánh giá hoạt tính sinh học

Đánh giá hoạt tính sinh học của các dẫn xuất là một bước quan trọng trong nghiên cứu. Tuy nhiên, việc xác định các phương pháp thử nghiệm phù hợp và chính xác để đo lường hoạt tính sinh học vẫn còn nhiều khó khăn. Các nghiên cứu hiện tại đang tìm kiếm các phương pháp mới để cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của các kết quả thử nghiệm.

III. Phương pháp tổng hợp dẫn xuất 4 arylpyridinaza 14 crown 4 ether hiệu quả

Để giải quyết các thách thức trong tổng hợp, nhiều phương pháp mới đã được phát triển. Các phản ứng ngưng tụ đa tác nhân (MCR) đã chứng minh là một công cụ hữu ích trong việc tổng hợp các dẫn xuất 4-arylpyridinaza. Phương pháp này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu số lượng hóa chất cần thiết, từ đó tăng hiệu suất tổng hợp.

3.1. Ứng dụng phản ứng ngưng tụ đa tác nhân

Phản ứng ngưng tụ đa tác nhân cho phép tổng hợp nhiều hợp chất trong một bước, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng phương pháp này trong tổng hợp 4-arylpyridinaza có thể tạo ra các sản phẩm với hiệu suất cao và độ tinh khiết tốt.

3.2. Tối ưu hóa điều kiện phản ứng

Tối ưu hóa các điều kiện phản ứng như nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ các chất phản ứng là rất quan trọng để đạt được hiệu suất tối ưu. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc điều chỉnh các yếu tố này có thể làm tăng đáng kể hiệu suất tổng hợp các dẫn xuất 4-arylpyridinaza.

IV. Kết quả nghiên cứu hoạt tính sinh học của dẫn xuất 4 arylpyridinaza

Nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các dẫn xuất 4-arylpyridinaza-14-crown-4-ether đã cho thấy nhiều kết quả khả quan. Các thử nghiệm in vitro cho thấy rằng một số dẫn xuất có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư, đồng thời thể hiện hoạt tính chống oxy hóa mạnh mẽ. Những kết quả này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các loại thuốc điều trị hiệu quả.

4.1. Thử nghiệm in vitro hoạt tính sinh học

Các thử nghiệm in vitro đã được thực hiện để đánh giá khả năng ức chế tế bào của các dẫn xuất 4-arylpyridinaza. Kết quả cho thấy một số hợp chất có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong điều trị ung thư.

4.2. Hoạt tính chống oxy hóa của dẫn xuất

Hoạt tính chống oxy hóa của các dẫn xuất 4-arylpyridinaza cũng đã được nghiên cứu. Các kết quả cho thấy rằng một số hợp chất có khả năng loại bỏ các gốc tự do, từ đó có thể giúp bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do oxy hóa.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính sinh học của các dẫn xuất 4-arylpyridinaza-14-crown-4-ether đã mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực hóa học hữu cơ và dược phẩm. Những kết quả đạt được không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tính chất của các hợp chất này mà còn có thể dẫn đến việc phát triển các loại thuốc mới. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ tiếp tục mang lại những khám phá thú vị và ứng dụng thực tiễn trong y học.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa các phương pháp tổng hợp và mở rộng nghiên cứu về hoạt tính sinh học của các dẫn xuất mới. Việc phát triển các hợp chất có hoạt tính sinh học mạnh mẽ hơn sẽ là mục tiêu chính trong thời gian tới.

5.2. Ứng dụng trong y học

Các dẫn xuất 4-arylpyridinaza có tiềm năng ứng dụng lớn trong y học, đặc biệt trong điều trị ung thư và các bệnh lý khác. Nghiên cứu sẽ tiếp tục tìm kiếm các ứng dụng mới cho các hợp chất này, nhằm mang lại lợi ích cho sức khỏe con người.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hóa học hợp chất vòng lớn và đại dị vòng đã có những bước tiến vượt bậc kể từ năm 1960 khi nhà hóa học đoạt giải Nobel Charles J. Pedersen lần đầu tiên tổng hợp thành công hơn 60 dẫn xuất crown ether với kích thước vòng từ 12 đến 60 cạnh chứa 4 đến 20 nguyên tử oxy. Trong những năm gần đây, xu hướng tích hợp các dị vòng chứa nguyên tử nitơ vào khung crown ether nhằm tạo ra các hệ aza-crown ether đa chức năng đang trở thành tâm điểm của ngành hóa dược và hóa học tổ hợp. Các hệ phân tử lai này kết hợp hoàn hảo khả năng tạo phức chọn lọc với ion kim loại của khung macrocycle và hoạt tính dược lý phong phú của nhân dị vòng sáu cạnh.

Mục tiêu trọng tâm của đề tài là nghiên cứu phát triển phương pháp tổng hợp hiệu quả và đánh giá hoạt tính sinh học của các dẫn xuất 4-arylpyridinaza-14-crown-4-ether. Vấn đề nghiên cứu then chốt giải quyết sự hạn chế của các phương pháp truyền thống vốn đòi hỏi quy trình đa bước phức tạp, thời gian phản ứng kéo dài từ 2 đến 20 ngày và hiệu suất tổng thể thường dưới 15%. Đề tài đề xuất ứng dụng phản ứng ngưng tụ đa tác nhân một bình phản ứng để rút ngắn thời gian xuống còn 4 đến 6 giờ và nâng cao hiệu suất tổng hợp.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Hóa sinh thuộc Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội trong khuôn khổ đề tài được tài trợ bởi Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) với mã số 104. Kết quả nghiên cứu không chỉ đóng góp quan trọng vào kho tàng cấu trúc đại dị vòng mới mà còn mở ra triển vọng lớn trong việc ứng dụng các dẫn xuất pyridinaza-14-crown-4-ether vào phát triển thuốc kháng ung thư và chất chống oxy hóa thế hệ mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng hóa học phản ứng ngưng tụ đa tác nhân (Multicomponent Reactions - MCRs) và nguyên lý tổng hợp xanh trong hóa học hữu cơ hiện đại. Lịch sử MCRs đã phát triển từ phản ứng Strecker năm 1850, phản ứng Hantzsch năm 1882, phản ứng Mannich năm 1917, đến phản ứng Passerini năm 1921, phản ứng Biginelli năm 1893 và phản ứng Ugi 4 tác nhân năm 1959. Nguyên lý của phản ứng ngưng tụ đa tác nhân cho phép hình thành sản phẩm có cấu trúc phân tử phức tạp chỉ trong một bước duy nhất từ ít nhất 3 chất phản ứng ban đầu, trong đó cấu trúc sản phẩm chứa toàn bộ các cấu phần cốt lõi của nguyên liệu.

Cơ sở lý thuyết áp dụng tập trung vào 4 khái niệm chính:

1. Phản ứng ngưng tụ Hantzsch biến tính: Sự ngưng tụ giữa hợp chất 1,5-dixeton, dẫn xuất andehit thơm và muối amoni axetat đóng vai trò nguồn cung cấp nitơ để đóng vòng pyridin sáu cạnh.
2. Hệ đại dị vòng aza-crown ether: Cấu trúc vòng lớn 14 cạnh chứa đồng thời 3 nguyên tử oxy dạng ete và 1 nguyên tử nitơ dị vòng, có khả năng tạo phức phối trí chọn lọc với các cation kim loại.
3. Cơ chế phản ứng domino/cascade: Chuỗi các chuyển hóa liên tiếp bao gồm phản ứng cộng nucleophin kiểu Michael, tách loại nước, ngưng tụ aldol/croton nội phân tử và oxy hóa thơm hóa bởi oxy không khí tạo vòng pyridin hoàn chỉnh.
4. Mối quan hệ cấu trúc - hoạt tính sinh học (SAR): Tác động của các nhóm thế hút electron hoặc đẩy electron trên vòng phenyl/dị vòng tại vị trí gamma của khung pyridin đến khả năng tương tác đích sinh học.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thực nghiệm được thiết kế có hệ thống với cỡ mẫu khảo sát gồm 10 hợp chất dị vòng mục tiêu (bao gồm 1 tiền chất dixeton, 8 dẫn xuất gamma-phenylpyridino mang các nhóm thế ortho/para như -H, -OCH3, -OH, -Cl, -NO2, -Br và 2 dẫn xuất dị vòng thơm thienyl, pyrrolyl). Phương pháp chọn mẫu cấu trúc được xác định dựa trên tính đa dạng điện tử và không gian của các nhóm thế thơm nhằm đánh giá toàn diện ảnh hưởng của hiệu ứng lập thể và hiệu ứng liên hợp lên hiệu suất phản ứng cũng như hoạt tính sinh học.

Phương pháp phân tích cấu trúc được lựa chọn nghiêm ngặt dựa trên các kỹ thuật hóa lý tiên tiến:

• Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR): Xác định sự chuyển đổi nhóm chức thông qua sự biến mất của pic dao động hóa trị C=O xeton ở 1668 cm⁻¹ và sự xuất hiện của các dải hấp thụ C-O-C ở 1249-1250 cm⁻¹ cùng C=C nhân thơm ở 1592-1595 cm⁻¹.
• Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR): Xác định chính xác vị trí và độ dịch chuyển hóa học của các proton nhóm polyete trong khoảng 3,80-4,30 ppm, tín hiệu singlet đặc trưng của hai beta-proton trên nhân pyridin tại 7,45-7,61 ppm và hệ phổ tách chẻ thơm đặc trưng ABCD hoặc AABB.
• Phổ khối lượng (MS/EI-MS): Đo chính xác khối lượng phân tử với các pic ion phân tử [M+H]⁺ xác nhận công thức nguyên.
• Phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể: Xác định chính xác cấu trúc không gian ba chiều, độ dài liên kết và góc liên kết của phân tử.

Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học được thực hiện qua hai giai đoạn: sàng lọc in silico dự báo phổ hoạt tính bằng phần mềm PASS Online dựa trên cấu trúc hóa học 2D/3D, sau đó tiến hành thử nghiệm in vitro hoạt tính gây độc tế bào trên các dòng tế bào ung thư và thử nghiệm hoạt tính dọn gốc tự do chống oxy hóa. Toàn bộ lộ trình nghiên cứu thực nghiệm và phân tích dữ liệu được hoàn thiện trong giai đoạn 2012 đến cuối năm 2013.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình nghiên cứu đã đạt được 4 phát hiện khoa học quan trọng với các số liệu thực nghiệm định lượng rõ ràng:

1. Tổng hợp thành công tiền chất then chốt 1,5-bis(2-axetylphenoxy)-3-oxapentan (I) từ phản ứng giữa 2'-hydroxyaxetophenon và diclodietyl ete trong dung môi DMF khan với sự có mặt của K2CO3 và KI. Điều kiện tối ưu hóa nhiệt độ ở mức 110 đến 115°C trong thời gian 13 giờ cho hiệu suất đạt 53%, cao hơn đáng kể so với các quy trình không sử dụng chất kích hoạt ion KI.

2. Thiết lập thành công phản ứng ngưng tụ đa tác nhân one-pot ba cấu tử với bốn trung tâm phản ứng trong môi trường axit axetic hồi lưu từ 4 đến 6 giờ. Dãy dẫn xuất (gamma-arylpyridino)dibenzoaza-14-crown-4-ether được tổng hợp với độ tinh khiết cao, hiệu suất phân lập dao động từ 42% (chất IIIa, nhiệt độ nóng chảy 160-162°C, m/z = 410) đến 46% (chất V chứa dị vòng 2-thienyl).

3. Giải đoán thành công cấu trúc tinh thể học đơn tinh thể của hợp chất (gamma-thienylpyridino)dibenzoaza-14-crown-4-ether (V) bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. Kết quả khẳng định phân tử tồn tại ở cấu hình không gian bền vững và tạo phức liên kết hydro lưỡng cực với 1 phân tử nước kết tinh thông qua liên kết O-H...N dị vòng và O-H...O ete.

4. Sàng lọc hoạt tính in silico trên phần mềm PASS Online cho thấy các hợp chất nhóm (gamma-arylpyridino)dibenzoaza-14-crown-4-ether có xác suất thể hiện hoạt tính sinh học cao trên 70%: ức chế enzyme Aspulvinone dimethylallyltransferase đạt xác suất 82,0% đến 87,5%, ức chế Nitrate reductase cytochrome đạt 77,7% đến 80,3%, và ức chế tính thấm màng tế bào đạt 70,3% đến 79,7%. Thử nghiệm in vitro ghi nhận hoạt tính gây độc tế bào ung thư rõ rệt và khả năng dọn gốc tự do chống oxy hóa vượt trội so với các đối chứng chuẩn.

Thảo luận kết quả

Cơ chế hình thành hệ dị vòng pyridinaza-14-crown-4-ether diễn ra theo chuỗi phản ứng domino liên hoàn. Trong môi trường axit axetic, amoni axetat phân ly cung cấp ion amoni phản ứng với nhóm cacbonyl của tiền chất dixeton và benzandehit, tạo ra các chất trung gian imin và enamin hoạt hóa. Quá trình cộng hợp nucleophin đóng vòng nội phân tử diễn ra tuần tự, tiếp theo là giai đoạn ngưng tụ croton tách loại 2 phân tử nước để hình thành bộ khung dihydropyridin. Cuối cùng, phản ứng oxy hóa thơm hóa diễn ra thuận lợi dưới sự xúc tác của oxy không khí để chuyển hóa hoàn toàn thành nhân pyridin bền vững.

Khi so sánh với các nghiên cứu tiền nhiệm trong lĩnh vực tổng hợp aza-crown ether, phương pháp ngưng tụ đa tác nhân one-pot thể hiện ưu thế vượt trội:

• So với quy trình tổng hợp imidazoloazacrown ether của Ishida đòi hỏi đun hồi lưu trong axetonitrin kéo dài 20 ngày để đạt hiệu suất 81-89%, phương pháp của luận văn chỉ cần 4 đến 6 giờ phản ứng.
• So với phương pháp tổng hợp piridoazacrown ether từ bis-cloanhydrit mất 48 giờ với hiệu suất thấp chỉ từ 9% đến 28%, phản ứng ngưng tụ đa tác nhân đạt hiệu suất ổn định từ 42% đến 46% chỉ trong 1 bước duy nhất mà không cần qua nhiều giai đoạn bảo vệ và giải phóng nhóm chức trung gian.

Dữ liệu hóa lý và phổ học có thể được hệ thống hóa trực quan qua bảng tổng hợp hằng số vật lý (nhiệt độ nóng chảy, hệ số dịch chuyển sắc ký Rf, hiệu suất phản ứng) và sơ đồ cơ chế domino. Biểu đồ phổ 1H-NMR minh chứng rõ nét sự biến mất hoàn toàn của tín hiệu proton axetyl tại 2,62 ppm và sự xuất hiện tín hiệu singlet sắc nét của 2 proton beta-pyridin ở 7,45-7,61 ppm, xác thực cấu trúc khung đại dị vòng mong muốn.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả tổng hợp và thăm dò hoạt tính sinh học, luận văn đề xuất 4 định hướng chiến lược nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng thực tiễn:

1. Tối ưu hóa công nghệ phản ứng bằng chiếu xạ vi sóng: Ứng dụng nguồn năng lượng vi sóng kết hợp dung môi thân thiện môi trường để kích hoạt phản ứng ngưng tụ đa tác nhân. Mục tiêu nâng hiệu suất tổng hợp từ 42-46% lên trên 80-85% và rút ngắn thời gian phản ứng từ 4-6 giờ xuống dưới 20-30 phút. Giải pháp do nhóm nghiên cứu Hóa hữu cơ phối hợp phòng thí nghiệm công nghệ hóa học thực hiện trong lộ trình 6 đến 12 tháng.

2. Mở rộng thư viện cấu trúc đại dị vòng: Tổng hợp thêm 15 đến 20 dẫn xuất mới chứa các dị vòng đa dạng như pyrazol, indol, quinolin hoặc mang các nhóm thế đa chức năng để thiết lập tương quan định lượng cấu trúc - hoạt tính (QSAR) với hệ số tương quan R² đạt trên 0,90. Đề xuất nhóm nghiên cứu hóa dược triển khai trong thời gian 12 đến 18 tháng.

3. Triển khai thử nghiệm dược lý chuyên sâu in vivo: Đẩy mạnh các thử nghiệm in vitro trên nhiều dòng tế bào ung thư kháng thuốc (như ung thư biểu mô, ung thư vú, ung thư gan) và tiến hành thử nghiệm độc tính cấp, độc tính bán trường diễn trên mô hình động vật thí nghiệm nhằm xác định giá trị IC50 dưới 10 µg/mL. Hoạt động do Trường Đại học Khoa học Tự nhiên phối hợp với các Viện nghiên cứu Y dược học thực hiện trong 18 đến 24 tháng.

4. Khảo sát khả năng tạo phức và phát triển cảm biến quang học: Nghiên cứu khả năng bắt giữ chọn lọc các ion kim loại kiềm và kiềm thổ (Li⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺) của khung crown-4 ether nhằm chế tạo các màng cảm biến ion quang học hoặc màng lọc ion chọn lọc với độ nhạy tăng từ 25% đến 35%. Chủ thể thực hiện là các chuyên gia phân tích và khoa học vật liệu trong vòng 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu khoa học chuyên sâu và mang lại giá trị thiết thực cho 4 nhóm độc giả chính:

1. Nhà nghiên cứu và giảng viên chuyên ngành Hóa hữu cơ và Hóa dược: Cung cấp quy trình thực nghiệm chuẩn xác, cơ chế phản ứng domino chi tiết và phương pháp luận tổng hợp các hợp chất đại dị vòng có cấu trúc phức tạp phục vụ công tác giảng dạy và nghiên cứu học thuật.

2. Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Hóa học: Học hỏi phương pháp thiết kế phản ứng ngưng tụ đa tác nhân (MCRs), kỹ năng phân tích phổ đa chiều (1H-NMR, FT-IR, MS) và phương pháp xác định cấu trúc tinh thể bằng tia X.

3. Chuyên gia R&D tại các doanh nghiệp dược phẩm và công nghệ sinh học: Tìm kiếm các cấu trúc hóa học mới có tiềm năng kháng ung thư và chống oxy hóa cao để phát triển các hoạt chất thuốc tiềm năng (lead compounds) trong quy trình phát triển tiền lâm sàng.

4. Kỹ sư hóa phân tích và nhà khoa học vật liệu chức năng: Khai thác khả năng tạo phức chọn lọc của hệ aza-14-crown-4-ether trong nghiên cứu màng dẫn truyền ion, chất mang định hướng và vật liệu cảm biến thông minh.

Câu hỏi thường gặp

1. Ưu điểm nổi trội của phản ứng ngưng tụ đa tác nhân trong luận văn so với phương pháp cổ điển là gì? Phản ứng ngưng tụ đa tác nhân (MCRs) thực hiện theo quy trình one-pot tích hợp 3 chất phản ứng trong một bình duy nhất, không cần phân lập các hợp chất trung gian. Phương pháp này rút ngắn thời gian từ 48 giờ xuống 4-6 giờ và đạt hiệu suất 42-46%, tiết kiệm hơn 50% lượng dung môi và hóa chất tinh chế so với phương pháp cổ điển.

2. Vai trò then chốt của tiền chất 1,5-bis(2-axetylphenoxy)-3-oxapentan là gì? Tiền chất 1,5-bis(2-axetylphenoxy)-3-oxapentan chứa đồng thời hai nhóm axetyl có khả năng enol hóa linh động và cầu nối ete linh hoạt. Cấu trúc này cung cấp 4 trung tâm phản ứng then chốt để tham gia đóng vòng macrocycle 14 cạnh đồng thời tạo khung pyridin dưới tác dụng của muối amoni axetat.

3. Phương pháp phân tích nào chứng minh chính xác nhất cấu trúc không gian 3D của sản phẩm? Phương pháp nhiễu xạ tia X đơn tinh thể trên dẫn xuất (gamma-thienylpyridino)dibenzoaza-14-crown-4-ether là bằng chứng khẳng định cấu trúc không gian ba chiều tuyệt đối. Kết quả tia X xác định rõ độ dài liên kết, góc liên kết và sự tạo phức liên kết hydro bền vững giữa phân tử dị vòng với một phân tử nước kết tinh.

4. Phần mềm PASS Online hỗ trợ những gì cho quá trình nghiên cứu hoạt tính sinh học? PASS Online là công cụ tin sinh học in silico giúp dự báo phổ hoạt tính sinh học với độ tin cậy cao dựa trên cấu trúc hóa học 2D/3D. Phần mềm chỉ ra xác suất trên 70% đến 87,5% các dẫn xuất mới có khả năng ức chế các enzyme then chốt và tính thấm màng tế bào, định hướng chính xác cho các thử nghiệm in vitro.

5. Khung 4-arylpyridinaza-14-crown-4-ether có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực nào? Sản phẩm sở hữu tiềm năng ứng dụng kép trong y dược và công nghệ vật liệu. Về mặt sinh học, các dẫn xuất thể hiện hoạt tính gây độc tế bào ung thư và chống oxy hóa mạnh. Về mặt vật liệu, khung aza-crown ether 14 cạnh có khả năng tạo phức phối trí chọn lọc phục vụ chế tạo màng cảm biến ion và chất xúc tác chuyển pha.

Kết luận

• Luận văn đã tổng hợp thành công tiền chất cốt lõi 1,5-bis(2-axetylphenoxy)-3-oxapentan với hiệu suất đạt 53% ở điều kiện nhiệt độ 110-115°C trong 13 giờ.
• Xây dựng thành công quy trình one-pot MCR tổng hợp 8 dẫn xuất (gamma-phenylpyridino) và 2 dẫn xuất dị vòng thienyl/pyrrolo-dibenzoaza-14-crown-4-ether với thời gian phản ứng tối ưu chỉ 4 đến 6 giờ và hiệu suất đạt từ 42% đến 46%.
• Xác định đầy đủ và chính xác đặc tính cấu trúc của tất cả các sản phẩm thông qua hệ thống phổ nghiệm FT-IR, 1H-NMR, MS và cấu trúc tinh thể tia X đơn tinh thể.
• Khẳng định tiềm năng sinh học vượt trội của dãy hợp chất qua sàng lọc in silico PASS Online với xác suất ức chế enzyme đạt 70% đến 87,5% và thử nghiệm in vitro gây độc tế bào ung thư, chống oxy hóa.
• Mở ra hướng đi mới đầy triển vọng trong việc ứng dụng phản ứng ngưng tụ đa tác nhân tổng hợp các đại dị vòng chức năng phục vụ ngành hóa dược hiện đại.

Để tiếp tục phát triển đề tài, các nhà nghiên cứu nên mở rộng ứng dụng công nghệ vi sóng và thử nghiệm tiền lâm sàng in vivo trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tới. Hãy liên hệ và tham khảo chi tiết toàn văn công trình nghiên cứu thuộc đề tài NAFOSTED mã số 104 để khai thác các quy trình tổng hợp chuyên sâu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Hóa học azacrao ete đƣợc bắt đầu từ những năm 1960, khi nhà hóa học Pedersen, tập đoàn Dupont phát minh và lần đầu tiên tổng hợp đƣợc hơn 60 dẫn xuất crao ete với số lƣợng oxy từ 4 tới 20 nguyên tử, kích thƣớc của vòng crao từ 12 đến 60 cạnh. Với các kết quả này, Pedersen đã đƣợc trao giải thƣởng Nobel vào năm 1987. Kể từ đó đến nay, hóa học azacrao ete không ngừng phát triển, ứng dụng vào mọi mặt của đời sống. Hiện nay, các dẫn xuất crao ete có chứa đồng thời tiểu dị vòng nitơ hiện đang là hƣớng nghiên cứu mới, thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học.

Trong số đó, dẫn xuất azacrao ete có chứa đồng thời vòng crao ete và dị vòng pyridin là một mục tiêu quan trọng của các nhà tổng hợp hữu cơ, trên con đƣờng tìm kiếm các hợp chất mang hoạt tính sinh học quý giá bởi họ hy vọng rằng, dƣợc tính quý báu của nhân pyridin [1] sẽ góp phần tạo cho các sản phẩm crao ete có tiềm năng ứng dụng cao trong dƣợc phẩm và y học. Từ những năm 1990, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của hóa học tổ hợp, các phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân (MCR) đã góp phần xây dựng và phát triển những thƣ viện chất mới, có cấu tạo phân tử đa dạng, hoạt tính sinh học phong phú cũng nhƣ hiệu quả sử dụng cao. Với các đặc điểm ƣu việt của phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân nhƣ đa dạng về cấu tạo của các chất ban đầu, tiết kiệm thời gian, hóa chất so với việc tổng hợp truyền thống, chúng tôi đề xuất việc tổng hợp các dẫn xuất azacrao ete mới, chứa đồng thời hệ dị vòng crao ete và vòng pyridin bằng phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân. Hƣớng nghiên cứu là phƣơng pháp khả thi và hỗ trợ đắc lực trên con đƣờng tìm kiếm các hợp chất mới có hoạt tính sinh học hữu ích.

Với các mục tiêu trên, chúng tôi tiến hành triển khai đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính sinh học các dẫn xuất 4-arylpyridinaza-14-crown-4- ether” dựa trên phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN Phần tổng quan, sẽ giới thiệu về các phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân (MCR) cùng ứng dụng của các phản ứng này. Phản ứng ngưng tụ đa tác nhân [27]. Năm 1850, các phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân lần đầu tiên đƣợc biết đến bởi sự ra đời của phản ứng Strecker (S-3CR)- tổng hợp α-aminoxyanit từ amoniac, hợp chất cacbonyl và hidro xianua.

Năm 1882, phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân đƣợc mở rộng bởi Arthur R. Hanztsch khi ông tiến hành ngƣng tụ giữa amin, andehit và hợp chất 1,3-dicacbonyl (H- 4CR) tạo 1,4-dihydropyridin. Khoảng 25 năm sau, vào năm 1917, đánh dấu bƣớc ngoặt lớn trong ứng dụng của các phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân khi lần đầu tiên Robinson tổng hợp thành công một ancaloit là tropinon bằng phản ứng Mannich (M- 3CR). Phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân đƣợc định nghĩa là những phản ứng trùng ngƣng, trong đó chất sản phẩm đƣợc tạo thành chỉ bằng một quá trình phản ứng từ ít nhất ba chất ban đầu và trong cấu trúc sản phẩm có chứa tất cả các cấu phần chính của các chất ban đầu này.

Ví dụ: - Phản ứng ngƣng tụ từ 4 tác nhân ban đầu (“n” tác nhân với “n” trung tâm phản ứng): A + B + C + DA-B-C-D - Hoặc tồn tại những phản ứng ngƣng tụ từ 3 tác nhân với 4 trung tâm phản ứng (“n” tác nhân với “m” trung tâm phản ứng, trong đó m>n): A + B-C + DA-B-C-D 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Những năm gần đây, xu hƣớng áp dụng loại hình phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân vào các phản ứng căn bản ví dụ nhƣ phản ứng cộng Michale theo kiểu ngƣng tụ đa tác nhân hay phản ứng gốc kết hợp với phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân… đã rất thành công trong việc tăng hiệu suất các quá trình tổng hợp hữu cơ. Theo hƣớng diễn biến của quá trình tạo thành chất mới, phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân có thể đƣợc phân loại nhƣ sau: - Dạng thứ 1: Tất cả các phản ứng thành phần đều là thuận nghịch. C¸c chÊt ban ®Çu [C¸c chÊt trung gian] S¶n phÈm ph¶n øng Chất tham gia của dạng phản ứng này thƣờng là amin, hợp chất cacbonyl hoặc axit yếu… Do các quá trình phản ứng là thuận nghịch nên độ tinh khiết cũng nhƣ hiệu suất sản phẩm không đƣợc cao. - Dạng thứ 2: Phản ứng chính là quá trình thuận nghịch nhƣng sản phẩm chính là không thuận nghịch.

C¸c chÊt ban ®Çu [C¸c chÊt trung gian] S¶n phÈm ph¶n øng Ở dạng phản ứng thứ nhất, nếu một trong các chất đầu thuộc dạng lƣỡng chức thì sau đó, quá trình tạo sản phẩm chính sẽ chuyển từ thuận nghịch sang bất thuận nghịch. Do đó mà hiệu suất sản phẩm sẽ đƣợc đẩy lên cao. - Dạng thứ 3: Tất cả các bƣớc đều là bất thuận nghich. C¸c chÊt ban ®Çu [C¸c chÊt trung gian] S¶n phÈm ph¶n øng Dạng phản ứng thứ 3 ít thấy xuất hiện trong hóa học tổng hợp.

Tuy nhiên, trong tự nhiên, phần lớn các lớp chất sinh hóa đều đƣợc tổng hợp theo dạng này. Ví dụ, phản ứng Ugi- quá trình ngƣng tụ 4 tác nhân (U-4CR) tạo thành các dẫn xuất α-axylamidoamit xảy ra theo dạng thứ 2: 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phản ứng Ugi- 4 tác nhân Quá trình tổng quát trên đƣợc biểu diễn nhƣ sau [2, 3]: Sơ đồ 1. Cơ chế phản ứng U-4CR Những ƣu điểm lớn của các phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân so với phƣơng pháp truyền thống là tiết kiệm thời gian, hóa chất, sản phẩm tạo thành cho hiệu suất cao, ít tiêu hao năng lƣợng, độ chọn lọc của phản ứng tăng lên và đồng thời không cần thiết phải tách hay phân lập các hợp chất trung gian.

Ví dụ so sánh giữa phƣơng pháp thông thƣờng (phƣơng pháp A) với phƣơng pháp tổng hợp bằng phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân (phƣơng pháp B). 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Ph-¬ng ph¸p A NÕu gi¶ sö hiÖu suÊt cña tõng qu¸ tr×nh lµ 50%, th× hiÖu suÊt tæng tõ chÊt A t¹o ra s¶n phÈm cuèi cïng ABCD lµ 12,5% B C C D C 1 mol 1 mol 1 mol A A B A B A B 1mol 50% 0,5 mol 50% 0,25 mol 50% D 0,125 mol Ph-¬ng ph¸p B Ph¶n øng ng-ng tô ®a t¸c nh©n (one-pot) h×nh thµnh s¶n phÈm cuèi cïng víi hiÖu suÊt cao h¬n (~50%) vµ trong thêi gian ng¾n h¬n, chi phÝ Ýt h¬n C A + B + C + D A B 50% D 1mol 1 mol 1 mol 1 mol 0,5 mol Sơ đồ 1. So sánh hiệu suất tổng hợp Chính nhờ các ƣu điểm trên, hiện nay, phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân là một trong những phƣơng pháp quan trọng trong hóa học tổ hợp, nhằm tổng hợp thƣ viện chất phục vụ cho nghiên cứu hóa dƣợc. Ví dụ, trên cơ sở phản ứng ngƣng tụ của 4 tác nhân và mỗi tác nhân lại có n dẫn xuất (với các nhóm thế khác nhau) thì chúng ta sẽ thu đƣợc n4 sản phẩm tạo thành.

D1 Dn (3) n n + n + Dn A + B C n4 products - Nếu mỗi tác nhân (A, B, C, D) có n= 5 dẫn xuất (tổng cộng 5x 4 = 20 chất ban đầu)  54 = 625 sản phẩm. - Nếu n = 20 (20x 4 = 80)  204 = 16000000 sản phẩm. Do tính ƣu việt của phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân mà hiện nay, các nhà khoa học không ngừng biến đổi điều kiện thí nghiệm của loại phản ứng này nhằm thu đƣợc các hợp chất có tính chất thú vị. 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Giới thiệu một số phản ứng ngưng tụ đa tác nhân, hiện đang được nghiên cứu phát triển 1. Phản ứng Mannich [10, 27] Là dạng phản ứng ngƣng tụ đa tác nhân giữa andehit, amin và dẫn xuất xeton theo sơ đồ tổng quát sau: Sơ đồ 1. Phản ứng Mannich Các chất đầu của phản ứng Mannich là amin bậc 1 hoặc bậc 2, một loại andehit không có khả năng enol hóa nhƣ C6H5CHO, (CH3)3CCHO… và một hợp chất cacbonyl có khả năng enol hóa. Phản ứng Mannich là một ví dụ của quá trình cộng hợp nucleophin của hợp chất amin vào nhóm cacbonyl, sau đó là quá trình tách loại nƣớc tạo bazơ Schiff.

Bazơ Schiff sẽ là tác nhân electrophin phản ứng ở bƣớc tiếp theo nên bƣớc tiếp theo của phản ứng Mannich có thể coi là quá trình cộng electrophin với một hợp chất có chứa proton axit [2, 3, 46]. Cơ chế của phản ứng Mannich xảy ra theo 2 bƣớc. Bƣớc đầu tiên là hình thành ion imin từ amin và andehit. 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Qúa trình tạo ion imin trong phản ứng Mannich Sau đó, hợp chất chứa nhóm chức cacbonyl sẽ bị tautome hóa rồi tấn công vào ion imin vừa hình thành. Sản phẩm của phản ứng Mannich Trong dƣợc phẩm, các loại thuốc chống viêm và chống trầm cảm nhƣ Rolitetraxylin hay Tolmetin đều đƣợc tổng hợp dựa trên phản ứng Mannich [5]. Phản ứng này cũng đƣợc dùng để tổng hợp các nhóm chất có tác dụng kích thích và điều hòa sinh trƣởng của thực vật [6, 7]. Hiện nay, các cơ quan chức năng gặp khó khăn khi đánh giá hàm lƣợng melamin có trong sữa bột thì với phƣơng pháp của Jamil Rima, thực hiện phản ứng Mannich giữa melamin, foocmandehit và một hợp chất xeton trong môi trƣờng nƣớc đƣợc cho là công cụ kiểm tra hữu hiệu, nhanh và chính xác.

Phƣơng pháp này có giá trị thu hồi lên tới 97% và giới hạn phát hiện melamin 0,007 μg ml−1 [20]. Bikash Karmakar cùng các cộng sự cũng đã biến đổi phản ứng Mannich bằng cách thay thế amoniac bằng ankyl amin tạo ra các dẫn xuất 1-(α-aminoankyl)- 2-napthol hay còn gọi là các Betti bazơ. Phản ứng xảy ra trong môi trƣờng nƣớc với sự có mặt của nano MgO làm xúc tác có thể cho hiệu suất phản ứng lên đến 89% [9]. Axit Lewis làm xúc tác cho phản ứng Mannich giữa 3 tác nhân là andehit, amin và silyl enolat phải đƣợc đƣa về dạng anhydrit bởi nhiều imin không bền trong 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] môi trƣờng nƣớc.

Do đó, các nhà khoa học thuộc trƣờng đại học Nanjing- Trung Quốc đã phát triển một loại axit Lewis mới là muối của kim loại đất hiếm với pefloroctansunfonat (RE(OSO2C8F17)3, RE(OPf)3, RE = Sc, Y, La- Lu. Loại muối này có độ hút ẩm thấp, khả năng tái chế cao và có thể hòa tan tốt trong dung môi peflorocacbon- một trong những loại dung môi rất thân thiện với môi trƣờng.