Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Bối cảnh thực tiễn và lý do chọn đề tài

Theo thống kê dự báo từ GLOBOCAN năm 2020, toàn cầu ghi nhận khoảng 19,3 triệu ca mắc mới và gần 10 triệu trường hợp tử vong do ung thư. Trong số các bệnh lý ác tính ở nữ giới, ung thư vú (Breast Cancer) là một trong bốn loại ung thư phổ biến nhất và là nguyên nhân gây tử vong đứng hàng thứ hai; khoảng 12% trường hợp ung thư vú thuộc phân nhóm bộ ba âm tính (triple negative breast cancer - TNBC). Thách thức lớn trong điều trị ung thư hiện nay là việc tìm kiếm các phân tử thuốc mới có hoạt tính ức chế chọn lọc sự phát triển của tế bào khối u mà không gây độc tế bào lành.

Trong hóa dược, các hợp chất dị vòng chứa nitơ luôn là tâm điểm nghiên cứu nhờ hoạt tính sinh học phong phú. Đặc biệt, khung cấu trúc benzimidazole cùng các dẫn xuất thế ở vị trí C-2, C-5, C-6 và N-1 đã được chứng minh có phổ tác dụng trị liệu đa dạng, bao gồm kháng khuẩn, kháng virus, kháng nấm, kháng viêm, hạ huyết áp, chống đái tháo đường và kháng ung thư. Nhiều dược phẩm thương mại mang cấu trúc benzimidazole đã được ứng dụng lâm sàng như Mebendazole, Clemizole, Omeprazole, Clonitazene, Azilsartan, Nocodazole, Veliparib và Bendamustine.

Từ nghiên cứu trước đây của nhóm tác giả (năm 2020), hợp chất 2,5(6)-nhị hoán (2-(4-methoxyphenyl)-1H-benzo[d]imidazol-5(6)-yl)(phenyl)methanone (ký hiệu là hợp chất 40) đã thể hiện tiềm năng kháng tế bào ung thư vú MDA-MB-231 với giá trị $IC_{50} = 3,55 \pm 0,35\ \mu\text{g/mL}$. Nhằm tiếp tục tối ưu hóa cấu trúc và khảo sát ảnh hưởng của việc biến đổi nhóm thế tại vị trí N-1 đến hoạt tính sinh học, tác giả Lê Quốc Tuấn đã thực hiện đề tài phát triển và gắn các chuỗi alkyl mạch thẳng vào khung benzimidazole nói trên.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Đề tài hướng tới 2 mục tiêu tổng quát:

  1. Phát triển phương pháp tổng hợp khung benzimidazole và dãy dẫn xuất N-alkyl hóa benzimidazole; xác định cấu trúc sản phẩm thông qua phân tích tính chất vật lý và dữ liệu quang phổ.
  2. Đánh giá hoạt tính ức chế tăng sinh tế bào (antiproliferative activity) của các dẫn xuất tổng hợp được trên dòng tế bào ung thư vú người MDA-MB-231.

Để hoàn thành mục tiêu, khóa luận triển khai 5 nhiệm vụ thực nghiệm cụ thể:

  1. Tổng hợp hợp chất gốc mang khung nhân benzimidazole: (2-(4-methoxyphenyl)-1H-benzo[d]imidazol-5(6)-yl)(phenyl)methanone (hợp chất 3).
  2. Tổng hợp dãy dẫn xuất đồng phân N-alkyl hóa benzimidazole (5a–e và 6a–e).
  3. Phân lập và tinh chế riêng biệt các đồng phân vị trí từ hỗn hợp phản ứng alkyl hóa.
  4. Xác định cấu trúc các hợp chất tổng hợp dựa trên nhiệt độ nóng chảy, phổ UV-Vis, FT-IR, NMR (1D và 2D) và HRMS.
  5. Sàng lọc và đánh giá hoạt tính ức chế tăng sinh tế bào in vitro của các hợp chất đối với dòng tế bào MDA-MB-231.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Hợp chất trung gian 3 và 10 dẫn xuất N-alkyl hóa phân lập (5a–e, 6a–e) mang chuỗi alkyl thẳng từ $C_3$ đến $C_7$ (propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl); dòng tế bào ung thư vú người MDA-MB-231.
  • Phạm vi không gian: Khóa luận được thực hiện tại Khoa Khoa học Ứng dụng (Bộ môn Hóa Hữu cơ và Polyme) - Trường Đại học Tôn Đức Thắng. Các phân tích đo phổ và thử nghiệm sinh học được phối hợp thực hiện tại Viện Công nghệ Hóa học, Viện Hóa học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam - VAST) và Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQG TP.HCM).
  • Thời gian hoàn thành: Năm 2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và mô hình phản ứng

Benzimidazole là hệ dị vòng gồm một vòng benzene ngưng tụ với một vòng imidazole. Do hiện tượng hỗ biến (tautomerism), dẫn xuất 1H-benzimidazole tồn tại dưới dạng cân bằng giữa hai đồng phân hỗ biến vị trí 5- và 6-. Khi nguyên tử hydro ở vị trí N-1 được thay thế bằng nhóm thế có kích thước lớn hơn (như nhóm alkyl), hiện tượng hỗ biến không còn xảy ra, tạo thành hai đồng phân vị trí riêng biệt: dẫn xuất thế 5-benzoyl (5a–e) và dẫn xuất thế 6-benzoyl (6a–e).

Khóa luận vận dụng các mô hình phản ứng tổng hợp hữu cơ kinh điển và hiện đại:

  • Phản ứng ngưng tụ tạo khung benzimidazole: Dựa trên nguyên lý ngưng tụ giữa dẫn xuất o-phenylenediamine và hợp chất carbonyl (phương pháp Phillips/Ladenburg cải tiến) có sự tham gia của chất oxy hóa $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_5$.
  • Phản ứng thế ái nhân N-alkyl hóa: Phản ứng giữa hợp chất 1H-benzimidazole với tác nhân alkyl bromide ($R\text{-Br}$) trong môi trường base vô cơ ($\text{K}_2\text{CO}_3$) và dung môi phân cực phi proton (DMSO).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và phân tích cấu trúc

  1. Phương pháp tổng hợp hóa học:

    • Điều chế hợp chất 3: Ngưng tụ (3,4-diaminophenyl)(phenyl)methanone (1) và 4-methoxybenzaldehyde (2) với chất tạo adduct bisulfite $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_5$ trong hệ dung môi $\text{EtOH} : \text{H}_2\text{O}$ (tỷ lệ thể tích 9:1).
    • N-alkyl hóa: Hợp chất 3 (0,1 mmol) phản ứng với dãy alkyl bromide 4a–e (0,3 mmol) trong 5 mL DMSO, có mặt $\text{K}_2\text{CO}_3$ ở nhiệt độ phòng.
  2. Phương pháp tách chiết và phân lập:

    • Chiết lỏng - lỏng bằng $n$-hexane và nước cất.
    • Sắc ký bản mỏng (TLC) trên bản nhôm tráng sẵn Silica gel $60\ \text{F}_{254}$, soi dưới đèn UV bước sóng 254 nm và 365 nm với 3 hệ dung môi kiểm tra độ tinh khiết:
      • Hệ A: $n$-Hexane : Ethyl Acetate (3:2, v/v).
      • Hệ B: $\text{CHCl}_3 : \text{MeOH}$ (95:5, v/v).
      • Hệ C: $\text{CH}_2\text{Cl}_2 : \text{EtOH}$ (95:5, v/v).
    • Sắc ký cột cổ điển pha thuận (Silica gel, pha động $n$-hexane : ethyl acetate tỷ lệ từ 95:5 đến 80:20 và 3:2) để phân tách cặp đồng phân vị trí.
    • Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC pha đảo, cột ZORBAX Eclipse C18, $4,6 \times 250\ \text{mm}$, $5\ \mu\text{m}$, hệ gradient $\text{DI Water} : \text{MeCN}$) kiểm tra độ tinh khiết.
  3. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học:

    • Điểm nóng chảy: Đo bằng phương pháp mao quản trên máy Krüss M5000.
    • Quang phổ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis): Máy Shimadzu UV-1800, xác định $\lambda_{\max}$ trong dung môi MeCN.
    • Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR): Máy Bruker Tensor 27, nhận diện các dao động đặc trưng của nhóm chức ($\text{C=O}$, $\text{C=N}$, $\text{C-O}$, $\text{C-H}$).
    • Quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR): Máy Bruker Advance 600 MHz trong dung môi $(\text{CD}3)2\text{SO}$. Sử dụng chuỗi kỹ thuật $^1\text{H}$-NMR, $^{13}\text{C}$-NMR, HSQC ($^1J{\text{CH}}$), HMBC ($^{2/3}J{\text{CH}}$) và NOESY để gán tín hiệu và phân biệt đồng phân vị trí.
    • Khối phổ phân giải cao (HRMS): Hệ thống Agilent 6200 TOF và 6500 Q-TOF LC/MS (chế độ ESI+).
  4. Phương pháp thử nghiệm hoạt tính sinh học:

    • Đánh giá độc tính tế bào in vitro bằng phương pháp nhuộm Sulforhodamine B (SRB) theo quy trình của Skehan et al. trên dòng tế bào MDA-MB-231.
    • Hóa chất đối chứng: DMSO 1% (đối chứng âm), Camptothecin (đối chứng dương ở các nồng độ $10\ \mu\text{M}$, $2\ \mu\text{M}$, $0,08\ \mu\text{M}$).
    • Đo mật độ quang tại bước sóng 540 nm ($\text{OD}{540}$) trên máy ELISA Plate Reader (Biotek). Xử lý dữ liệu và tính toán giá trị $IC{50}$ thông qua phần mềm TableCure2Dv4.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu (Overview)

  • Lịch sử và tính chất của khung benzimidazole: Trình bày mốc lịch sử từ lần đầu tiên tổng hợp bởi Hoebrecker (1872), các công trình của Ladenburg, Phillips (1928) và phát hiện benzimidazole là phối tử trong cấu trúc Vitamin $B_{12}$ của Brink et al. (1949). Trình bày tính chất lý hóa: dẫn xuất 1H-benzimidazole có điểm nóng chảy cao do liên kết hydro liên phân tử ($170^\circ\text{C}$), khi alkyl hóa vị trí N-1 điểm nóng chảy giảm rõ rệt (1-methyl-1H-benzimidazole nóng chảy ở $66^\circ\text{C}$).
  • Tổng quan các phương pháp tổng hợp:
    • Tổng hợp dẫn xuất 2,5(6)-nhị hoán: Phản ứng ngưng tụ giữa o-phenylenediamine với axit carboxylic, anhydride acetic, este (ethyl formate) hoặc aldehyde (sử dụng xúc tác $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_5$, $\text{NaHSO}_3$, oxy không khí hoặc hỗ trợ vi sóng).
    • Phản ứng N-alkyl hóa: Phản ứng Mannich, phản ứng cộng alkene hoạt hóa, phản ứng thế ái nhân với alkyl halide sử dụng xúc tác base ($\text{NaOH}$, $\text{K}_2\text{CO}_3$) hoặc xúc tác chuyển pha (PTC).
  • Nghiên cứu hoạt tính kháng ung thư liên quan:
    • Aurelio Romero-Castro et al. (2011): Dẫn xuất 2-aryl-5(6)-nitro-1H-benzimidazole kháng tế bào MDA-MB-231 ($IC_{50} = 4,0\ \mu\text{M}$).
    • Nayak et al.: Dẫn xuất 2,6-nhị hoán liên hợp oxindole gây chết tế bào MCF-7 (43,7% ở $2\ \mu\text{M}$).
    • Nghiên cứu của nhóm tác giả (2020): Tổng hợp 29 dẫn xuất 2,5(6)-nhị hoán, trong đó hợp chất 38 và 40 có $IC_{50}$ lần lượt là $4,68 \pm 0,42\ \mu\text{g/mL}$ và $3,55 \pm 0,35\ \mu\text{g/mL}$ trên dòng MDA-MB-231.
    • Pham et al. (2022, 2023) và Jagadeesha et al.: Các dẫn xuất N-thế benzimidazole (4k, 4c, TJ08) thể hiện hoạt tính kháng u cao với $IC_{50}$ dao động từ $1,88$ đến $5,66\ \mu\text{M}$.

Chương 2: Vật liệu và phương pháp (Materials and instrumentations)

  • Hóa chất và thiết bị: Liệt kê thông số kỹ thuật của 12 loại hóa chất chính (Acros Organics, Merck, Xilong) cùng các thiết bị chuyên dụng (Cân phân tích Sartorius Practum224-1S, Tủ sấy chân không Eyela VOS-301SD, Cô quay chân không Buchi R-300, HPLC Agilent 1260 Infinity, UV-Vis Shimadzu UV-1800, Máy đo điểm nóng chảy Krüss M5000, NMR Bruker Advance 600 MHz).
  • Quy trình tổng hợp chi tiết:
    • Quy trình điều chế hợp chất 3 qua adduct aldehyde metabisulfite trong dung môi $\text{EtOH} : \text{H}_2\text{O}$ (9:1, v/v), kết tinh thu chất rắn màu trắng đục.
    • Quy trình tổng hợp đồng vị 10 dẫn xuất 5a–e và 6a–e qua phản ứng N-alkyl hóa với alkyl bromide ($C_3\text{-Br}$ đến $C_7\text{-Br}$) có mặt $\text{K}_2\text{CO}_3$ trong DMSO.
  • Quy trình phân lập và đánh giá: Mô tả chi tiết việc xây dựng gradient rửa giải sắc ký lỏng HPLC, thông số chạy bản sắc ký mỏng TLC và quy trình thử nghiệm sinh học bằng kỹ thuật đo quang protein tế bào nhuộm SRB cố định bởi TCA 20%.

Chương 3: Kết quả và bàn luận (Result and Discussion)

  • Cơ chế phản ứng hóa học:
    • Cơ chế tổng hợp benzimidazole: Cặp electron tự do của nhóm amin trên o-phenylenediamine tấn công ái nhân vào carbon của phức bisulfite aldehyde, loại 1 phân tử $\text{H}_2\text{O}$. Nhóm amin thứ hai tiếp tục tấn công tạo chất trung gian dihydroimidazole; quá trình thơm hóa sau đó cho nhân benzimidazole 3.
    • Cơ chế N-alkyl hóa: Trong môi trường base $\text{K}_2\text{CO}_3$, nguyên tử H tại vị trí N-1 bị tách tạo anion nucleophile; electron tự do trên N tấn công vào carbon mang halogen của alkyl bromide, giải phóng ion $\text{Br}^-$ để hình thành liên kết C-N. Do tính bất đối xứng của phân tử chứa nhóm benzoyl, phản ứng đồng thời tạo ra hai đồng phân 5 (5-benzoyl) và 6 (6-benzoyl).
  • Hiệu suất phản ứng và dữ liệu phân lập:
    • Hiệu suất tổng hợp hợp chất trung gian 3 đạt từ 53% đến 82%.
    • Tổng hiệu suất phản ứng alkyl hóa đạt 50% đến 98%. Sau khi chạy sắc ký cột phân lập riêng rẽ, hiệu suất thu nhận từng đồng phân dao động từ 45,5% đến 53,8%.
    • Giá trị hệ số lưu giữ ($R_f$) trên TLC được ghi nhận đầy đủ cho từng chất trong 3 hệ dung môi khác nhau, chứng minh độ tinh khiết đơn vết.
  • Biện luận cấu trúc bằng dữ liệu phổ:
    • Phổ HRMS ghi nhận pic ion phân tử $[M+H]^+$ phù hợp với khối lượng lý thuyết (ví dụ hợp chất 3: $m/z$ thực nghiệm $329,1291$ so với lý thuyết $329,1284$; hợp chất 5a: $m/z$ thực nghiệm $371,1757$ so với lý thuyết $371,1754$).
    • Đối chiếu phổ $^1\text{H}$-NMR của hợp chất 3 với tài liệu tham khảo cho thấy độ dịch chuyển hóa học của 12 proton thơm ($\text{CH}_{\text{Ar}}$) trong khoảng $\delta\ 7,14 - 8,16\ \text{ppm}$, khẳng định tổng hợp thành công khung chất nền.
    • Phân tích phổ 2D-NMR (NOESY và HMBC) phân biệt đồng phân 5b và 6b: Phổ NOESY cho thấy tương quan không gian giữa proton H-7 của khung thơm với proton H-1'' của nhóm alkyl; phổ HMBC chỉ ra tương quan dị hạt giữa H-1'' với các carbon C-2 và C-8.
  • Kết quả thử nghiệm ức chế tăng sinh tế bào: Sàng lọc hoạt tính trên dòng MDA-MB-231 cho thấy các hợp chất 3, 6b và 6d có khả năng ức chế tăng sinh tế bào với $IC_{50}$ từ $48,58$ đến $70,93\ \mu\text{M}$.

Kết quả và đóng góp

Số liệu thực nghiệm tổng hợp và phân lập

Các dẫn xuất N-alkyl hóa được phân lập thành công bằng sắc ký cột với hệ dung môi $n$-hexane : ethyl acetate và kiểm tra độ tinh khiết trên TLC:

STT Ký hiệu hợp chất Nhóm thế alkyl (R) Vị trí nhóm benzoyl Hiệu suất phân lập (%) $R_f$ (Hệ Hex:EA 3:2) $R_f$ (Hệ $\text{CHCl}_3:\text{MeOH}$ 95:5) $R_f$ (Hệ $\text{CH}_2\text{Cl}_2:\text{EtOH}$ 95:5)
1 3 H (Hợp chất gốc) 5(6)- 53,0 – 82,0 0,20 0,75 0,54
2 5a $-\text{C}_3\text{H}_7$ (Propyl) 5- - 0,38 0,84 0,69
3 5b $-\text{C}_4\text{H}_9$ (Butyl) 5- - 0,33 0,83 0,64
4 6b $-\text{C}_4\text{H}_9$ (Butyl) 6- - 0,31 0,79 0,81
5 5c $-\text{C}5\text{H}{11}$ (Pentyl) 5- 48,3 0,39 0,87 0,78
6 6c $-\text{C}5\text{H}{11}$ (Pentyl) 6- 47,4 0,40 0,81 0,81
7 5d $-\text{C}6\text{H}{13}$ (Hexyl) 5- 45,5 0,55 0,84 0,71
8 6d $-\text{C}6\text{H}{13}$ (Hexyl) 6- 51,4 0,33 0,83 0,72
9 5e $-\text{C}7\text{H}{15}$ (Heptyl) 5- 53,8 0,47 0,84 -
10 6e $-\text{C}7\text{H}{15}$ (Heptyl) 6- 45,5 0,60 0,86 -

(Ghi chú: Dấu "-" thể hiện các số liệu không được liệt kê cụ thể trong các bảng trích xuất).

Hoạt tính ức chế tăng sinh tế bào

Kết quả thử nghiệm in vitro bằng phương pháp SRB xác định các hợp chất thể hiện hoạt tính kháng dòng tế bào ung thư vú MDA-MB-231:

Hợp chất Cấu trúc / Nhóm thế Dòng tế bào thử nghiệm Giá trị $IC_{50}$ ($\mu\text{M}$)
3 Gốc 1H-benzimidazole MDA-MB-231 $48,58 - 70,93$
6b Đồng phân 6-benzoyl, N-butyl MDA-MB-231 $48,58 - 70,93$
6d Đồng phân 6-benzoyl, N-hexyl MDA-MB-231 $48,58 - 70,93$

Đóng góp học thuật của đề tài

  1. Phát triển quy trình hóa học: Xây dựng thành công quy trình 3 bước tổng hợp hệ dẫn xuất N-alkyl benzimidazole mang nhóm 4-methoxyphenyl và phenylmethanone với hiệu suất chung đạt mức cao ($50 - 98%$).
  2. Giải quyết vấn đề phân lập đồng phân: Ứng dụng hiệu quả sắc ký cột bản hẹp kết hợp kỹ thuật phổ 2D-NMR (NOESY và HMBC) để phân lập và làm sáng tỏ hoàn toàn cấu trúc không gian của hai dãy đồng phân vị trí khó tách (5-benzoyl và 6-benzoyl).
  3. Dữ liệu hoạt tính sinh học: Bổ sung dữ liệu thực nghiệm về mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính (SAR) của khung benzimidazole khi biến đổi nhóm thế tại N-1, chỉ ra các đồng phân 6-benzoyl (6b, 6d) có xu hướng thể hiện hoạt tính ức chế tế bào MDA-MB-231 tốt hơn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Hoạt tính ức chế tăng sinh tế bào của các dẫn xuất N-alkyl hóa tổng hợp được ($IC_{50} = 48,58 - 70,93\ \mu\text{M}$) còn ở mức trung bình, chưa vượt trội so với hợp chất gốc trong nghiên cứu trước đó.
  • Phạm vi đánh giá sinh học mới chỉ giới hạn trên 01 dòng tế bào ung thư vú in vitro (MDA-MB-231), chưa thực hiện khảo sát trên các dòng tế bào ung thư khác và chưa đối chứng độc tính trên dòng tế bào thường (non-cancerous cells) để khẳng định chỉ số chọn lọc.

Hướng mở rộng nghiên cứu

  • Tiếp tục biến đổi cấu trúc tại vị trí N-1 bằng các nhóm thế khác (như dẫn xuất benzyl, dẫn xuất chứa dị vòng hoặc nhóm thế hút/đẩy electron mạnh) nhằm nâng cao hoạt tính ức chế khối u.
  • Mở rộng thử nghiệm độc tế bào trên nhiều dòng ung thư khác nhau (như HepG2, MCF-7, A549, PC3) và kiểm tra độc tính trên dòng tế bào lành (ví dụ HEK-293, HaCaT).
  • Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế sinh học phân tử: phân tích chu kỳ tế bào, khả năng kích hoạt apoptosis hoặc tương tác ức chế các enzym đích liên quan đến sự tăng sinh khối u.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng tham khảo: Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu viên thuộc các chuyên ngành Hóa học hữu cơ, Hóa dược (Medicinal Chemistry), Kỹ thuật Hóa học và Công nghệ Dược phẩm.
  • Nội dung có giá trị ứng dụng cao:
    • Quy trình điều chế benzimidazole bằng phương pháp tạo adduct bisulfite trong hệ dung môi thân thiện môi trường ($\text{EtOH} : \text{H}_2\text{O}$ 9:1) xúc tác $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_5$.
    • Phương pháp phân lập và chuỗi giải đoán phổ 2D-NMR (NOESY, HMBC) để xác định vị trí nhóm thế trên các hệ dị vòng hỗ biến không đối xứng.
    • Quy trình chuẩn bị mẫu, ủ tế bào, cố định TCA và định lượng protein bằng phương pháp nhuộm Sulforhodamine B (SRB) trên đĩa 96 giếng.

Câu hỏi thường gặp

1. Phản ứng tổng hợp hợp chất nền (2-(4-methoxyphenyl)-1H-benzo[d]imidazol-5(6)-yl)(phenyl)methanone (3) diễn ra trong điều kiện nào?

Hợp chất 3 được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ giữa (3,4-diaminophenyl)(phenyl)methanone (1) và 4-methoxybenzaldehyde (2) có mặt chất khử/chất tạo adduct $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_5$, đun trong hệ dung môi hỗn hợp $\text{EtOH} : \text{H}_2\text{O}$ (tỷ lệ thể tích 9:1). Quá trình phản ứng được theo dõi bằng TLC và sản phẩm thô sau khi cô quay được rửa bằng nước cất cùng $n$-hexane, sấy chân không ở $60^\circ\text{C}$ thu được chất rắn màu trắng đục với hiệu suất đạt từ 53% đến 82%.

2. Tại sao phản ứng N-alkyl hóa hợp chất 3 lại tạo ra hỗn hợp hai đồng phân vị trí 5a–e và 6a–e?

Do hợp chất nền 3 mang khung 1H-benzimidazole bất đối xứng (có nhóm benzoyl ở vị trí 5 hoặc 6) và tồn tại cân bằng hỗ biến proton giữa hai nguyên tử nitơ ở vị trí 1 và 3. Khi xử lý bằng base $\text{K}_2\text{CO}_3$, anion benzimidazolate được hình thành có mật độ điện tích phân bố ở cả hai nguyên tử nitơ. Do đó, phản ứng thế ái nhân với các alkyl bromide xảy ra ở cả hai vị trí N-1 và N-3, dẫn tới hình thành đồng thời hai đồng phân vị trí: dẫn xuất 5-benzoyl (5a–e) và dẫn xuất 6-benzoyl (6a–e).

3. Tác giả đã dùng kỹ thuật phổ nào để phân biệt chính xác hai đồng phân vị trí 5-benzoyl và 6-benzoyl?

Tác giả đã kết hợp hai kỹ thuật quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều (2D-NMR) gồm NOESY và HMBC (đo trên máy Bruker Advance 600 MHz trong dung môi $\text{DMSO-}d_6$). Phổ NOESY được dùng để xác định tương tác không gian qua không gian giữa proton thơm H-7 với các proton H-1'' của mạch alkyl; phổ HMBC được dùng để quan sát tương quan dị hạt tầm xa ($^{2/3}J_{\text{CH}}$) giữa H-1'' với các carbon bậc bốn C-2 và C-8 trên khung dị vòng.

4. Phương pháp thử nghiệm ức chế tăng sinh tế bào được thực hiện như thế nào và dùng chất đối chứng nào?

Hoạt tính ức chế tăng sinh được đánh giá in vitro trên dòng tế bào ung thư vú người MDA-MB-231 bằng phương pháp thử nghiệm Sulforhodamine B (SRB). Các hợp chất được thử nghiệm ở 4 nồng độ ($100\ \mu\text{M}$, $20\ \mu\text{M}$, $4\ \mu\text{M}$, $0,8\ \mu\text{M}$) với thời gian ủ 72 giờ, sau đó cố định tế bào bằng dung dịch TCA 20%, nhuộm phẩm màu SRB và hòa tan bằng Tris base 10 mM để đo mật độ quang $\text{OD}_{540}$ trên máy Biotek. Thí nghiệm sử dụng DMSO 1% làm đối chứng âm và Camptothecin (ở các nồng độ $10\ \mu\text{M}$, $2\ \mu\text{M}$, $0,08\ \mu\text{M}$) làm đối chứng dương.

5. Những hợp chất nào thể hiện hoạt tính kháng dòng tế bào ung thư vú MDA-MB-231 và giá trị IC50 là bao nhiêu?

Trong toàn bộ dãy hợp chất được sàng lọc, hợp chất nền 3 cùng hai dẫn xuất N-alkyl hóa là 6b (mang chuỗi alkyl butyl ở vị trí 6-benzoyl) và 6d (mang chuỗi alkyl hexyl ở vị trí 6-benzoyl) thể hiện hoạt tính ức chế tăng sinh đối với dòng tế bào ung thư vú MDA-MB-231, với giá trị $IC_{50}$ dao động trong khoảng từ $48,58$ đến $70,93\ \mu\text{M}$.


Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lê Quốc Tuấn đã thực hiện thành công quy trình tổng hợp, tinh chế và phân lập 10 dẫn xuất N-alkyl hóa của (2-(4-methoxyphenyl)-1H-benzo[d]imidazol-5(6)-yl)(phenyl)methanone với hiệu suất tổng hợp cao. Toàn bộ cấu trúc của các đồng phân vị trí 5-benzoyl và 6-benzoyl đã được làm sáng tỏ bằng hệ thống phân tích vật lý và quang phổ hiện đại (UV-Vis, FT-IR, HRMS, 1D/2D-NMR). Thử nghiệm sinh học in vitro bằng phương pháp SRB đã xác định được hoạt tính ức chế tăng sinh tế bào ung thư vú MDA-MB-231 của các hợp chất 3, 6b và 6d với $IC_{50}$ trong khoảng $48,58 - 70,93\ \mu\text{M}$, cung cấp dữ liệu thực nghiệm phục vụ việc tối ưu hóa cấu trúc các dẫn xuất benzimidazole kháng u tiếp theo.