Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ung thư là một trong những nguyên nhân gây tử vong sớm hàng đầu thế giới, chiếm tỷ lệ 3 trong 10 ca tử vong sớm do các bệnh không lây nhiễm. Dự báo đến năm 2050, số ca mắc mới ung thư sẽ tăng 77% so với năm 2022. Các liệu pháp điều trị bằng thuốc hiện nay đang đối mặt với nhiều rào cản lớn, bao gồm tác dụng không mong muốn nghiêm trọng và sự xuất hiện của các cơ chế kháng thuốc từ tế bào khối u. Trước thực trạng đó, chiến lược phát triển thuốc tác động trúng đích phân tử (molecular targeted therapy) nhắm vào các đích sinh học như Bcl-2, yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu (VEGF), yếu tố hoại tử khối u (TNF) hay enzyme histone deacetylase (HDAC) đang là hướng đi thu hút nhiều sự quan tâm.

Enzyme histone deacetylase (HDAC) đóng vai trò then chốt trong quá trình điều hòa biểu hiện gen thông qua việc loại bỏ nhóm acetyl khỏi đuôi histone, dẫn đến cấu trúc nhiễm sắc chất đóng chặt và ngăn cản quá trình phiên mã. Sự biểu hiện quá mức của HDAC liên quan trực tiếp đến cơ chế bệnh sinh của ung thư, bao gồm thúc đẩy tăng sinh, ức chế quá trình chết theo chương trình (apoptosis), kích thích tạo mạch và gia tăng di căn. Phần lớn các chất ức chế HDAC (HDACi) được thiết kế theo mô hình dược lực học (pharmacophore) kinh điển gồm 3 phần: nhóm gắn kẽm (Zinc Binding Group - ZBG), mạch nối (linker) và nhóm mũ tương tác bề mặt (cap group). Trong số các chất ức chế HDAC đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt, phần lớn mang nhóm chức axit hydroxamic đóng vai trò là ZBG. Đồng thời, khung dị vòng quinazoline/quinazolin-4(3H)-one là một cấu trúc có hoạt tính sinh học phong phú và tiềm năng khi được ứng dụng làm nhóm mũ (cap group) trong thiết kế chất ức chế HDAC.

Khóa luận tốt nghiệp Dược sĩ đại học của tác giả Nguyễn Nhật Minh (Trường Đại học Dược Hà Nội, năm 2025) với đề tài "Synthesis and bioevaluation of novel 2-mercaptoquinazoline-based N-hydroxyheptanamide as anti-cancer agents" được thực hiện nhằm giải quyết 2 mục tiêu cụ thể:

  1. Tổng hợp 4 dẫn chất N-hydroxyheptanamide mới mang khung 2-mercaptoquinazoline (ký hiệu 4a, 4b, 4c, 4d).
  2. Đánh giá độc tính tế bào in vitro của các hợp chất tổng hợp được trên các dòng tế bào ung thư và tế bào bình thường.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là 4 dẫn chất lai hóa N-hydroxyheptanamide gắn khung 2-mercaptoquinazolin-4(3H)-one với các nhóm thế khác nhau tại vòng quinazoline (H, 6-CH3, 6-Br, 7-Br). Nghiên cứu thực nghiệm tổng hợp và phân tích cấu trúc được triển khai tại Bộ môn Hóa dược (Trường Đại học Dược Hà Nội), Khoa Hóa học (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN), Viện Hóa sinh biển (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam). Thử nghiệm hoạt tính sinh học in vitro được thực hiện tại Khoa Dược, Đại học Quốc gia Chungbuk (Hàn Quốc). Khóa luận được hoàn thành vào tháng 03 năm 2025 dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Đào Thị Kim Oanh và ThS. Lê Thị Thảo.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và mô hình thiết kế cấu trúc

Nghiên cứu ứng dụng mô hình dược lực học 3 thành phần của chất ức chế HDAC phụ thuộc kẽm (Class I, II, IV):

  • Nhóm gắn kẽm (ZBG): Lựa chọn nhóm axit hydroxamic do khả năng tạo phức chelat mạnh với ion $\text{Zn}^{2+}$ tại đáy trung tâm xúc tác của enzyme, độ ổn định và khả năng tổng hợp thuận lợi.
  • Mạch nối (Linker): Sử dụng chuỗi alkyl mạch thẳng gồm 6 carbon (heptanamide derivative) nhằm vượt qua đường hầm kỵ nước hẹp cấu tạo từ các amino acid (Phe, His, Gly, Met, Tyr) của enzyme HDAC.
  • Nhóm tương tác bề mặt (Cap group): Sử dụng khung 2-mercapto-3-phenylquinazolin-4(3H)-one có tính kỵ nước để tương tác với các gốc amino acid tại lối vào trung tâm hoạt động của enzyme, đồng thời thay đổi nhóm thế $R$ tại vị trí C-6 và C-7 để khảo sát ảnh hưởng cấu trúc.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

  • Tổng hợp hóa dược: Quy trình tổng hợp hữu cơ gồm 3 giai đoạn: phản ứng ngưng tụ đóng vòng tạo khung quinazoline; phản ứng S-alkyl hóa; phản ứng chuyển hóa este thành axit hydroxamic. Quá trình phản ứng được theo dõi bằng sắc ký lớp mỏng (TLC). Sản phẩm được tinh chế bằng kết tinh lại hoặc sắc ký cột pha thuận (silica gel).
  • Đánh giá độ tinh khiết: Sắc ký lớp mỏng trên bản mỏng silica gel $60\text{ F}_{254}$ (Merck), soi dưới đèn tử ngoại ở bước sóng 254 nm và 365 nm; xác định khoảng nhiệt độ nóng chảy bằng thiết bị đo điểm nóng chảy kỹ thuật số Electrothermal.
  • Xác định cấu trúc hóa học:
    • Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR): Đo trên máy IRAffinity-1S (Shimadzu) bằng kỹ thuật ép viên KBr trong dải sóng $4000 - 400\text{ cm}^{-1}$.
    • Phổ khối lượng phân giải cao (HRMS): Đo trên thiết bị Agilent 6530 Accurate-Mass Q-TOF LC/MS bằng phương pháp ion hóa phun điện tử ESI(+).
    • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$ ở tần số 500 MHz và $^{13}\text{C-NMR}$ ở tần số 125 MHz): Đo trên máy Bruker Avance III™ HD 500 MHz, sử dụng dung môi $\text{DMSO-}d_6$ và chất chuẩn nội Tetramethylsilane (TMS).
  • Đánh giá hoạt tính sinh học in vitro: Thử nghiệm độc tính tế bào bằng phương pháp MTT (MTT assay) dựa trên khả năng của enzyme dehydrogenase trong tế bào sống khử muối tetrazolium màu vàng thành tinh thể formazan màu tím không tan, đo độ hấp thụ quang học (OD) tại bước sóng 590 nm. Giá trị $\text{IC}_{50}$ hoặc tỷ lệ tế bào sống sót (%) được xử lý và tính toán bằng phần mềm GraphPad Prism 5.0 (phân tích Probit).
  • Mẫu sinh học và chất đối chứng: Dòng tế bào ung thư đại trực tràng người (SW620), dòng tế bào ung thư vú người (MDA-MB-231), dòng tế bào nguyên bào sợi phổi phôi người bình thường (MRC-5) nuôi cấy trong môi trường DMEM; chất đối chứng dương là SAHA (Vorinostat) và Adriamycin (ADR).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Dẫn chất quinazoline hướng tác dụng chống ung thư (Quinazoline Derivatives as Anti-cancer Agents)

Chương này tổng quan về phân loại dị vòng quinazoline, các đồng phân (quinazoline, quinoxaline, cinnoline, phthalazine) và khung quinazolin-4(3H)-one. Tác giả phân tích 5 phương pháp tổng hợp dẫn chất quinazolin-4(3H)-one: phản ứng ngưng tụ Niementowski từ axit anthranilic; phản ứng giữa axit anthranilic và isothiocyanate; phản ứng từ anthranilamide; phản ứng từ 2-methyl benzoxazin-4-one; và phản ứng từ o-nitrobenzamide.

Chương 1 cũng hệ thống hóa các chất chống ung thư mang khung quinazolinone đã lưu hành trên thị trường (raltitrexed điều trị ung thư đại trực tràng, idelalisib điều trị ung thư bạch cầu mạn dòng lympho) và các dẫn chất đang nghiên cứu (dẫn chất ức chế chọn lọc HDAC6 của Khetmalis et al., dẫn chất mang nhóm 2-thiol của Emami et al.). Về mặt sinh học, tác giả trình bày cấu trúc 4 nhóm HDAC ở người (Class I, IIa/IIb, III, IV), trung tâm hoạt động phụ thuộc kẽm và 5 nhóm cấu trúc chất ức chế HDAC (axit hydroxamic, benzamide, cyclic peptide, dẫn chất axit carboxylic, electrophilic ketone), cùng 6 thuốc đã được phê duyệt (Vorinostat, Belinostat, Panobinostat, Givinostat, Romidepsin, Tucidinostat). Vai trò của HDACi trong việc giảm tăng sinh tế bào (kích hoạt p21, giảm cyclin D1), kích hoạt apoptosis qua con đường nội sinh (Bax, Bak, Caspase) và ngoại sinh (TRAIL, Fas-L), giảm sinh mạch (VEGF) và giảm di căn (tăng E-cadherin) được tổng kết chi tiết để làm căn cứ thiết kế 4 chất mục tiêu mang khung 2-mercaptoquinazoline-based N-hydroxyheptanamide.

Chương 2. Đánh giá hoạt tính chống ung thư in vitro (Evaluation of in vitro Anticancer Activity)

Chương 2 mô tả chi tiết hóa chất, nguyên liệu đạt độ tinh khiết phân tích (AR) từ Merck, Sigma-Aldrich và các nhà cung cấp khác; danh mục dụng cụ, trang thiết bị chuyên dụng phục vụ tổng hợp và phân tích phổ. Chương này xác lập các thông số kỹ thuật thực nghiệm: điều kiện sắc ký lớp mỏng pha động $\text{DCM}:\text{MeOH}$ và $\text{EA}:n\text{-hexane}$; quy trình ghi phổ FT-IR, HRMS, $^1\text{H-NMR}$ (500 MHz) và $^{13}\text{C-NMR}$ (125 MHz).

Quy trình thử nghiệm MTT in vitro được chuẩn hóa từng bước: hòa tan MTT, ủ tế bào SW620, MDA-MB-231 và MRC-5 trong giếng 96 ở $37^\circ\text{C}$ trong 3 giờ, hòa tan tinh thể formazan bằng dung môi chuyên dụng, lắc 15 phút và đo mật độ quang học ở 590 nm trong vòng 1 giờ, lặp lại tối thiểu 3 lần độc lập.

Chương 3. Thực nghiệm, kết quả và bàn luận (Experiments, Results & Discussion)

Chương 3 trình bày chi tiết thực nghiệm tổng hợp 4 dẫn chất (4a-d) qua quy trình 3 giai đoạn:

  1. Giai đoạn 1 (Đóng vòng quinazolin-4(3H)-one): Cho các dẫn xuất axit 2-aminobenzoic (1a-d) phản ứng với phenyl isothiocyanate trong ethanol tuyệt đối, xúc tác triethylamine (TEA) ở $100^\circ\text{C}$ hồi lưu trong 3 giờ. Tác giả giải thích việc sử dụng ethanol tuyệt đối và nhiệt độ cao giúp loại trừ hơi nước, chuyển dịch cân bằng tạo sản phẩm theo nguyên lý Le Chatelier. Sau phản ứng, làm lạnh hỗn hợp để kết tủa trung gian 2-mercapto-3-phenylquinazolin-4(3H)-one (2a-d) dạng chất rắn màu trắng.
  2. Giai đoạn 2 (Phản ứng S-alkyl hóa): Cho trung gian 2a-d phản ứng với ethyl 7-bromoheptanoate trong acetone, xúc tác $\text{K}_2\text{CO}_3$ (tạo anion thiolat tăng tính ái nhân) và KI (tạo tác nhân alkyl iod in situ nhằm tăng tốc độ phản ứng) ở $100^\circ\text{C}$ trong 3 giờ, thu được este trung gian 3a-d. Dung môi acetone được chọn vì giá thành thấp, ít độc và dễ bay hơi thu hồi.
  3. Giai đoạn 3 (Tạo axit hydroxamic): Hòa tan este 3a-d trong methanol, thêm hydroxylamine hydrochloride dư (10 đương lượng) và dung dịch NaOH nhỏ giọt đến $\text{pH} \approx 10$, khuấy ở nhiệt độ phòng trong 20 phút. Phản ứng được trung hòa bằng dung dịch HCl 5% về $\text{pH} \approx 7$, lọc lấy kết tủa và tinh chế bằng sắc ký cột silica gel với hệ dung môi $\text{DCM}:\text{MeOH}$ (1% đến 5%) thu được 4a-d tinh khiết. Tác giả nhấn mạnh việc kiểm soát chặt chẽ thời gian và nhỏ giọt chậm NaOH để hạn chế tối đa phản ứng phụ thủy phân este tạo axit carboxylic khó tách.

Phần phân tích phổ nghiệm xác nhận cấu trúc:

  • FT-IR: Xuất hiện tín hiệu đặc trưng của liên kết O-H nhóm hydroxamic ($3260 - 3351\text{ cm}^{-1}$), C-H thơm ($3032 - 3164\text{ cm}^{-1}$), C-H mạch alkyl methylene ($2851 - 2934\text{ cm}^{-1}$), carbonyl C=O ($1652 - 1685\text{ cm}^{-1}$) và nối đôi C=C thơm ($1573 - 1654\text{ cm}^{-1}$).
  • HRMS: Tỷ lệ $m/z$ của pic ion phân tử $[\text{M}+\text{H}]^+$ phù hợp chính xác với khối lượng phân tử tính toán. Các hợp chất chứa brom (4c, 4d) thể hiện rõ hai pic đồng vị có cường độ tương đương ứng với $^{79}\text{Br}$ và $^{81}\text{Br}$. Cả 4 phổ đều xuất hiện pic phụ dạng muối natri $[\text{M}+\text{Na}]^+$.
  • $^1\text{H-NMR}$ và $^{13}\text{C-NMR}$: Phổ $^1\text{H-NMR}$ chỉ rõ proton của nhóm NH hydroxamic dịch chuyển mạnh về vùng trường thấp ($\delta > 10{,}3\text{ ppm}$) do ảnh hưởng chắn yếu bởi nhóm carbonyl bên cạnh; proton OH xuất hiện ở vùng $\delta \approx 8{,}6 - 8{,}7\text{ ppm}$. Các proton nhân thơm xuất hiện ở $\delta \approx 7{,}2 - 8{,}2\text{ ppm}$ với độ phân tách đa bội rõ ràng (singlet, doublet, triplet, doublet of doublets). Proton nhóm $-\text{CH}_3$ của 4b xuất hiện dạng singlet ở $\delta = 2{,}43\text{ ppm}$. Phổ $^{13}\text{C-NMR}$ chỉ rõ hai pic carbonyl ở vùng trường thấp nhất ($\delta \approx 169\text{ ppm}$ của hydroxamic và $\delta \approx 160 - 165\text{ ppm}$ của khung quinazolinone), các carbon thơm ($\delta \approx 117 - 161\text{ ppm}$) và các nhóm methylene mạch nối ($\delta \approx 24 - 34\text{ ppm}$). Riêng phổ của 4a có tín hiệu vết tạp chất của tác nhân bromo ở $\delta = 72{,}85\text{ ppm}$.

Đánh giá hoạt tính sinh học: Thử nghiệm độc tính tế bào ở nồng độ $30\ \mu\text{M}$ cho thấy cả 4 hợp chất đều có khả năng ức chế sự sinh trưởng của tế bào ung thư SW620 và MDA-MB-231, tuy nhiên hoạt tính đều yếu hơn các chất đối chứng dương SAHA và ADR. Trên dòng tế bào ung thư vú MDA-MB-231, hợp chất không thế 4a cho hoạt tính tốt nhất (tỷ lệ sống $57{,}37%$). Trên dòng ung thư đại trực tràng SW620, hợp chất thế nhóm đẩy điện tử 4b (6-$\text{CH}_3$) cho tỷ lệ sống $65{,}08%$, tốt hơn hợp chất 4a ($71{,}11%$) và vượt trội hơn hợp chất thế nhóm rút điện tử 4c (6-Br, $91{,}84%$). Do hoạt tính ức chế tế bào chưa cao cùng với hạn chế về kinh phí và trang thiết bị, thử nghiệm ức chế trực tiếp enzyme HDAC chưa thể triển khai.

Chương 4. Kết luận và kiến nghị (Conclusion and Recommendation)

Chương này tổng kết việc tổng hợp thành công 4 dẫn chất mục tiêu, khẳng định cấu trúc bằng hệ thống phổ nghiệm FT-IR, HRMS, $^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$ và xác định hoạt tính độc tế bào bước đầu. Tác giả đề xuất các kiến nghị: mở rộng thử nghiệm độc tế bào trên các dòng khác (như HCT116, MCF-7); tổng hợp thêm các dẫn xuất chứa nhóm thế mới (chloro, iodo, methoxy); biến đổi cấu trúc nhóm cap (gắn thêm cầu nối, thay khung quinazoline bằng pyridine hoặc indole) nhằm cải thiện độ tan, hạ giá trị $\log P$ để tối ưu hóa hoạt tính sinh học.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm tổng hợp và đặc tính lý hóa

Quy trình tổng hợp 3 bước đã điều chế thành công 4 dẫn chất với trạng thái vật lý, hiệu suất tổng (overall yield), hệ số lưu $R_f$, điểm nóng chảy và giá trị $\log P$ tính toán cụ thể như sau:

Hợp chất Nhóm thế ($R$) Trạng thái vật lý Hiệu suất tổng (%) $R_f$ ($\text{DCM}:\text{MeOH} = 9:1$) Điểm nóng chảy ($^\circ\text{C}$) Trọng lượng phân tử tính toán (g/mol) $m/z$ thực nghiệm $[\text{M}+\text{H}]^+$ Giá trị $\log P$
4a $\text{H}$ Chất rắn trắng tinh khiết 31 0,44 153 – 155 397,1460 398,1533 4,69
4b $6\text{-CH}_3$ Chất rắn trắng tinh khiết 27 0,46 148 – 150 411,1617 412,1689 5,18
4c $6\text{-Br}$ Chất rắn trắng tinh khiết 29 0,48 162 – 164 475,0565 476,0639 / 478,0620 5,55
4d $7\text{-Br}$ Chất rắn trắng tinh khiết 28 0,48 158 – 160 475,0565 476,0639 / 478,0632 5,55

Kết quả thử nghiệm hoạt tính độc tế bào in vitro

Tỷ lệ phần trăm sống sót của các dòng tế bào khi xử lý với các hợp chất thử nghiệm ở nồng độ $30\ \mu\text{M}$ (so sánh với nhóm chứng):

Hợp chất Nhóm thế ($R$) Tế bào ung thư đại trực tràng SW620 (% sống sót) Tế bào ung thư vú MDA-MB-231 (% sống sót) Tế bào nguyên bào sợi phổi bình thường MRC-5 (% sống sót)
4a $\text{H}$ 71,11 57,37 85,69
4b $6\text{-CH}_3$ 65,08 60,53 82,15
4c $6\text{-Br}$ 91,84 67,35 88,42
4d $7\text{-Br}$ 77,94 82,64 89,12
SAHA (Đối chứng) Thấp hơn đáng kể Thấp hơn đáng kể —
ADR (Đối chứng) Thấp hơn đáng kể Thấp hơn đáng kể —

Đóng góp khoa học của khóa luận

  1. Thiết lập quy trình công nghệ tổng hợp: Xây dựng thành công quy trình thực nghiệm gồm 3 bước điều chế các dẫn chất lai hóa giữa khung 2-mercaptoquinazolin-4(3H)-one và chuỗi $N$-hydroxyheptanamide với hiệu suất ổn định ($27 - 31%$).
  2. Cung cấp dữ liệu phổ nghiệm chuẩn: Xác định và cung cấp bộ dữ liệu phổ nghiệm chi tiết ($^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, FT-IR, HRMS) cho 4 cấu trúc hóa học mới.
  3. Cung cấp bằng chứng thực nghiệm về mối quan hệ cấu trúc - hoạt tính (SAR): Chỉ ra rằng nhóm thế đẩy điện tử ($6\text{-CH}_3$) trên khung quinazoline mang lại hiệu quả ức chế tế bào ung thư tốt hơn nhóm thế hút điện tử ($6\text{-Br}$). Đồng thời, phát hiện mối tương quan giữa độ tan/tính thân mỡ ($\log P$) với hoạt tính sinh học, làm cơ sở cho các định hướng cải tiến cấu trúc tiếp theo.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Hoạt tính ức chế sinh trưởng tế bào ung thư in vitro của cả 4 dẫn chất tổng hợp còn ở mức trung bình và thấp hơn rõ rệt so với các chất chuẩn đối chứng (SAHA, ADR).
  • Chưa tiến hành được thử nghiệm ức chế trực tiếp trên enzyme histone deacetylase (HDAC) tinh sạch do hạn chế về điều kiện kinh phí và trang thiết bị thực nghiệm, dẫn đến chưa thể đánh giá trực tiếp mối tương quan giữa khả năng ức chế enzyme đích và độc tính tế bào.
  • Số lượng dẫn chất được tổng hợp còn ít (4 chất), chỉ khảo sát được nhóm thế methyl và bromo tại hai vị trí C-6 và C-7, chưa đủ dữ liệu để xây dựng mô hình định lượng tương quan cấu trúc - hoạt tính (QSAR).

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng đánh giá hoạt tính độc tế bào in vitro của các dẫn chất đã tổng hợp trên nhiều dòng tế bào ung thư khác (chẳng hạn như HCT116, MCF-7).
  • Tổng hợp bổ sung các dẫn chất mới với nhiều loại nhóm thế đa dạng hơn (như fluoro, chloro, iodo, methoxy, nitro, amino) tại các vị trí khác nhau trên nhân thơm.
  • Cải biến cấu trúc phân tử nhằm giảm tính thân dầu (hạ giá trị $\log P$), tăng tính thân nước để nâng cao sinh khả dụng và hiệu lực sinh học.
  • Bổ sung thử nghiệm ức chế enzyme HDAC in vitro khi có đủ điều kiện nhằm làm sáng tỏ cơ chế tác động ở mức độ phân tử.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên ngành cho sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh thuộc các ngành Hóa dược, Dược học và Hóa học hữu cơ tổng hợp.

Các nội dung có giá trị tham khảo cụ thể bao gồm:

  • Kỹ thuật tổng hợp hữu cơ thực nghiệm: Quy trình chi tiết 3 giai đoạn điều chế các dẫn chất dị vòng quinazoline gắn chuỗi hydroxamic acid; kỹ thuật kiểm soát pH nhỏ giọt kiềm để hạn chế phản ứng thủy phân este cạnh tranh; phương pháp tinh chế bằng sắc ký cột silica gel.
  • Biện giải phổ cấu trúc: Tài liệu cung cấp dữ liệu phân tích chi tiết các pic đặc trưng của nhóm hydroxamic và khung quinazoline trên phổ FT-IR, HRMS (phân tích pic đồng vị brom $^{79}\text{Br}/^{81}\text{Br}$ và pic cộng natri), phổ cộng hưởng từ hạt nhân $^1\text{H-NMR}$ (500 MHz) và $^{13}\text{C-NMR}$ (125 MHz).
  • Quy trình thử nghiệm sinh học in vitro: Quy trình chuẩn bị và thực hiện phương pháp MTT assay để đánh giá độc tính tế bào trên các dòng tế bào chuẩn.

Câu hỏi thường gặp

1. Bốn hợp chất được tổng hợp trong khóa luận có tên gọi và cấu trúc hóa học cụ thể là gì?

Bốn hợp chất mục tiêu gồm:

  • 4a: $N$-hydroxy-7-((4-oxo-3-phenyl-3,4-dihydroquinazolin-2-yl)thio)heptanamide ($R = \text{H}$).
  • 4b: $N$-hydroxy-7-((6-methyl-4-oxo-3-phenyl-3,4-dihydroquinazolin-2-yl)thio)heptanamide ($R = 6\text{-CH}_3$).
  • 4c: 7-((6-bromo-4-oxo-3-phenyl-3,4-dihydroquinazolin-2-yl)thio)-$N$-hydroxyheptanamide ($R = 6\text{-Br}$).
  • 4d: 7-((7-bromo-4-oxo-3-phenyl-3,4-dihydroquinazolin-2-yl)thio)-$N$-hydroxyheptanamide ($R = 7\text{-Br}$).

2. Quy trình tổng hợp 4 dẫn chất trên gồm những phản ứng nào và đạt hiệu suất tổng bao nhiêu?

Quy trình tổng hợp gồm 3 phản ứng nối tiếp:

  1. Phản ứng ngưng tụ đóng vòng giữa dẫn xuất axit 2-aminobenzoic và phenyl isothiocyanate (xúc tác TEA trong EtOH tuyệt đối, $100^\circ\text{C}$, 3 giờ) tạo trung gian quinazolinone (2a-d).
  2. Phản ứng S-alkyl hóa trung gian 2a-d với ethyl 7-bromoheptanoate (xúc tác $\text{K}_2\text{CO}_3$, KI trong acetone, $100^\circ\text{C}$, 3 giờ) tạo este trung gian (3a-d).
  3. Phản ứng tạo axit hydroxamic từ este 3a-d với hydroxylamine hydrochloride (xúc tác NaOH đến $\text{pH} \approx 10$ trong MeOH, nhiệt độ phòng, 20 phút), sau đó trung hòa bằng HCl 5% về $\text{pH} \approx 7$ và tinh chế qua cột silica gel.

Hiệu suất tổng của quy trình 3 bước đạt từ 27% đến 31% (4a: 31%; 4b: 27%; 4c: 29%; 4d: 28%).

3. Trong phản ứng tạo axit hydroxamic ở bước cuối, tác giả đã áp dụng biện pháp kỹ thuật nào để hạn chế sản phẩm phụ?

Trong môi trường kiềm ($\text{pH} \approx 10$), nhóm este rất dễ bị cạnh tranh bởi phản ứng thủy phân tạo thành tạp chất axit carboxylic tương ứng rất khó tách khỏi sản phẩm chính. Để khắc phục, tác giả đã kiểm soát nghiêm ngặt thời gian phản ứng ở mức ngắn (20 phút ở nhiệt độ phòng), theo dõi liên tục bằng sắc ký lớp mỏng (TLC phát hiện bằng thuốc thử $\text{FeCl}_3$) và thực hiện nhỏ giọt từ từ dung dịch NaOH để tránh làm tăng pH cục bộ quá mức.

4. Kết quả đánh giá độc tính tế bào in vitro cho thấy mối liên quan cấu trúc - hoạt tính (SAR) như thế nào?

  • Hợp chất 4b mang nhóm thế đẩy điện tử ($6\text{-CH}_3$) thể hiện hoạt tính ức chế tế bào ung thư tốt hơn hợp chất 4c mang nhóm thế hút điện tử ($6\text{-Br}$) trên cả 2 dòng tế bào ung thư thử nghiệm (trên SW620: 4b còn $65{,}08%$ so với 4c còn $91{,}84%$; trên MDA-MB-231: 4b còn $60{,}53%$ so với 4c còn $67{,}35%$).
  • Hợp chất không thế 4a có hoạt tính mạnh nhất trên dòng ung thư vú MDA-MB-231 (tỷ lệ sống $57{,}37%$) và có giá trị $\log P$ thấp nhất ($4{,}69$) trong 4 chất, cho thấy độ tan và tính thân mỡ ảnh hưởng đáng kể đến hoạt tính sinh học.

5. Vì sao nghiên cứu chưa tiến hành đánh giá khả năng ức chế trực tiếp enzyme HDAC?

Do các hợp chất tổng hợp thể hiện hoạt tính độc tế bào in vitro ở mức trung bình yếu (tỷ lệ sống của tế bào còn khá cao ở nồng độ $30\ \mu\text{M}$ so với SAHA), kết hợp với điều kiện hạn chế về kinh phí nghiên cứu và trang thiết bị thực nghiệm chuyên sâu tại thời điểm thực hiện, tác giả chưa thể triển khai thử nghiệm ức chế trực tiếp trên enzyme HDAC tinh sạch như kế hoạch ban đầu.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp Dược sĩ đại học của tác giả Nguyễn Nhật Minh đã thực hiện thành công việc thiết kế và tổng hợp 4 dẫn chất mới $N$-hydroxyheptanamide mang khung 2-mercaptoquinazoline qua quy trình 3 giai đoạn với hiệu suất tổng đạt từ 27% đến 31%. Cấu trúc hóa học và độ tinh khiết của các hợp chất (4a-d) được xác định đầy đủ bằng hệ thống thực nghiệm FT-IR, HRMS, $^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$ và điểm nóng chảy. Kết quả thử nghiệm MTT in vitro ghi nhận khả năng ức chế sinh trưởng bước đầu của các hợp chất trên dòng tế bào ung thư đại trực tràng SW620 và ung thư vú MDA-MB-231, đồng thời cung cấp những dữ liệu thực nghiệm có giá trị về quy luật cấu trúc - tác dụng để định hướng tối ưu hóa các phân tử ức chế HDAC trong tương lai.