Luận Văn Thạc Sĩ: Tổng Hợp Các Dẫn Xuất Beta Peptidomimetic

Luận văn thạc sĩ phân tích hus tổng hợp các dẫn xuất beta peptidomimetic, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Phùng Phan Huyền Quyên
• Người hướng dẫn: PGS. Mạc Đình Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ
• Đề tài: Tổng Hợp Các Dẫn Xuất Beta- Peptidomimetic
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Danh pháp và đồng phân
• 1.2. Phương pháp điều chế peptide phổ biến
• 1.3. Phương pháp điều chế peptide của Merrifield
• 1.4. Phương pháp điều chế peptide của Bergman
• 1.5. Phương pháp điều chế peptide của Scheechan
• 1.6. Cấu trúc phân tử và tính chất vật lý
• 1.7. Tính chất hóa học
• 1.8. Phân loại protein
• 1.9. Cấu trúc phân tử protein
• 1.10. Thuyết về cấu trúc của protein
• 1.11. Khái niệm peptidomimetic
• 1.12. Phân loại peptidomimetic
• 1.13. Nguyên tắc tổng hợp peptidomimetic
• 1.14. Phương pháp thiết kế peptidomimetic
• 1.15. Ứng dụng peptidomimetic
• 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng và mục đích nghiên cứu
• 2.2. Đối tượng nghiên cứu
• 2.3. Mục đích nghiên cứu
• 2.4. Dụng cụ và hóa chất
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5.1. Khử carboxyl thành alcohol
• 2.5.2. Chuyển hóa nhóm amino thành carbamate (urethane)
• 2.5.3. Chuyển hóa nhóm OH thành dẫn xuất iodua bằng phản ứng Appel
• 2.5.4. Thế dẫn xuất halogenua bằng xianua
• 2.5.5. Tổng hợp β-amino acid từ α-amino acid
• 2.5.6. Tổng hợp các mảnh peptide
• 2.5.7. Sắc ký bản mỏng
• 2.5.8. Phương pháp vật lý hiện đại xác định cấu trúc phân tử
• 2.5.8.1. Phân tích cấu trúc hợp bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
• 2.5.8.2. Phổ proton 1H-NMR
• 2.5.9. Điều kiện thực nghiệm
• 2.5.10. Tổng hợp β-amino alcohol
• 2.5.11. Bảo vệ nhóm amino của β-amino alcohol
• 2.5.12. Tổng hợp dẫn xuất iodua từ β-amino alcohol
• 2.5.13. Tổng hợp dẫn xuất nitrile từ dẫn xuất iodine
• 2.5.14. Thủy phân các dẫn xuất nitrile
• 2.5.15. Tổng hợp beta-peptidomimetic
• 2.5.16. Tổng hợp beta-dipeptidomimetic
• 2.5.17. Tổng hợp beta-tripeptidomimetic
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tổng hợp dẫn xuất este của β-amino alcohol
• 3.2. Tổng hợp beta-peptidomimetic
• 3.3. Tổng hợp beta-dipeptidomimetic
• 3.4. Tổng hợp beta-tripeptidomimetic
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về tổng hợp dẫn xuất Beta Peptidomimetic trong hóa hữu cơ

Tổng hợp dẫn xuất Beta Peptidomimetic là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong hóa hữu cơ. Các peptidomimetic có cấu trúc tương tự peptide tự nhiên nhưng có khả năng khắc phục những nhược điểm của peptide, như khả năng hấp thụ kém và độ ổn định thấp. Việc nghiên cứu và phát triển các dẫn xuất này không chỉ mở ra hướng đi mới trong điều trị bệnh mà còn giúp cải thiện hiệu quả của các liệu pháp hiện có.

1.1. Định nghĩa và vai trò của Beta Peptidomimetic

Beta Peptidomimetic là các hợp chất có cấu trúc tương tự peptide, nhưng được thiết kế để cải thiện tính chất sinh học. Chúng có thể tương tác mạnh mẽ với các thụ thể trong cơ thể, từ đó mang lại hiệu quả điều trị cao hơn so với peptide tự nhiên.

1.2. Lịch sử phát triển của Beta Peptidomimetic

Lịch sử phát triển của Beta Peptidomimetic bắt đầu từ những năm 1980, khi các nhà khoa học nhận ra tiềm năng của chúng trong việc thay thế peptide tự nhiên. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các dẫn xuất này có thể duy trì hoạt tính sinh học trong khi giảm thiểu các nhược điểm của peptide.

II. Thách thức trong tổng hợp Beta Peptidomimetic

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc tổng hợp Beta Peptidomimetic cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ ổn định của cấu trúc, khả năng tương tác với thụ thể và khả năng hấp thụ trong cơ thể là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ ổn định của cấu trúc Beta Peptidomimetic

Độ ổn định của cấu trúc là một trong những yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của Beta Peptidomimetic. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc thay đổi cấu trúc có thể làm tăng độ ổn định và khả năng tương tác với thụ thể.

2.2. Khả năng hấp thụ và phân phối trong cơ thể

Khả năng hấp thụ và phân phối của Beta Peptidomimetic trong cơ thể là một thách thức lớn. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các dẫn xuất này có thể gặp khó khăn trong việc vượt qua hàng rào sinh học, dẫn đến hiệu quả điều trị không như mong đợi.

III. Phương pháp tổng hợp Beta Peptidomimetic hiệu quả

Có nhiều phương pháp tổng hợp Beta Peptidomimetic khác nhau, mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ ảnh hưởng lớn đến chất lượng và hiệu quả của sản phẩm cuối cùng.

3.1. Phương pháp tổng hợp truyền thống

Phương pháp tổng hợp truyền thống thường sử dụng các phản ứng hóa học cơ bản để tạo ra Beta Peptidomimetic. Mặc dù đơn giản, nhưng phương pháp này có thể gặp khó khăn trong việc kiểm soát độ tinh khiết và hiệu suất.

3.2. Phương pháp tổng hợp hiện đại

Các phương pháp tổng hợp hiện đại như tổng hợp pha rắn và phản ứng 'click' đang được áp dụng rộng rãi. Những phương pháp này cho phép tạo ra các dẫn xuất với độ tinh khiết cao và hiệu suất tốt hơn.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Beta Peptidomimetic trong nghiên cứu hóa học

Các dẫn xuất Beta Peptidomimetic đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ dược phẩm đến nghiên cứu sinh học. Chúng không chỉ giúp cải thiện hiệu quả điều trị mà còn mở ra hướng đi mới trong phát triển thuốc.

4.1. Ứng dụng trong điều trị bệnh

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng Beta Peptidomimetic có thể được sử dụng để điều trị các bệnh như ung thư, tiểu đường và các bệnh liên quan đến hệ miễn dịch. Chúng có khả năng tương tác mạnh mẽ với các thụ thể, từ đó mang lại hiệu quả điều trị cao.

4.2. Ứng dụng trong nghiên cứu sinh học

Trong nghiên cứu sinh học, Beta Peptidomimetic được sử dụng để nghiên cứu các quá trình sinh học và tương tác giữa các phân tử. Chúng giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của các thụ thể và enzyme.

V. Kết luận và tương lai của Beta Peptidomimetic trong hóa hữu cơ

Tổng hợp Beta Peptidomimetic là một lĩnh vực đầy tiềm năng trong hóa hữu cơ. Với những tiến bộ trong công nghệ tổng hợp và nghiên cứu, tương lai của các dẫn xuất này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giá trị cho ngành dược phẩm và nghiên cứu sinh học.

5.1. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu về Beta Peptidomimetic sẽ tiếp tục phát triển, với nhiều hướng đi mới trong việc cải thiện cấu trúc và tính chất sinh học. Các nhà khoa học đang tìm kiếm các phương pháp tổng hợp hiệu quả hơn để tối ưu hóa hoạt tính của các dẫn xuất này.

5.2. Tác động đến ngành dược phẩm

Sự phát triển của Beta Peptidomimetic có thể tạo ra những bước đột phá trong ngành dược phẩm, giúp phát triển các loại thuốc mới với hiệu quả cao hơn và ít tác dụng phụ hơn. Điều này sẽ mở ra nhiều cơ hội cho việc điều trị các bệnh lý phức tạp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong hơn 3 thập kỷ qua, các nghiên cứu sinh học phân tử và hóa dược đã chứng minh peptide giữ vai trò thiết yếu trong việc điều hòa sinh lý thông qua tương tác đặc hiệu với thụ thể màng tế bào. Tuy nhiên, các phân tử peptide tự nhiên chứa từ 2 đến 50 gốc alpha-amino acid lại bộc lộ nhiều hạn chế nghiêm trọng khi ứng dụng làm dược phẩm, đặc biệt là độ bền sinh học kém, khả năng hấp thu qua đường tiêu hóa ước tính dưới 10% và thời gian bán thải tại gan, thận diễn ra nhanh chóng chỉ trong vài giờ. Nhằm khắc phục các rào cản này, việc thiết kế và tổng hợp các hợp chất peptidomimetic bắt chước cấu trúc và chức năng sinh học của peptide tự nhiên đã trở thành hướng nghiên cứu đột phá của nền hóa dược hiện đại.

Đề tài luận văn thạc sĩ khoa học chuyên ngành Hóa hữu cơ mã số 8440112.02 với tên gọi "Tổng hợp các dẫn xuất beta-peptidomimetic" được thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội vào năm 2019. Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán chuyển hóa các alpha-amino acid tự nhiên sẵn có thành các dẫn xuất beta-amino acid tương ứng, từ đó thực hiện phản ứng ghép mạch tạo thành các chuỗi beta-dipeptidomimetic và beta-tripeptidomimetic mới. Luận văn đem lại đóng góp học thuật và thực tiễn giá trị khi xây dựng thành công quy trình tổng hợp 5 bước với độ chọn lọc cao, đạt hiệu suất tổng thể khoảng 20%, tạo tiền đề vững chắc cho việc phát triển các cấu trúc thuốc ức chế enzyme chuyển hóa angiotensin (ACE) điều trị cao huyết áp và các chất ức chế protease trong điều trị virus HIV tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên 3 nền tảng lý thuyết cốt lõi trong hóa sinh và tổng hợp hữu cơ. Thứ nhất là thuyết cấu trúc không gian của protein và peptide, trong đó cấu trúc bậc 2 như chuỗi xoắn alpha (với chu kỳ 3,6 gốc amino acid và bước xoắn 5,4 Angstrom) cùng cấu trúc gấp nếp beta và vòng ngược beta-turn đóng vai trò quyết định hoạt tính sinh học. Thứ hai là lý thuyết thiết kế peptidomimetic gồm 3 phân loại chính: peptidomimetic loại I bắt chước cấu trúc không gian, loại II bắt chước chức năng sinh học và loại III thay thế khung mạch chính nhưng vẫn bảo toàn hướng định vị của các nhóm mang dược tính.

Thứ ba là lý thuyết bảo vệ nhóm chức và hoạt hóa liên kết peptide. Trong quá trình phản ứng, nhóm amino được khóa chọn lọc bằng nhóm carbamate như benzyloxycarbonyl (Cbz) hoặc tert-butyloxycarbonyl (Boc), trong khi liên kết amide được hình thành thông qua các tác nhân ghép mạch carbodiimide cải tiến kết hợp với chất bổ trợ nhằm ức chế tối đa hiện tượng racemic hóa.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng cỡ mẫu gồm 5 alpha-amino acid tự nhiên đại diện là L-Leucine, L-Isoleucine, L-Phenylalanine, L-Valine và L-Proline. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng nhằm bao quát các dạng chuỗi bên đặc trưng: mạch nhánh alkyl, vòng thơm benzyl và dị vòng pyrrolidine cứng nhắc, từ đó đánh giá chính xác ảnh hưởng của hiệu ứng không gian đến hiệu suất phản ứng.

Quy trình thực nghiệm trải qua 5 giai đoạn liên hoàn được triển khai trong thời gian 12 tháng:

1. Khử nhóm carboxyl của alpha-amino acid thành alcohol bậc 1 bằng hệ tác nhân NaBH4 kết hợp I2 trong dung môi THF khan đối với các amino acid mạch thẳng, hoặc LiAlH4 đối với L-Proline.
2. Bảo vệ nhóm amino bằng tác nhân CbzCl trong dung dịch đệm kiềm Na2CO3 2M ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ.
3. Chuyển hóa nhóm alcohol thành dẫn xuất iodua thông qua phản ứng Appel sử dụng hệ I2, triphenylphosphine (PPh3) và imidazole trong dung môi DCM.
4. Tăng mạch chính thêm 1 nguyên tử carbon bằng phản ứng thế ái nhân SN2 với NaCN trong dung môi DMSO ở nhiệt độ 110 độ C trong 24 giờ, sau đó thủy phân chọn lọc nitrile thành ester của beta-amino alcohol.
5. Ghép mạch peptide tạo chuỗi beta-dipeptide và beta-tripeptide bằng hệ tác nhân EDCI kết hợp HOBt trong dung môi DCM/DMF khan suốt 10 giờ.

Hỗn hợp sản phẩm được tinh chế bằng sắc ký cột silicagel hoạt hóa ở 120 độ C trong 4 giờ và kiểm tra độ tinh khiết qua sắc ký lớp mỏng TLC trên bản silica gel 60 F254 soi dưới bước sóng UV 254 nm. Cấu trúc hóa học được xác định bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR và 13C-NMR kết hợp DEPT-90, DEPT-135, HSQC, HMBC trên máy Bruker Avance 500 MHz. Lý do lựa chọn hệ phổ NMR 500 MHz phân giải cao là nhằm phân tách chính xác các đỉnh cộng hưởng bị che lấp của proton mạch bên và xác định rõ liên kết không gian của chuỗi peptidomimetic.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã ghi nhận 4 phát hiện quan trọng có giá trị khoa học cao:

Thứ nhất, quy trình khử nhóm carboxyl bằng hệ NaBH4/I2 đã thay thế thành công tác nhân LiAlH4 truyền thống, giúp phản ứng diễn ra êm dịu, an toàn và đạt hiệu suất chuyển hóa thành amino alcohol trên 75% đối với các amino acid mạch hở.

Thứ hai, nghiên cứu đã tổng hợp thành công 5 dẫn xuất ester của beta-amino acid với hiệu suất toàn chuỗi đạt từ 9% đến 28%. Dẫn xuất của L-Leucine đạt hiệu suất cao nhất là 28%, tiếp theo là L-Valine đạt 25%, cao hơn gấp 2 đến 3 lần so với dẫn xuất của L-Phenylalanine (15%) và L-Isoleucine (12%). Dẫn xuất dị vòng của L-Proline đạt hiệu suất thấp nhất là 9%.

Thứ ba, việc ứng dụng phản ứng Appel và phản ứng thế xianua bằng NaCN đã kéo dài thành công mạch carbon thêm đúng 1 nguyên tử carbon mà không làm đảo lộn cấu hình lập thể tại carbon bất đối.

Thứ tư, phản ứng tạo liên kết peptide sử dụng tác nhân EDCI kết hợp chất bổ trợ HOBt đạt hiệu suất tinh chế trên 80%, vượt trội hơn hẳn so với tác nhân DCC nhờ việc loại bỏ hoàn toàn sản phẩm phụ dicyclohexylurea (DCU) khó tan, giúp sản phẩm thu được có độ tinh khiết cao.

Thảo luận kết quả

Sự chênh lệch về hiệu suất giữa các dẫn xuất (dao động từ 9% đến 28%) được giải thích chủ yếu do hiệu ứng cản trở không gian của các nhóm thế mạch bên. Với L-Leucine và L-Valine, nhóm alkyl phân nhánh ở vị trí thuận lợi ít gây cản trở không gian, giúp tác nhân ái nhân cyanide dễ dàng tấn công vào trung tâm phản ứng. Ngược lại, vòng thơm cồng kềnh trong L-Phenylalanine và khung dị vòng pyrrolidine cứng nhắc của L-Proline làm tăng đáng kể lực cản lập thể trong phản ứng Appel và phản ứng thế SN2, dẫn đến việc hình thành sản phẩm phụ và hao hụt trong quá trình sắc ký cột.

So với các nghiên cứu quốc tế cùng lĩnh vực, quy trình tổng hợp này có ưu thế nổi bật về tính kinh tế khi sử dụng các hóa chất phổ biến, đồng thời duy trì được cấu hình quang hoạt tự nhiên của các acid amin. Khi thảo luận kết quả, toàn bộ số liệu thực nghiệm có thể được mô tả trực quan thông qua biểu đồ cột so sánh hiệu suất giữa 5 gốc alkyl khác nhau, đi kèm bảng thống kê chi tiết các giá trị độ dịch chuyển hóa học (từ 0 đến 14 ppm trên phổ 1H-NMR và từ 0 đến 240 ppm trên phổ 13C-NMR). Sự xuất hiện của các tín hiệu carbon bậc 2 đặc trưng trên phổ DEPT-135 tại vùng trường cao là bằng chứng không thể chối cãi chứng minh sự gắn kết thành công của nhóm methylene mới vào mạch phân tử.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả đạt được, luận văn đưa ra 4 khuyến nghị then chốt nhằm nâng cao chất lượng nghiên cứu tổng hợp peptidomimetic:

1. Tối ưu hóa điều kiện phản ứng thế cyanide: Nhóm nghiên cứu thuộc các phòng thí nghiệm hóa hữu cơ cần ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ vi sóng hoặc sử dụng xúc tác chuyển pha trong phản ứng thế nucleophile của dẫn xuất iodua, đặt mục tiêu nâng hiệu suất của các dẫn xuất khó phản ứng như Proline và Isoleucine từ dưới 12% lên trên 35% trong vòng 6 tháng tới.
2. Thử nghiệm hoạt tính sinh học định lượng: Các viện nghiên cứu y dược học cần phối hợp thực hiện sàng lọc hoạt tính ức chế enzyme chuyển hóa angiotensin (ACE) và hoạt tính kháng đông máu ức chế thrombin in vitro trên các dẫn xuất beta-dipeptide đã tổng hợp, hướng tới xác định giá trị nồng độ ức chế IC50 đạt dưới mức 50 nM trong vòng 12 tháng.
3. Chuyển đổi sang phương pháp tổng hợp pha rắn: Bộ môn Hóa hữu cơ nên áp dụng kỹ thuật tổng hợp pha rắn (SPPS) trên chất mang nhựa polystyrene clometyl hóa nhằm rút ngắn thời gian phản ứng ghép chuỗi từ 10 giờ xuống dưới 2 giờ và nâng hiệu suất ghép chuỗi tripeptide lên trên 85% trước năm 2026.
4. Mở rộng thư viện cấu trúc peptidomimetic: Các nhóm nghiên cứu chuyên ngành cần tiếp tục tổng hợp thêm ít nhất 10 dẫn xuất beta-amino acid từ các amino acid dị vòng khác như Tryptophan hay Histidine để xây dựng cơ sở dữ liệu phân tử phục vụ công tác mô phỏng docking phân tử trong thời gian 2 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Tài liệu luận văn là nguồn tư liệu học thuật và kỹ thuật giá trị dành cho 4 nhóm đối tượng cụ thể:

1. Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa hữu cơ, Hóa dược: Sử dụng tài liệu như một cẩm nang thực nghiệm chuẩn mực để nắm bắt kỹ thuật chuyển hóa nhóm chức, phương pháp bảo vệ nhóm amino và quy trình tổng hợp hữu cơ đa bước phức tạp.
2. Giảng viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học: Tham khảo hệ thống lý thuyết toàn diện về phân loại peptidomimetic và ứng dụng bộ dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân 500 MHz đa chiều (DEPT, HSQC, HMBC) vào bài giảng chuyên đề hóa học các hợp chất thiên nhiên.
3. Chuyên viên nghiên cứu và phát triển (R&D) tại các doanh nghiệp dược phẩm: Ứng dụng quy trình tổng hợp khung beta-peptide bền vững để thiết kế các hoạt chất thuốc thế hệ mới có sinh khả dụng đường uống cao hơn từ 30% đến 50% so với peptide tự nhiên.
4. Kỹ thuật viên phân tích cấu trúc hóa học: Khai thác quy trình tối ưu hóa sắc ký cột silicagel và phương pháp giải phổ NMR hiện đại để phân tách, định danh chính xác các chất trung gian hữu cơ chứa dị nguyên tố.

Câu hỏi thường gặp

Hợp chất peptidomimetic mang lại lợi thế vượt trội nào so với peptide tự nhiên trong phát triển thuốc? Peptidomimetic khắc phục triệt để điểm yếu của peptide tự nhiên nhờ khả năng kháng lại sự phân hủy của enzyme tiêu hóa, giảm tốc độ thanh thải qua gan và thận, giúp kéo dài thời gian bán hủy trong huyết tương. Các phân tử này bảo toàn cấu hình không gian gắn kết với thụ thể đích nhưng nâng cao sinh khả dụng đường uống lên gấp 3 đến 4 lần.

Tại sao nghiên cứu lại chọn chuyển đổi alpha-amino acid thành beta-amino acid? Việc chèn thêm một nhóm methylene (-CH2-) vào khung sườn alpha-amino acid giúp kéo dài khoảng cách liên kết, tạo nên cấu trúc beta-amino acid có độ linh động lập thể cao hơn và chống lại sự phân cắt của protease nội sinh. Đây là cấu trúc nền tảng giúp ổn định các dạng xoắn và gấp nếp sinh học mong muốn.

Tác nhân ghép mạch EDCI có ưu điểm gì so với tác nhân DCC thông thường? Tác nhân EDCI tạo ra sản phẩm phụ dạng muối isourea tan hoàn toàn trong nước và dung dịch acid loãng, cho phép loại bỏ dễ dàng bằng phương pháp chiết lỏng thông thường. Ngược lại, sản phẩm phụ DCU của tác nhân DCC rất khó tan trong dung môi hữu cơ, gây tắc cột sắc ký và làm giảm hiệu suất thu hồi xuống dưới 60%.

Vai trò của chất bổ trợ HOBt trong phản ứng ghép liên kết peptide là gì? Chất bổ trợ HOBt phản ứng nhanh với chất trung gian O-acylisourea để tạo thành ester hoạt hóa bền hơn, ngăn chặn sự hình thành sản phẩm phụ N-acylurea không mong muốn. Đồng thời, HOBt đóng vai trò cốt lõi trong việc bảo vệ cấu hình quang học, hạn chế tối đa hiện tượng racemic hóa tại các tâm bất đối.

Phương pháp phổ nào giữ vai trò then chốt nhất để chứng minh cấu trúc sản phẩm trong luận văn? Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân đa chiều 1H-NMR, 13C-NMR và DEPT ghi trên máy Bruker 500 MHz giữ vai trò quyết định. Phổ DEPT phân loại chính xác các nguyên tử carbon bậc 1, bậc 2 và bậc 3, giúp xác nhận sự có mặt của nhóm methylene mới và liên kết amide trong chuỗi peptidomimetic.

Kết luận

Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu với 5 đóng góp học thuật và thực tiễn cốt lõi: • Xây dựng thành công quy trình tổng hợp 5 giai đoạn điều chế dẫn xuất ester của beta-amino acid từ 5 alpha-amino acid tự nhiên với hiệu suất trung bình 20%. • Tối ưu hóa phản ứng Appel và phản ứng thế cyanide, kéo dài mạch chính thêm 1 carbon mà vẫn bảo toàn tuyệt đối tính chất quang hoạt của phân tử. • Ứng dụng hiệu quả cặp tác nhân EDCI/HOBt trong phản ứng coupling, tạo thành các chuỗi beta-dipeptidomimetic và beta-tripeptidomimetic có độ tinh khiết cao. • Xác định và giải mã chi tiết cấu trúc hóa học của 100% các hợp chất trung gian và sản phẩm cuối bằng hệ thống phổ NMR 500 MHz hiện đại. • Cung cấp dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác, mở ra hướng đi mới đầy tiềm năng cho lĩnh vực hóa dược mô phỏng peptide tại Việt Nam.

Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2024 đến 2026, nhóm nghiên cứu cần triển khai đánh giá hoạt tính sinh học in vitro và mở rộng quy mô tổng hợp. Quý độc giả, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm có thể tiếp cận toàn văn công trình để ứng dụng quy trình tổng hợp này vào các đề án phát triển dược phẩm mới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1. Danh pháp và đồng phân Peptide là những polime amino acid, chứa từ 2 đến 50 gốc α – amino acid trong phân tử. Đối với những phân tử peptide có chứa từ 2 đến 10 gốc α – amino acid được gọi là oligopeptide, còn nếu chứa hơn 10 gốc α – amino acid thì được gọi là polypeptide.

 Danh pháp peptide: Tên các peptide được gọi bằng cách ghép tên gốc axyl của α – amino acid theo thứ tự sắp xếp của chúng trong phân tử, đọc từ phía “đầu N” sang “đầu C”, riêng α – amino acid “đầu C” thì được giữ nguyên tên [3, 7]. Ví dụ: Alanylphenylalanylglyxin (Ala-Phe-Gly) Một số peptide thiên nhiên có tên riêng như Oxytocin một loại hormone tình yêu (Hình 1.1), Bradykinin có tác dụng làm giảm huyết áp (Hình 1. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1: Cấu trúc phân tử Oxytocin.2:Cấu trúc phân tử Bradykinin.  Đồng phân: Số đồng phân cấu tạo của peptide là bằng n! (n: số α – amino acid trong phân tử).

Nếu trong phân tử peptide có i cặp amino acid giống nhau thì số đồng phân sẽ n! i là 2 [3, 7]. Phương pháp điều chế peptide phổ biến Để tổng hợp một peptide có các gốc α – amino acid trật tự xác định thì đầu tiên ta cần phải bảo vệ nhóm chức –NH2 và –COOH nào đó trước khi chúng tham gia các phản ứng tạo liên kết peptide. Sau khi đã bảo vệ nhóm amino và nhóm cacboxyl, tiến hành thực hiện phản ứng ngưng tụ giữa hai amino acid nhờ chất xúc tác DCC thì thu được các peptide. Cuối cùng, loại bỏ các nhóm bảo vệ bằng phản ứng hydro phân [3, 7].

Ví dụ: 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.3: Sơ đồ tổng hợp dipeptide theo bằng phương pháp phổ biến. Phương pháp điều chế peptide của Merrifield Phương pháp tổng hợp peptide trong pha rắn, nhờ chất mang rắn là loại polistiren clometyl hóa mà mỗi 100 vòng benzene lại có một nhóm –CH2Cl thế vào vị trí para [3, 7]. Phản ứng được tiến hành giữa hai dung dịch amino acid đã được bảo vệ nhóm amin và dung dịch polime. Sản phẩm thu được là ester của amino acid có chứa polime.

Sau đó lọc kết tủa rồi cho tác dụng với acid để tách nhóm bảo vệ (Boc, Cbz, …). Cho ngưng tụ tiếp với amino acid đã khóa nhóm amin có mặt chất xúc tác là DCC. Sau đó lại loại bỏ nhóm bảo vệ bằng acid, lặp đi lặp lại quá trình này để phát triển mạch cho đến khi tạo thành polypeptide với hiệu suất cao [3, 7]. Ưu điểm: sản phẩm dễ tinh chế, các nhóm bảo vệ dễ dàng tách ra khi thực hiện phản ứng hydro phân, hiệu suất phản ứng khá cao và tránh được sự raxemic hóa.

Ví dụ: Phá Ester hóa bảo vệ Chất mang rắn Chất mang rắn Chất mang rắn Phá bảo vệ Chất mang rắn Chất mang rắn Chất mang rắn 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Phá bảo vệ Chất mang rắn Chất mang rắn Hình 1.4: Sơ đồ tổng hợp polypeptide theo phương pháp Merrifield 1. Phương pháp điều chế peptide của Bergman Nhóm amino được bảo vệ bằng cách cho amino acid phản ứng với cacbobenzoxiclorua, sau đó cho khóa nhóm cacboxyl bằng SOCl2 và cho ngưng tụ với amino acid khác, cuối cùng thực hiện phản ứng hydro phân [3, 7]. Phương pháp điều chế peptide của Scheechan Cho anhydride phtalic tác dụng với amino acid, tiếp tục cho phản ứng với amino acid thứ hai có mặt HCl và sau đó hydrazit hóa. Cấu trúc phân tử và tính chất vật lý  Cấu trúc phân tử: Phân tử peptide gồm hai hoặc nhiều gốc amino acid kết hợp với nhau nhờ liên kết peptide [3, 7]: Cấu trúc lập thể của peptide được Linus Pauling nghiên cứu từ cuối năm 1930 và ông đã phát hiện ra rằng nhóm peptide có cấu trúc phẳng.

Nguyên tử H của nhóm NH nằm ở phía anti với nguyên tử C trong nhóm cacbonyl; góc liên kết giữa nguyên tử carbon-cacbonyl và nguyên tử nitơ gần bằng 1200. Liên kết peptide C-N mang một phần đặc điểm của liên kết đôi C=N do sự liên hợp của cặp electron tự do ở N về phía cacbonyl. Chính vì thế liên kết peptide khó quay xung quanh trục C-C [3, 7]. Điều này là nguyên nhân dẫn đến cấu trúc xoắn của phân tử.

6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail]  Tính chất vật lý: Những peptide có phân tử khối nhỏ là những chất kết tinh, tan tốt trong nước, không tan trong ancol tinh khiết. Các peptide có phân tử khối lớn là những chất rắn vô định hình tạo thành dung dịch keo trong nước [3, 7]. Các peptide cũng tồn tại ở dạng ion lưỡng cực, chúng cũng là hợp chất lưỡng tính. Tính chất hóa học  Tính acid-base của peptide Peptide là những chất lưỡng tính vì trong phân tử còn có cả nhóm amino và nhóm cacboxyl tự do.

 Phản ứng thủy phân  Phản ứng thủy phân hoàn toàn: Đun nóng các peptide với dung dịch kiềm hoặc dung dịch acid thu được sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp các amino acid (hoặc muối của các amino acid nếu tiến hành trong môi trường kiềm).  Phản ứng thủy phân không hoàn toàn: Nhờ các enzyme đặc hiệu, các peptide được thủy phân không hoàn toàn thành những phân tử peptide nhỏ hơn. Enzyme aminopeptidaza xúc tác cho phản ứng thủy phân, thu được amino acid “đầu N” và phân tử peptide nhỏ hơn. Trong khi đó, enzyme cacboxydaza xúc tác cho phản ứng thủy phân peptide thu được amino acid “đầu C” và phân tử peptide nhỏ hơn.

 Phản ứng màu biure Những peptide có từ hai nhóm peptide trở lên đều có phản ứng với dung dịch CuSO4 loãng trong môi trường kiềm tạo thành dung dịch phức có màu tím. Màu là do ion Cu2+ tạo phức với các nhóm peptide. Dipeptide cho màu xanh, tripeptide cho màu tím và polypeptide cho màu đỏ tím. Do đó phản ứng biure được dùng để phân tích định tính và định lượng peptide và protein.

 Phản ứng với 2,4-dinitroflorobenzene 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nhóm amino của gốc amino acid “đầu N” phản ứng với 2,4-dinitroflorobenzen thu được dẫn xuất 2,4-dinitrophenyl. Phân loại protein  Dựa vào thành phần hóa học: Protein đơn giản: những protein khi thủy phân hoàn toàn chỉ cho hỗn hợp các L- α – amino acid. Protein phức tạp: những protein khi thủy phân hoàn toàn tạo thành không chỉ hỗn hợp L-α-amino acid mà còn có thành phần phi protein (không chứa amino acid). Tùy theo thành phần phi protein, ta có các protein phức tạp như sau:  Photphoprotein: protein phức tạp được cấu tạo bởi polypeptide và gốc acid phosphoric nhờ liên kết ester giữa acid phosphoric với các nhóm –OH của amino acid [3, 7].

 Glycoprotein: protein phức tạp được cấu tạo bởi polypeptide và oligosaccarit hoặc polysaccarit nhờ các liên kết O-glicozit hoặc N-glicozit.  Nucleoprotein: gồm deoxyribonucleoprotein và ribonucleoprotein: protein phức tạp được cấu tạo bởi polypeptide và deoxyribonucleic hoặc ribonucleic.  Metaloprotein: protein phức tạp được cấu tạo bởi polypeptide với một số ion kim loại như Fe2+, Mg2+, Ca2+ nhờ các kiểu liên kết trong hợp chất phức.  Theo hình dạng phân tử protein:  Protein hình cầu là những phân tử có dạng hình cầu, tan trong nước.

 Protein hình sợi là những phân tử có dạng hình sợi, không tan trong nước. Cấu trúc phân tử protein Thành phần của protein gồm trên 20 loại α–amino acid và trong đó có khoảng 10 loại amino acid rất ít gặp. Phân tử khối của protein rất lớn từ hàng nghìn đến hàng chục triệu đvC. Thành phần nguyên tố chủ yếu là C (50-52%), H (6,8-7,7%), O(23-24%), N (15-18%), S (0.5%-2%) cùng với lượng nhỏ kim loại.

Fisher và Hopmaist đã đưa ra giả thiết chuỗi polypeptide về cấu tạo của protein, thuyết này cho rằng phân tử protein được tạo thành bởi một hoặc vài chuỗi 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các chuỗi peptide trong phân tử protein có thể tồn tại ở dạng mạch không nhánh, mạch phân nhánh hoặc mạch vòng. Thuyết về cấu trúc của protein Năm 1958, Linder Stromlang và Bernal khi nghiên cứu cấu trúc của protein đã đưa ra 4 dạng cấu trúc: Cấu trúc bậc 1, cấu trúc bậc 2, cấu trúc bậc 3 và cấu trúc bậc 4.  Cấu trúc bậc 1: Cấu trúc bậc một là trật tự sắp xếp của các gốc amino acid trong các chuỗi polypeptide.

Cấu trúc này được duy trì nhờ các liên kết peptide. Do sự sắp xếp khác nhau nên 20 L- α – amino acid trong thiên nhiên tạo ra vô số các phân tử protein có cấu trúc khác nhau [3, 7].  Cấu trúc bậc 2: Cấu trúc bậc hai là cấu dạng của phân tử protein, trong đó mỗi amino acid chiếm một vị trí không gian xác định trong mạch polypeptide. Pauling và Corey đã đưa ra hai loại: cấu dạng xoắn α và cấu dạng gấp β.

Cấu trúc bậc 2 được duy trì bền vững nhờ liên kết hydro giữa các nhóm peptide khác nhau. Ở cấu trúc xoắn α (Hình 1.5), đoạn mạch polypeptide xoắn lại thành ống hình trụ, gốc R của các amino acid hướng ra phía ngoài ống hình trụ. Mỗi vòng 0 xoắn có khoảng 3,6 gốc amino acid và khoảng cách giữa các vòng khoảng 5,4 A. Mạch peptide có thể xoắn theo chiều kim đồng hồ (xoắn phải) hoặc ngược chiều kim đồng hồ (xoắn trái) [3, 7].

Cấu trúc xoắn α được duy trì nhờ liên kết hydro giữa nhóm C=O của một nhóm peptide với N-H của nhóm peptide thứ 4 sau nó (cách nhau 3 gốc amino acid). Chiều dài các đoạn xoắn α trong phân tử protein 0 thường ngắn hơn 40 A. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Cấu trúc bậc 1 Cấu trúc xoắn α Hình 1.5: Cấu trúc xoắn α Cấu trúc gấp β (Hình 1.6) là cấu trúc cơ bản của protein trong các mô sừng, móng, xương…Cấu trúc gấp β có các mạch polypeptide đều duỗi dài theo đường zich-zac và nằm trên những mặt phẳng gấp [3, 7]. Các mạch polypeptide này được sắp xếp cạnh nhau và liên kết với nhau nhờ liên kết hydro giữa các nhóm peptide của mạch này với nhóm peptide của mạch bên cạnh.

Cấu trúc bậc 2 Gấp β Xoắn α 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.6: Cấu trúc gấp β  Cấu trúc bậc 3: Cấu trúc bậc 3 là hình dạng của mạch polypeptide cuộn lại trong không gian. Cấu trúc bậc 3 này duy trì nhờ liên kết hydro giữa các gốc amino acid, lực hút van de Van, lực tương tác tĩnh điện, liên kết disulfua –S-S- và liên kết ester.  Cấu trúc bậc 4: Cấu trúc bậc 4 là một tổ hợp gồm hai hay nhiều đại phân tử protein kết hợp với nhau nhờ lực hút van de Van và liên kết hydro giữa các nhóm nguyên tử phân bố trên bề mặt các đại phân tử. Khái niệm peptidomimetic Peptidomimetic là những hợp chất peptide có cấu trúc bậc hai [8].