Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khung cấu trúc coumarin (2H-chromen-2-one) cùng các dẫn xuất dị vòng chứa oxy thuộc nhóm phenylpropanoid là những tiền chất có giá trị dược lý cao, xuất hiện phổ biến trong tự nhiên và giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp hương liệu, mỹ phẩm và dược phẩm tổng hợp. Nhiều công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc biến tính cấu trúc coumarin bằng cách gắn thêm các nhóm chức chứa nitơ, đặc biệt là nhóm amine bậc hai thông qua các dị vòng no như piperazine, có thể làm thay đổi đáng kể hoạt tính sinh học, gia tăng hiệu lực kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa, kháng viêm, ức chế enzyme và kháng tế bào ung thư.

Trước yêu cầu tìm kiếm các hoạt chất mới từ nguồn nguyên liệu sẵn có, đề tài tập trung nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất coumarin mang nhóm amine bậc hai thông qua phản ứng Mannich, đồng thời ứng dụng kỹ thuật mô phỏng docking phân tử (in silico) để sàng lọc và đánh giá tiềm năng sinh học của sản phẩm đối với các đích protein liên quan đến chống oxy hóa, kháng viêm và kháng khuẩn.

Nhiệm vụ nghiên cứu của khóa luận được xác định cụ thể gồm hai nội dung chính:

  1. Tổng hợp dẫn xuất coumarin mang nhóm amine bậc hai bằng phản ứng Mannich từ nguyên liệu ban đầu là 7-diethylamino-4-methyl coumarin, piperazine và formaldehyde.
  2. Thử nghiệm, phân tích cấu trúc sản phẩm bằng các phương pháp hóa lý hiện đại và mô phỏng hoạt tính sinh học của dẫn xuất điều chế được trên các thụ thể protein đích.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Dẫn xuất 7-(diethylamino)-4-methyl-3-(piperazin-1-ylmethyl)-2H-chromen-2-one (ký hiệu: PIP-Cou), được tổng hợp từ 7-diethylamino-4-methyl coumarin kết hợp với piperazine và formaldehyde.
  • Phạm vi không gian: Nghiên cứu thực nghiệm tổng hợp và đo đạc phổ cấu trúc được thực hiện tại phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài hoàn thành trong giai đoạn khóa học 2018 – 2022 (thời điểm hoàn thành đợt 1 vào tháng 5/2022).
  • Phạm vi mục tiêu sinh học mô phỏng: Khảo sát tương tác in silico trên 3 cấu trúc tinh thể đại phân tử protein tải từ Ngân hàng Dữ liệu Protein (PDB), bao gồm: Peroxiredoxin 5 ở người (mã PDB: 1HD2) đại diện cho hoạt tính chống oxy hóa, Phosphodiesterase 4 (mã PDB: 4WCU) đại diện cho hoạt tính kháng viêm, và Glucosamine-6-phosphate synthase (mã PDB: 2VF5) đại diện cho hoạt tính kháng khuẩn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình hóa học

  • Cấu trúc và tính chất hóa học của Coumarin: Khung benzo-$\alpha$-pyrone với hệ thống nối đôi liên hợp mang vòng lacton (ester nội). Phân tử thể hiện tính chất đặc trưng như phản ứng mở vòng khi gặp kiềm và đóng vòng trở lại khi acid hóa; phản ứng thế ái điện tử ở vị trí C-3 hoặc C-4 do hiệu ứng liên hợp giữa nối đôi C3=C4 và nhóm carbonyl. Các phương pháp tổng hợp coumarin kinh điển được khảo sát gồm: phản ứng Perkin, phản ứng Pechmann (ngưng tụ phenol với $\beta$-ketoester có xúc tác acid như $H_2SO_4$, $BiCl_3$, hoặc hỗ trợ siêu âm/vi sóng), phản ứng Reformatsky và phản ứng Friedel-Crafts.
  • Phản ứng Mannich: Phản ứng ngưng tụ ba thành phần giữa một hợp chất chứa hydro linh động ở vị trí $\alpha$ đối với nhóm carbonyl, formaldehyde và amine (bậc một hoặc bậc hai). Cơ chế phản ứng diễn ra qua hai giai đoạn: đầu tiên là sự hình thành ion iminium trung gian giữa formaldehyde và amine dưới xúc tác acid/base Lewis, tiếp theo là sự tấn công ái nhân của vị trí C-3 trên vòng coumarin vào ion iminium để tạo sản phẩm $\beta$-amino-carbonyl (dẫn xuất methyl hóa amine).
  • Lý thuyết Docking phân tử: Phương pháp tính toán cơ học phân tử nhằm dự đoán định hướng không gian và ái lực gắn kết tối ưu giữa phân tử nhỏ (ligand) vào hốc hoạt động của đại phân tử protein (receptor). Hàm năng lượng tự do liên kết thực nghiệm ($\Delta G_{bind}$) được tính toán theo công thức: $$\Delta G_{bind} = \Delta H_{vdW} + \Delta H_{hbond} + \Delta H_{elec} + \Delta S_{conf} + \Delta G_{desolv}$$ Trong đó bao gồm các thành phần: năng lượng tương tác van der Waals ($\Delta H_{vdW}$), liên kết hydrogen ($\Delta H_{hbond}$), tương tác tĩnh điện ($\Delta H_{elec}$), thay đổi entropy cấu dạng ($\Delta S_{conf}$) và năng lượng khử solvat hóa ($\Delta G_{desolv}$).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và công cụ phân tích

  • Tổng hợp hóa học: Thực hiện phản ứng đun hoàn lưu ở nhiệt độ sôi của dung môi ($60-70^\circ\text{C}$), khuấy từ 500 vòng/phút trong thời gian 14 giờ. Theo dõi quá trình chuyển hóa chất bằng sắc ký bản mỏng (TLC) với hệ dung môi giải ly n-hexan : ethyl acetate ($HX:EA = 10:2$). Thu hồi sản phẩm thô qua hệ thống cô quay chân không và sấy khô thu tinh thể màu trắng vảy.
  • Phương pháp xác định cấu trúc hóa lý:
    • Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR): Đo trên máy Bruker Tensor 27 bằng kỹ thuật ép viên KBr, dải sóng $4000 - 400\ \text{cm}^{-1}$.
    • Quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^1\text{H-NMR}$ và $^{13}\text{C-NMR}$): Đo trên máy Bruker AM500, sử dụng dung môi chloroform biến tính ($CDCl_3$) và chất chuẩn nội Tetramethylsilane (TMS).
    • Khối phổ phân giải cao (HR-MS): Đo trên hệ thống micrOTOF-Q II-ESI-Qq-TOF nhằm xác định chính xác khối lượng phân tử và công thức nguyên.
  • Phương pháp mô phỏng sinh học (in silico):
    • Tối ưu hóa cấu trúc 3D và cực tiểu hóa năng lượng ligand bằng phần mềm Avogadro.
    • Chuẩn bị thụ thể protein từ tệp PDB bằng BIOVIA Discovery Studio (loại bỏ phân tử nước, phối tử kết tinh thừa, ion không chuẩn).
    • Thiết lập thông số docking, gán điện tích Kollman cho protein, điện tích Gasteiger cho ligand và tạo hộp lưới (Grid Box) bằng AutoDockTools (ADT).
    • Tính toán docking bằng phần mềm AutoDock theo thuật toán di truyền Lamarckian (LGA) với 500 lần chạy lặp (runs).
    • Trực quan hóa và phân tích tương tác không gian 2D/3D bằng BIOVIA Discovery Studio Visualizer và Molegro Molecular Viewer (MMV).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này tổng thuật toàn diện cơ sở dữ liệu về họ hợp chất coumarin, phản ứng ngưng tụ Mannich và các kỹ thuật sàng lọc ảo:

  • Coumarin và dẫn xuất: Giới thiệu cấu trúc phân tử phân lập lần đầu tiên từ đậu Tonka năm 1820, phân bố trong 7 họ thực vật (Apiaceae, Rutaceae, Asteraceae, Fabaceae, Oleaceae, Moraceae, Thymeliaeaceae). Phân tích chi tiết tính chất huỳnh quang dưới ánh sáng tử ngoại bước sóng 366 nm (mạnh nhất khi có nhóm -OH tại vị trí C-7), tính chất mở/đóng vòng lacton theo pH môi trường và các phản ứng tổng hợp hữu cơ kinh điển (Pechmann, Perkin, Reformatsky, Friedel-Crafts).
  • Hoạt tính sinh học của coumarin: Hệ thống hóa các dữ liệu công bố về khả năng kháng khuẩn đối với vi khuẩn Gram dương (Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Bacillus subtilis), vi khuẩn Gram âm (Escherichia coli, Bordetella bronchiseptica), nấm (Candida albicans, Aspergillus niger); hoạt tính chống oxy hóa thông qua khả năng dập tắt gốc tự do của các dẫn xuất hydroxyl hóa; hoạt tính kháng viêm ức chế các enzyme liên quan (COX-2, KLK9) và kích hoạt con đường Nrf2; hoạt tính ức chế enzyme $\alpha$-glucosidase và aldehyde dehydrogenase 1A1 (ALDH1A1) hỗ trợ điều trị đái tháo đường và béo phì.
  • Phản ứng Mannich: Trình bày cơ chế tạo ion iminium từ amine và formaldehyde, phản ứng thế ái nhân của hợp chất carbonyl, cùng các xúc tác kim loại và hữu cơ hiện đại ($AgOAc$, $RuCl_3$, $AuCl_3$, $L\text{-proline}$, $ZrOCl_2\cdot 8H_2O$, $Ph_2B(OMe)$, cyclopropenimine).
  • Kỹ thuật Docking phân tử và tình hình nghiên cứu: Phân tích quy trình sàng lọc ảo 4 bước (chuẩn bị protein, xác định điểm tác động, chuẩn bị ligand, chạy docking và đánh giá điểm số). Đánh giá tình hình nghiên cứu dẫn xuất coumarin trong và ngoài nước ứng dụng mô hình tính toán sinh học.

Chương 2: Thực nghiệm

Chương này trình bày chi tiết hóa chất, thiết bị và các bước tiến hành thực nghiệm tổng hợp và mô phỏng:

  • Hóa chất và thiết bị: Sử dụng 7-diethylamino-4-methyl coumarin (Merck), formaldehyde ($d = 0{,}8153\ \text{g/cm}^3$, Merck), piperazine (Merck), chloroform (Merck), n-hexan, ethyl acetate và HCl; các thiết bị phân tích gồm cân phân tích AB 265-S, cân kỹ thuật PB 602-S, hệ cô quay chân không công suất 1400W (0-280 rpm), máy đo phổ FT-IR Bruker Tensor 27, máy NMR Bruker AM500, máy HR-MS micrOTOF-Q II.
  • Quy trình tổng hợp: Hòa tan 1 g (4,27 mmol) 7-diethylamino-4-methyl coumarin trong 10 mL chloroform (beaker 1); hòa tan 0,7502 g piperazine trong 10 mL chloroform cùng 0,24 mL formaldehyde (beaker 2). Trộn hai dung dịch vào bình phản ứng, đun hoàn lưu ở nhiệt độ $60 - 70^\circ\text{C}$ trong 14 giờ với tốc độ khuấy 500 vòng/phút. Theo dõi quá trình phản ứng bằng bản mỏng TLC ($HX:EA = 10:2$). Sau phản ứng, làm nguội, cô quay chân không loại dung môi và sấy khô thu được sản phẩm dạng tinh thể màu trắng vảy.
  • Phương pháp xác định cấu trúc: Trình bày nguyên lý đo và các bảng giá trị lý thuyết đối chiếu của phổ FT-IR (vùng dao động nhóm chức), phổ $^1\text{H-NMR}$ và $^{13}\text{C-NMR}$ (khoảng độ dời hóa học $\delta$ theo ppm trong dung môi $CDCl_3$), cùng khối phổ HR-MS.
  • Quy trình mô phỏng Docking phân tử: Xây dựng sơ đồ quy trình chi tiết gồm các bước chuẩn bị tệp phối tử (ligand.pdbqt), chuẩn bị tệp thụ thể (target.pdbqt), thiết lập tệp lưới (dock.gpf), tệp tham số docking (dock.dpf) để chạy bộ tính toán autogrid4.exe và docking.exe trên hệ điều hành, sau đó xuất dữ liệu phân tích tương tác.

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương này trình bày toàn bộ kết quả phân tích cấu trúc sản phẩm và kết quả tính toán docking phân tử:

  • Nhận danh cấu trúc hóa học của dẫn xuất PIP-Cou:
    • Phổ FT-IR: Xuất hiện các đỉnh hấp thụ đặc trưng tại $\nu_{max}\ (\text{cm}^{-1})$: 3420 ($\text{N-H}$ kéo dãn của vòng piperazine), 2957 ($\text{C-H}$ vòng thơm), 1715 ($\text{C=O}$ lacton/ketone), 1620, 1577, 1517 ($\text{C=O}$ este và liên kết liên hợp), 1409 ($\text{C=C}$ vòng thơm), 1267 ($\text{C-O}$ và $\text{C-N}$).
    • Khối phổ phân giải cao (HR-MS): Giá trị khối phổ đo được đối với ion giả phân tử $[M+H]^+$ là $m/z = 330{,}2068$, trùng khớp với giá trị tính toán lý thuyết cho công thức phân tử dự đoán $C_{19}H_{27}N_3O_2$.
  • Kết quả tính toán Docking phân tử:
    • Trên thụ thể chống oxy hóa Peroxiredoxin 5 ở người (1HD2): Cấu dạng bền nhất đạt được ở lần chạy thứ 385/500 với năng lượng tự do Gibbs $\Delta G = -7{,}55\ \text{kcal/mol}$ (bảng tổng hợp ghi $-7{,}76\ \text{kcal/mol}$) và hằng số ức chế $K_i = 2{,}79\ \mu\text{M}$. Các tương tác chính gồm liên kết hydrogen giữa LYS126 chuỗi A với nguyên tử O của phối tử ($2{,}79 - 2{,}82\ \text{Å}$), giữa nhóm proton của phối tử với ASP113 chuỗi A ($1{,}40 - 1{,}82\ \text{Å}$), liên kết hydrogen qua cầu phân tử nước $HOH2166$ ($2{,}91\ \text{Å}$), cùng các tương tác Pi-Anion (ASP109 chuỗi A), Pi-Alkyl (PRO A:2) và lực van der Waals.
    • Trên thụ thể kháng viêm 4WCU (PDE4): Cấu dạng bền nhất đạt được ở lần chạy thứ 474/500 với năng lượng tự do liên kết $\Delta G = -12{,}76\ \text{kcal/mol}$ và hằng số ức chế $K_i = 440 \times 10^{-6}\ \mu\text{M}$ ($0{,}44\ \text{nM}$). Ligand hình thành liên kết hydrogen bền vững giữa TYR159 chuỗi D với nguyên tử O của khung coumarin ($2{,}89\ \text{Å}$), giữa proton phối tử với ASP201 chuỗi D ($2{,}28 - 2{,}40\ \text{Å}$), tương tác xếp chồng thơm Pi-Pi Stacked và Pi-Pi T-shaped với PHE372 và HIS160, tương tác Alkyl/Pi-Alkyl và lực van der Waals.
    • Trên thụ thể kháng khuẩn Glucosamine-6-phosphate synthase (2VF5): Cấu dạng bền nhất đạt được ở lần chạy thứ 389/500 với năng lượng tự do $\Delta G = -7{,}39\ \text{kcal/mol}$ (bảng tổng hợp ghi $-7{,}24\ \text{kcal/mol}$) và hằng số ức chế $K_i = 81 \times 10^{-3}\ \mu\text{M}$ ($81\ \text{nM}$). Phối tử hình thành liên kết hydrogen giữa proton phối tử với GLU608 chuỗi X ($2{,}31 - 2{,}92\ \text{Å}$), tương tác Pi-Sigma với VAL605, CYS300, GLP609, tương tác Pi-Donor hydrogen bond và van der Waals.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính từ thực nghiệm và mô phỏng

Nghiên cứu đã tổng hợp thành công dẫn xuất amine bậc hai của coumarin và xác lập bộ thông số tương tác phân tử trên 3 thụ thể mục tiêu sinh học.

Chỉ số / Đặc tính Thụ thể Peroxiredoxin 5 (1HD2) Thụ thể Kháng viêm (4WCU) Thụ thể Synthase (2VF5)
Mục tiêu sinh học Chống oxy hóa ở người Kháng viêm (PDE4) Kháng khuẩn (Glucosamine-6-P)
Năng lượng Gibbs ($\Delta G$) $-7{,}55\ \text{kcal/mol}$ $-12{,}76\ \text{kcal/mol}$ $-7{,}39\ \text{kcal/mol}$
Hằng số ức chế ($K_i$) $2{,}79\ \mu\text{M}$ $440 \times 10^{-6}\ \mu\text{M}$ $81 \times 10^{-3}\ \mu\text{M}$
Cấu dạng tối ưu Lần chạy 385/500 Lần chạy 474/500 Lần chạy 389/500
Liên kết Hydrogen chính A:LYS126 ($2{,}79\ \text{Å}$), A:ASP113 ($1{,}40\ \text{Å}$), $HOH2166$ ($2{,}91\ \text{Å}$) D:TYR159 ($2{,}89\ \text{Å}$), D:ASP201 ($2{,}28\ \text{Å}$) X:GLU608 ($2{,}31\ \text{Å}$)
Tương tác kỵ nước / Pi Pi-Anion (ASP109), Pi-Alkyl (PRO A:2) Pi-Pi Stacked (PHE372), Pi-Pi T-shaped (HIS160) Pi-Sigma (VAL605, CYS300, GLP609)

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Cần tiếp tục nghiên cứu tổng hợp thêm các dẫn xuất coumarin mang nhóm amine bậc hai khác nhau để mở rộng thư viện chất.
  • Khảo sát tối ưu hóa các điều kiện phản ứng như tỷ lệ mol tác chất, thay đổi hệ dung môi và thử nghiệm các chất xúc tác thích hợp nhằm rút ngắn thời gian phản ứng (hiện tại kéo dài 14 giờ) và giảm thiểu sản phẩm phụ.
  • Đề xuất quy trình tinh chế sản phẩm sau phản ứng để loại bỏ hoàn toàn tạp chất trước khi thử nghiệm sinh học.
  • Tiếp tục triển khai thử nghiệm thực tế in vitro hoạt tính kháng tế bào ung thư, kháng nấm, kháng khuẩn và kháng viêm trên các mẫu tế bào sống để kiểm chứng kết quả mô phỏng in silico.

Đóng góp của đề tài

  • Ứng dụng thành công phản ứng Mannich ba thành phần để đưa nhân piperazine gắn vào vị trí C-3 của khung 7-diethylamino-4-methyl coumarin trong dung môi chloroform.
  • Xác định đầy đủ đặc trưng cấu trúc hóa học của dẫn xuất mới PIP-Cou thông qua phổ FT-IR, phổ cộng hưởng từ hạt nhân và khối phổ phân giải cao HR-MS ($m/z = 330{,}2068$).
  • Cung cấp dữ liệu định lượng in silico về ái lực liên kết, hằng số ức chế và cơ chế tương tác ở cấp độ phân tử của hợp chất PIP-Cou đối với 3 dòng thụ thể protein đích (1HD2, 4WCU, 2VF5), chứng minh phối tử PIP-Cou có tiềm năng định hướng phát triển dược chất.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của nghiên cứu:
    • Thời gian phản ứng tổng hợp kéo dài (14 giờ) trong điều kiện đun hoàn lưu và không có dấu hiệu rõ ràng để xác định thời điểm kết thúc phản ứng ngoài việc theo dõi ngắt quãng bằng bản mỏng TLC.
    • Sản phẩm thu được sau quá trình cô quay vẫn còn lẫn nhiều tạp chất và sản phẩm phụ do tác giả chưa xây dựng được phương án kết tinh lại hoặc sắc ký cột hiệu quả để tinh chế triệt để.
    • Đánh giá hoạt tính sinh học mới dừng lại ở mức độ sàng lọc ảo in silico bằng mô hình docking phân tử, chưa tiến hành các thử nghiệm sinh học in vitro hoặc in vivo trên mô/tế bào thực tế.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:
    • Nghiên cứu sử dụng các hệ xúc tác (acid Lewis, chất lỏng ion, xúc tác bất đối) hoặc phương pháp hỗ trợ vi sóng/siêu âm để tăng tốc độ phản ứng Mannich.
    • Xây dựng quy trình tinh chế chuẩn (kết tinh phân đoạn hoặc sắc ký cột) nhằm thu được dẫn xuất có độ tinh khiết cao.
    • Tiến hành thử nghiệm hoạt tính sinh học in vitro trên các dòng tế bào vi khuẩn, nấm, tế bào viêm và các dòng tế bào ung thư để đối chiếu trực tiếp với dữ liệu tính toán mô phỏng.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận mang lại giá trị tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Hóa hữu cơ, Hóa dược, Công nghệ Hóa học và Tin sinh học:

  • Về mặt tổng hợp hữu cơ: Cung cấp quy trình chi tiết, thông số phản ứng Mannich ba thành phần gắn vòng piperazine lên khung coumarin, cùng phương pháp theo dõi phản ứng bằng sắc ký lớp mỏng TLC ($HX:EA = 10:2$).
  • Về mặt phân tích cấu trúc: Là tài liệu tham khảo thực tế về cách đọc, giải thích và đối chiếu các thông số phổ hiện đại (FT-IR, $^1\text{H-NMR}$, $^{13}\text{C-NMR}$, HR-MS) cho một hợp chất dị vòng hữu cơ cụ thể.
  • Về mặt hóa tin học và mô phỏng sinh học: Cung cấp quy trình chuẩn từng bước thực hiện docking phân tử bằng AutoDockTools kết hợp BIOVIA Discovery Studio và Molegro Molecular Viewer, từ khâu tải/xử lý cấu trúc protein từ PDB, tối ưu hóa năng lượng phối tử, thiết lập hộp lưới tọa độ đến phân tích chi tiết các dạng tương tác không gian (liên kết hydrogen, tương tác $\pi-\pi$, $\pi\text{-Alkyl}$, $\text{van der Waals}$).

Câu hỏi thường gặp

1. Dẫn xuất tổng hợp chính trong khóa luận có tên gọi và công thức phân tử là gì?

Dẫn xuất tổng hợp được là 7-(diethylamino)-4-methyl-3-(piperazin-1-ylmethyl)-2H-chromen-2-one (ký hiệu trong đề tài: PIP-Cou), có công thức phân tử là $C_{19}H_{27}N_3O_2$, với khối lượng ion giả phân tử $[M+H]^+$ xác định bằng phổ HR-MS là $330{,}2068$.

2. Phản ứng Mannich trong khóa luận được thực hiện với các chất tham gia và điều kiện kỹ thuật nào?

Phản ứng sử dụng 1 g (4,27 mmol) 7-diethylamino-4-methyl coumarin, 0,7502 g piperazine và 0,24 mL formaldehyde trong tổng cộng 20 mL dung môi chloroform. Hỗn hợp được đun hoàn lưu ở nhiệt độ sôi dung môi ($60 - 70^\circ\text{C}$), khuấy từ 500 vòng/phút trong thời gian 14 giờ và theo dõi bằng sắc ký lớp mỏng với hệ dung môi n-hexan : ethyl acetate (tỷ lệ 10:2).

3. Các tín hiệu phổ hồng ngoại (FT-IR) chính chứng minh sự tạo thành sản phẩm PIP-Cou là gì?

Phổ FT-IR của sản phẩm xuất hiện các dải hấp thụ đặc trưng: $3420\ \text{cm}^{-1}$ (dao động kéo dãn liên kết $\text{N-H}$ của vòng piperazine), $2957\ \text{cm}^{-1}$ (dao động $\text{C-H}$ vòng thơm), $1715\ \text{cm}^{-1}$ (dao động $\text{C=O}$ lacton/ketone), $1620, 1577, 1517\ \text{cm}^{-1}$ (dao động $\text{C=O}$ este và vòng liên hợp), $1409\ \text{cm}^{-1}$ ($\text{C=C}$ thơm) và $1267\ \text{cm}^{-1}$ ($\text{C-O}$, $\text{C-N}$).

4. Phối tử PIP-Cou thể hiện ái lực liên kết mạnh nhất với thụ thể protein nào trong các mô phỏng docking?

Phối tử PIP-Cou thể hiện ái lực liên kết mạnh nhất với thụ thể kháng viêm 4WCU (Phosphodiesterase 4 - PDE4) với năng lượng tự do Gibbs âm nhất đạt $\Delta G = -12{,}76\ \text{kcal/mol}$ và hằng số ức chế $K_i$ đạt mức rất thấp là $440 \times 10^{-6}\ \mu\text{M}$ ($0{,}44\ \text{nM}$).

5. Những liên kết hydrogen cụ thể nào được hình thành giữa PIP-Cou và thụ thể kháng viêm 4WCU?

Trên thụ thể 4WCU, phối tử PIP-Cou hình thành hai liên kết hydrogen quan trọng: một liên kết giữa nhóm hydroxyl của amino acid TYR159 (chuỗi D) với nguyên tử oxy carbonyl của phối tử với độ dài $2{,}89\ \text{Å}$, và một liên kết giữa nguyên tử hydro của phối tử với nguyên tử oxy OD1 của amino acid ASP201 (chuỗi D) với độ dài $2{,}28 - 2{,}40\ \text{Å}$.

Kết luận

Khóa luận đã tổng hợp thành công dẫn xuất amine bậc hai 7-(diethylamino)-4-methyl-3-(piperazin-1-ylmethyl)-2H-chromen-2-one (PIP-Cou) từ 7-diethylamino-4-methyl coumarin, piperazine và formaldehyde thông qua phản ứng ngưng tụ Mannich trong dung môi chloroform. Cấu trúc hóa học của sản phẩm được chứng minh phù hợp thông qua các phương pháp phân tích phổ FT-IR và khối phổ phân giải cao HR-MS. Kết quả mô phỏng docking phân tử in silico trên 3 thụ thể protein cho thấy PIP-Cou có khả năng gắn kết tốt, đặc biệt thể hiện ái lực liên kết vượt trội đối với thụ thể kháng viêm 4WCU ($\Delta G = -12{,}76\ \text{kcal/mol}$, $K_i = 440 \times 10^{-6}\ \mu\text{M}$), mở ra cơ sở dữ liệu hữu ích cho các nghiên cứu tối ưu hóa tổng hợp và thử nghiệm hoạt tính sinh học thực nghiệm tiếp theo.