Luận Văn Thạc Sĩ: Tổng Hợp Một Số Mạch Nhánh Của Hemiasterlin

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hus tổng hợp một số mạch nhánh của hemiasterlin, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực .

• Tác giả: Ngô Hạnh Thƣơng
• Người hướng dẫn: Gs. Nguyễn Văn Tuyến
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ
• Đề tài: Tổng Hợp Một Số Mạch Nhánh Của Hemiasterlin
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. PHÂN LẬP VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA HEMIASTERLIN
• 1.2. QUAN HỆ HOẠT TÍNH VÀ CẤU TRÚC CỦA HEMIASTERLIN
• 1.3. DẪN XUẤT HTI-286 CỦA HEMIASTERLIN
• 1.4. TỔNG HỢP TOÀN PHẦN HEMIASTERLIN
• 1.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI BLOCK 1
• 1.5.1. Phương pháp tổng hợp block 1 của Ayako Yamashita
• 1.5.2. Phương pháp tổng hợp block 1 của Vedej
• 1.5.3. Phương pháp tổng hợp block 1 của Durst
• 1.6. PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP BLOCK 2 VÀ BLOCK 3
• 1.6.1. Phương pháp thay đổi block 2 của Chuan Niu
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ
• 2.2. ĐỊNH TÍNH PHẢN ỨNG VÀ KIỂM TRA ĐỘ TINH KHIẾT CỦA CÁC HỢP CHẤT BẰNG SẮC KÍ LỚP MỎNG. XÁC NHẬN CẤU TRÚC
• 2.3. TỔNG HỢP CÁC TÁC NHÂN PHẢN ỨNG VÀ CÁC HỢP CHẤT
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. TỔNG HỢP BLOCK 1 CỦA HEMIASTERLIN
• 3.2. TỔNG HỢP BLOCK 2 VÀ BLOCK 3 CỦA HEMIASTERLIN
• 3.3. TỔNG HỢP HEMIASTERLIN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Mạch Nhánh Hemiasterlin Khám Phá Đầu Tiên

Mạch nhánh Hemiasterlin là một trong những hợp chất có hoạt tính sinh học đáng chú ý, được phân lập từ loài hải tiêu Hemiasterella minor. Nghiên cứu về Hemiasterlin không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và hoạt tính của nó mà còn mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các dẫn xuất có hoạt tính chống ung thư. Hemiasterlin có cấu trúc phức tạp và hàm lượng thấp trong tự nhiên, điều này đã thúc đẩy nhiều nghiên cứu tổng hợp nhằm tạo ra các dẫn xuất mới với hoạt tính sinh học cao hơn.

1.1. Hemiasterlin Đặc Điểm và Cấu Trúc

Hemiasterlin là một tripeptid với cấu trúc độc đáo, được phân lập lần đầu vào năm 1994. Cấu trúc của nó bao gồm ba amino axit, và hoạt tính sinh học của nó phụ thuộc vào sự hiện diện của các nhóm chức đặc biệt. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hoạt tính chống ung thư của Hemiasterlin có liên quan mật thiết đến cấu trúc của nó.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Hemiasterlin Trong Nghiên Cứu

Hemiasterlin không chỉ là một hợp chất có hoạt tính sinh học mà còn là một mô hình cho các nghiên cứu tổng hợp hóa học. Việc nghiên cứu Hemiasterlin giúp các nhà khoa học phát triển các phương pháp tổng hợp mới, từ đó tạo ra các dẫn xuất có hoạt tính cao hơn, mở ra cơ hội mới trong điều trị ung thư.

II. Thách Thức Trong Tổng Hợp Mạch Nhánh Hemiasterlin

Tổng hợp Hemiasterlin gặp nhiều khó khăn do cấu trúc phức tạp và hàm lượng thấp trong tự nhiên. Các nhà nghiên cứu đã phải đối mặt với nhiều thách thức trong việc điều khiển cấu hình không đối và tối ưu hóa quy trình tổng hợp. Những khó khăn này đã dẫn đến việc phát triển nhiều phương pháp tổng hợp khác nhau nhằm cải thiện hiệu suất và độ chọn lọc.

2.1. Khó Khăn Trong Tổng Hợp Block 1

Block 1 của Hemiasterlin chứa nhóm α,α-dimetylbenzylic, điều này làm cho việc tổng hợp trở nên phức tạp. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc điều khiển cấu hình của nhóm này là một trong những thách thức lớn nhất trong quy trình tổng hợp.

2.2. Vấn Đề Về Hiệu Suất Tổng Hợp

Hiệu suất tổng hợp Hemiasterlin thường không cao do số lượng phản ứng cần thiết và sự phức tạp trong việc điều khiển các bước phản ứng. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa từng bước trong quy trình tổng hợp là rất quan trọng để đạt được sản phẩm cuối cùng với hiệu suất cao.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Mạch Nhánh Hemiasterlin Hiệu Quả

Nhiều phương pháp tổng hợp đã được phát triển để tạo ra các dẫn xuất của Hemiasterlin. Các phương pháp này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất tổng hợp mà còn tạo ra các dẫn xuất mới với hoạt tính sinh học cao hơn. Việc áp dụng các công nghệ mới trong tổng hợp hóa học đã mở ra nhiều cơ hội cho nghiên cứu và phát triển.

3.1. Phương Pháp Tổng Hợp Azlacton

Phương pháp tổng hợp azlacton đã được áp dụng để tạo ra block 1 của Hemiasterlin. Phương pháp này cho phép tổng hợp các hợp chất với hiệu suất cao hơn và giảm thiểu số lượng phản ứng cần thiết.

3.2. Phương Pháp Tổng Hợp Epoxit

Tổng hợp epoxit là một trong những phương pháp hiệu quả để tạo ra các dẫn xuất của Hemiasterlin. Phương pháp này giúp cải thiện độ chọn lọc và hiệu suất tổng hợp, đồng thời mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu các hợp chất có hoạt tính sinh học.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hemiasterlin Trong Y Học

Hemiasterlin và các dẫn xuất của nó đã cho thấy tiềm năng lớn trong điều trị ung thư. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hợp chất này có khả năng ức chế sự phân bào của tế bào ung thư, mở ra cơ hội cho việc phát triển các liệu pháp điều trị mới. Việc ứng dụng Hemiasterlin trong y học không chỉ giúp cải thiện hiệu quả điều trị mà còn giảm thiểu tác dụng phụ cho bệnh nhân.

4.1. Tác Dụng Chống Ung Thư Của Hemiasterlin

Hemiasterlin đã được chứng minh có khả năng gây độc tế bào mạnh mẽ đối với nhiều dòng tế bào ung thư. Nghiên cứu cho thấy hoạt tính chống ung thư của nó có thể so sánh với một số tác nhân hóa trị liệu hiện có.

4.2. Tiềm Năng Phát Triển Các Dẫn Xuất Mới

Việc nghiên cứu và phát triển các dẫn xuất mới của Hemiasterlin có thể tạo ra các hợp chất với hoạt tính sinh học cao hơn. Những dẫn xuất này có thể được sử dụng trong các liệu pháp điều trị ung thư mới, mở ra hy vọng cho bệnh nhân.

V. Kết Luận và Tương Lai Của Nghiên Cứu Hemiasterlin

Nghiên cứu về Hemiasterlin đã mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực hóa học và y học. Mặc dù còn nhiều thách thức trong việc tổng hợp và phát triển các dẫn xuất mới, nhưng tiềm năng của Hemiasterlin trong điều trị ung thư là rất lớn. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều kết quả tích cực cho ngành y học.

5.1. Hướng Đi Mới Trong Nghiên Cứu

Nghiên cứu về Hemiasterlin sẽ tiếp tục được mở rộng với các phương pháp tổng hợp mới và các ứng dụng trong y học. Việc phát triển các dẫn xuất mới có thể giúp cải thiện hiệu quả điều trị ung thư.

5.2. Tương Lai Của Hemiasterlin Trong Y Học

Với tiềm năng lớn trong điều trị ung thư, Hemiasterlin có thể trở thành một trong những hợp chất quan trọng trong các liệu pháp điều trị mới. Nghiên cứu tiếp tục sẽ giúp khám phá thêm nhiều ứng dụng của nó trong y học.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong kho tàng dược liệu tự nhiên, sinh vật biển đóng góp nguồn tài nguyên vô cùng phong phú với khoảng hơn 20.000 hợp chất có hoạt tính sinh học đã được phân lập. Trong số đó, hemiasterlin là một tripeptide tự nhiên tiêu biểu được phân lập lần đầu vào năm 1994 từ loài hải tiêu Hemiasterella minor. Tuy nhiên, hàm lượng tự nhiên của hợp chất này cực kỳ thấp, chỉ chiếm khoảng 0,01% tổng khối lượng mẫu khô, gây trở ngại lớn cho việc khai thác và thử nghiệm tiền lâm sàng. Về mặt dược lý, hemiasterlin thể hiện hoạt tính gây độc tế bào ung thư mạnh mẽ với chỉ số ức chế IC50 đạt 19 nM trên dòng tế bào bệnh bạch cầu P388 và khoảng liều hiệu dụng ED50 dao động từ 0,5 nM đến 28 nM nhờ cơ chế gắn kết chọn lọc vào vị trí Vinca alkaloid trên tubulin, ức chế quá trình polymer hóa và làm ngưng trệ chu kỳ phân bào tại pha metaphase.

Mặc dù có hoạt tính vượt trội, cấu trúc phân tử của hemiasterlin rất phức tạp với ba amino acid bất thường, đặc biệt là phân đoạn Block 1 chứa nhóm alpha,alpha-dimethylbenzylic và tâm bất đối, đòi hỏi quy trình tổng hợp toàn phần lên tới 15 bước phản ứng với hiệu suất tích lũy thấp. Nhằm giải quyết điểm nghẽn này, luận văn tập trung vào mục tiêu nghiên cứu tổng hợp mạch nhánh mới của hemiasterlin theo hướng đơn giản hóa cấu trúc. Trọng tâm là thay thế nhóm alpha,alpha-dimethylarylic bằng hệ liên hợp alpha,beta-không no gắn dị vòng furan nhằm tạo trung tâm nhận nucleophile sinh học theo phản ứng Michael để alkyl hóa đích sinh học. Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng Hóa dược, Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, hoàn thành vào năm 2013, mang lại giải pháp tổng hợp mới với hiệu suất từng giai đoạn đạt từ 50% đến 94%, mở ra triển vọng phát triển các dẫn xuất kháng ung thư hiệu quả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết hóa dược hiện đại và hóa học tổng hợp bất đối xứng:

• Lý thuyết ức chế vi ống và phân bào: Tubulin là mục tiêu sinh học then chốt trong điều trị ung thư. Hemiasterlin cùng các dẫn xuất như HTI-286 có khả năng tương tác liên kết van der Waals thông qua các nhóm chức kỵ nước (như nhóm tert-butyl và isopropyl), ngăn cản quá trình trùng hợp vi ống tương tự cơ chế của paclitaxel hay vinblastin.
• Lý thuyết trung tâm phản ứng ái nhân Michael: Việc đưa hệ thống nối đôi alpha,beta-không no vào mạch nhánh Block 1 tạo nên cấu trúc thụ thể ái điện tử mạnh, sẵn sàng tiếp nhận các nucleophile sinh học tự nhiên (như nhóm thiol của cysteine hoặc nhóm amin của nucleotide) trên DNA, RNA và protein tế bào ung thư.
• Chiến lược Chiral Pool và tổng hợp chọn lọc lập thể: Sử dụng trực tiếp các amino acid quang hoạt tự nhiên là L-valine và L-tert-leucine để bảo toàn tuyệt đối cấu hình lập thể S tại các tâm carbon bất đối, kết hợp phản ứng Wittig để điều khiển chọn lọc đồng phân hình học E cho liên kết đôi trên phân đoạn Block 3.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng quy trình thực nghiệm tổng hợp hữu cơ đa bước với các thông số kiểm soát nghiêm ngặt:

• Nguồn nguyên liệu và cỡ mẫu: Các hóa chất tinh khiết thương mại từ Merck và Aldrich được sử dụng trực tiếp. Cỡ mẫu thực nghiệm bao gồm chuỗi tổng hợp 12 hợp chất trung gian và sản phẩm đích, với lượng chất phản ứng từ 150 mg đến 5,0 g cho từng mẻ tổng hợp. Phương pháp chọn mẫu hóa chất dựa trên độ tinh khiết phân tích đạt trên 98%.
• Quy trình phân tích và tinh chế: Kiểm tra tiến trình phản ứng và định tính sản phẩm bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng trên bản nhôm tráng sẵn silica gel F254. Tinh chế hợp chất thô bằng sắc ký cột pha tĩnh silica gel với kích thước hạt 100 - 200 mesh dưới các hệ dung môi rửa giải phân cực phù hợp như n-hexane và ethyl acetate.
• Kỹ thuật xác định cấu trúc: Đo điểm nóng chảy trên thiết bị Gallenkamp; phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR tại tần số 500 MHz và 13C-NMR tại tần số 125 MHz trên máy Bruker XL-500 với dung môi CDCl3 và CD3OD; ghi phổ khối lượng MS trên hệ thống Hewlett Packard 5989 MS. Toàn bộ timeline nghiên cứu thực nghiệm được triển khai đồng bộ trong thời gian 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình nghiên cứu đã đạt được các kết quả cụ thể thông qua việc điều chế thành công các phân đoạn và chuỗi tripeptide hoàn chỉnh:

• Tổng hợp thành công dẫn xuất Block 1 mới: Hợp chất azlactone 99 được điều chế từ 2-furaldehyde (1,0 g) và acetyl glycine với hiệu suất 80%. Quá trình thủy phân chọn lọc vòng oxazolone bằng dung dịch NaOH 1N và HCl 12N tạo thành amide 100 (Block 1 biến tính) đạt hiệu suất 72%, điểm nóng chảy 185 - 186°C.
• Kiểm soát lập thể hoàn hảo phân đoạn Block 3: Chuyển hóa L-valine (1,5 g) thành dẫn xuất Boc-valine 101 với hiệu suất 72%, tiếp tục tạo Weinreb amide 102 đạt hiệu suất 86%. Phản ứng khử chọn lọc bằng LiAlH4 cho aldehyde 103 với hiệu suất 78%, sau đó phản ứng Wittig với ethyl 2-(triphenylphosphoranylidene)propanoate tạo đồng phân E-alkenoate 104 đạt hiệu suất 86%. Sau khi loại bỏ nhóm bảo vệ Boc bằng axit trifluoroacetic, thu được Block 3 (hợp chất 105) với hiệu suất 77%.
• Ghép nối thành công chuỗi phân tử đích: Bảo vệ nhóm amin của L-tert-leucine thu được chất 106 đạt hiệu suất 81%. Phản ứng ghép nối Block 2 và Block 3 bằng hệ tác nhân EDC, HOBt và diisopropylethylamine cho dipeptide 107 đạt hiệu suất 73%. Sau khi khử Boc tạo chất 108 (hiệu suất 78%), phản ứng ghép nối với Block 1 tạo tripeptide 109 đạt hiệu suất 50%. Cuối cùng, phản ứng thủy phân ester 109 bằng dung dịch LiOH trong hệ methanol và nước tạo thành sản phẩm đích 110 với hiệu suất ấn tượng lên tới 94%.

Thảo luận kết quả

Việc ứng dụng nguyên liệu quang hoạt tự nhiên L-valine và L-tert-leucine đã giải quyết triệt để bài toán điều khiển cấu hình S tại các tâm carbon bất đối mà không cần sử dụng các tác nhân bất đối xứng đắt tiền. Sự hình thành chọn lọc đồng phân E trên liên kết đôi của Block 3 được giải thích bởi trạng thái chuyển tiếp bền vững trong cơ chế phản ứng Wittig, được minh chứng rõ nét qua tín hiệu proton olefin trên phổ 1H-NMR tại độ dịch chuyển 6,56 ppm với hằng số tương tác J đặc trưng.

So sánh với phương pháp tổng hợp của các nhóm nghiên cứu quốc tế trước đây, quy trình này đơn giản hóa mạch nhánh Block 1 bằng cách loại bỏ nhóm alpha,alpha-dimethyl cồng kềnh, giảm từ 15 bước xuống còn các công đoạn cô đọng hơn. Toàn bộ chuỗi dữ liệu thực nghiệm về hiệu suất chuyển hóa của 10 công đoạn phản ứng cũng như bảng tương quan tín hiệu dịch chuyển hóa học trên phổ 1H-NMR (từ 0,87 ppm đến 9,64 ppm) và 13C-NMR (từ 22,0 ppm đến 173,0 ppm) có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua các biểu đồ cột so sánh hiệu suất và bảng dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hoàn thiện và nâng cao giá trị ứng dụng của các kết quả nghiên cứu, một số khuyến nghị và định hướng hành động được đề xuất như sau:

• Tối ưu hóa phản ứng ghép nối peptide: Nhóm nghiên cứu hóa hữu cơ cần khảo sát các hệ tác nhân ngưng tụ thế hệ mới như HATU hoặc PyBOP thay thế cho EDC/HOBt nhằm nâng cao hiệu suất ghép nối Block 1 với dipeptide từ mức 50% hiện tại lên trên 75%, với mốc thời gian thực hiện trong 6 tháng.
• Thử nghiệm hoạt tính sinh học in vitro và in vivo: Các viện nghiên cứu dược lý cần phối hợp tiến hành đánh giá độc tính tế bào của hợp chất 110 trên các dòng tế bào ung thư người như KB-3-1, MCF-7 và P388 nhằm xác định giá trị IC50 đạt mục tiêu dưới 50 nM trong vòng 9 tháng tới.
• Đa dạng hóa thư viện dẫn xuất Block 1: Mở rộng hướng tổng hợp bằng việc thay thế nhân 2-furaldehyde bằng các dị vòng thơm khác như thiophene, pyrrole hoặc pyridine để tạo ra ít nhất 6 đến 8 dẫn xuất mới trong thời hạn 12 tháng do Viện Hóa học chủ trì.
• Khảo sát cơ chế tương tác phân tử: Nhóm nghiên cứu hóa tin và sinh học phân tử cần thực hiện mô phỏng docking phân tử trên mô hình 3D của vi ống tubulin để làm rõ cơ chế alkyl hóa ái nhân trong vòng 18 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại nguồn tài liệu học thuật và thực tiễn giá trị cho nhiều nhóm đối tượng chuyên môn:

• Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa hữu cơ, Hóa dược: Tài liệu cung cấp quy trình chi tiết về tổng hợp peptide đa bước, kỹ thuật Chiral pool, phản ứng Weinreb và các phương pháp tinh chế hợp chất hữu cơ với cỡ mẫu phản ứng từ 0,1 g đến 5 g.
• Các nhà khoa học nghiên cứu phát triển thuốc kháng ung thư: Cung cấp ý tưởng thiết kế phân tử mới dựa trên việc đơn giản hóa cấu trúc tripeptide tự nhiên và tạo bẫy ái điện tử Michael.
• Kỹ sư công nghệ hóa dược và doanh nghiệp sản xuất dược phẩm: Tham khảo các thông số phản ứng thực nghiệm, điều kiện dung môi và quy trình tinh chế để ứng dụng bán tổng hợp ở quy mô pilot.
• Giảng viên và sinh viên đại học khối ngành Hóa học: Sử dụng làm tài liệu tham khảo giảng dạy chuyên đề tổng hợp hữu cơ hiện đại và thực hành phân tích cấu trúc qua phổ 1H-NMR 500 MHz và 13C-NMR 125 MHz.

Câu hỏi thường gặp

1. Hemiasterlin có nguồn gốc từ đâu và thể hiện hoạt tính sinh học nổi bật nào? Hemiasterlin là tripeptide tự nhiên phân lập từ hải tiêu biển Hemiasterella minor với hàm lượng rất thấp khoảng 0,01% khối lượng khô. Hợp chất thể hiện hoạt tính ức chế tế bào ung thư mạnh với giá trị IC50 đạt 19 nM trên dòng P388 leukemia thông qua việc phá hủy cấu trúc vi ống tubulin.

2. Tại sao nghiên cứu lại tập trung thay đổi cấu trúc của phân đoạn Block 1? Phân đoạn Block 1 tự nhiên chứa nhóm alpha,alpha-dimethyl và tâm bất đối rất khó tổng hợp, cần tới 15 bước phản ứng. Luận văn đã thay đổi bằng dị vòng furan liên hợp alpha,beta-không no, vừa giúp đơn giản hóa tổng hợp với hiệu suất tạo chất 100 đạt 72%, vừa tạo trung tâm tiếp nhận phản ứng Michael.

3. Phương pháp nào được ứng dụng để kiểm soát hóa học lập thể của Block 3? Cấu hình S được bảo toàn nhờ nguồn nguyên liệu quang hoạt L-valine. Đồng thời, liên kết đôi E-olefin được kiểm soát chọn lọc lập thể thông qua phản ứng Wittig giữa aldehyde 103 và tác nhân phosphorane, mang lại hợp chất 104 với hiệu suất cao đạt 86%.

4. Hiệu suất tổng hợp của các bước chính trong công trình đạt mức bao nhiêu? Các phản ứng chuyển hóa trung gian đạt hiệu suất dao động từ 50% đến 86%. Nổi bật nhất là phản ứng điều chế Weinreb amide 102 đạt 86%, phản ứng Wittig đạt 86% và phản ứng thủy phân cuối cùng tạo dẫn xuất hemiasterlin 110 đạt hiệu suất vượt trội 94%.

5. Những kỹ thuật quang phổ nào đã được sử dụng để xác định cấu trúc sản phẩm? Cấu trúc của các chất tổng hợp được chứng minh tường minh bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR (500 MHz) và 13C-NMR (125 MHz) trên máy Bruker XL-500, kết hợp phổ khối lượng MS và đo nhiệt độ nóng chảy trên thiết bị Gallenkamp.

Kết luận

• Hoàn thành quy trình tổng hợp toàn phần dẫn xuất tripeptide mới của hemiasterlin qua 10 công đoạn phản ứng chặt chẽ.
• Cải tiến thành công cấu trúc phân đoạn Block 1 chứa dị vòng furan và hệ liên hợp alpha,beta-không no với hiệu suất 72%.
• Kiểm soát lập thể tuyệt đối cấu hình S và đồng phân hình học E trên các phân đoạn Block 2 và Block 3 với hiệu suất từng bước từ 73% đến 86%.
• Đạt hiệu suất điều chế sản phẩm đích 110 ở mức 94%, khẳng định tính khả thi vượt trội của con đường tổng hợp đề xuất.
• Xác định tường minh cấu trúc của toàn bộ 12 hợp chất trung gian và sản phẩm cuối bằng hệ thống phổ hiện đại 1H-NMR 500 MHz, 13C-NMR 125 MHz và MS.

Đóng góp chính của luận văn là mở ra hướng tiếp cận mới trong việc thiết kế và tổng hợp các dẫn xuất hemiasterlin đơn giản hóa cấu trúc có khả năng kháng ung thư. Kế hoạch nghiên cứu tiếp theo trong 6 đến 12 tháng tới sẽ tập trung vào sàng lọc hoạt tính sinh học in vitro và mở rộng thư viện cấu trúc. Các nhà nghiên cứu và cơ quan quan tâm được khuyến khích áp dụng quy trình này để thúc đẩy phát triển các ứng viên thuốc điều trị ung thư mới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Nghiên cứu tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học từ sinh vật biển là xu hƣớng đang phát triển mạnh mẽ. Hiện nay, có khoảng gần 20000 hợp chất đƣợc phân lập từ sinh vật biển. Tuy nhiên, việc thu thập mẫu sinh vật biển rất khó khăn và số lƣợng không nhiều. Các hợp chất tách chủ yếu để phục vụ xác định cấu trúc và đánh giá hoạt tính in vitro, là khuôn mẫu cho các nghiên cứu tổng hợp bằng con đƣờng sinh học hoặc hóa học.

Nghiên cứu tổng hợp toàn phần và bán tổng hợp các hợp chất có nguồn gốc sinh vật biển đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu, cung cấp đủ mẫu cho các nghiên cứu sâu về hoạt tính in vivo và thử nghiệm lâm sàng, đồng thời có thể thay đổi tạo thành các dẫn xuất mới có cấu trúc và hoạt tính lý thú. Hemiasterlin là một tripeptid có hoạt tính chống ung thƣ ở ngƣỡng nM với nhiều dòng tế bào ung thƣ thực nghiệm, đƣợc phân lập từ loài hải tiêu Hemiasterella minor vào năm 1994. Đã có rất nhiều nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất mới của hemiasterlin bằng cách thay từng block 1, block 2 và block 3 trên phân tử nguyên gốc bằng những nhóm thế mới tạo thành các dẫn xuất mới của hemiasterlin có cấu trúc độc đáo và hoạt tính rất lý thú. Tuy nhiên block 1 có chứa nhóm α,α-dimetylbenzylic và có chứa cacbon bất đối nên tổng hợp block 1 gặp rất nhiều khó khăn.

Từ ý tƣởng các hợp chất có chứa hệ α,β-liên hợp làm trung tâm thu nhận các nucleophile sinh học theo phản ứng Michael mở ra hƣớng mới trong tổng hợp các dẫn xuất của hemiasterlin có hoạt tính chống ung thƣ theo hƣớng alkyl hóa các DRN va ARN. Vì vậy, chúng tôi chọn đề tài: “Tổng hợp một số mạch nhánh của hemiasterlin” theo hƣớng đơn giản hóa cấu trúc rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1-TỔNG QUAN 1. PHÂN LẬP VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA HEMIASTERLIN Hemiasterlin (1) là tripeptid đƣợc Kashman và cộng sự phân lập từ loài Hải tiêu Hemiasterella minor, năm 1994 [2].

Andersen và các cộng sự đã phân lập đƣợc hemiasterlin A (2), hemiasterlin B (3) từ loài Hải tiêu Auletta và Cymbastella [3]. Cấu trúc tripetid của các hemiasterlin đã đƣợc Kashman và Andersen chứng minh bằng các phƣơng pháp phổ cộng hƣởng từ hạt nhân một chiều và hai chiều. Do cấu trúc phức tạp của hemiasterlin và hàm lƣợng hemiasterlin trong các mẫu Hải tiêu rất thấp (0,01% khối lƣợng mẫu khô), nên năm 1996 cấu trúc mạch thẳng với ba amino axit bất thƣờng và cấu hình không gian của hemiasterlin mới đƣợc khẳng định nhờ phổ nhiễu xạ tia X [4]. Năm 1999, nhóm nghiên cứu của Chandra K.

Boyd và các cộng sự đã phân lập đƣợc bốn dẫn xuất hemiasterlin (1), hemiasterlin A, B và C (2-4) từ hai loài Hải tiêu Auletta sp. và Siphonochalina spp., đây là lần đầu tiên hemiasterlin C (4) đƣợc phân lập chứng minh cấu trúc [5]. Kết quả sàng lọc hoạt tính ban đầu cho thấy hemiasterlin (1) có khả năng gây độc tế bào mạnh với IC50 = 19nM trên dòng tế bào ung thƣ P388 leukaemia [2,4]. Các dẫn chất hemiasterlin A, B và C có hoạt tính kháng lại tế bào ung thƣ MCF 7 mạnh hơn hemiasterlin [2].

Hoạt tính độc tế bào của hemiasterlin là do làm ngƣng trệ sự phân bào ở giai đoạn metaphase của động học tế bào nhờ ức chế quá trình polyme hóa 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] tubulin bởi sự gắn kết của hemiasterlin lên vị trí Vinca alkaloid của tubulin. Tác động này tƣơng tự nhƣ một số tác nhân chống ung thƣ khác gắn kết lên tubulin đã đƣợc ứng dụng trong hóa trị liệu ung thƣ paclitaxel hoặc vinblastin, ở khoảng liều ED50 từ 0,5nM đến 28nM [5]. QUAN HỆ HOẠT TÍNH VÀ CẤU TRÚC CỦA HEMIASTERLIN Kết quả khảo sát quan hệ cấu trúc - hoạt tính của hemiasterlin và dẫn xuất cho thấy hoạt tính của chúng phụ thuộc nhiều vào sự có mặt của nhóm α,α-dimetylarylic tại C-α của block 1 cùng với nhóm NHMe phía đầu N của peptid [6]. Ngoài ra, các nhóm tert-butyl của block 2, nhóm isopropyl của block 3 đóng vai trò quan trọng cho hoạt tính của hemiasterlin do các nhóm này có khả năng kết hợp (binding) với tubulin nhờ liên kết van der Waals.

Đặc biệt, cấu hình của nhóm metyl amino của block 1, nhóm tert-butyl của block 2 và nhóm isopropyl của block 3 phải có cùng cấu hình tuyệt đối S và liên kết đôi của block 3 phải có cấu hình E-olefin [6]. Mối quan hệ cấu trúc và hoạt tính của hemiasterlin 1. DẪN XUẤT HTI-286 CỦA HEMIASTERLIN Đã có rất nhiều nghiên cứu tạo ra các dẫn xuất mới của hemiasterlin bằng cách thay từng block 1, block 2 và block 3 trên phân tử nguyên gốc bằng những nhóm thế mới và khảo sát hoạt tính chống ung thƣ của chúng [6,7,8,9]. Kết quả đã nhận đƣợc một số dẫn xuất mới của hemiasterlin với cấu trúc độc đáo và hoạt tính rất lý thú.

Trong đó HTI-286 (5) là dẫn xuất có cấu trúc lƣợc giản của hemiasterlin có sự thay thế N-metyltryptophan bằng nhóm phenyl, 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] hoạt tính gây độc tế bào của HTI-286 mạnh hơn hemiasterlin. Ngoài ra, dẫn xuất bán tổng hợp khác của HTI-286 là chất 6, trong đó nhân phenyl có mang nhóm thế para-methoxyl còn có hoạt tính mạnh hơn. TỔNG HỢP TOÀN PHẦN HEMIASTERLIN Hemiasterlin có cấu trúc độc đáo và hoạt tính sinh học lý thú đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên, hàm lƣợng của hemiasterlin trong tự nhiên rất thấp (0,01%) [10].

Andersen và Piers đã đƣa ra phƣơng pháp tổng hợp toàn phần hemiasterlin lần đầu tiên năm 1997 [11,12]. Để tổng hợp toàn phần hemiasterlin, ngƣời ta phân tích tổng hợp ngƣợc từ các block1, block 2 và block 3 sau đó tổng hợp từng block và ghép nối các block tạo thành hemiasterlin. Cấu trúc các block của hemiasterlin Bƣớc khó nhất của qui trình tổng hợp hemiasterlin là block 1 do cần phải điều khiển cấu hình bất đối của nhóm amid. Sơ đồ tổng hợp block 1 đƣợc tóm tắt nhƣ sau: 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Indol-3-ylaxetic axit (7) đƣợc chuyển hóa thành dẫn xuất metyl este 8 nhờ phản ứng với diazometan, tiếp theo hợp chất 8 đƣợc metyl hóa liên tiếp hai lần trong sự có mặt của bazơ mạnh KHMDS với tác nhân metyl hóa MeI trong dung môi THF, tạo thành sản phẩm dimetyl hóa 10. Sau đó, khử hóa chọn lọc chất 10 bằng tác nhân DIBAL-H trong THF ở nhiệt độ thấp tạo thành ancol bậc một 11. Tiếp theo ancol 11 đƣợc oxy hóa chọn lọc bằng NMO trong sự có mặt của TPAP trong dung môi diclometan tạo thành andehit 12. Tăng mạch cacbon của chất 12 nhờ phản ứng Wittig với Ph3PCH2OMeCl, xúc tác t-BuOK trong dung môi THF tạo thành chất 13, thủy phân chất 13 bằng TsOH trong dioxan tạo thành andehit 14, sau đó chất 14 đƣợc oxy hóa bằng tác nhân natri clorit trong môi trƣờng kiềm yếu tạo thành axit 15 (sơ đồ 1.

Chất 15 đƣợc gắn với tác nhân Evan tạo thành chất 16, tiếp theo hợp chất 16 đƣợc azit hóa chọn lọc bằng tác nhân trisyl N3 tạo thành chất 17a có độ chọn lọc lập thể cao nhờ định hƣớng của tác nhân Evan. Sau đó, azit 17a đƣợc khử hóa bằng hydro có xúc tác Pd(C) tạo thành amin 17b. Nhóm amin của chất 17b đƣợc bảo vệ bằng Boc nhờ phản ứng với Boc2O trong dung môi etyl axetat tạo thành chất 17c. Hợp chất 17c đƣợc loại bỏ tác nhân Evan nhờ 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] phản ứng oxy hóa bằng H2O2 trong môi trƣờng kiềm LiOH tạo thành axit 18a, sau đó metyl hóa chất 18a bằng MeI có mặt của tác nhân kiềm NaH trong dung môi DMF tạo thành chất 18b.

Thủy phân hợp chất 18b bằng LiOH trong dung môi MeOH/H2O tạo thành axit 18c (block 1) (sơ đồ 1. Tổng hợp block 1 của hemiasterlin Block 3 có chứa nhóm olefin cấu hình E nên phải điều khiển lập thể cho tổng hợp chọn lọc nhóm olefin, sơ đồ tổng hợp đƣợc Andrenson đƣa ra nhƣ sau: Sơ đồ 1. Tổng hợp block 3 của hemiasterlin 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nguyên liệu (S)-N-Boc-methylvaline 19 phản ứng với [H2N(OMe)Me]Cl trong sự có mặt của DCC và i-Pr2Net, trong dung môi axetonnitrin tạo thành Weinreb amid 20. Tiếp theo, khử hóa chất 20 với tác nhân LiAlH4 trong THF ở -78oC tạo thành andehit 21 với hiệu suất 55% [13,14].

Phản ứng của chất 21 với tác nhân Wittig Ph3P=C(Me)CO2Et trong dung môi CH2Cl2 tạo thành sản phẩm chọn lọc lập thể E-2-alkenoate 22. Sau đó loại bỏ nhóm bảo vệ Boc của chất 22 bằng axit trifloaxetic tạo thành chất 23 (block 3) với hiệu suất 95%. Andrenson đã sử dụng block 2 là Boc-leucine (24) ghép với block 3 (23) trong sự có mặt của tác nhân PyBroP và DMAP trong dung môi diclometan tạo thành chất 25. Sau đó loại nhóm bảo vệ Boc nhờ phản ứng TFA tạo thành muối 26, tiếp theo muối này phản ứng với chất 18c (block 1) tạo thành dẫn xuất etyl este 27.

Nhóm Boc của este 27 đƣợc loại bỏ nhờ phản ứng với TFA tạo thành muối 28, cuối cùng thủy phân chất 28 bằng LiOH trong hỗn hợp dung môi metanol/nƣớc ở nhiệt độ phòng trong thời gian 15h tạo thành hemiasterlin (1) với hiệu suất 83% [2] (sơ đồ 1. Tổng hợp mạch nhánh của hemiasterlin Nhƣ vậy, lần đầu tiên Andrenson đã tổng hợp toàn phần hemiasterlin với hiệu suất cao nhờ tổng hợp riêng biệt các block 1,2 và 3 trong cấu trúc của hemiasterlin. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. CÁC PHƢƠNG PHÁP THAY ĐỔI BLOCK 1 Kết quả tổng hợp toàn phần hemiasterlin của Andrenson đã khẳng định sự khó khăn trong tổng hợp block 1, do phải thực hiện liên tiếp 15 phản ứng và phải điều khiển lập thể của nhóm metyl amoni, hiệu suất tổng không cao.

Do đó, ngƣời ta đã có nhiều nghiên cứu nhằm cải tiến phƣơng pháp tổng hợp block 1. Phƣơng pháp tổng hợp block 1 của Ayako Yamashita Nhằm cải tiến phƣơng pháp tổng hợp block 1 của hemiasterlin Ayako Yamashita và cộng sự đã nghiên cứu và đƣa ra hai phƣơng pháp tổng hợp. Phƣơng pháp đầu tiên qua con đƣờng tổng hợp azlacton, phƣơng pháp thứ hai qua tổng hợp epoxit từ nguyên liệu đầu aryl andehit. Tổng hợp block 1 qua con đƣờng tổng hợp azlacton đƣợc tóm tắt nhƣ sơ đồ sau: Sơ đồ 1.

Tổng hợp block 1 bằng con đƣờng azlacton Các aryl andehit 29 phản ứng với axetyl glyxin trong sự có mặt của xúc tác natri axetat, dung môi anhidrit axetic khan, tại nhiệt độ phòng tạo thành 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] chất chìa khóa azlacton 30.