Tổng hợp và Docking Phân Tử Các Dẫn Xuất Curcumin Từ m-Methoxybenzaldehyde

Tài liệu nghiên cứu Tổng hợp và docking phân tử các dẫn xuất curcumin từ m methoxybenzaldehyde, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Nguyễn Thị Bảo Thanh
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Minh Hảo
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Hóa học
• Đề tài: Tổng hợp và docking phân tử các dẫn xuất curcumin từ m-methoxybenzaldehyde
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
• 2. THỰC NGHIỆM
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Giới thiệu tổng quan

Phần này giới thiệu về curcumin, một hợp chất quan trọng trong củ nghệ vàng (Curcuma longa L.). Curcumin có cấu trúc hóa học gồm các vòng thơm và nhóm cacbonyl α,β-bất bão hòa, mang lại nhiều hoạt tính sinh học như chống oxy hóa, kháng viêm, và kháng ung thư. Các nghiên cứu trong và ngoài nước đã tập trung vào việc tổng hợp các dẫn xuất curcumin từ m-methoxybenzaldehyde, nhằm tăng cường hiệu quả điều trị. Các dẫn xuất isoxazole và pyrazole từ curcumin đã được thử nghiệm trên các dòng tế bào ung thư, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong y học.

1.1. Cấu trúc và tính chất của curcumin

Curcumin là một polyphenol có cấu trúc gồm hai vòng thơm nối với nhau bởi nhóm cacbonyl α,β-bất bão hòa. Cấu trúc này giúp curcumin có khả năng chống oxy hóa mạnh, ngăn chặn sự hình thành các gốc tự do. Ngoài ra, curcumin còn có tác dụng kháng viêm, kháng ung thư, và chống đột biến tế bào. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc biến đổi cấu trúc của curcumin thông qua các dẫn xuất có thể làm tăng hiệu quả điều trị.

1.2. Ứng dụng của curcumin trong y học

Curcumin và các dẫn xuất của nó đã được nghiên cứu rộng rãi trong điều trị các bệnh như ung thư, viêm khớp, và sốt rét. Các dẫn xuất isoxazole và pyrazole từ curcumin đã được thử nghiệm trên các dòng tế bào ung thư gan, phổi, và màng tim, cho thấy khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư. Ngoài ra, các dẫn xuất này còn có tiềm năng trong điều trị các bệnh liên quan đến viêm nhiễm và oxy hóa.

II. Thực nghiệm

Phần thực nghiệm tập trung vào việc tổng hợp các dẫn xuất curcumin từ m-methoxybenzaldehyde. Các dẫn xuất được tổng hợp bao gồm BT01, BT02, BT03, và BT04, với các phương pháp hóa học cụ thể. Quá trình tổng hợp được thực hiện thông qua phản ứng đóng vòng 1,3-diketone, sử dụng các tác chất như NH2OH.HCl và NH2NH2.H2O. Các dẫn xuất sau đó được tinh chế và xác định cấu trúc bằng các phương pháp phổ NMR, IR, và MS.

2.1. Tổng hợp các dẫn xuất curcumin

Các dẫn xuất curcumin được tổng hợp từ m-methoxybenzaldehyde thông qua phản ứng đóng vòng 1,3-diketone. Các tác chất như NH2OH.HCl và NH2NH2.H2O được sử dụng để tạo ra các dẫn xuất isoxazole và pyrazole. Quá trình tổng hợp được kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ và thời gian phản ứng để đảm bảo hiệu suất cao. Các dẫn xuất sau đó được tinh chế bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng (TLC) và xác định cấu trúc bằng các phương pháp phổ học.

2.2. Phương pháp xác định cấu trúc

Cấu trúc của các dẫn xuất curcumin được xác định bằng các phương pháp phổ NMR, IR, và MS. Phổ NMR được sử dụng để xác định vị trí các nguyên tử hydro và carbon trong phân tử. Phổ IR giúp xác định các nhóm chức hóa học, trong khi phổ MS cung cấp thông tin về khối lượng phân tử. Các phương pháp này giúp xác định chính xác cấu trúc hóa học của các dẫn xuất, từ đó đánh giá hiệu quả tổng hợp.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả tổng hợp các dẫn xuất curcumin cho thấy hiệu suất cao, đặc biệt là BT01 và BT03 với hiệu suất lần lượt là 76.2% và 80.08%. Các dẫn xuất được xác định cấu trúc bằng phương pháp phổ học và thử nghiệm hoạt tính sinh học. Docking phân tử được thực hiện để đánh giá khả năng liên kết của các dẫn xuất với protein CDK2, một mục tiêu quan trọng trong điều trị ung thư. Kết quả docking cho thấy các dẫn xuất có khả năng liên kết mạnh với CDK2, mở ra tiềm năng ứng dụng trong y học.

3.1. Hiệu suất tổng hợp và cấu trúc

Các dẫn xuất curcumin được tổng hợp với hiệu suất cao, đặc biệt là BT01 (76.2%) và BT03 (80.08%). Cấu trúc của các dẫn xuất được xác định bằng phương pháp phổ NMR, IR, và MS, cho thấy sự hình thành chính xác của các dẫn xuất isoxazole và pyrazole. Các dẫn xuất này có tiềm năng ứng dụng trong điều trị ung thư và các bệnh liên quan đến viêm nhiễm.

3.2. Docking phân tử và ứng dụng

Docking phân tử được thực hiện để đánh giá khả năng liên kết của các dẫn xuất curcumin với protein CDK2. Kết quả cho thấy các dẫn xuất có khả năng liên kết mạnh với CDK2, với giá trị RMSD thấp (< 2 Å). Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng của các dẫn xuất trong điều trị ung thư, đặc biệt là các bệnh liên quan đến sự phát triển tế bào không kiểm soát.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ HÓA HỌC TỔNG HỢP VÀ DOCKING PHÂN TỬ CÁC DẪN XUẤT CURCUMIN TỪ m-METHOXYBENZALDEHYDE GVHD: HOÀNG MINH HẢO SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO THANH S KL005896 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BÁO CÁO LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TỔNG HỢP VÀ DOCKING PHÂN TỬ CÁC DẪN XUẤT CURCUMIN TỪ m-METHOXYBENZALDEHYDE GVHD: TS. HOÀNG MINH HẢO SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO THANH 1 Giới thiệu tổng quan 2 Thực nghiệm 3 Kết quả và thảo luận 4 Kết luận và kiến nghị 2 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN Cây Nghệ vàng (Curcuma longa L.) thuộc họ gừng (Zingiberaceae), được trồng nhiều ở những vùng khí hậu nóng ẩm.

Củ nghệ được dùng làm gia vị, chất bảo quản và chất tạo màu trong thực phẩm. Ngoài ra, củ nghệ chữa trị nhiều loại bệnh như vàng da, gan, mật, u nhọt, viêm khớp, cảm cúm… 3 • Trong bột nghệ có khoảng 3-6% curcuminoid. • Curcuminoid có thành phần chính gồm: demethoxycurcumin (DMC - 3%), bisdememethoxycurcumin (BDMC - 17%) và curcumin (77%). R1 = R2 = OCH3: Curcumin R1 = H; R2 = OCH3: Demethoxycurcumin (DMC) R1 = R2 = H: Bisdemothoxycurcumin (BDMC) 4 • Curcumin có cấu trúc hóa học gồm các hệ thống vòng thơm, là các polyphenol được nối bởi 2 nhóm cacbonyl α,β-bất bão hòa.

• Curcumin có tác dụng có tác dụng hoạt tính chống oxi hoá, kháng viêm, kháng ung thư, chống đột biến tế bào. 5 • Trong nước: Phan Thị Hoàng Anh và cộng sự đã tiến hành tổng hợp các dẫn xuất isoxazole và pyrazole curcuminoid. Phản ứng dựa trên phản ứng đóng vòng giữa 1,3-diketone của curcumin, DMC, BDMC và các dẫn xuất hydroxylamine và hydrazine. Cấu trúc hóa học của các dẫn chất được xác định bằng các phương pháp phổ NMR, IR, MS.

Thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào của curcuminoid và các dẫn xuất đã được thực hiện trên 3 dòng tế bào ung thư gan HepG2, ung thư phổi Lu và ung thư màng tim RD. 6 • Ngoài nước:  Daniel L. Flynn và các cộng sự đã nghiên cứu dẫn xuất isoxazole và pyrazole curcuminoid và thử nghiệm hoạt tính trên nhiều dòng tế bào ung thư. Kết quả cho thấy cấu hình dạng enol curcumin và azole curcumin có khả năng ức chế tế bào đa nhân ở người 5-lipoxygenase (5-LO).

 Satyendra Mishra và cộng sự đã thử hoạt tính của dẫn xuất isoxazole và pyrazole curcuminoid và cho thấy rằng chúng có khả năng trị sốt rét. 7 Chủ yếu các nghiên cứu trong và ngoài nước đều tập trung tổng hợp các dẫn xuất isoxazole và pyrazole từ curcumin, DMC, BDMC.  Tổng hợp các dẫn xuất curcuminoid từ các dẫn xuất benzaldehyde sau đó tiến hành đóng vòng 1,3-diketone sẽ làm tăng số lượng dẫn xuất isoxazole và pyrazole. 8 2 THỰC NGHIỆM Dẫn xuất BT01 Dẫn xuất BT02 (1E,4Z,6E)-5-hydroxy- 3,5-bis((E)-3- 1,7-bis(3- methoxystyryl)isoxaz methoxyphenyl)hepta- ole 1,4,6-trien-3-one TỔNG HỢP Dẫn xuất BT03 Dẫn xuất BT04 3,5-bis((E)-3- 3,5-bis((E)-3- methoxystyryl)-4H- methoxystyryl)-1- pyrazole phenyl-1H-pyrazole 9 10 Tác chất M (g/mol) n (mmol) m (g) V (mL) Tỷ lệ mol (1E,4Z,6E)-5-hydroxy-1,7-bis(3- 336,38 0,59 0,20 1,00 methoxyphenyl)hepta-1,4,6-trien-3-one NH2OH.HCl 69,49 1,19 0,083 2,00 Acetic acid 10,00 11 Tác chất M (g/mol) n (mmol) m (g) V (mL) Tỷ lệ mol d (g/mL) (1E,4Z,6E)-5-hydroxy-1,7- bis(3-methoxyphenyl)hepta- 336,38 0,59 0,20 1,00 1,4,6-trien-3-one NH2NH2.H2O 50,06 1,19 0,06 0,058 2,00 1,03 Acetic acid 10,00 12 Tác chất M (g/mol) n (mmol) m (g) V (mL) Tỷ lệ mol (1E,4Z,6E)-5-hydroxy-1,7-bis(3- methoxyphenyl)hepta-1,4,6-trien- 336,38 0,59 0,20 1,00 3-one NH2NHC6H5.HCl 144,60 1,19 0,17 2,00 Acetic acid 10,00 13 • Chọn CDK2 làm mục tiêu tác động cho quá trình docking phân tử.

• CDK2 đồng kết tinh với 5-(2-fluorophenyl)-N-(pyridin-4-ylmethyl)pyrazolo[1,5- a]pyrimidin-7-amine (SCF) có độ phân giải 1,28 Å. Chuẩn bị Redocking protein B1 B2 B4 B3 Tiến hành Chuẩn bị docking phối tử 14 Protein CDK2 đồng kết tinh với SCF có mã trên ngân hàng protein (PDB-Protein Data Bank) là 2R3I được tải về từ ngân hàng protein. SCF 15 • Redocking là phương pháp sử dụng chính phối tử (ligand) đồng kết tinh docking trở lại protein. • Mục đích của redocking để khẳng định phần mềm MOE phù hợp để thực hiện phương pháp docking.

• Tiến hành redocking (MOE\Compute\Simulation\dock) 16 Cấu trúc hóa học các dẫn chất BT01- 04 curcumin và các dẫn chất isoxazole và pyrazole curcumin được vẽ trong ChemDraw, từng dẫn chất được tối ưu hóa năng lượng bằng MOE (Compute\Energy Minimize) và sau đó tất cả các dẫn chất được lưu trong một file dữ liệu dưới dạng. 17 Tiến hành docking các dẫn chất từ file.mdb đã chuẩn bị: Compute\Simulation\Dock. 18 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Dẫn Hệ dung Trạng thái Hiệu suất Cấu trúc xác định xuất môi n-Hex:EA Rắn màu BT01 76.2% (9:1) cam n-Hex:EA Rắn màu BT02 19.602% (7:3) vàng n-Hex:EA Rắn màu BT03 80.08% (9:1) trắng n-Hex:EA BT04 Dầu màu nâu 72.5% (9:1) 19 • Chất rắn màu cam • Hiệu suất tổng hợp 76.2% 𝑥 1,48 • Rf = = = 0,428 𝑦 3,5 • Hệ dung môi n-Hex:EA (9:1) Kết quả TLC trên UV-Vis 254nm Kết quả TLC trên UV-Vis 365nm 20 H11-H11’ H10 21 H2-H2’ H1-H1’ H7-H7’ H8-H8’ H5-H5’ H3-H3’ 22 8 8’ 2 1 2’ 1’ 3 3’ 11 5 7 6 11’ 6’ 5’ 7’ 4 9 10 4’ 9’ 23 C21H20O4 (336,14 g/mol) 24 Cơ chế tổng hợp dẫn xuất BT01 25 • Chất rắn màu vàng • Hiệu suất tổng hợp 19.602% 𝑥 1,48 • Rf = = = 0,423 𝑦 3,5 • Hệ dung môi n-Hex:EA (9:1) Kết quả TLC trên UV-Vis 254nm Kết quả TLC trên UV-Vis 365nm 26 H11-H11’ 27 H7-H7’ H2-H2’ H5-H5’ H8-H8’ H1-H1’ H3-H3’ 28 2 3 7 8 2’ 1 3’ 4 7’ 5 11 8’ 1’ 4’ 10 5’ 11’ 9 9’ 29 C21H19NO3 (333,38 g/mol) 30 31 Cơ chế tổng hợp dẫn xuất BT02 32 • Chất rắn màu trắng • Hiệu suất tổng hợp 80.08% 𝑥 1,12 • Rf = = = 0,320 𝑦 3,5 • Hệ dung môi n-Hex:EA (7:3) Kết quả TLC trên UV-Vis 254nm Kết quả TLC trên UV-Vis 365nm 33 H11-H11’ 34 H1-H1’ H8-H8’ H2-H2’ H5-H5’ H10 H7-H7’ H3-H3’ 35 1 1’ 11 4 3 11’ 4’ 6 7 3’ 5 6’ 2 7’ 2’ 8 5’ 9 8’ 9’ 10 36 C21H19NO3 (333,38 g/mol) 37 38 • Hợp chất dạng dầu màu nâu • Hiệu suất tổng hợp 72.5% 𝑥 1,07 • Rf = = = 0,306 𝑦 3,5 • Hệ dung môi n-Hex:EA (9:1) Kết quả TLC trên UV-Vis 365nm 39 H11-H11’ 40 H5-H5’ H13-H13’ H14-H14’ H1-H1’ H2-H2’ H7 H8-H8’ H15 H7’ H10 H3-H3’ 41 1’ 11 11’ 42 14 13 14’ 13’ 3 3’ 10 2 15 4 2’ 5’ 7 1 4’ 7’ 8’ 6’ 8 6 5 9 9’ 12 43 C27H24N2O2 (408,49 g/mol) 44 45 Kết quả redocking cho thấy RMSD = 0,6658 Å < 2 Å. => Phần mềm MOE có thể áp dụng cho docking phân tử các hợp chất BT01-04.

46 Curcumin - C05 (DS = -21,2638 kJ/mol) BT01 (DS = -21,3403 kJ/mol) Dẫn xuất Liên kết hydrogen Liên kết kỵ nước His84, Ile10, Leu134, Leu298, BT01 Lys20, Lys89 Lys89 C05 Lys129, Thr165, Val163 Ile10, Lys88, Glu162, Gln131 47 BT02 (DS = -19,2293 kJ/mol) Isoxazole Curcumin-C02 (DS = -23,2600 kJ/mol) Liên kết aren- Dẫn xuất Liên kết hydrogen Liên kết kỵ nước cation Lys89, Ile10, Leu298, Glu8, BT02 Leu134, His84, Lys33 C02 Lys129 Leu83, Thr165, Val163, Lys63 Gln131, Ile10 48 BT03 (DS = -18,9748 kJ/mol) Pyrazole Curcumin-C03 (DS = -23,8473 kJ/mol) Dẫn xuất Liên kết hydrogen Liên kết kỵ nước BT03 Lys20 Leu298, Ile10, Leu134, Gln131 C03 Thr14, Lys89 Lys89, Ile10, Gln131, His84, Lys129 49