(Luận án tiến sĩ) Tổng hợp và khảo sát hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất mới của Artemisinin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VŨ TUẤN KIÊN

TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO
CỦA CÁC DẪN XUẤT MỚI CỦA ARTEMISININ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội – 2022


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VŨ TUẤN KIÊN

TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO
CỦA CÁC DẪN XUẤT MỚI CỦA ARTEMISININ

Ngành: Hóa học
Mã số: 9440112

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS TRẦN KHẮC VŨ
2. PGS.TS VŨ ĐÌNH HOÀNG

Hà Nội – 2022

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả cam đoan rằng: Luận án tiến sĩ “Tổng hợp và khảo sát hoạt tính
gây độc tế bào của các dẫn xuất mới của Artemisinin” là công trình nghiên cứu

được hồn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trần Khắc Vũ và PGS.TS. Vũ
Đình Hồng- Bộ mơn cơng nghệ Hóa dược và BVTV -Viện kỹ thuật hóa học trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Các kết quả trong luận án này là hoàn toàn trung
thực và chưa được cơng bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào khác.

Tác giả luận án

Vũ Tuấn Kiên

Vũ Tuấn Kiên

i


LỜI CẢM ƠN

Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Trần Khắc Vũ , PGS.TS.Vũ
Đình Hồng đã hướng dẫn tận tình, chu đáo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong
thời gian thực hiện luận án này tại bộ mơn Hóa dược – Trường Đại Học Bách Khoa
Hà Nội.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cơ trong bộ mơn Hóa Dược và Hóa chất
bảo vệ thực vật, các thầy cô giáo trong trường, và ban lãnh đạo viện Kỹ thuật Hóa
học, đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian làm luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

cùng các thầy cô ở trường đã tạo điều kiện về thời gian và hỗ trợ khác giúp tôi thực
hiện luận án.
Cuối cùng tơi muốn cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã cổ vũ động viên tôi
trong suốt thời gian qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng

Vũ Tuấn Kiên

ii

năm 2022


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ................................................................. v
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................. viii
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ..................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỒNG QUAN .................................................................................... 2
1.1. Giới thiệu về cây thanh hao hoa vàng và artemisinin ......................................... 2
1.1.1. Vài nét về cây thanh hao hoa vàng ................................................................... 2
1.1.2. Vài nét về artemisinin ....................................................................................... 3
1.2. Sinh tổng hợp artemisinin.................................................................................... 7

1.3. Ung thư và hoạt tính kháng ung thư của artemisinin .......................................... 8
1.3.1. Khái niệm ung thư ............................................................................................ 8
1.3.2. Artemisinin trong điều trị ung thư .................................................................... 9
1.3.3. Cơ chế tác dụng của artemisinin..................................................................... 12
1.3.4. Vai trò của sắt liên quan đến cơ chế kháng u của artemisinin ....................... 12
1.3.5. Artemisinin và sự kháng thuốc ....................................................................... 14
1.4. Một số dẫn xuất của artemisinin có hoạt tính kháng ung thư............................ 14
1.4.1. Dẫn xuất acetal của artemisinin ...................................................................... 14
1.4.2. Dẫn xuất non-acetal của artemisinin .............................................................. 17
1.5. Dẫn xuất dimer của artemisnin .......................................................................... 24
1.6. Dẫn xuất 11-aza-artemisinin.............................................................................. 26
1.7. Histone deaceylase ............................................................................................ 27
1.7.1. Histon acetyltransferase (HAT) ...................................................................... 27
1.7.2. Histon deacetylase (HDAC) ........................................................................... 27
1.7.3. Cấu trúc của enzyme HDAC và cơ chế phản ứng deacetyl hóa ..................... 28
1.7.4. Mối liên hệ giữa ung thư và HDAC ............................................................... 29

iii


1.8. Chất ức chế enzym histone deacetylase (HDACi) ............................................ 29
1.8.1. Định nghĩa HDACi ......................................................................................... 29
1.8.2. Cơ chế tác dụng của các chất ức chế HDAC .................................................. 31
CHƯƠNG 2. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 33
2.1. Thiết bị, dụng cụ dùng trong tổng hợp .............................................................. 33
2.2. Hóa chất dùng trong thực nghiệm ..................................................................... 33
2.3. Các phương pháp sử dụng trong tổng hợp và tinh chế sản phẩm ..................... 35
2.4. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc sản phẩm .............................................. 35
2.5. Các phương pháp tổng hợp................................................................................ 35
2.6. Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học.......................................................... 35

2.6.1. Phương pháp xác định tính độc tế bào ung thư (cytotoxic assay) .................. 35
2.6.2. Phương pháp xác định khả năng ức chế enzyme histone deacetylases (HDAC)
trên dòng tế bào MCF7 ............................................................................................. 37
2.7. Phương pháp mơ hình docking .......................................................................... 38
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM ............................................................................. 39
3.1. Tổng hợp các dẫn xuất triazole của artemisinin ................................................ 39
3.2. Tổng hợp các dẫn xuất dime artemisinin .......................................................... 62
3.2.1. Tổng hợp chất trung gian 10β-aminoartemisinin (64) ................................... 62
3.2.2. Quy trình chung tổng hợp chất 65a-e ............................................................. 63
3.2.3. Tổng hợp chất 65f, g....................................................................................... 67
3.4. Tổng hợp các dẫn xuất artemisinin chứa nhóm axit hydroxamic (67a-g) ......... 74
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN......................................................... 81
4.1. Tổng hợp các dẫn xuất triazole artemisinin 61a-l, 62a-l sử dụng phản ứng
Click ......................................................................................................................... 81
4.2. Đánh giá hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất triazole artemisinin ......... 86
4.3. Tổng hợp các hợp chất dime artemisinin 66a-g ................................................ 88
4.4. Hoạt tính gây độc tế bào của các dimer artemisinin 66a-g và 65a-g ................ 96
4.5. Tổng hợp các dẫn xuất mới artemisinin chứa nhóm hydroxamic 76a-g ........... 98
4.6. Hoạt tính ức chế HDAC và độc tế bào của các 67a-g ..................................... 103
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 107

iv


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

13

1

C-NMR

H-NMR

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân cacbon 13 (Carbon 13 Nuclear
Magnetic Resonance spectroscopy)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (Proton Magnetic Resonance
spectroscopy)

CH2Cl2

diclomethane

CS

Khả năng sống sót của tế bào tính theo %

d

doublet

dd

double doublet

DMAP

Dimethyl aminoprydin

DMSO-d6

Dimethylsulfoxid deutri hóa

EtOAc

Ethyl acetate

EtOH

Ethanol

HAT

Histon acetyltransferase

HDAC

Histon deacetylase

HRMS

Phổ khối phân giải cao

IC50

Nồng độ ức chế 50% sự phát triển

IDC

Carbonyl diimidazol

J

hằng số tương tác spin-spin

m

multiplet

MeOH

methanol

MS

Phổ khối lượng

q

quartet

RT

Nhiệt độ phòng

s

singlet

SAHA

Suberoylanilid hydroxamic acid

t

triplet

TLC

Sắc ký bản mỏng (Thin Layer Chromatography)

TSA

Trichostatin A

v


UV

Ultraviolet

δ

độ dịch chuyển hóa học

δ (ppm)

Độ chuyển dịch hóa học (tính theo phần triệu)

EDC

ethylene dichloride

DHA

dihydroartemisinin

TMSOTf

Trimethylsilyl trifluoromethanesulfonate

TPAP

Tetrapropylammonium perruthenate

DCM

Dichloromethan

TEA

Triethanolamine

µM

Micromolar

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. Hiệu suất các chất triazole 61a – i và 62a – i .............................................. 84
Bảng 2. Hoạt tính gây độc tế bào in vitro các dẫn xuất triazole ............................... 87
Bảng 3. Cấu trúc và hiệu suất các hợp chất 66a-g.................................................... 96
Bảng 4. Hoạt tính gây độc tế bào in vitro của các dimer artemisinin 66a-g và 65a-g
với một số dòng tế bào ung thư ................................................................................ 96
Bảng 5. Hoạt tính ức chế HDAC và gây độc tế bào của chất 67a-g ...................... 103
Bảng 6: Ái lực liên kết của 67a và 67g với HDAC2 .............................................. 105

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1: Cây thanh hao hoa vàng ................................................................................ 2
Hình 2. Sinh tổng hợp artemisinin trong cây. ............................................................ 7
Hình 3. Cơ chế tác dụng của ART............................................................................ 14
Hình 4: Một số dẫn xuất ete và este của artemisinin. ............................................... 15
Hình 5. Benzyldeoxoartemisinin (19) ...................................................................... 18
Hình 6: Dẫn xuất 37a, 37b ........................................................................................ 22
Hình 7: Dẫn xuất 38a và 38b .................................................................................... 22
Hình 8: Chất lai hóa artemisinin với 4-amino-7-chloroquinoline 41 và 42 ............. 23
Hình 9. Một số dimer và trime non acetal ................................................................ 25
Hình 10: Cấu trúc tinh thể của HDAC8 kết hợp với suberoylanilide. ..................... 28
Hình 11: Một số chất ức chế HDAC làm thuốc ung thư .......................................... 30
Hình 12: Cấu trúc chung của các chất ức chế HDACi ............................................. 31
Hình 13: Cấu trúc các chất ức chế HDAC ............................................................... 32
Hình 14. Phổ 1H NMR của chất 61a......................................................................... 83
Hình 15. Phổ giãn 1H NMR của chất 61a ................................................................. 84
Hình 16. Phổ giãn 1H NMR của chất 61a ................................................................ 84

Hình 17. Phổ 13C NMR của chất 61a ....................................................................... 85
Hình 18. Hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất triazole ................................... 88
Hình 19. Artemisinin, dihydroartemisinin (DHA), và các dẫn xuất dimer, trimer
artemisinin [118, 119]. ............................................................................................. 89
Hình 20. Phổ 1H NMR của chất 65a......................................................................... 90
Hình 21. Phổ giãn 1H NMR của chất 65a ................................................................. 91
Hình 22. Phổ giãn 1H NMR của axit 65a ................................................................. 92
Hình 23. Phổ 13C NMR của chất 65a ....................................................................... 93
Hình 24. Phổ 1H NMR của chất 66g ........................................................................ 94
Hình 25. Phổ giãn 1H NMR của chất 66g ................................................................ 94
Hình 26. Phổ 13C NMR của chất 66g ....................................................................... 95
Hình 27. Phổ ESI-HRMS của chất 66g .................................................................... 95
Hình 28. Một số chất ức chế HDAC ........................................................................ 99

viii


Hình 29. Thiết kế các dân xuất artemisinin chứa nhóm hydroxamic axit ................ 99
Hình 30. Phổ 1H NMR của 67c .............................................................................. 101
Hình 31. Phổ giãn 1H NMR của 67c ...................................................................... 101
Hình 32. Phổ giãn 1H NMR của 67c ...................................................................... 102
Hình 33. Phổ 13C NMR của chất 67c ..................................................................... 102
Hình 34. Phổ ESI-HRMS của chất 67c .................................................................. 103
Hình 35. Hình ảnh liên kết của SAHA và liên kết mô phỏng của các hợp chất 67a và
67g với HDAC2. SAHA được thể hiện có màu cam. ............................................ 106

ix


DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1: Tổng hợp (+)-artemisinin. ............................................................................ 6
Sơ đồ 2. Tổng hợp các dẫn xuất 14a-g ..................................................................... 16
Sơ đồ 3. Tổng hợp các dẫn xuất C10-oxa dime artemisinin .................................... 17
Sơ đồ 4: Tổng hợp deoxoartemisinin (18) ................................................................ 17
Sơ đồ 5: Tổng hợp dẫn xuất furan deoxoartemisinin (21) ....................................... 18
Sơ đồ 6: Tổng hợp chất 26 ....................................................................................... 19
Sơ đồ 7: Tổng hợp các dẫn xuất Pyrrole Mannich 29, 30 ........................................ 20
Sơ đồ 8: Tổng hợp 32 ............................................................................................... 20
Sơ đồ 9: Tổng hợp 34 từ 32 ...................................................................................... 21
Sơ đồ 10: Tổng hợp 36 a-c ....................................................................................... 21
Sơ đồ 11: Tổng hợp chất lai artemisinin và primaquine hybrid 40 .......................... 23
Sơ đồ 12: i) TMSCl, NaBr, toluene 0 °C, ii và iii) amine, Et3N, CH2Cl2, 0-20 °C, iii)
CH2Cl2, N-methylmorpholine-N-oxide, MS, tetrapropylammonium perruthenate. . 24
Sơ đồ 13. Tổng hợp các dime phosphate 44a, 44b ................................................... 25
Sơ đồ 14: Tổng hợp các dẫn xuất của 11-azaartemisin (53a-c). .............................. 26
Sơ đồ 15: Tổng hợp các chất trung gian 58a-i, 59a-i; .............................................. 40
Sơ đồ 16: Tổng hợp các triazole sử dụng phản ứng Click ....................................... 41
Sơ đồ 17. Tổng hợp chất 63..................................................................................... 60
Sơ đồ 18: Tổng hợp các chất trung gian 65a-g......................................................... 62
Sơ đồ 19. Tổng hợp các dimer artemisinin 66a-g .................................................... 69
Sơ đồ 20. Tổng hợp các dẫn xuất artemisinin chứa nhóm hydroxamic axit ............ 75

x


MỞ ĐẦU
Ung thư là căn bệnh có tỷ lệ tử vong lớn chỉ sau bệnh về tim mạch. Mặc dù
có rất nhiều tiến bộ trong chẩn đoán và điều trị, ung thư vẫn là căn bệnh gây nên 8
triệu ca tử vong mỗi năm, con số này tương đương với khoảng 15% số ca tử vong
trên toàn thế giới. Tuy có nhiều phát triển trong các biện pháp trong điều trị ung thư

như hóa trị, phẫu thuật và xạ trị. Các phương pháp này vẫn tồn tại những hạn chế.
Theo dự báo của WHO, có khoảng 22 triệu người có thể phát triển ung thư hàng
năm trong vòng hai thập kỷ tới và con số tử vong có thể lên 13 triệu ca mỗi năm.
Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển các thuốc trị hiệu quả, an toàn và chọn lọc
ln là địi hỏi cấp bách.
Artemisinin là một sesquiterpen lactone chiết xuất từ cây thanh hao hoa vàng
Artemisia annua L. Artemisinin và một số dẫn xuất của nó như artemether, arteether
và artesunat đã được sử dụng trên lâm sàng điều trị sốt rét. Bên cạnh tác dụng chống
sốt rét, nhiều hoạt tính mới của artemisinin và dẫn xuất của nó đã được phát hiện,
đặc biệt là tác dụng kháng ung thư dựa trên nguyên lý tương tự tác dụng chống sốt
rét thông qua gốc tự do tạo ra từ tương tác của cầu peroxit của artemisinin và sắt
trong nhân hem.Trong đó HDAC điều chỉnh sự biểu hiện và hoạt động của rất nhiều
loại protein có liên quan đến cả giai đoạn đầu và giai đoạn phát triển ung thư.Sự
biểu hiện bất thường của các HDAC được báo cáo có liên quan đến một số căn bệnh
ung thư ở người. Nhằm tìm kiếm các hợp chất mới có tác dụng kháng u, đề tài luận
văn đặt vấn đề ““Tổng hợp và khảo sát hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn
xuất mới của Artemisinin”’’ nhằm giải quyết mục tiêu sau đây.

1. Nghiên cứu tổng hợp các dãy hợp chất mới chứa khung artemisinin
2. Đánh giá hoạt tính kháng một số dòng tế bào ung thư của các chất
tổng hợp được.

1


CHƯƠNG 1
TỒNG QUAN
1.1. Giới thiệu về cây thanh hao hoa vàng và artemisinin
1.1.1. Vài nét về cây thanh hao hoa vàng
Cây thanh hao hoa vàng (Artemisia annua L.), Họ cúc (Asteraceae) là loài

thảo dược, sống hàng năm, mọc hoang thành từng đám ở vùng đồi ven suối, ven
sông, ở những nước ôn đới và nhiệt đới như Trung Quốc, Mông Cổ, Iran, Châu Âu,
Bắc và Nam Mỹ, một số nước Đông Nam Á. Cây thanh hao hoa vàng là cây thân
thảo, sống trong vòng 1 năm, cao từ 1-3m; lá mọc so le, phiến lá nhẵn, dọc gân
chính và thân non có lơng thưa, ngắn; cụm hoa là những đầu nhỏ, tụ lại ở ngọn thân
và cành; quả hình trứng, lá và hoa có mùi thơm đặc trưng, vị hơi đắng [1].

Hình 1: Cây thanh hao hoa vàng
Cây thanh hao hoa vàng được người Trung Quốc phát hiện một cách tình cờ từ
rất lâu. Trong cuộc khai quật khảo cổ ở miền Nam Trung Quốc, khi đào một ngôi
mộ cổ, đã phát hiện bản ghi đã mờ có tên “Ngũ thập nhị bệnh phương” về một công
thức trà thảo dược từ năm 168 trước Cơng Ngun. Kể từ đó, người Trung Quốc đã
dùng dịch chiết từ lá cây này để chữa bệnh sốt nóng. Tuy nhiên, mãi đến năm 1972,
Tu Youyou, nhà khoa học Trung Quốc mới chiết được một loại tinh thể không màu
2


được xem là hoạt chất chính có tác dụng trị bệnh sốt rét từ lá khô của cây thanh hao
hoa vàng bằng dung môi n-hexan và gọi là qinghaosu (QHS) tên sau này là
artemisinin. Sau đó, Qinghaosu đã được phân lập từ các chồi của Artemisia annua
L. ở dạng tinh khiết và cấu trúc của nó được xác định vào năm 1979 [2, 3]. Vì vậy
bà đã được trao giải thưởng Nobel năm 2015 về sinh lý học và y học. Năm 1992, ở
Việt Nam nhiều cơ sở cũng chiết được artemisinin từ loài cây này. Hiện nay, cây
Thanh hao hoa vàng được trồng ở nhiều tỉnh phía Bắc và một số tỉnh phía Nam như
Tiền Giang, Lâm Đồng, Long An... để nhằm đáp ứng cho nhu cầu chiết xuất
artemisinin.
1.1.2. Vài nét về artemisinin
1.1.1.1. Cấu trúc và tính chất vật lý của artemisinin

Artemisinin (1) có tên IUPAC: (3R,5aS,6R,8aS,9R,12S,12aR)-Octahydro-3,6,9

trimethyl-3,12-epoxy-12H-pyrano[4,3-j]-1,2-benzodioxepin-10(3H)-one.

Khối

lượng phân tử: 282,33g/mol. ART là một lactone sesquiterpene chứa vòng lactone
và cầu endoperoxide. Trong phân tử ART có năm nguyên tử oxi, trong đó hai oxi
tạo thành cầu peroxide; hai oxi khác tham gia vào cấu trúc vịng lactone. ART có 7
trung tâm bất đối. Artemisinin ở trạng thái tinh thể hình kim, màu trắng, không
mùi, vị hơi đắng, tan được trong CHCl3, EtOH, ete dầu hỏa và axeton; tan ít
trong n-hexane, benzene, toluene và hầu như không tan trong nước. ART bị thủy
phân và phân hủy trong các dung môi phân cực ở nhiệt độ cao; dễ phân hủy
trong môi trường axit, bazơ [2, 3].
1.1.1.2. Dược động học
Artemisinin có thể dùng uống hoặc đặt hậu môn. Sau khi uống, artemisinin
hấp thu nhanh, nồng độ đỉnh đạt được trong huyết tương trong vòng 1 giờ. Sự hấp

3