Nghiên cứu tổng hợp và xác định hoạt tính sinh học của một số dẫn xuất hemiasterlin

1

MỞ ĐẦU
Nghiên cứu tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học từ sinh vật
biển là xu hướng đang phát triển mạnh mẽ. Hiện nay, có khoảng gần 20000
hợp chất được phân lập từ sinh vật biển. Tuy nhiên, việc thu thập mẫu sinh
vật biển rất khó khăn và số lượng không nhiều. Các hợp chất tách chủ yếu
để phục vụ xác định cấu trúc và đánh giá hoạt tính in vitro, là khuôn m
ẫu
cho các nghiên cứu tổng hợp bằng con đường sinh học hoặc hóa học.
Nghiên cứu tổng hợp toàn phần và bán tổng hợp các hợp chất có nguồn gốc
sinh vật biển được 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 [2,49-61].
Hemiasterlin là một tripeptit có hoạt tính chống ung thư
ở ngưỡng
nM (0,3 nM) với nhiều dòng tế bào ung thư thực nghiệm, được phân lập từ
loài hải miên Hemiasterella minor vào năm 1994 [1]. Hoạt tính gây độc tế
bào của hemiasterlin do làm ngưng trệ sự phân bào ở giai đoạn metaphase
của động học tế bào nhờ ức chế quá trình polyme hóa tubulin và depolyme
hóa microtubule do gắn lên vị trí vinca peptit trên tubulin. Tác động này
tương tự như một số thuốc gắn lên tubulin đã được ứng dụng trong điều tr
ị
ung thư như paclitaxel (3,9 nM) hoặc vinblastin (0,79 nM) [4].

Do hàm lượng trong thiên nhiên rất thấp và việc thu thập mẫu khó
khăn [1,2]. Hợp chất này có cấu trúc lý thú và hoạt tính sinh học cao nên
được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tổng hợp. Đã có rất nhiều
2

nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất mới của hemiasterlin bằng cách thay đổi
các nhóm thế trên ba axit amin (ba block) của phân tử hemiasterlin tạo
thành các dẫn xuất hemiasterlin có cấu trúc độc đáo và hoạt tính rất lý thú
[1-9,34]. Trong số đó, các dẫn xuất có cấu trúc lược giản của hemiasterlin 2
và 3 có hoạt tính mạnh hơn cả hemiasterlin [7,8].

Các nghiên cứu cũng đã phát hiện một số hemiasterlin (63a, 63b) có
cấu hình phi thiên nhiên (R) của nguyên tử cacbon gắn với nhóm NH-metyl
trên block 1 vẫn thể hiện hoạt tính mạnh [9].

Ngoài ra, một số hợp chất thiên nhiên 4, 5 có độc tính mạnh với tế
bào ung thư có nhóm α,α-dimetylbenzylic được thay bằng hệ α,β-
cacbonylbenzylic[32,33,35].

Như vậy, nghiên cứu tổng hợp tìm kiếm các cấu trúc mới của
hemiasterlin, đặc biệt là các chất có cấu trúc lược giản vẫn đang được rất
nhiều nhà khoa học quan tâm. Do đó đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp và xác
3

định hoạt tính sinh học của một số dẫn xuất hemiasterlin” rất có ý nghĩa
khoa học và thực tiễn. Đề tài được thực hiện nhờ biến đổi cấu trúc ban đầu
của hemiasterlin bằng việc thay thế nhân N-metylindol bằng các bioisostere
naphthalen và benzofuran; tổng hợp các hợp chất có cấu hình thiên nhiên
(S) và phi thiên nhiên (R) của nguyên tử cacbon gắn với nhóm NH-metyl
trên block 1 và tổng hợp các dẫn xuất hemiasterlin có cấu trúc lược giản
chứ
a hệ α,β-cacbonyl-N-axetyl liên hợp (chứa hệ Michael) nhằm tìm kiếm
các hợp chất mới của hemiasterlin.
4

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. HEMIASTERLIN
Hemiasterlin là nhóm các tripeptit thiên nhiên mạch thẳng được phân
lập từ loài hải miên Hemiasterella minor. Phân tử hemiasterlin được cấu
tạo từ ba đơn vị amino axit bất thường. Do có độc tính mạnh với nhiều
dòng tế bào ung thư nên được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.
Hiện nay, một số hemiasterlin đang được thử nghiệm điều trị ung thư ở giai
đoạn hai.

1.1.1. Phân lập hemiasterlin
Năm 1994, lần đầu tiên nhóm nghiên cứu của Kashman đã phát hiện
và phân lập được hemiasterlin (1) từ loài hải miên Hemiasterella minor ở
vịnh Dodwana với hàm lượng rất thấp 0,01% so với khối lượng mẫu khô
[1]. Cấu trúc phức tạp của hemiasterlin đã được Kashman chứng minh bằng
nhiều phương pháp phổ như phổ khối lượng phân giải cao bắn phá nhanh
ghép nối khối phổ (HRFABMS), phổ cộng hưở
ng từ hạt nhân 1D và 2D và
phổ IR đã khẳng định cấu trúc mạch thẳng của hemiasterlin gồm ba amino
axit bất thường sắp xếp lần lượt theo thứ tự A,B,C, nhưng không giải thích
được cấu hình không gian của các nhóm thế trên ba amino axit.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu của Raymond J. Andersen đã phân lập
được hai dẫn xuất khác của hemiasterlin là hemiasterlin A (5), hemiasterlin
5

B (6) từ loài hải tiêu Auletta và Cymbastella [2]. Do cấu trúc phức tạp của
hemiasterlin và hàm lượng hemiasterlin trong các mẫu hải tiêu rất thấp nên
đến năm 1996 cấu trúc không gian của hemiasterlin mới được khẳng định
nhờ phổ nhiễu xạ tia X [3], sau này được các nhà khoa học chứng minh

bằng nhiều phương pháp hiện đại [20].
Năm 1999, nhóm nghiên cứu của Chandra K. Westergaard, Michael
R. Boyd và các cộng sự đã phân lập được bốn dẫn xuất hemiasterlin (1),
hemiasterlin A, B và C (5-
7) từ hai loài hải miên Auletta sp. và
Siphonochalina spp., đây là lần đầu tiên hemiasterlin C (7) được phân lập
chứng minh cấu trúc [5].
Như vậy, việc phân lập được hemiasterlin từ các loài hải miên với cấu
trúc độc đáo đã cuốn hút được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu
phân lập nhằm tìm kiếm các hợp chất mới có trúc lý thú từ sinh vật biển.
1.1.2. Hoạt tính sinh học của hemiasterlin
Kết quả sàng lọc hoạt tính ban đầu củ
a Kashman đã khẳng định khả
năng gây độc tế bào ung thư P388 leukaemia của hemiasterlin (1) ở nồng
độ IC
50
= 19 nM [1]. Năm 1995, Andersen đã thử nghiệm lại độc tính tế
bào của hemiasterlin trên dòng P388 leukaemia với nồng độ ức chế IC
50
=
8,7 nM [2]. So sánh hai kết quả nghiên cứu, nhóm Andersen đã giải thích
do mẫu hemiasterlin của họ có độ sạch cao hơn, điều này phù hợp với sự
khẳng định của nhóm Kashman năm 1994 là mẫu hemiasterlin cho nghiên
cứu hoạt tính có độ sạch chưa cao [1,2]. Cũng trong công trình này,
Andersen đã khẳng định độc tính của hemiasterlin với nhiều dòng tế bào
khác như: ung thư vú MCF7 (ED
50
= 0,089 µg/ml), ung thư
glioblastoma/astrocytoma U373 (ED
50

= 0,012 µg/ml), ung thư ovarian
carcinoma HEY (ED
50
= 0,0014 µg/ml), các dẫn chất hemiasterlin A, B có
hoạt tính gây độc tế bào mạnh hơn hemiasterlin (1) [2].
6

Năm 1997, nhóm nghiên cứu của Andersen đã phát hiện cơ chế
chống ung thư của hemiasterlin. Hoạt tính độc tế bào của hemiasterlin là do
làm ngưng trệ sự phân bào ở giai đoạn metaphase của động học tế bào nhờ
ức chế quá trình polyme hóa tubulin bởi sự gắn kết của hemiasterlin lên vị
trí Vinca peptit của tubulin. Tác động này tương tự như một số tác nhân
chống ung thư khác gắn kết lên tubulin đã được ứng dụng trong hóa tr
ị liệu
ung thư paclitaxel hoặc vinblastin, ở khoảng liều ED
50
từ 0,5 nM đến 28
nM [4,22,50].
Như vậy, nhóm chất hemiasterlin được phân lập từ loài hải miên
không chỉ có cấu trúc hóa học độc đáo mà chúng còn có hoạt tính gây độc
tế bào mạnh với nhiều dòng tế bào ung thư. Kết quả này đã mở ra hướng
nghiên cứu tìm các hợp chất chống ung thư mới có nguồn gốc sinh vật biển
[23].
1.2. TỔNG HỢP TOÀN PHẦN HEMIASTERLIN THEO ANDERSEN
Hemiasterlin có hoạt tính gây độc tế bào ung thư rất cao nên được
nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu nhằm tìm kiếm các thuốc mới cho
điều trị ung thư có nguồn gốc thiên. Tuy nhiên, hàm lượng của hemiasterlin
trong tự nhiên rất thấp (0,01%) và quá trình thu thập mẫu hải miên gặp
nhiều khó khăn nên quá trình phân lập hemiasterlin thường không đủ cho
nghiên cứu sâu hơn về hoạt tính và cấu trúc [1]. Đặc biệt hemiasterlin có

cấu trúc rất độc đáo gồm ba đơn vị axit amin bất thường nên được nhiều
nhà tổng hợp h
ữu cơ nghiên cứu tổng hợp toàn phần. Từ các ý tưởng trên
Andersen và cộng sự đã đưa ra phương pháp tổng hợp toàn phần
hemiasterlin lần đầu tiên năm 1997 [6,7]. Để tổng hợp toàn phần
hemiasterlin, người ta phân tích tổng hợp ngược từ các block1, block 2 và
block 3 sau đó tổng hợp từng block và ghép nối các block tạo thành
hemiasterlin.
7


Hình 1.1. Cấu trúc các block của hemiasterlin
Bước khó nhất của qui trình tổng hợp hemiasterlin là block 1 là phải
điều khiển cấu hình bất đối của nhóm NH-metyl. Tổng hợp block 1 được
tóm tắt như sơ đồ 1.1 và sơ đồ 1.2 [6,7].

N
H
CO
2
H
N
CO
2
Me
N
CO
2
Me
N

CO
2
Me
CH
2
N
2
,Et
2
O
KHMDS,
MeI, THF
KHMDS
MeI, THF
N
Me
CH
2
OH
N
Me
CHO
N
Me
CH=CHOMe
N
Me
CH
2
CO

2
H
N
Me
CH
2
CHO
DIBAL-H, THF,
-78 tíi 0
o
C
TPAP,NMO,CH
2
Cl
2
Ph
3
PCH
2
OMeCl,
KOt-Bu, THF
TsOH,
dioxan, H
2
O
NaClO
2
,NaH
2
PO

4
,
t-BuOH, H
2
O
8
9
10
11
12
1314
15
16
Me
Me
Me

Sơ đồ 1.1.
Đầu tiên, nguyên liệu indol-3-ylaxetic axit (8) được chuyển hóa
thành dẫn xuất metyl este 9 nhờ phản ứng với diazometan trong dung môi
dietyl ete, tiếp theo hợp chất 9 được 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 11. Sau đó, khử hóa chọn lọc chất 11
bằng tác nhân DIBAL-H trong THF ở nhiệt độ thấp tạo thành ancol bậc
một 12. Ti
ếp theo ancol 12 được oxy hóa chọn lọc bằng MNO trong sự có
mặt của TPAP trong dung môi diclometan tạo thành andehit 13. Tăng mạch
cacbon của chất 13 nhờ phản ứng Wittig với Ph
3
PCH

2
OMeCl, xúc tác t-
8

BuOK trong dung môi THF tạo thành chất 14, thủy phân chất 14 bằng
TsOH trong dioxan tạo thành andehyt 15, sau đó chất 15 được oxy hóa
bằng tác nhân natri clorit trong môi trường kiềm yếu tạo thành axit 16 (sơ
đồ 1.1).
Chất 16 được gắn với tác nhân Evan tạo thành chất 17, tiếp theo hợp
chất 17 được azit hóa chọn lọc bằng tác nhân trisyl azit tạo thành chất 18 có
độ chọn lọc lập thể cao nhờ định hướng củ
a tác nhân Evan. Sau đó, azit 18
được khử hóa bằng hydro có xúc tác Pd(C) tạo thành amin 19. Nhóm amin
của chất 19 được bảo vệ bằng Boc nhờ phản ứng với Boc
2
O trong dung
môi etyl axetat tạo thành chất 20. Hợp chất 20 được loại bỏ tác nhân Evan
nhờ phản ứng oxy hóa bằng H
2
O
2
trong môi trường kiềm LiOH tạo thành
axit 21, sau đó metyl hóa chất 21 bằng MeI có mặt của tác nhân kiềm NaH
trong dung môi DMF tạo thành chất 22. Thủy phân hợp chất 22 bằng LiOH
trong dung môi MeOH/H
2
O tạo thành axit 23 (block 1) (sơ đồ 1.2).
OH
O
N

O
O
O
16
17
KHMDS, trisylN
3
,
THF, -78
o
C
N
O
O
O
18
N
3
OH
O
HN
Me
21
N
Me
N
Me
N
Me
N

Me
N
O
OLi
1. Pivaloyl clorid, THF
2.
,THF,-78
o
C
H
2
/Pd(C)
N
O
O
O
NH
2
N
Me
19
Boc
2
O, EtOAc
N
O
O
O
NH
N

Me
Boc
20
OH
O
HN
Boc
N
Me
LiOH, H
2
O
2
,MeOH
OCH
3
O
HN
Me
N
Me
NaH, MeI, DMF
LiOH, MeOH, H
2
O
22
23
24
Block 1

Sơ đồ 1.2.
Như trình bày ở trên Andersen tổng hợp các block riêng lẻ sau đó
tổng hợp hemiasterlin nhờ ghép nối từng block với nhau theo nguyên tắc
9

dipeptit block 2-3 ghép nối với block 1. Cho nên sau khi tổng hợp block 1
Andersen tổng hợp block 3 nhờ sử dụng nguyên liệu đầu cho tổng hợp
block 3 là L-Boc-valin. Cấu hình E-olefin trên block 3 được tổng hợp chọn
lọc nhờ phản ứng Wittig, sơ đồ tổng hợp block 3 được Andersen đưa ra
như sau:

Sơ đồ 1.3. Tổng hợp block 3 của hemiasterlin
Nguyên liệu (S)-N-Boc-metylvalin 25 phản ứng với
[H
2
N(OMe)Me]Cl trong sự có mặt của DCC và i-Pr
2
NEt, trong dung môi
axetonitrin tạo thành Weinreb amit 26. Tiếp theo, khử hóa chất 26 với tác
nhân khử LiAlH
4
trong THF ở -78
o
C tạo thành andehit 27 với hiệu suất
55%. Phản ứng của chất 27 với tác nhân Wittig Ph
3
P=C(Me)CO
2
Et trong
dung môi CH

2
Cl
2
tạo thành sản phẩm chọn lọc lập thể E-olefin 28. Sau đó
loại bỏ nhóm bảo vệ Boc của chất 28 bằng axit trifloaxetic tạo thành chất
29 (block 3) với hiệu suất 95%.
Andersen tổng hợp dipeptit block 2,3 (32) nhờ phản ứng ghép nối
của block 3 (29) với block 2 là L-Boc-leuxin (30) trong sự có mặt của các
tác nhân hoạt hóa PyBroP và DMAP, trong dung môi diclometan tạo thành
chất 31. Sau đó loại nhóm bảo vệ Boc nhờ phả
n ứng TFA tạo thành muối
32, tiếp theo muối 32 phản ứng với chất 23 (block 1) tạo thành dẫn xuất
etyl este 33 có nhóm bảo vệ Boc ở block 1. Nhóm Boc của este 33 được
loại bỏ nhờ phản ứng với TFA tạo thành chất 34, cuối cùng thủy phân chất
10

34 để loại bỏ nhóm etyl của đầu este bằng tác nhân tủy phân chọn lọc là
LiOH trong hỗn hợp dung môi metanol: nước ở nhiệt độ phòng trong thời
gian 15h tạo thành hemiasterlin (1) với hiệu suất 83% [2] (sơ đồ 1.4). Hiệu
suất tổng mà Andersen tổng hợp hemiasterlin từ nguyên liệu đầu là 0,6%.


Sơ đồ 1.4. Tổng hợp mạch nhánh của hemiasterlin
Như vậy, lần đầu tiên Andersen đã tổng hợp toàn phần hemiasterlin
với hiệu suất cao nhờ tổng hợp riêng biệt các block 1,2 và 3 sau đó ghép
nối block 2 với block 3 tạo thành dipeptit block 2-3, cuối cùng ghép nối
với block 1 tạo thành hemiasterlin. Đây là kết quả rất lý thú được nhiều nhà
khoa học quan tâm và cũng là phương pháp để chúng tôi áp dụng cho tổng
hợp các hemiasterlin mới nhằm tìm kiếm các hợp chất m
ới có cấu trúc lý

thú và hoạt tính sinh học cao.
1.3. TỔNG HỢP DẪN XUẤT HEMIASTERLIN HTI-286
Từ thành công của phản ứng tổng hợp toàn phần hemiasterlin
Andersen đã nghiên cứu tổng hợp nhiều dẫn chất khác của hemiasterlin nhờ
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 thư của chúng [7,22,49]. Kết
11

quả đã nhận được một số dẫn xuất mới của hemiasterlin với cấu trúc độc
đáo và hoạt tính rất lý thú. Trong đó HTI-286 (35) là dẫn xuất có cấu trúc
lược giản của hemiasterlin với sự thay thế N-metyltryptophan bằng nhóm
phenyl, hoạt tính gây độc tế bào của HTI-286 (0,08 nM) mạnh hơn
hemiasterlin (0,3 nM). Ngoài ra, dẫn xuất bán tổng hợp khác của HTI-286
là chất 36, trong đó nhân phenyl có mang nhóm thế para-metoxyl còn có
hoạt tính mạnh hơ
n [8,22].

Sơ đồ tổng hợp HTI-286 được tóm tắt như sau [22,49]:
N
OEt
O
N
H
O
O
NH
OH
O
AlCl
3

Benzen, 65
o
C
O
OH
KHMDS, trisylN
3
,
THF, -78
o
C
N
O
O
O
41
N
3
OH
O
HN
Me
N
O
OLi
1. Pivaloyl clorua, THF
2.
,THF,-78
o
C

H
2
/Pd(C)
N
O
O
O
NH
2
42
Boc
2
O, EtOAc
N
O
O
O
NH
Boc
43
OH
O
HN
Boc
LiOH, H
2
O
2
,MeOH
OCH

3
O
HN
Me
NaH, MeI, DMF
t
o
phßng
LiOH, MeOH, H
2
O
46
24
O
N
O
O
37
38
39
44
45
N CO
2
Et
CF
3
CO
2
32

Me
O
H
3
N
PyBOP
DMAP
CH
2
Cl
2
iPrNHEt
47
LiOH, MeOH/H
2
O=2/1
t
o
phßng
N
OH
O
N
H
O
O
NH
HTI-286 (
36
)

Sơ đồ 1.5. Tổng hợp HTI-286
12

Từ sơ đồ 1.5 ở trên nhận thấy phương pháp tổng hợp của HTI-286
của Andersen không có nhiều đột phá so với phương pháp tổng hợp toàn
phần hemiasterlin. Theo phương pháp này, block 1 được tổng hợp qua tám
giai đoạn từ nguyên liệu đầu là hợp chất 37 phản ứng benzen nhận được
chất chìa khóa 38. Tiếp theo hợp chất 38 được biến đổi qua 6 giai đoạn
khác tương tự như
tổng hợp block 1 của hemiasterlin nguyên bản đã được
trình bày chi tiết trong sơ đồ 1.1 và sơ đồ 1.2. Có thể thấy việc phát hiện
HTI-286 có cấu trúc lược giản so với hemiasterlin nguyên bản nhưng hoạt
tính gây độc tế bào mạnh hơn là kết quả lý thú mở ra hướng tổng hợp các
hemiasterlin mới có cấu trúc lược giản hơn nhưng lại có hoạt tính cao.
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HEMIASTERLIN NHỜ
THAY ĐỔI CẤU TRÚC CỦA BLOCK 1
Kết quả tổng hợp toàn phần hemiasterlin của Andersen đã khẳng
định sự khó khăn trong tổng hợp block 1, do phải thực hiện liên tiếp mười
lăm bước phản ứng cho hiệu suất không cao đồng thời phải điều khiển lập
thể của nhóm N-metyl. Do đó người ta đã có nhiều nghiên cứu nhằm cải
tiến phương pháp tổng hợp block 1 để tìm kiếm phương pháp mớ
i đơn giản
hơn để tổng hợp và tìm kiếm các hemiasterlin mới có hoạt tính chống ung
thư cao hơn.
1.4.1. Phương pháp tổng hợp của Andersen
Sau khi đã tổng hợp thành công các dẫn xuất mới của hemiasterlin,
trong đó HTI-286 (36) là cấu trúc lược giản của hemiasterlin nhưng lại có
hoạt tính mạnh hơn hemiasterlin [7, 22], nhóm nghiên cứu của Andersen lại
tiếp tục công bố các kết quả mới nhờ thay thế cấ

u trúc mới của từng block
1, 2 và 3 để tổng hợp các hemasterlin mới có cấu trúc độc đáo hơn và hoạt
tính lý thú [8]. Trong đó phải kể đến sự thay đổi cấu trúc của block 1, nhóm
nghiên cứu có ba sự thay đổi trên block 1 của hemiaterlin là nhóm α,α-
dimetyl, nhóm NH-metyl và N-metylindol.
13

Sự thay đổi đầu tiên là sự vằng mặt của nhóm α,α-dimetyl trên block
1 của hemiasterlin. Nhờ ý tưởng này Andersen và các cộng sự đã tổng hợp
thành công hai dẫn xuất mới của hemiasterlin là chất 48, 49 vẫn thể hiện
hoạt tính gây độc tế bào cao.

Tiếp theo, sự thay đổi hoàn toàn nhân N-metylindol của hemiasterlin
nguyên bản bằng các nhóm thế đơn giản hơn Andersen và các cộng sự đã
phát hiện nhiều hợp chất hemiasterlin lược giản nhưng vẫn thể hiện hoạt
tính gây độc tế bào cao.


Sự thay đổi cuối cùng trên block 1 của Andersen là nhóm NH-metyl
được thay thế bằng các nhóm N-axylmetyl và NH
2
tạo thành các
hemiasterlin mới vẫn thể hiện hoạt tính.

Như vậy, Andersen và các công sự đã có đóng góp rất quan trọng
cho tổng hợp các hemiasterlin mới có cấu trúc lược giản ở block 1. Đây là
kết quả rất lý thú để các nhà khoa học quan tâm và cũng là một mục tiêu
quan trọng trong luận án nhằm tổng hợp các hemiasterlin mới có cấu trúc
lược giản nhưng vẫn thể hiện hoạt tính cao.
14

1.4.2. Phương pháp tổng hợp của Ayako Yamashita [9]
Các phương pháp tổng hợp toàn phần hemiasterlin và các dẫn xuất
đã được trình bày ở trên cho thấy tất cả các block 1 đều được tổng hợp qua
nhiều giai đoạn với hiệu suất thấp, trung tâm lập thể của block 1 là N-metyl
phải được điểu khiển bằng tác nhân bổ trợ Evan. Khắc phục các nhược
điểm tổng hợp block1 của hemiasterlin trước đ
ây, Ayako Yamashita và
cộng sự đã nghiên cứu và đưa ra hai phương pháp tổng hợp hemiasterlin
nhờ thay đổi hai phương pháp tổng hợp block 1. Phương pháp đầu tiên qua
con đường tổng hợp azlacton, phương pháp thứ hai qua tổng hợp epoxit từ
nguyên liệu đầu aryl andehit.
1.4.2.1. Tổng hợp block 1 qua con đường tổng hợp azlacton
Ayako Yamashita và cộng sự lần đầu tiên công bố kết quả tổng hợp
các block 1 của hemiasterlin vào năm 2004 (sơ đồ 1.6).
Ar-CHO
N
H
O
OH
O
H
3
C
NaOAc, Ac
2
O
Ar
N
O

O
CH
3
1. NaOH 1N, 80
o
C
2. HCl 12N, 5h
Ar
O
OH
O
53a-i
1. CH
3
NH
2
,THF,55
o
C
2. BH
3
-pyridin, 60
o
C
Ar
NH
OH
O
MeI,
NaOH 5N, THF

Ar
O
OH
O
54
55a-i
56a-i
57a-i
58a
Ar
=
3-tolyl
58b
Ar = 4-tolyl
58c
Ar
=
3,4-dimetylphenyl
58d
Ar =3-thienyl
58e
Ar = 3-clophenyl
58f
Ar
=
4-clophenyl
58g
Ar
=
3-bromphenyl

58h
Ar
=
3-flophenyl
58I
Ar
=
3,5-di-triflometylphenyl
58j
Ar
=
3-triflometylphenyl
58k
Ar =3,5-ditriflometylphenyl
58l
Ar = 2-thienyl
58n
Ar = 3,5-dimetylphenyl

Sơ đồ 1.6. Tổng hợp block 1 bằng con đường azlacton
15

Nguyên liệu đầu được Ayako Yamashita và cộng sự sử dụng cho
tổng hợp block 1 là các aryl andehit 53a-k và N-axetyl glyxin 54. Đầu tiên
chất chìa khóa azlacton 55a-k được tổng hợp nhờ phản ứng của các andehit
thơm 53a-k với axetyl glyxin trong sự có mặt của xúc tác natri axetat, dung
môi anhidrit axetic khan, tại nhiệt độ hồi lưu. Đây là phương pháp tổng hợp
azlacton rất cổ điển [10,11] được Ayako Yamashita ứng dụng cho tổng hợp
block 1 là phươ
ng pháp đột phá. Tiếp theo, thủy phân azlacton 55 trong

dung dịch NaOH 1N ở nhiệt độ 80
o
C, ngay sau đó được thủy phân trong
HCl 12N tạo thành axit 56a-k. Axit 56a-k được metyl hóa bằng tác nhân
MeI trong sự có mặt của kiềm NaOH, trong dung môi THF tạo thành dẫn
xuất dimetyl 57a-k. Tiếp theo, dimetyl 57a-k phản ứng với MeNH
2
trong
dung môi THF tại nhiệt độ 55
o
C và tác nhân khử BF
3
/pyridin ở nhiệt độ
60
o
C trong thời gian 4h tạo thành hợp chất 58a-k (block 1). Như vậy, theo
phương pháp này các block 1 (58a-k) đều là các racemic đã cho phép
Ayako Yamashita và cộng sự tổng hợp các hemiasterlin mới có cấu trúc
thiên nhiên (63a-k) và phi thiên nhiên của nhóm NH-metyl (62a-k).

Sơ đồ 1.7.
16

Như vậy, phương pháp tổng hợp hemiasterlin của Ayako Yamashita
và cộng sự không chỉ có ưu điểm là phương pháp tổng hợp block 1 thực
hiện qua 4 bước phản ứng, rút ngắn được rất nhiều bước so với các phương
pháp tổng hợp toàn phần hemiasterlin đã công bố trước đây mà còn có thể
tổng hợp được các hemiasterlin phi thiên nhiên. Nhiều hemiasterlin mới
được tổng hợp có hoạt tính chống ung thư cao và khả ă
ng ức chế tubulin

mạnh được tóm tắt ở bảng dưới đây.
Bảng 1.1. Hoạt tính gây độc tế bào của các hemiasterlin 61, 62 và 63
Chất IC
50
(nM) Ức chế polyme hóa
tubulin (%)
KB-3-1 KB85 KBV1
60c 9,1
24 191 92
62c 0,4 1,13
39 88
62d 2,1 6,6
724 96
62e 1,14 3,2
91 88
62f 0,56 1,7
53 96
62g 1,8 4,1
148 84
62h 1,0 1,8
77 93
62i 6,2
16,2 457 93
62j 0,65 1,7
42,7 96
62k
17 19 457 93
62l 2,0 3,9
162 88
62m 0,55 1,23

44 88
61a
263 1698 3000 94
63a 7,9
19,9 446 89
63b
17 27,5 1072 94
2 (đối
chứng)
1,0 2,4
81 91

Từ bàng 1.1. nhận thấy nhiều hợp chất hemiasterlin được Ayako
Yamashita và cộng sự tổng hợp nhờ biến đổi cấu trúc của block 1 cho hoạt
tính gây độc tế bào cao. Trong đó đáng lưu ý là hợp chất có cấu trúc phi
thiên nhiên của nhóm NH-metyl (63a) vẫn thể hiện hoạt tính gây độc tế bào
cao ở giá trị 7,9 nM. Như vậy, phương pháp tổng hợp hemiasterlin của
Ayako Yamashita và cộng sự theo con đường tổng hợp block 1 qua tổng
h
ợp azlacton có nhiều tiềm năng và thưc tiễn cao.
17

1.4.2.2. Tổng hợp block 1 qua con đường epoxit
Nhằm tìm kiếm phương pháp mới tổng hợp các hemiasterlin mới
khắc phục được các nhược điểm khi tổng hợp block 1. Nhóm nghiên cứu
của Ayako Yamashita đã đưa ra phương pháp thứ hai tổng hợp block 1 là
qua con đường epoxit hóa, sơ đồ tổng hợp được tóm tắt như sau:

Sơ đồ 1.8.
Andehit 64 phản ứng với isopropyldiphenylsulfonium tetrafloborat

65 trong sự có mặt của tác nhân DME và xúc tác kiềm mạnh LDA, trong
dung môi CH
2
Cl
2
ở -78
o
C sau đó nâng dần lên -40
o
C trong 15h tạo thành
epoxit 66 [12]. Tiếp theo, mở vòng 66 với sự có mặt của axit Lewis trong
benzen ở 60
o
C tạo thành andehit 67 với hiệu suất 89% [13]. Phản ứng của
67 với MeNH
2
,KCN, MeOM trong H
2
O cho amino-nitrin 68, hiệu suất
89%. Thủy phân nhóm nitrin của chất 68 bằng LiOH trong H
2
O
2
trong thời
gian chậm (2-5 ngày) nhận được 69 với hiệu suất thấp 25%. Sau đó, thực
hiện phản ứng in situ của chất 69 với lượng dư Boc
2
O trong dung môi
MeCN thu được chất trung gian 70, sau đó bổ sung tác nhân DMAP và i-
Pr

2
EtN tạo thành chất trung gian 71, tiếp theo thủy phân chất trung gian 71
trong NaOH tạo thành chất 72 (block 1), hiệu suất 88%.
18

Từ phương pháp tổng hợp block 1 này Ayako Yamashita và các
cộng sự đã phát hiện được nhiều hemiasterlin có hoạt tính gây độc đáng
chú ý. Trong đó hemiasterlin 73, 74, 75 và 76 có hoạt tính mạnh tương
đương như hemiasterlin. Tuy nhiên phương pháp tổng hợp qua con đường
epoxit tương đối phức tạp, tổng hợp block 1 phải thực hiện 7 bước phản
ứng với hiệu suất từ 25-89% và các hóa chất sử dụng tương đối phức tạ
p.
N
OH
O
N
H
O
O
NH
73
(IC
50
=6,9 nM)
N
OH
O
N
H
O

O
NH
74
(IC
50
=1,9 nM)
H
3
CO
N
OH
O
N
H
O
O
NH
75
(IC
50
=0,86 nM)
N
OH
O
N
H
O
O
NH
76

(IC
50
=0,79 nM)

1.4.3. Phương pháp tổng hợp của Vedej [14]
Do sự khó khăn của việc tổng hợp nhóm α,α-dimetyl trên block 1
nên Vedej đã đưa ra phương pháp tổng hợp block1 từ nguyên liệu có chứa
sẵn hai nhóm dimetyl, sơ đồ phản ứng được trình bày như sau:
N
O
CN
(R)-2-phenylglycinol
Sc(OTf)
3
,CH
2
Cl
2
,Bu
3
SnCN
Het
CN
HN
OH
Ph
77
78
Het
CN

HN
OH
Ph
79
H
2
O
2
,K
2
CO
3
DMSO, MeOH
Het
HN
OH
Ph
80
Het
HN
OH
Ph
81
NH
2
O
O
NH
2
H

2
,Pd(OH)
2
/C
MeOH
Het
NH
2
O
NH
2
82
BtsCl, Na
2
CO
3
CH
2
Cl
2
-H
2
O
Het
NH
O
NH
2
83
Bts

CH
3
I, DMF
Het
NH
O
N
85
Bts
Boc
Boc
Het
N
O
NH
2
84
Bts
Boc
2
O, DMAP
CH
3
CN
Bts =
S
N
SO
2
N

Het =

Sơ đồ 1.9.
19

Nguyên liệu dimetyl 77 phản ứng với (R)-2-phenylglyxinol với sự có
mặt của Sc(OTf)
3
và Bu
3
SnCN, trong dun g môi CH
2
Cl
2
ở 0
o
C tạo thành hỗn
hợp racemic 78 và 79. Tiếp theo hợp chất 78 và 79 được oxy hóa với H
2
O
2
trong môi trường kiềm K
2
CO
3
, trong dung môi DMSO và MeOH ở 45
o
C
thu được cặp đồng phân tương ứng 80, 81. Hợp chất 81 được khử hóa bằng
H

2
nhờ xúc tác Pd(OH)
2
/C trong MeOH thu được chất 82. Sau đó chất 82
phản ứng với BtsCl trong môi trường kiềm Na
2
CO
3
và dung môi CH
2
Cl
2
-
H
2
O cho hợp chất 83. Metyl hóa hợp chất 83 bằng MeI trong dung môi
DMF ở 35
o
C tạo thành chất 84. Cuối cùng, bảo vệ nhóm amit bậc một của
chất 84 bằng Boc
2
O có mặt của xúc tác DMAP trong dung môi CH
3
CN thu
được chất 85 .Như vậy, block 1 được Vedej tổng hợp qua 6 bước tương đối
phức tạp với hiệu suất tổng tương đối cao 50%.
1.4.4. Phương pháp tổng hợp của Durst [15]
Mục tiêu tìm phương pháp mới tổng hợp block 1 khắc phục được các
khó khăn khi tổng hợp. Nhóm nghiên cứu của Durst đã ra phương pháp
tổng hợp block 1, được tóm tắt như sau:

Sơ đồ 1.10.
20

Nguyên liệu đầu 86 phản ứng với cyanodimetylepoxit 87 trong sự có
mặt của SnCl
4,
trong dung môi CH
2
Cl
2
ở -78
o
C tạo thành chất 88. Thủy
phân hợp chất 88 bằng NaOH trong dung môi EtOH tạo thành hợp chất
cacbonyl 89, hiệu suất ở giai đoạn này rất cao đạt 95%. Tiếp theo, chất 89
phản ứng với (R)-phenylglyxinol và khử hóa bằng TMSCN trong dung môi
CH
2
Cl
2
tạo thành chất 90. Loại bỏ nhóm (R)-phenylglyxinol nhờ phản ứng
thủy phân tạo thành chất 90. Bảo vệ một nguyên tử hydro của nhóm NH
2

của 90 nhờ phản ứng với Boc
2
O trong sự có mặt của xúc tác Na
2
CO

3
trong
dung môi THF/H
2
O, sau đó metyl hóa bằng MeI trong dung môi DMF, xúc
tác NaH tạo thành hợp chất 91 với hiệu suất 65%. Hợp chất 91 dễ dàng
được thủy phân trong NaOH tạo thành block 1 (92). Như vậy, phương
pháp của Durst và cộng sự đã đưa 6 bước phản ứng liên tiếp để tổng hợp
block 1 của hemiasterlin, đây đều là các phương pháp tổng hợp hữu cơ khó
nhưng tạo thành sản phẩm có độ chọn lọc sản ph
ẩm cao.
Tóm lại, có rất nhiều phương pháp tổng hợp các hemiasterlin mới
nhờ sự biến đổi cấu trúc của block 1 nhằm tìm kiếm các hợp chất có cấu
trúc lý thú và hoạt tính sinh học cao. Các phương pháp tổng hợp block 1
được trình bày ở trên chủ yếu nhằm mục đích khắc phục các khó khăn khi
tổng hợp block 1 như điều khiển trung tâm bất đối, tạo nhóm α,α-
dimetylaryl nhờ các trung tâm lập thể s
ẵn có hoặc nhóm gemdimetyl sẵn có
của nguyên liệu. Các nghiên cứu này có đóng góp lớn vào việc nghiên cứu
tổng hợp toàn phần các hemiasterlin cũng như tìm kiếm các hemiasterlin
mới có cấu trúc lược giản hơn nhưng có hoạt tính cao hơn [21]. Đặc biệt là
đã phát hiện nhiều hemiasterlin mới có hoạt tính còn mạnh hơn cả
hemiasterlin nguyên bản như HTI-286 (IC
50
=0,08 nM) hiện nay đang được
ứng dụng trong lâm sàng giai đoạn 2. Trong đó phương pháp tổng hợp
block 1 của hemiasterlin theo con đường tổng hợp azlacton của Ayako
Yamashita có nhiều ưu việt , đặc biệt là phương pháp này phù hợp với điều
21

kiện nghiên cứu ở Việt Nam, cho nên chúng tôi đã áp dụng phương pháp
này để tổng hợp các block 1 của hemiasterlin.
1.5. TỔNG HỢP CÁC HEMIASTERLIN NHỜ THAY ĐỔI BLOCK 2
Block 2 của hemiasterlin nguyên bản là phân tử axit amin L-leuxin,
nhóm thế chính block 2 là tert-butyl. Hầu hết các nghiên cứu tổng hợp
hemiasterlin ít quan tâm đến việc biến đổi cấu trúc của block 2. Nhằm tổng
hợp các hemiasterlin mới có cấu trúc độc đáo và tìm kiếm các chất có hoạt
tính lý thú, Chuan Niu và các cộng sự đã tổng hợp các hemiasterlin mới
nhờ thay thế các nhóm thế của các nhóm tert-butyl trong cấu trúc của block
2, các cấu trúc của block 1 dựa trên cấu trúc của HTI-286, block 3 không
có sự thay đổi. Sơ
đồ tổng hợp được trình bày tóm tắt như sau [16]:
HN
O
O
HCl
H
2
N
OH
O
R
1
R
2
OH
O
R
1
R

2
BocHN
N
O
R
1
R
2
BocHN
O
O
N
O
R
1
R
2
H
2
N
O
O
HCl
O
N
R
3
N
O
R

1
R
2
O
O
Boc
N
H
O
N
R
3
N
O
R
1
R
2
O
OH
Boc
N
H
O
NH
R
3
N
O
R

1
R
2
O
OH
N
H
Boc
2
O
NaHCO
3
,H
2
O
PyBOP, DIEA, CH
2
Cl
2
HCl 4N/dioxan
PyBOP, DIEA, CH
2
Cl
2
LiOH 1N
MeOH, H
2
O
TFA, CH
2

Cl
2
93
94
95
96
98
99
100a
R
1
=CH
3
,R
2
=SCH
3
,R
3
=H
100b
R
1
=CH
3
,R
2
=SOCH
3
,R

3
=H
100c
R
1
=CH
3
,R
2
=SO
2
CH
3
,R
3
=H
100d
R
1
=CH
3
,R
2
=SCH
2
C
6
H
4
OCH

3
-p,R
3
=H
100e
R
1
=CH
3
,R
2
=C
6
H
4
OCH
3
-p,R
3
=H
100f
R
1
=H, R
2
=OH (R), R
3
=H
100g
R

1
=H, R
2
=OH (S), R
3
=H
100h
R
1
=H, R
2
=OCH
3
(R), R
3
=H
100i
R
1
=CH
3
,R
2
=OH, R
3
=H
100j
R
1
=CH

3
,R
2
=SCH
2
C
6
H
4
OCH
3
-p,R
3
=OCH
3
100k
R
1
=CH
3
,R
2
=SCH
3
,R
3
=OCH
3
59
O

OH
NH
R
3
97

Sơ đồ 1.11.
22

Nguyên liệu 93 được bảo vệ bằng Boc
2
O có mặt của NaHCO
3
trong
dung môi H
2
O tạo thành hợp chất 94 [16, 17]. Sau đó, chất 94 phản ứng với
chất 59 trong sự có mặt của các tác nhân hoạt hóa cho phản ứng coupling là
PyBOP và DIEA, trong dung môi CH
2
Cl
2
tạo thành dipeptit 95. Tiếp theo,
loại bỏ nhóm Boc của dipeptit 95 bằng dung dịch HCl 4N trong dioxan tạo
thành chất muối 96. Tiếp tục, ghép nối chất 96 với chất 97 (block 1) với sự
có mặt của tác nhân hoạt hóa PyBOP và DIEA trong dung môi diclometan
tạo thành tripeptit 98 [16,18]. Thủy phân chức este của hemiasterlin 98
bằng tác nhân chọn lọc là dung dịch LiOH 1N trong dung môi CH
3
OH,

H
2
O tạo thành axit hemiasterlin 99. Loại bỏ nhóm bảo vệ Boc hemiasterlin
99 bằng TFA trong dung môi CH
2
Cl
2
tạo thành các hemiasterlin 100a-k.
Các hemiasterlin 100a-k đều có chứa sự thay đổi của block 2 các nhóm
metyl của tert-butyl đã được thay thế bằng các nhóm chứa dị tố.
Ngoài ra, Chuan Niu và các cộng sự cũng thay đổi block 2 bằng cách
thay thế một nhóm metyl trong nhóm tert-butyl bằng nguyên tử flo nhằm
tìm kiếm các hemiasterlin có hoạt tính mạnh [16]. Với quy trình tổng hợp
tương tự, Chuan Niu và các cộng sự đã tổng hợp được các hemiasterlin mới
có chứa flo trên block 2 đồng thời có sự
thay đổi cấu hình của nhóm
tert-butyl.

Các hemiasterlin 100a-k và hemiasterlin 101, 102, 103 và 104 được
Chuan Niu và các cộng sự thử hoạt tính gây độc tế trên các dòng tế bào
23

KB-3-1, KB-8-5 và KB-V1. Kết quả thử hoạt tính được tóm tắt như bảng
1.2 [16].
Bảng 1.2. Hoạt tính gây độc tế bào của các hemiasterlin thay đổi block 2
Chất IC
50
(nM) % ức chế
trùng hợp
tubulin

KB-3-1 KB-8-5 KB-V1
100a 1,2 2,2
144 95
100c
177,8 588,8 >3000 87
100d
58,8 93,7 2291 94
100e 25,5
54,9 1794 56
100g
275,4 691,8 >3000 91
100i
57,9 95,0 >3000 84
100j 15,8
43,7 2089 77
100k 0,642 1,8
62,4 88
103 1,6 3,5
117,3 91
Bảng 1.2 ở trên là các hemiasterlin có hoạt tính gây độc tế bào khi
thay đổi các nhóm metyl trên block 2. Các nhóm metyl được thay thế bằng
nhóm SCH
3
hoặc F đều cho hoạt tính cao như 100a (IC
50
KB-3-1

= 2,2 nM,
IC
50

KB-8-5 = 2,2 nM), 100k (IC
50
KB-3-1

= 0,642 nM, IC
50
KB-8-5 = 1,8
nM) và 103 (IC
50
KB-3-1

=1,6 nM, IC
50
KB-8-5 = 3,5 nM).
Tiếp theo nghiên cứu của M.J. Milton năm 2006 [19] cũng có sự
biến đổi nhóm thế trên block 2 của hemiasterlin. Kết quả đã tổng hợp được
hemiasterlin 105 có sự tương tác tốt với tubulin.


Như vậy, việc biến đổi cấu trúc của block 2 đã tạo ra được nhiều
hemiasterlin mới có cấu trúc lý thú, nhiều dẫn chất tổng hợp được có hoạt
24

tính gây độc tế bào tương tự như hemiasterlin. Đây là những kết quả nghiên
cứu rất lý thú đóng góp vào sự đa dạng trong cấu trúc của hemiasterlin. Tuy
nhiên việc tổng hợp các hemiasterlin này khó thực hiện vì nguyên liệu
block 2 có những nhóm thế như được trình bày ở trên hiếm gặp.
1.6. TỔNG HỢP HEMIASTERLIN NHỜ THAY ĐỔI BLOCK 3
Thay đổi cấu trúc của block 3 cũng là chiến lược quan trọng để các
nhà khoa học tổng hợp các hemiasterlin mới có cấu trú lý thú nh

ằm tìm
kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học cao. Block 3 của hemisterlin nhiều
khả năng thay thế để tổng hợp các dẫn xuất hemiasterlin mới như sự có mặt
hay không có mặt của nhóm N-metyl trên block 3 [8] hoặc thay đổi các
nhóm thế khác nhau ở đầu axit của block 3, hoặc kéo dài cấu trúc của block
3 [2,19,24].
Do HTI-286 là chất tổng hợp có cấu trúc lược giản của hemiasterlin
nhưng có hoạt tính cao hơn cả hemiasterlin nguyên bản [8,22,49]. Để tìm
kiếm các hợ
p chất có cấu trúc tương tự HTI-286, Arie Zask và các cộng sự
đã đưa ra phương pháp tổng hợp các hemiasterlin mới nhờ thay đổi block 3
bằng việc thay đổi các nhóm thế ở đầu cacbon trong HTI-286 bằng nhiều
kiểu nhóm thế X khác nhau [19].

Để thực hiện được mục tiêu này, nhóm nghiên cứu của Arie Zask và
các cộng sự đã hoạt hóa đầu axit của HTI-286 nhờ phản ứng với EDC trong
dung môi CH
3
CN, ngay sau đó khử hóa bằng NaBH
4
tạo thành ancol 106.
Tiếp theo, oxi hóa chọn lọc nhóm ancol của chất 106 bằng tác nhân oxi hóa
Swern (DMSO, (COCl)
2
) trong dung môi CH
2
Cl
2
có mặt của xúc tác Et
3

N
tạo thành andehit 107 [25]. Mặt khác, andehit 107 cũng được tổng hợp
25

bằng phản ứng tạo Weinreb amit 108 nhờ phản ứng của HTI-286 với
NHMeOMe, sau đó khử hóa amit 108 bằng LiAlH
4
trong Et
2
O ở nhiệt độ
thấp nhận được chất 108 (sơ đồ 1.12) [19].

Sơ đồ 1.12.
Hemiasterlin 107 và 108 có chứa nhóm Weinreb amit và andehit là
hai nhóm hoạt động nên dễ dàng được chuyển hóa thành các dẫn chất khác
nhằm tìm kiếm các hemiasterlin mới.
N
O
N
H
O
O
NH
107
H
LiOH
MeOH, H
2
O
N

N
H
O
O
NH
110
OEt
O
1, RMgBr
THF, 0
o
C
N
OH
N
H
O
O
NH
109a
R=Me(R/S)
109b
R = 2-thiazolyl (R/S)
109c
R=Ph(S)
109d
R=Ph(R)
R
*
PPh

3
C(Me)CO
2
Et
N
N
H
O
O
NH
111
OH
O
2, H
2
O

Sơ đồ 1.13.
Hemiasterlin 107 được phản ứng với các tác nhân Grinha sau đó
thủy phân tạo thành các dẫn xuất mới của hemiasterlin 109a-d. Mặt khác,