Nghiên cứu tổng hợp một số indenoisoquinoline có dẫn xuất brom ở mạch nhánh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA: HÓA HỌC
**************

ĐẶNG THỊ THÚY NGÂN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP MỘT SỐ
INDENOISOQUINOLINE CÓ DẪN
XUẤT BROM Ở MẠCH NHÁNH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hữu cơ

Người hướng dẫn khoa học
Th.S LỤC QUANG TẤN

HÀ NỘI- 2015


LỜI CẢM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp này được hoàn thành tại phòng Hóa dược, Viện Hóa
học, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Với tất cả sự kính trọng và biết ơn chân thành, sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn
đến ThS. Lục Quang Tấn đã định hướng và hướng dẫn em tận tình trong suốt thời
gian em làm đề tài khóa luận tốt nghiệp.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS. TS. Nguyễn Văn Tuyến và các
Thầy Cô làm việc tại phòng Hóa Dược, Viện Hóa học, Viện Hàn Lâm Khoa Học và
Công Nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ để em được nghiên cứu, học tập và
hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp của mình.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo trường Đại học Sư phạm
Hà Nội 2, ban chủ nhiệm khoa cùng toàn thể các Thầy Cô trong Khoa Hóa học đã

hết lòng quan tâm, dìu dắt và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường và
hoàn thiện khóa luận này.
Em xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã luôn tạo điều kiện
động viên, khích lệ giúp em hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu khóa luận tốt nghiệp
cuả mình.

Hà Nội, tháng 5 năm 2015
Sinh viên

Đặng Thị Thúy Ngân


LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan các kết quả nghiên cứu, số liệu được trình bày trong khóa
luận: “Nghiên cứu tổng hợp một số indenoisoquinolin có dẫn xuất brom ở mạch
nhánh” dưới sự hướng dẫn của ThS. Lục Quang Tấn là hoàn toàn trung thực và
không trùng với kết quả của tác giả khác.

Hà Nội, tháng 5 năm 2015
Sinh viên

Đặng Thị Thúy Ngân


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Lí do chọn đề tài ..................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ..........................................................................................4
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ...........................................................................................4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................5
1.1. Tổng quan về indenoisoquinoline ....................................................................5
1.1.1. Công thức cấu tạo ......................................................................................5
1.1.2. Mô hình phân tử trong không gian .............................................................5
1.1.3. Công thức phân tử: C16H8NO2R.................................................................5
1.2. Tình hình nghiên cứu ........................................................................................6
1.2.1. Trên thế giới ...............................................................................................6
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .............................................................10
1.3. Hoạt tính sinh học của một số dẫn xuất indenoisoquinoline ..........................10
1.3.1. Các dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm aminopropyl ở vòng B ...........15
1.3.2. Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm thế dimethylaminopropyl
ở vòng B..............................................................................................................19
1.3.3. Các dẫn xuất indenoisoquinolin có vòng imdazolyl propyl .....................21
1.3.4. Các dẫn xuất indenoisoquinolin có vòng morpholinopropyl ở vòng B ...22
1.3.5. Các dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm thế ethanol amino ..................23
1.3.6. Các dẫn chất có nhóm thế NO2 ở vòng A và các nhóm thế halogen như
Cl, F và R1 là các nhóm amin vòng, amin bậc 1 và bậc 2 .................................25
1.4. Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu trong tổng hợp hữu cơ ..............27
1.4.1. Phương pháp sắc kí bản mỏng .................................................................27
1.4.2. Chiết .........................................................................................................28
1.4.3. Loại bỏ dung môi ở áp suất thấp ..............................................................28
1.4.4. Sắc kí cột ..................................................................................................28
1.4.5. Phương pháp nhồi cột huyền phù .............................................................29


1.4.6. Phương pháp lựa chọn chất hấp phụ và dung môi chạy cột sắc kí..........29
1.5. Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc hợp chất hữu cơ ..............32
1.5.1.Điểm nóng chảy (Mp) ................................................................................33
1.5.2. Độ quay cực ([α] D) ...................................................................................33
1.5.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonancespectroscopy,

NMR) ..................................................................................................................33
1.5.4. Phổ khối lượng (Mass spectrocopy, MS) .................................................35
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................36
2.1.

Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................36

2.2.

Phương pháp nghiên cứu .............................................................................36

2.3.

Địa điểm nghiên cứu....................................................................................37

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................38
3.1. Quy trình tổng hợp ..........................................................................................38
3.1.1 Tổng hợp hợp chất indeno[1,2-c]isochromen-5,11-dion (29) .................38
3.1.2. Tổng hợp chất 6-allyl-5H-indeno[1,2-c]isoquinolin-5,11(6H)-dion (66a)
............................................................................................................................38
3.1.3. Tổng hợp chất 6-(2,3-dibrompropyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinolin5,11(6H)-dion (67) .............................................................................................39
3.2. Hằng số vật lí và các dữ kiện phổ của các hợp chất .......................................39
3.2.1. Hợp chất indeno[1,2-c]isochromen-5,11-dion ........................................39
3.2.2. Hợp chất 6-allyl-5H-indeno[1,2-c]isoquinolin-5,11(6H)-dion ...............40
3.2.3. Hợp chất 6-(2,3-dibrompropyl)-5H-indeno[1,2-c]isoquinolin-5,11(6H)dion .....................................................................................................................40
3.3. Kết quả và thảo luận .......................................................................................40
KẾT LUẬN ...............................................................................................................45


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

[α]D
1

H – NMR

Độ quay cực Specific Optical Rotation
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton
Proton Magnetic Resonance Spectroscopy

13

C – NMR

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân cacbon 13
Carbon – 13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

1

H - 1H COSY

2D – NMR

1

H - 1H Chemical Shift Correlation Spectroscopy

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều
Two – Dimentional NMR

CC

Sắc kí cột

DEPT

Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer

EI – MS

Phổ khối lượng va chạm elctron
Electron Impact Mass Spectrometry

ESI – MS

Phổ khối lượng phun mù điện tử
Electron Spray ionizasion Mass Spectra

EtOAc

Ethylacetat

FAB–MS

Phổ khối lượng bắn phá nguyên tử nhanh
Fast Atom Bombardment Mass Spectrometry

HMBC

Heteronuclear Mutiple Bond Connectivity

HMQC

Heteronuclear Mutiple Quantum Coherence

HR – FAB – MS

Phổ khối lượng bắn phá nguyên tử nhanh phân giải cao
High Resolution Fast Atom Bombardment Mass Spectrometry

IR

Phổ hồng ngoại Infrared Spectroscopy

o

Độ Cencius

Me

Nhóm Methyl

NBS

N-Bromosuccinimide

MS

Phổ khối lượng Mass Spectroscopy

NOESY

Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy

C


PTSA

p-Toluenesulfonic acid

TCL

Sắc kí lớp mỏng Thin Layer Chromatography

THF

Tetrahidrofuran

DMAP

4-Dimethylaminopyridine

DMF

Dimethylfomamide

EDCI

1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide

NBS

N-Bromsuccinimide

Tdp1

Tyrosyl-DNA phosphodiesterase I

Top1

Topoisomerase I

Val

Valine

Thr

Threonine

Pro

Proline

Lys

Lysine

His

Histidine

Tyr

Tyrosyl

N

Asparagine

Q

Glutamine

E

Glutamic-acid


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Hình 1: Sự gia tăng của số người mắc căn bệnh ung thư ( giai đoạn 2012- 2035) .......... 1
Hình 2: Camptothecin và một số dẫn xuất ....................................................................... 3
Hình 3: Một số dẫn xuất indenoisoquinolin bước đầu được nghiên cứu bởi Mark
Cushman. .......................................................................................................................... 6
Hình 4: Một số dẫn chất indenoisoquinolin mới được tổng hợp ở Việt Nam. ............. 10
Hình 5: Sự tạo phức Top1- DNA. .................................................................................. 11
Hình 6: Mô hình hoạt động của Tdp1 ............................................................................ 13
Hình 7: Các dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm aminopropyl ( 38a- 40b)................. 15
Hình 8: Mô hình liên kết giả của 39 trong trung tâm hoạt đông của Tdp1 .................... 16
Hình 9: Các dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm aminopropyl (41a,b) ....................... 17

Hình 10: Khảo sát hoạt tính của hợp chất 41a,c. ........................................................... 17
Hình 11:Các dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm aminopropyl với nhóm thế ở C3 ... 18
Hình 12 : Một số dẫn chất của indenoisoquinoline khi thay thế nhóm –NH2 bằng 1
số nhóm khác ( -OH, -Br, N3, morpholinyl….) ............................................................. 19
Hình 13 : Các dẫn xuất indenoisoquinoline có nhóm thế dimethylaminopropyl .......... 19
Hình 14: Các dẫn xuất indenoisoquinolin có vòng imdazolyl propyl. .......................... 21
Hình 16: Các dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm thế ethanol amino ......................... 23
Hình 17: Các dẫn chất có nhóm thế NO2 ở vòng A và các nhóm thế halogen như
Cl, F và R1 là các nhóm amin vòng, amin bậc 1 và bậc 2 ............................................. 25
Hình 18: Phổ 13C-NMR của hợp chất 67 ..................................................................... 42
Hình 19: Phổ 13C-NMR của hợp chất 68. .................................................................... 44
Bảng 1: Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào (IC50a) và hoạt tính ức chế Top1 của
các dẫn xuất indenoisoquinolin từ 38a-40b15
Bảng 2: Hoạt tính gây độc (GI50 µM) của các dẫn chất từ 48,50, 51. .......................... 19
Bảng 3: Hoạt tính gây độc (GI50 µM) của các dẫn chất từ 52 – 54 ............................... 22
Bảng 4: Hoạt tính gây độc (GI50 µM) của các dẫn chất từ 55 – 58 .............................. 23
Bảng 5: Hoạt tính gây độc (GI50 µM) của các dẫn chất từ 78 – 81. ............................ 24
Bảng 6: Hoạt tính chống ung thư tế bào của các dẫn chất 63a-65i ................................ 25


Sơ đồ 1: Các con đường tổng hợp indeoisoquinoline. ..................................................... 7
Sơ đồ 2: Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquuinolin nhờ phản ứng ngưng tụ của
homophthalic anhydride với các bazơ Schiff khác nhau ................................................. 8
Sơ đồ 3: Tổng hợp các indenoisoquinolin bằng phản ứng ngưng tụ 2carboxybenzaldehyde và phthalide. ................................................................................. 9
Sơ đồ 4: Tổng hợp các indenoisoquinolin bằng phản ứng ngưng tụ của 6-cyano-3hydroxyphthalide với phthalide ....................................................................................... 9
Sơ đồ 5: Quy trình tổng hợp các dẫn xuất indenoisoquinolin ........................................ 36
Sơ đồ 7: Cơ chế hình thành sản phẩm 67 ....................................................................... 41
Sơ đồ 8: Cơ chế hình thành sản phẩm 68 ....................................................................... 43

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Ung thư là căn bệnh giết người số 1 thuộc nhóm bệnh không lây (noncommunicable diseases - NCDs), có tỉ lệ tử vong hàng đầu và chiếm 1/5 các ca tử
vong trên toàn thế giới. Quỹ Nghiên cứu Ung thư thế giới (World Cancer Research
Fund) cho biết có khoảng 14,1 triệu người mỗi năm được chẩn đoán mắc bệnh ung thư
trong đó có khoảng 8,2 triệu trường hợp tử vong, nhưng con số này được dự đoán sẽ
tăng lên 19 triệu vào năm 2025, 22 triệu vào năm 2030 và 24 triệu vào năm 2035. Con
số trên tương đương với việc cứ 54 giây trôi qua sẽ có người thiệt mạng vì căn bệnh
này. Với tỷ lệ ung thư hiện tại, thì 1/5 nam giới và 1/6 phụ nữ trên toàn thế giới sẽ mắc
bệnh ung thư trước tuổi 75, trong đó cứ 1 trong 8 người đàn ông và 1 trong 12 phụ nữ
sẽ chết vì căn bệnh này. Trong năm 2012, các bệnh ung thư phổ biến nhất được chẩn
đoán là ung thư phổi, ung thư vú, ung thư đại tràng hoặc ung thư ruột, trong đó
nguyên nhân phổ biến nhất gây tử vong do ung thư là ung thư phổi, ung thư gan và
ung thư dạ dày [15].

Hình 1: Sự gia tăng số người mắc căn bệnh ung thư (giai đoạn 2012- 2035)
Mặt khác, chi phí cho điều trị ung thư đang là gánh nặng kinh tế, xã hội cho tất
cả các quốc gia trên toàn cầu. Mỗi năm, ước tính nền kinh tế toàn cầu phải chi 1,16
nghìn tỷ đô la Mỹ dành cho phòng chống và điều trị ung thư, đó là chưa kể đến những
giá trị kinh tế bị mất đi do các cá nhân không thể lao động, tạo ra của cải vật chất khi
1


mắc ung thư hoặc tử vong sau điều trị. Những tổn hại về kinh tế toàn cầu do ung thư
gây ra cho các cá nhân, gia đình và xã hội ước tính khoảng 2,5 nghìn tỷ đô la Mỹ mỗi
năm [14].
Bài viết “Gánh nặng ung thư: Thách thức và cơ hội của Việt Nam?” đăng trên
trang vietnamnet.vn ngày 20/12/2014 đã đưa ra số liệu thống kê mới nhất của Hiệp hội
Ung thư Việt Nam. Theo đó, mỗi năm Việt Nam có khoảng 110.000 ca mắc ung thư
mới và tỉ lệ tử vong chiếm gần 75% cao hơn tỉ lệ tử vong trung bình của thế giới chỉ là

60% và là một trong những quốc gia có tỉ lệ tử vong do ung thư cao nhất thế giới. Năm
1990, Việt Nam chỉ có 2 bệnh viện ung bướu ở TP.HCM và Hà Nội. Đến thời điểm
hiện nay, chúng ta đã có thêm nhiều bệnh viện ung bướu cả công lẫn tư. Đến năm
2014, Bệnh viện ung thư Trung ương - bệnh viện K đã có thêm 3 cơ sở điều trị ung
thư. Chúng ta có bệnh viện ung bướu Hà Nội, bệnh viện ung bướu TP.HCM, bệnh
viện ung bướu Cần Thơ, các trung tâm ung bướu, khoa ung bướu ở bệnh viện đa khoa
tại các tỉnh, thành phố lớn chưa kể các bệnh viện ung bướu tư nhân đã hoạt động được
một vài năm trở lại đây như bệnh viện Ung thư Đà Nẵng, bệnh viện ung bướu Hưng
Việt…. PGS Trần Văn Thuấn, Phó Giám đốc Bệnh viện K, Viện trưởng Viện Nghiên
cứu và Kiểm soát ung thư cũng cho biết, mỗi năm viện K tiếp nhận thêm 20-30%
lượng bệnh nhân mới và điều đáng chú ý là độ tuổi mắc ung thư ở Việt Nam sớm hơn
so với thế giới đến 2 thập niên. Cụ thể là trên thế giới, độ tuổi mắc ung thư cao từ 6080 tuổi. Còn ở Việt Nam, độ tuổi này chỉ vào khoảng 40-60 tuổi [14].
Tất cả những số liệu trên đủ để thấy ung thư đang có ảnh hưởng như thế nào đối
với sức khỏe và tính mạng của con người không chỉ ở Việt Nam mà còn ở trên toàn thế
giới. Ngày nay, chúng ta có thể để điều trị ung thư trên cấp độ tế bào với độ chính xác
và hiệu quả khá cao. Trong đó, Topoisomerase là đích đến hiệu quả trong việc nghiên
cứu và tổng hợp thuốc điều trị ung thư vì Topoisomerase bị ức chế sẽ gây chết tế bào
ung thư do tế bào này phân chia rất nhanh chóng.
Trong cơ thể sống, Topoisomerase I (Top I) là enzym xúc tác cho nhiều thay
đổi về cấu trúc liên kết của phân tử DNA, tạo điều kiện cho những quá trình sinh lý
quan trọng diễn ra bên trong tế bào ung thư như phiên mã, sao mã và phân ly vào

2


nhiễm sắc thể. Vai trò của Top I là để tháo xoắn DNA bằng cách tạo ra một sợi
nucleotit duy nhất. Trong đó enzyme sẽ liên kết hóa trị với DNA cho đến khi đóng
xoắn. Như vậy sự tồn tại và phát triển của tế bào nhân chuẩn phụ thuộc vào enzyme
Top I. Do đó, nó là mục đích trị liệu tiềm năng trong việc điều trị chống ung thư. Có
hai con đường có thể ức chế Top I đó là ức chế khả năng tháo xoắn của các sợi DNA

và phương pháp thứ 2 là gây “ngộ độc” enzyme bằng cách đặt nó như một phức hợp
cộng hóa trị với DNA.[9]
Trước đây, người ta sử dụng camptothecin (1) như chất gây ức chế Top I. Các
dẫn xuất Camptothecin như Topotecan (2), Irinotecan (3) là các chất gây ức chế Top I
duy nhất hiện được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (The U.S.Food
and Drug Administration) cấp phép làm thuốc chống ung thư [10]. Các hợp chất này là
sản phẩm tan trong nước được bán tổng hợp từ campothecin. Topotecan (2)
(Hycamtin) được sử dụng cho chống ung thư buồng trứng và ung thư phổi tế bào nhỏ
(SCL). Irinotecan (3) (Camptosar, Campto) được sử dụng rộng nhiều trong điều trị
khối u ác tính ở đường tiêu hóa (colorectal và gastroesophageal). Topotecan và
Irinotecan cũng được dùng trong điều trị khối u ác tính ở não (glioblastomas),
sarcomas... Tuy nhiên, hai hợp chất thuốc Topotecan và Irinotecan còn có nhiều nhược
điểm như: Camptothecin rất nhanh mất hoạt tính do thủy phân vòng E (vòng lacton)
ngay cả trong môi trường pH sinh lý và độc với tủy xương. [4]

Hình 2: Camptothecin và một số dẫn xuất
Do những nhược điểm của Camptothecin như vậy, các nhà khoa học đã nghiên
cứu và tổng hợp các indenoisoquinolin để gây ức chế Top I. Indenisoquinolin là lớp
chất có tính ổn định, không bị thủy phân, không gây độc giống như Camptothecin

3


nhưng lại có hoạt tính sinh học thấp hơn rất nhiều. Do vậy, các cuộc nghiên cứu đã
được tiến hành nhằm cải thiện và nâng cao hoạt tính sinh học của các
indenoisoquinolin. Việc nâng cao hoạt tính sinh học của các indenoisoquinolincó ý
nghĩa thực tiễn vô cùng quan trọng trong việc điều trị ung thư trên thế giới cũng như là
ở Việt Nam.
Xuất phát từ thực tiễn trên, tôi chọn đề tài cho khóa luận tốt nghiệp là:
“Nghiên cứu tổng hợp một số indenoisoquinolin có dẫn xuất brom ở mạch

nhánh”.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu tổng hợp ra các dẫn xuất của indenoisoquinolin bằng cách đính các
nhóm thế có gắn brom vào khung indenoisoquinolin nhằm tăng hoạt tính sinh học của
các indenoisoquinolin. Từ đó tạo cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực
tổng hợp các hợp chất hữu cơ nói chung và nâng cao hoạt tính sinh học cho các dẫn
chất của indenoisoquinolin nói riêng, góp phần vào sự phát triển của y học thế giới
cũng như y học Việt Nam hiện đại về lĩnh vực chống ung thư.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu các tài liệu tham khảo liên quan đến đề tài (các đề tài, bài báo
cáo khoa học, các công trình khoa học đã làm thành công về đề tài).
- Nghiên cứu các hướng tổng hợp, các cơ chế và dự đoán các hướng sản phẩm
của các phản ứng.
- Tổng hợp một số indenoisoquinolin có dẫn xuất brom ở mạch nhánh.
- Tiến hành đo phổ và giải phổ để kiểm tra cấu trúc của sản phẩm tổng hợp.

4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về indenoisoquinoline
1.1.1. Công thức cấu tạo
O

D
C
A

B
N

R
O

Khung cacbon bao gồm vòng A và B là vòng isoquinolin
và vòng C và D là vòng indeno
Danh pháp: 6-R-6H-indeno[1,2-c]isoquinolin-5,11-dion.
1.1.2. Mô hình phân tử trong không gian

1.1.3. Công thức phân tử: C16H8NO2R.

5


1.2. Tình hình nghiên cứu
1.2.1. Trên thế giới
Hợp chất indenoisoquinolin (4) (NSC 314622) được tổng hợp lần đầu tiên vào
năm 1978 bởi Mark Cushman và cộng sự, thể hiện hoạt tính ức chế Top I nên hiện nay
có rất nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất của indenoisoquinolin (4) và
nghiên cứu hoạt tính ức chế Top I của các dẫn chất của nó. Một số dẫn xuất của
indenoisoquinolin như: Indotecan (5) và Indimitecan (6) đã được đưa vào nghiên cứu
thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II. Các hợp chất này có hoạt tính cao hơn so với thuốc
hệ campothecin nhưng không gây hiệu ứng phụ, đặc biệt bền, không bị thủy phân vì
không có vòng lactam. [11]

O

O
O
MeO

MeO

MeO
N

MeO

O

N

MeO
O

O

N

MeO

O

O

O

O

O

O

CH3
N
O

5

4 (NSC314622)

N
N

6

Hình 3: Một số dẫn xuất indenoisoquinolin bước đầu được nghiên cứu bởi Mark
Cushman.

6


*Các phương pháp tổng hợp :
O
O

O

O
D

path a
+ RNH2

O

O
A

11

B
N

R

8 O

O

COOH

C

7

N

path b

O

O

+

R

9
N

10

path c

path d

R
OBn

OHC

O

N
R

NH

12

O

15

OBn
Me
NHMe

O

+
NC

O

N O
R

13

14

16

Sơ đồ 1: Các con đường tổng hợp indeoisoquinoline.
Hiện nay phương pháp tổng hợp khung indenoisoquinolin được thực hiện theo
các phương pháp chính sau đây:
Phương pháp thứ nhất (path a) : tổng hợp dựa trên phản ứng của benz[d]indeno[1,2-b]pyran-5,11-diones 8 với các nhóm amin bậc 1.
Phương pháp thứ hai (path b) : nhờ phản ứng ngưng tụ của homophthalic
anhydride với các bazơ Schiff khác nhau. Đầu tiên là phản ứng ngưng tụ Schiff bazo

11 với homophthalic anhydrides 10 tạo sản phảm ưu tiên cis-iso quinolones 12, tiếp đó
là thế SOCl2 nội phân tử và cuối cùng là phản ứng Fried-Crafts.

7


MeO

COOH

O

MeO

a

1

O

R1O

RO

MeO

b

17

COOH

1

R O

COOH
19

18

c
H

H

O

Br

N

d

O

MeO
+

O

O
22

21

O
MeO

R O

N

R1O

R

O

MeO
N

R1O

O

O
25

COOH

g

f
N

O

O
O

1

O
20

e

O

O
O
MeO

O

R1O

O
O

O
Br
24

23

Br

Sơ đồ 2: Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquuinolin nhờ phản ứng ngưng tụ của
homophthalic anhydride với các bazơ Schiff khác nhau
Sơ đồ 2: Tác nhân và điều kiện phản ứng: a) H2CO, H2O, HCl, AcOH, 120°C
đến nhiệt độ phòng; (b) (i) KOH, H2O, nhiệt độ phòng, (ii) KMnO4, H2O, 0°C đến
nhiệt độ phòng, (iii) EtOH, đun hồi lưu; (c) AcCl, đun hồi lưu; (d) 3bromopropylamine, HBr, Et3N, Na2SO4, CHCl3, nhiệt độ phòng; (e) CHCl3, 0°C đến
nhiệt độ phòng; (g) SOCl2, nhiệt độ phòng; (f) imidazole hoặc morpholine, NaI, DMF,
70°C.
Mark Cushman và các cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp các dẫn chất của
indotecan (5) và indimitecan (6) như mô tả trong sơ đồ sau: Bước chìa khóa tổng hợp
khung indenoisoquinolin là phản ứng ngưng tụ chất 20 với bazơ Schiff nhận được axit
23 chọn lọc ở dạng cis. Tiếp theo, cis axit phản ứng với SOCl2 tạo thành clorua axit,
sau đó nhờ phản ứng axyl hóa Friedel−Crafts (axyl hóa nội phân tử) nhận được chất
24. Sau cùng hợp chất 24 được phản ứng với các amin nhận được các dẫn chất của
indotecan (5) và indimitecan (6)
Phương pháp thứ ba (path c): tổng hợp nhờ phản ứng thế của NH tự do với hợp
chất 3-arylisoquinolones (12) đã được phản ứng với adilithiated toluamide (13)
benzonitrile (14) có sự đóng vòng trong quá trình phản ứng.

8


Phương pháp thứ tư (path d) : Phương pháp tổng hợp khung indenoisoquinolin

nhờ phản ứng ngưng tụ của 2-carboxybenzaldehyde (26) và phthalide (27) trong sự có
mặt của NaOMe, MeOH tạo thành sản phẩm trung gian (28), sau đó chuyển hóa thành
lăcton (29) nhờ phản ứng vòng hóa trong môi trường axit chỉ trong một bước phản ứng
nhờ thiết bị loại nước Dean−Stark. Sau đó, lăcton (29) được chuyển thành
indenoisoquinolin khi phản ứng với amin bậc một (sơ đồ 3).
O

O
O

CHO

b

a
+

O
COOH

O

COOH

O
O

26

27

28

29

Sơ đồ 3: Tổng hợp các indenoisoquinolin bằng phản ứng ngưng tụ 2carboxybenzaldehyde và phthalide.
Sơ đồ 3: Tác nhân và điều kiện phản ứng: (a) NaOMe, MeOH, EtOAc, 65°C;
(b) HCl, PTSA, benzene, đun hồi lưu.
OH

Br
a

O

b

O

O

NC

NC

NC

O

O

O

32

31

30

O

c

O
33
O

O
R

NH2
N

NC

R

d hoÆc e

O

O

NC
O

35 R=

N

36 R=

N

N

37 R= N(CH3)2

34

O

Sơ đồ 4: Tổng hợp các indenoisoquinolin bằng phản ứng ngưng tụ của 6-cyano-3hydroxyphthalide với phthalide

9


Sơ đồ 4: Tác nhân và điều kiện phản ứng: (a) 3-Cl-perBzOH, NBS, hν, CCl4;
(b) H2O, đun hồi lưu; (c) (i) NaOMe, MeOH, EtOAc, (ii) HCl, (iii) pTsOH, PhH; (d)
THF, Et3N, đun hồi lưu; (e) CHCl3, Et3N, đun hồi lưu.

Các hợp chất khung indenoisoquinolin cũng được tổng hợp nhờ phản ứng
ngưng tụ của 6-cyano-3-hydroxyphthalide (32) với phthalide (33) nhận được
isochromenone (34), sau đó qua các phản ứng chuyển hóa như mô tả ở sơ đồ 2 tạo
thành các dẫn xuất indenoisoquinolin 35 – 37 (sơ đồ 4) [12].
Ngoài công trình của Mark Cushman và các cộng sự, có nhiều công trình đã
nghiên cứu tổng hợp nhiều dẫn chất của indenoisoquinolin với các nhóm thế vòng A
và vòng D khác nhau khi sử dụng các nguyên liệu đầu là các dẫn chất của chất (17) và
(21) có các nhóm thế khác nhau.
Chúng tôi tiến hành tổng hợp một số indenoisoquinolin có dẫn xuất brom ở
mạch nhánh theo phương pháp thứ tư này với ưu điểm là ít tạo phản ứng phụ với hiệu
suất cao.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện nay, trong nước chưa có công trình nào công bố về tổng hợp các hợp chất
khung indenoisoquinolin. Nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã thành công tổng hợp một
số dẫn chất mới của indenoisoquinoline.
O

N

R

O
67: R= -CH2CH(Br)CH2Br
68: R= -C6H4Br

Hình 4: Một số dẫn chất indenoisoquinolin mới được tổng hợp ở Việt Nam.
1.3. Hoạt tính sinh học của một số dẫn xuất indenoisoquinoline
Ở sinh vật nhân chuẩn, topoisomerase I (Top1) là một enzyme cần thiết cho
nhiều quá trình quan trọng của tế bào vì nó giúp giãn xoắn DNA sợi kép khi DNA

10


thực hiện các quá trình tái bản và phiên mã. Cơ chế tác động của Top1 bắt đầu với sự
tấn công nucleophin của các nhóm hydroxyl Tyr723 của enzyme tới một liên kết
phosphodiester trong DNA, thay các đầu 5' trở thành đồng hóa trị gắn liền với các đầu
3' của DNA, hình thành 1 liên kết cộng hóa trị phức tạp: Top1-DNA. Top1-DNA là
một phức trung gian chuyển tiếp trong phản ứng xúc tác của Top1, giúp quá trình tháo
xoắn DNA được tiến hành nhanh chóng. Tuy nhiên Top1 cũng rất dễ bị mất hoạt tính
do các tác động từ môi trường trong và ngoài tế bào, dẫn đến sự sai khác, đứt gãy
DNA, một số đơn vị DNA bị oxy hóa hoặc sửa đổi… . Các tác nhân đó gây ra sự sắp
xếp sai giữa các 5'-hydroxyl với các liên kết phosphodiester tyrosyl-DNA làm gián
đoạn sự tạo phức Top1-DNA và ức chế các phản ứng của Top1.[6]

O
Base
HN

O

OH

O

Tyr 723

Base
O

P

O

OO

Hình 5: Sự tạo phức Top1- DNA.
Mặt khác, trong tế bào liên kết phosphodieste được thủy phân bằng các enzyme
đặc hiệu phospholipaza D ở nhiều môi trường khác nhau. Trong đó Tyrosyl-DNA
phosphodiesterase I (Tdp1) đã được chứng minh là siêu enzyme chỉ xúc tác cho quá
trình thủy phân liên kết phosphodiester giữa Tyr723 của xúc tác Top1 và DNA-3'-

11


phosphate. Do đó, Tdp1 được cho là gắn liền đến việc sửa chữa các tổn thương DNA.
Tdp1 có phổ biến ở sinh vật nhân chuẩn, đóng một vai trò sinh lý quan trọng, như gen
đột biến H493R chịu trách nhiệm về sự thoái hóa hiếm gặp của một NST thường gây
suy nhược thần kinh - căn bệnh mất điều hòa spinocerebellar. Tdp1 cũng có khả năng
loại bỏ các 3'- phosphoglycolate do sự oxy hóa DNA tổn thương bởi bleomycin và sửa
chữa lỗi của phức tách Top2-DNA. Tất cả dữ kiện này cho thấy Tdp1 có một vai trò
lớn trong việc duy trì sự ổn định của hệ gen, có thể là thuốc chống ung thư hiệu quả
cao. Những nghiên cứu tinh thể học đã cho thấy Tdp1 gồm hai vùng tương tác với
nhau qua một trục giả 2 lần đối xứng. Mỗi vùng góp một gốc Histidine (His) và một
gốc Lysine (Lys) để tạo thành một trung tâm hoạt động nằm ở trục đối xứng. Bốn gốc
bổ sung, N283, Q294, N516 và E538, cũng được sắp xếp gần vị trí hoạt động. Cấu trúc
tinh thể của Tdp1 trong phức tạp bậc bốn đã chỉ ra Tdp1 có tương tác với một ion
vanadate, một Top1 có nguồn gốc từ peptide, và một oligonucleotide DNA sợi đơn, từ
đó biết được vị trí hoạt động của phức tạp này. Phân nửa DNA chiếm 1vùng mở hẹp
giàu điện tích dương, phần liên kết peptide ở một vị trí khác hoạt động đặc trưng ở một
vùng mở tương đối lớn có sự phân bố về điện tích. Khi DNA thực hiện chức năng di

truyền, DNA- topoisomerase I (top1) tiến lại gần và tương tác với DNA sợi kép, tạo
phức: Top1-DNA. Kết thúc quá trình, Tpd 1 cắt đứt liên kết cộng hóa trị Top1-DNA
giải phóng enzyme Top1, sửa chữa những sai khác của DNA.[6],[10]

12


Hình 6: Mô hình hoạt động của Tdp1
Khi nghiên cứu về mặt lập thể, phản ứng xúc tác của Tpd1 được cho là xảy ra
theo 2 bước. Bước đầu tiên bao gồm sự tấn công nucleophin của gốc His 263 tới
nguyên tử P liên kết với nguyên tử O trong xúc tác Top1 và sự tấn công của gốc
Tys723 tới đầu 3’ của DNA (hình 6). Các nhóm chức của gốc Lys265 và Lys495 được
tìm thấy trong trung tâm hoạt động của xúc tác là ở các liên kết giữa nguyên tử O với
nhóm phosphate, tạo ra các liên kết cộng hóa trị của His263 với đầu 3’-phosphate của
DNA. Kết quả là phosphoramide được ổn định bằng liên kết hidro với xúc tác K265 và
K495. Ở bước thứ 2, phức trung gian được thủy phân bởi 1gốc His493.H2O thông qua

13


một phản ứng SN2 thứ hai. Bước phản ứng đề xuất này được chứng minh nhờ nghiên
cứu invitro, cho thấy các đột biến SCAN1 H493R dẫn đến sự tích lũy các hợp chất
trung gian cộng hóa trị Tdp1-DNA. Sản phẩm cuối cùng trong quá trình này là một
phân tử DNA có đầu 3'-phosphate và giải phóng các gốc Hys. Quá trình tái tạo lại
DNA sau đó được thực hiện bởi DNA-polimerase và DNA-ligarase. Vai trò của Tpd1
là thủy phân liên kết phosphotyrosyl-DNA trong phức Top1-DNA biến tính hoặc thoái
hóa. Điều này giúp định hướng cho hóa trị liệu là dựa trên sự tạo thành những thương
tổn và sai khác trong DNA của tế bào khối u. Như vậy, phức hợp Top1-DNA bị mất
hoạt tính có thể phát sinh ra chất độc của Top1 như camptothecins (CPTs) hoặc
indenoisoquinolines được sử dụng trong điều trị ung thư. Do đó, với quan hệ giữa Top

1 – Tdp 1, chất ức chế Tdp1 có thể làm tăng tác dụng của chất độc Top1 dù sự liên kết
giữa các enzyme làm cho Tdp1 – đích hiệu quả cho việc điều trị ung thư ít được biết
đến như là các chất ức chế. Các tương tác ràng buộc giữa Tdp1 và indenoisoquinoline
trước đây đã được đặc trưng bằng cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) và cộng hưởng
huỳnh quang chuyển tiếp năng lượng ( FRET). Hơn nữa, hoạt tính xúc tác của Tdp 1
còn phụ thuộc vào chiều dài và cấu trúc của đoạn DNA trong phức hợp của top1DNA. [10]
Các indenoisoquinolin đã được kiểm tra hoạt tính kháng sinh chống lại các
dòng tế bào ung thư ở người tại Viện Ung thư Quốc gia, trong đó hoạt động của mỗi
hợp chất được đánh giá với khoảng 55 dòng tế bào ung thư khác nhau. Người ta sử
dụng giá trị gây độc tế bào GI50 là nồng độ tương ứng với sự ức chế tăng trưởng lên
đến 50%. MGM (Mean Graph Midpoint) là các giá trị đồ thị trung bình dựa trên tính
toán của giá trị GI50 trung bình cho tất cả các dòng tế bào thử nghiệm (khoảng 55
dòng) trong đó giá trị GI50 cho phép nằm trong phạm vi (10-8M - 10-4M với 10-8 và 10-4
lần lượt là nồng độ tối thiểu và tối đa của thuốc trong quá trình xét nghiêm kiểm tra).
Một hợp chất được xem là “hoạt động” nếu nó có giá trị MGM ≤1µM và có khả
năng ức chế Top I ngang bằng hoặc hơn hoạt tính của Camptothecin. Khả năng ức chế
Top I so với Camptothecin được thể hiện: 0/+ không phát hiện được hoạt tính, ++

14


hoạt động yếu, +++ hoạt động tương tự camptothecin, ++++ và +++++ hoạt động
mạnh hơn rất nhiều so với camptothecin. [7]
1.3.1. Các dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm aminopropyl ở vòng B
O

O

O

O

NH2

N

n N

H3CO

H

H3C

O

O

N
O

38a, n = 0
38b, n = 1

(CH2)3NH2.HCl

N
H
O

39
OCH3

O

O
OCH3

NH2 HCl

N

N
H2N

O2N

NH2. HCl
O

O

40b

40a

Hình 7: Các dẫn xuất indenoisoquinolin có nhóm aminopropyl ( 38a- 40b)
Bảng 1: Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào (IC50a) và hoạt tính ức chế Top1 của các
dẫn xuất indenoisoquinolin từ 38a-40b
Giá trị gây độc tế bào (GI50 in μM)a

compd

lung

colon

HOP-

HCT-

62

116

melanoma

UACC62

renal

SN12C

prostate breast

DU145

MGM
(μM)b

Top 1

MDAMB435
1.86 ±

38a

0.65

0.57

1.22

2.53

1.11

3.36

38b

1.56

0.54

1.69

1.46

1.57

2.33

1.86

++

39

1.56

0.54

1.69

1.46

1.57

2.33

1.86

++(+)

40a

0.93

0.44

2.25

1.75

1.68

3.05

1.69

+++

40b

<0.01

<0.01

0.1

<0.01

<0.01

0.12

0.04

+++(+)

15

0.38c

0


a -Giá trị IC50 là giá trị đánh giá khả năng ức chế mạnh hay yếu của mẫu khảo sát. IC50 là nồng độ
của mẫu mà tại đó nó có thể ức chế 50% gốc tự do, tế bào hoặc enzyme. Mẫu có hoạt tính càng cao
thì giá trị IC50 càng thấp. b - Khảnăng ức chế Top I so với Camptothecin được thể hiện :0/+ không
phát hiện được hoạt tính, ++ hoạt động yếu, +++hoạt động tương tự camptothecin, ++++ và
+++++ hoạt động mạnh hơn rất nhiều so với camptothecin.

Các mạnh nhánh aminopropyl có vai trò quan trọng quyết định hoạt tính của enzyme
ức chế như quan sát thấy 38b: 0; 39: ++(+); 40a: ++(+); 40b: +++(+). Các
indenoisoquinolin (39) đã được chọn là một ví dụ điển hình của N-(3-aminopropyl),
hợp chất cho docking GOLD và giảm thiểu năng lượng cơ học phân tử, do có sự hình
thành liên kết giả thể hiện trong hình 8. Các cấu trúc cho các tương tác liên kết giữa
các cation amoni của ligand và Val401 của khung cacbonyl, các Pro461 của khung
cacbonyl, và các Thr466 oxy mạch nhánh với khoảng cách 2,7 Å, 2,6 Å, và 3,0 Å,
tương ứng. Những tương tác liên kết cho phép giải thích hoạt động ức chế Tdp1 của
hợp chất thế 3-aminopropyl 39 và 40a,b. [10]

Hình 8: Mô hình liên kết giả của 39 trong trung tâm hoạt đông của Tdp1
Mô hình liên kết này chỉ ra rằng cacbonyl của vòng 5 cạnh C hoặc amide-cacbonyl
của vòng B có thể tương tác với một trong hai nhóm hydroxyl chuỗi bên là Ser400
hoặc Thr26 (hình 8). Các nhóm amin của các ligand 39 và N-(3-aminopropyl)
indenoisoquinolines tương tự có thể đóng một vai trò quan trọng trong lựa chọn các
ligand cho các vị trí liên kết của các enzyme. Sự có mặt của một nhóm 9-methoxy trên

16