Khoá luận tốt nghiệpnghiên cứu tổng hợp hemiasterlin với sự thay đổi block 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỘC

NGUYỄN THI• MINH NGUYÊT
•

NGHIÊN c ư ú TỔNG HƠP
HEMIASTERLIN VỚI s ự THAY ĐỔI
Ở BLOCK1
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ

Người hướng dẫn khoa học
GS.TS. NGUYỄN VĂN TUYẾN

HÀ NỘI - 2015


LỜI CẢM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp này được hoàn thành tại Phòng thí nghiệm hóa
dược, Viện hóa học - Viện Hàn Lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến GS.TS
Nguyễn Văn Tuyến cùng toàn thể các thầy cô trong phòng Nghiên cứu hóa
dược, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công Nghệ Việt Nam đã tạo mọi điệu kiện
giúp đỡ cho em trong thòi gian làm khóa luận tốt nghiệp tại Viện.
Em xin được gửi lòi biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới GS.TS
Nguyễn Văn Tuyến - viện trưởng viện hóa học,Viện hóa học - Viện Hàn
Lâm Khoa học và Công Nghệ Việt Nam, là người trực tiếp hướng dẫn em làm
thực nghiệm và hoàn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp.
Cùng với lòng biết ơn đó em cũng xin gửi tới ban lãnh đạo Viện hóa
dược đã tạo điều kiện cho em được học tập và sử dụng thiết bị tiên tiến của

Viện để hoàn thành tốt các mục tiêu đề ra của đề tài khóa luận.
Em xin cảm ơn thầy giáo Th.s Lục Quang Tấn - Giảng viên bộ môn
Hóa hữu cơ cùng toàn thể các thầy cô giáo trong khoa Hóa học Trường Đại
học Sư phạm Hà Nội 2 đã truyền đạt những khiến thức quý báu cho em trong
suốt thời gian học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 08 tháng 05 năm 2015
Sinh viên

Nguyễn Thị Minh Nguyệt


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH.................................................................................I
DANH MỤC CÁC Sơ Đ Ồ ............................................................................. II
BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT.................................................... III
MỞ ĐẦU....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN........................................................................2
1.1. PHÂN LẬP VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA HEMIASTERLIN .... 2
1.2. QUAN HỆ HOẠT TÍNH VÀ CẤU TRÚC CỦA HEMIASTERLIN....3
1.3. DẪN XUẤT HTI-286 CỦA HEMIASTERLIN..................................... 3
1.4. TỔNG HỢP TOÀN PHẦN HEMIASTERLIN......................................4
1.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI BLOCK 1 ................................... 8
CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM..................................................................14
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u , NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ.... 14
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu........................................................ 14
2.1.2. Hóa chất và dung m ôi..............................................................14
2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất
bằng sắc kí lớp mỏng..........................................................................14
2.1.4. Xác nhận cẩu trúc.....................................................................14

2.2. TỔNG HỢP CÁC TÁC NHÂN PHẢN ỨNG VÀ CÁC Hộp CHẤT.. 15
2.2.1. Tổng hợp hợp chất axetyl glyxin 60......................................... 15
2.2.2. Tổng hợp hợp chất 61...............................................................16
2.2.3. Tổng hợp hợp chất amỉt 62....................................................... 16
2.2.4. Tổng hợp hợp chất 63...............................................................17
2.2.5. Tổng hợp hợp chất 64...............................................................17
2.2.6. Tổng hợp hợp chất 65...............................................................18
2.2.7. Tổng hợp hợp chất 66...............................................................19
2.2.8. Tổng hợp hợp chất 67...............................................................19


2.2.9. Tổng hợp hợp chất 68.................................................................20
2.2.10. Tổng hợp hợp chất 69...............................................................20
2.2.11. Tổng hợp hợp chất 70............................................................... 21
2.2.12. Tổng hợp hợp chất 71...............................................................22
2.2.13. Tổng hợp hợp chất 72...............................................................23
CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................... 25
3.1. TỔNG HỢP BLOCK 1 CỦA HEMIASTERLIN................................. 25
3.1.1. Tổng hợp axetyl glyxỉn 60..........................................................26
3.1.2. Tổng hợp azlacton 61.................................................................26
3.1.3. Tổng hợp amid 62 (block 1).......................................................28
3.2. TỔNG HỢP BLOCK 2 VÀ BLOCK 3 CỦA HEMIASTERLIN........28
3.2.1. Tổng hợp chất 64........................................................................30
3.2.2. Tổng hợp chất 65........................................................................32
3.2.3. Tổng hợp chất 66........................................................................33
3.2.4. Tổng hợp chất 67 (block 3 )........................................................ 35
3.2.5. Tổng hợp chất 68....................................................................... 37
3.2.6. Tổng hợp chất 69........................................................................38
3.3. TỔNG HỢP HEMIASTERLIN...........................................................39
3.3.1. Tổng hợp chất 70........................................................................40

3.3.2. Tổng hợp chất hemỉasterlỉn 71................................................... 39
3.3.3. Tổng hợp chất hemiasterlỉn 72................................................... 44
KẾT LUẬN................................................................................................... 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................48


DANH Mưc CÁC HÌNH

Hình 1.1. Mối quan hệ cấu trúc và hoạt tính của hemiasterlin...........................3
Hình 1.2. Cấu trúc các block của hemiasterlin................................................. 4
Hình 3.1. Phổ^-NM R của hợp chất 61.......................................................27
Hình 3.2. Phổ^-NM R của hợp chất 62.......................................................29
Hình 3.3. Phổ 13C-NMR của hợp chất 62..................................................... 30
Hình 3.4. Phổ^-NM R của hợp chất 64....................................................... 31
Hình 3.5. Phổ^-NM R của hợp chất 65....................................................... 33
Hình 3.6. Phổ^-NM R của hợp chất 6 6 ....................................................... 35
Hình 3.7. Phổ^-NM R của hợp chất 67.......................................................36
Hình 3.8. Phổ^-NM R của hợp chất 6 8 ....................................................... 37
Hình 3.9. Phổ^-NM R của hợp chất 69....................................................... 38
Hình 3.10. Phổ ^-NM R của hợp chất 70...................................................... 40
Hình 3.11. Phổ 13C-NMR của hợp chất 70..................................................... 41
Hình 3.12. Phổ ^-NM R của hợp chất 71...................................................... 42
Hình 3.13. Phổ 13C-NMR của hợp chất 71..................................................... 43
Hình 3.14. Phổ ^-NM R của hợp chất 72...................................................... 45

I


DANH M ưc CÁC Sơ ĐỒ
Sơ đồ 1.1. Quá trình tổng hợp block 1..............................................................5

Sơ đồ 1.2. Tổng hợp block 1 của hemiasterlin................................................. 6
Sơ đồ 1.3. Tổng hợp block 3 của hemiasterlin................................................. 7
Sơ đồ 1.4. Tổng hợp mạch nhánh của hemiasterlin......................................... 8
Sơ đồ 1.5. Tổng hợp block 1 bằng con đường azlacton.................................... 9
Sơ đồ 1.6. Tổng hợp block 1 bằng con đường epoxy hóa............................. 10
Sơ đồ 1.7. Tổng hợp block 1 của Vedej.......................................................... 11
Sơ đồ 1.8. Tổng hợp block 1 của Durst........................................................... 12
Sơ đồ 3.1. Tổng hợp dẫn xuất hemiasterlin.................................................... 25
Sơ đồ 3.2. Tổng hợp axetyl glyxin.................................................................26
Sơ đồ 3.3. Cơ chế phản ứng tổng hợp axetyl glyxin....................................... 26
Sơ đồ 3.4. Tổng hợp chất 61...........................................................................27
Sơ đồ 3.5. Cơ chế phản ứng tổng hợp azalacton 6 1 ....................................... 27
Sơ đồ 3.6. Tổng hợp chất 62...........................................................................28
Sơ đồ 3.7. Tổng hợp chất 64........................................................................... 31
Sơ đồ 3.8. Tổng hợp chất 65...........................................................................32
Sơ đồ 3.9. Tổng hợp chất 6 6 ...........................................................................34
Sơ đồ 3.10. Cơ chế phản ứng wittig...............................................................34
Sơ đồ 3.11. Sơ đồ tổng hợp chất 67................................................................35
Sơ đồ 3.12. Tổng hợp chất 6 8 .........................................................................37
Sơ đồ 3.13. Tổng hợp chất 69.........................................................................38
Sơ đồ 3.14. Tổng hợp chất 70........................................................................ 40
Sơ đồ 3.15. Tổng hợp chất 71........................................................................ 42
Sơ đồ 3.16. Tổng hợp chất 72.........................................................................45

II


BẢNG KÝ HIÊU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT

Chú thích

Ký hiệu

1

SPA 110

Synthetic peptide analog 110

2

TPA

Tetra propylammonium perruthenate

3

NMO

N-methylmorpholine aci

4

TMAC

Trimethylacetyl chloride

5

MS

Mass spectrometry

6

NMR

Nuclear magnetic resonance

m


MỞ ĐẦU
Hemiasterlin là một tripeptid có hoạt tính chống ung thư ở ngưỡng nM
với nhiều dòng tế bào ung thư thực nghiệm, được phân lập từ loài hải tiêu
Hemỉasterella minor vào năm 1994. Đã có rất nhiều nghiên cứu tổng hợp các
dẫn xuất mới của hemiasterlin bằng cách thay từng block 1 , block 2 và block
3 trên phân tử nguyên gốc bằng những nhóm thế mới tạo thành các dẫn xuất
mói của hemiasterlin có cấu trúc độc đáo và hoạt tính rất lý thú.
Me

Tuy nhiên, block 1 có chứa nhóm a, a-dimetylarylic và có chứa cacbon
bất đối nên tổng hơpk block 1 gặp rất nhiều khó khăn. Từ ý tưởng các hợp
chất có chứa hệ cc,/Miên hợp làm trung tâm thu nhận các nucleophile sinh học
theo phản ứng Michael mở ra hướng mới ttong tổng hợp các dẫn xuất của
hemiasterlin có hoạt tính chống ung thư theo hướng alkyl hóa các DNA va
RNA. Vì vậy, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp hemmsterlỉn với sự
thay đổi ở block 7” theo hướng đơn giản hóa cấu trúc rất có ý nghĩa khoa học

và thực tiễn.

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. PHÂN LẬP
VÀ HOẠT
TÍNH SINH HỌC
CỦA HEMIASTERLIN
■
■
•
Hemiasterlin (1) là tripeptid được Kashman và cộng sự phân lập tò loài
Hải tiêu Hemiasterella mỉnor, năm 1994 [1]. Sau đó, Raymond J. Andersen
và các cộng sự đã phân lập được hemiasterlin A (2), hemiasterlin B (3) từ loài
Hải tiêu Auletta và Cymbastella [2]. cấu trúc tripetid của các hemiasterlin đã
được Kashman và Andersen chứng minh bằng các phương pháp phổ cộng
hưởng từ hạt nhân một chiều và hai chiều. Do cấu trúc phức tạp của
hemiasterlin và hàm lượng hemiasterlin trong các mẫu Hải tiêu rất thấp
(0.01% khối lượng mẫu khô), nên năm 1996 cấu trúc mạch thẳng với ba
amino axit bất thường và cấu hình không gian của hemiasterlin mới được
khẳng định nhờ phổ nhiễu xạ tia X [3]. 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 (2-4) từ hai loài hải
tiêu Auletta sp. và Siphonochalina spp., đây là lần đầu tiên hemiasterlin c (4)
được phân lập chứng minh cấu trúc [4].

Hemiasterlin
Hemiasterlin A

Hemiasterlin B
Hemiasterlin c

R1 =
R1 =
R1 =
R1 =

Me, R2
H, R2
H, R2
Me, R2

= Me
= Me
=H
=H

(1)
(2)
(3)
(4)

Kết quả sàng lọc hoạt tính ban đàu cho thấy hemiasterlin (1) có khả
năng gây độc tế bào mạnh với IC50 = 19nM trên dòng tế bào ung thư P388
leukaemia [1,3]- Các dẫn chất hemiasterlin A, B và c có hoạt tính kháng lại tế
bào ung thư MCF 7 mạnh hơn hemiasterlin [1].

2

Hoạt tính độc tế bào của hemiasterlin là do làm ngưng ừệ 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 alkaloid 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 tri liệu ung thư như paclitaxel hoặc
vinblastin, ở khoảng liều ED50 từ 0,5nM đến 28nM [4].
1.2. QUAN HỆ HOẠT TÍNH VÀ CẤU TRÚC CỦA HEMIASTERLIN
Kết quả khảo sát quan hệ cấu trúc - hoạt tính của hemiasterlin và dẫn
xuất cho thấy hoạt tính của chúng phụ thuộc nhiều vào sự có mặt của nhóm
a,ct-dimetylarylic tại C-ct của block 1 cùng với nhóm NHMe phía đầu N của
peptid [5]. Ngoài ra, các nhóm tert-butyl của block 2, nhóm isopropyl của
block 3 đóng vai trò quan trọng cho hoạt tính của hemiasterlin do các nhóm
này có khả năng kết hợp (binding) với tubulin nhờ liên kết van der Waals.
Đặc biệt, cấu hình của nhóm metyl amino của block 1, nhóm íerí-butyl của
block 2 và nhóm isopropyl của block 3 phải có cùng cấu hình tuyệt đối s và
liên kết đôi của block 3 phải có cấu hình E-olefinl^].
ankyl khác

ỊJ

OH/OMe

isopropyl
A/-metyl amino

Hình 1.1. Mối quan hệ cấu trúc và hoạt tính của hemiasterlin
1.3. DẪN XUẤT HTI-286 CỦA HEMIASTERLIN
Đã có rất nhiều nghiên cứu tạo ra các dẫn xuất mói của hemiasterlin
bằng cách thay từng block 1, block 2 và block 3 trên phân tử nguyên gốc bằng

3


những nhóm thế mói và khảo sát hoạt tính chống ung thư của chúng [5,6 ,7,8 ].
Kết quả đã nhận được một số dẫn xuất mới của hemiasterlinvới cấu trúc độc
đáo và hoạt tính rất lý thú. Trong đó HTI-286 (5) là dẫn xuất có cấu trúc lược
giản của hemiasterlincó sự thay thế N-metyltryptophan bằng nhóm phenyl,
hoạt tính gây độc tế bào của HTI-286 mạnh hơn hemiasterlin. Ngoài ra, dẫn
xuất bán tổng hợp khác của HTI-286 là chất 6 , trong đó nhân phenyl có mang
nhóm thế para-methoxyl còn có hoạt tính mạnh hơn [9].

HTI-286
R=H
HTI-286 analogue R = OMe

(5)
(6)

1.4. TỔNG HỢP TOÀN PHẦN HEMIASTERLIN
■

Hemiasterlin có cấu trúc độc đáo và hoạt tính sinh học lý thú được
nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên, hàm lượng của
hemiasterlin trong tự nhiên rất thấp (0,01%) [10]. Andersen và Piers đã đưa ra
phương pháp tổng hợp toàn phàn hemiasterlin lần đàu tiên năm 1997 [11,12].
Để tổng hợp toàn phần hemiasterlin, người ta phân tích tổng hợp ngược từ các
blockl, block 2 và block 3 sau đó tổng hợp từng block và ghép nối các block
tạo thành hemiasterlin.
Me

Hình 1.2. Cấu trúc các block của hemiasterlin

4


Bước khó nhất của qui trình tổng hợp hemiasterlin là block 1 do cần
phải điều khiển cấu hình bất đối của nhóm amid. Sơ đồ tổng hợp block 1 được
tóm tắt như sau:

DIBAL-H, THF,
-78 tới О С

CH=CHOM.

Me

W

CHO

H

Ph3 PCH2OMeCI,

TPAP, NMO, CH2CI2

KOf-Bu, THF

■*

Sơ đồ 1.1. Quá trình tổng hợp block 1
Indol-3-ylaxetic axit (7) được chuyển hóa thành dẫn xuất metyl este 8
nhờ phản ứng với diazometan, tiếp theo hợp chất 8 được metyl hóa liên tiếp
hai lần trong sự có mặt của bazơ mạnh KHMDS với tác nhân metyl hóa Mel
trong dung môi THF, tạo thành sản phẩm dimetyl hóa 10. Sau đó, khử hóa
chọn lọc chất 10 bằng tác nhân DIBAL-H trong THF ở nhiệt độ thấp tạo
thành ancol bậc một 11. Tiếp theo ancol 11 được oxy hóa chọn lọc bằng
MNO trong sự có mặt của TPAP trong dung môi diclometan tạo thành
andehit 12. Tăng mạch cacbon của chất 12 nhờ phản ứng Wittig vói
Ph3PCH2OMeCl, xúc tác í-BuOK trong dung môi THF tạo thành chất 13,
thủy phân chất 13 bằng TsOH trong dioxan tạo thành andehyt 14, sau đó chất
14 được oxy hóa bằng tác nhân natri clorit trong môi trường kiềm yếu tạo
thành axit 15(sơ đồ 1.1).

5


Chất 15 được gắn vói tác nhân Evan tạo thành chất 16, tiếp theo hợp
chất 16 được azit hóa chọn lọc bằng tác nhân trisyl N3 tạo thành chất 17a có
độ chọn lọc lập thể cao nhờ định hướng của tác nhân Evan. Sau đó, azit 17a
được khử hóa bằng hydro có xúc tác Pd(C) tạo thành amin 17b. Nhóm amin
của chất 17b được bảo vệ bằng Boc nhờ phản ứng với Boc20 trong dung môi
etyl axetat tạo thành chất 17c. Hợp chất 17c được loại bỏ tác nhân Evan nhờ
phản ứng oxy hóa bằng H20 2 trong môi trường kiềm LiOH tạo thành axit 18a,
sau đó metyl hóa chất 18a bằng Mel có mặt của tác nhân kiềm NaH trong
dung môi DMF tạo thành chất 18b. Thủy phân hợp chất 18b bằng LiOH trong
dung môi Me0H/H20 tạo thành axit 18c (block 1) (sơ đồ 1.2).

Sơ đồ 1.2. Tổng hợp block 1 của hemiasterlin

Block 3 có chứa nhóm olefin cấu hình E nên phải điều khiển lập thể
cho tổng hợp chọn lọc nhóm olefin, sơ đồ tổng họp được Andersen đưa ra
như sau:

6


Me
Boc'

N

C 0 2H

[H2 N(OMe)Me]CI, DCC, /-Pr 2 NEt, MeCN

Ọ

II

20 R=N(Me)OMe

21 R=H

Boc'
L1AIH4 , THF,-78°C, 0,5h, Na2 S 0 4 .10H20

19
Me
CF 3 C O ° H2rJ,©

Ph 3 P=C(M e)C02E
Me

CH 2 CI2

CF 3 CO 2 H-CH2 CI2
.C 02Et

Boc'

22

23

Sơ đồ 1.3. Tổng hợp block 3 của hemiasterlin
Nguyên liệu (5)-A^-Boc-methylvaline 19 phản ứng với [H2N(OMe)Me]Cl
trong sự có mặt của DCC và ỉ-Pr2Net, trong dung môi axetonnitrin tạo thành
Weinreb amid 20. Tiếp theo, khử hóa chất 20 với tác nhân L1 AIH4 trong THF
ở -78°c tạo thành andehit 21với hiệu suất 55% [13,14].Phản ứng của chất 21
vói tác nhân Wittig Ph3P=C(Me)C02Et trong dung môi CH2C12 tạo thành sản
phẩm chọn lọc lập thể Æ-2-alkenoate 22. Sau đó loại bỏ nhóm bảo vệ Boc của
chất 22 bằng axit trifloaxetic tạo thành chất 23 (block 3) với hiệu suất 95%.
Andersen đã sử dụng block 2 là Boc-leucine (24) ghép với block 3 (23)
trong sự có mặt của tác nhân PyBroP và DMAP trong dung môi diclometan
tạo thành chất 25. Sau đó loại nhổm bảo vệ Boc nhờ phản ứng TFA tạo thành
muối 26, tiếp theo muối này phản ứng với chất 18c (block 1 ) tạo thành dẫn
xuất etyl este 27. Nhóm Boc của este 27 được loại bỏ nhờ phản ứng với TFA
tạo thành muối 28, cuối cùng thủy phân chất 28 bằng LiOH trong hỗn hợp
dung môi metanol/nước ở nhiệt độ phòng trong thòi gian 15h tạo thành

hemiasterlin (1) với hiệu suất 83% [2](sơ đồ 1.4).

7


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 trong cấu trúc của
hemiasterlin.
1.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI BLOCK 1
Kết quả tổng hợp toàn phần hemiasterlin của Andrenson đã khẳng định
sự khó khăn trong tổng hợp block 1, do phải thực hiện liên tiếp 15 phản ứng
và phải điều khiển lập thể của nhóm metyl amoni, hiệu suất tổng không cao.
Do đó người ta đã có nhiều nghiên cứu nhằm cải tiến phương pháp tổng hợp
block 1 .
1.5.1. Phương pháp tổng họp block 1 của Ayako Yamashỉta
Nhằm cải tiến phương pháp tổng hợp block 1 của hemiasterlin Ayako
Yamashita và cộng sự đã nghiên cứu và đưa ra hai phương pháp tổng hợp.
Phương pháp đàu tiên qua con đường tổng hợp azlacton, phương pháp thứ hai
qua tổng hợp epoxit từ nguyên liệu đàu aryl andehit.
Tổng hợp block 1 qua con đường tổng hợp azlacton được tóm tắt như
sơ đồ sau:

8


ọ
OH
Ar-CHO

Ô
NaOAc, Ac20

29a-l
29a Ar = 3-Tolyl
29b Ar = 4-tolỵl
29c Ar = 3,4-Dimetylphenyl
29d Ar = 3,5-Dimetylphenyl
29e Ar = 3-ClopheríyÌ
29f Ar = 4-clophenyí
29g Ar = 3-Bromphenyl
29h Ar = 3-flophényl
291 Ar = 3,5-Di-Triflometylphenyl

^

Ọ

o

11

1 . NaOH 1N,80°c

N~ \

2. HCI 5N, 5h

---

II

> Ar-^AoH

Mel, NaOH 5N, THF

0

30a
30b
30c
30d
30e
3Õf

31a
31 b
31c
31d
31e
31f

32a
32b
32c
32d
32e
32f

319

32g

301

31 h
311

“30h9

32h
321

CH3 NH2 , THF, 55°c

BH3-piridin, 60°c
N-CH3
34a Ar = 3-Tolyl
34b Ar = 4-tolyl
34c Ar = 3,4-Dimetylphenyl
34d Ar = 3,5-Dimetylphenyl
34e Ar = 3-Clopheríyi
34f Ar = 4-clophenyĩ
34g Ar = 3-Bromphenyl
34h Ar = 3-flophényl
341 Ar = 3,5-Di-Triflometylphenyl

33a
33b
33c

33d
33e
33f

ặặộ
33h
331

Sơ đồ 1.5. Tổng hợp block 1 bằng con đường azlacton
Các aryl andehit 29 phản ứng với axetyl glyxin ưong sự có mặt của xúc
tác natri axetat, dung môi anhidrit axetic khan, tại nhiệt độ phòng tạo thành
chất chìa khóa azlacton 30.Thủy phân azlacton 30 ttong dung dịch NaOH IN ở
nhiệt độ 80°c, ngay sau đó được axit hóa trong HC1 5N tạo thành axit 31. Axit
31 được metyl hóa bằng tác nhân Mel trong sự có mặt của kiềm NaOH trong
dung môi THF tạo thành dẫn xuất dimethyl 32. Tiếp theo, dimethyl 32 phản
ứng với MeNH2 trong dung môi THF tại nhiệt độ 55°c tạo thành imin 33, imin
33 được khử hóa chọn lọc bằng tác nhân BF3/pyridine ở nhiệt độ 60°c trong
thòi gian 4h tạo thành hợp chất 34 (block 1) [15,16,17,18].
Phương pháp tổng hợp qua con đường azlacton ở trên còn gặp nhiều
khỏ khăn trong giai đoạn thủy phân azlacton 30 về axit 31 do quá trình thủy
phân không chọn lọc do tạo thành amid và hiệu suất phản ứng thấp. Do đó,

9


Ayako Yamashita đã đưa ra phương pháp thứ hai là qua con đường epoxit
hóa, sơ đồ tổng hợp được tóm tắt như sau:
Me

Me

^CHO

Me

Me

PhT

Ph

+

0

BF4

35

'
' 78

*■

toi ■4 0 C ' 15h

Ò i-

Me . ,

COH

89%

38

MeNH2, KCN,
MeOM, H20

Me . ,

0

O

Me . .

Boc20, MeCN
rí í i r S r ' N H 2

u L
/

a x ~ —

Boc

40

41
,Boc

(C6 F5 )3 B, benzen, 60°c

37

36

DMAP, /-Pr2EtN

Me

LDA- DME,CH2CI2

cry
39

NaOH, 88 %

Boc
43

42

Sơ đồ 1.6. Tổng hợp block 1 bằng con đường epoxy hóa
Andehit 35 phản ứng với isopropyldiphenylsulfonium tetrafluoroborate
36 trong sự có mặt của tác nhân DME và xúc tác kiềm mạnh LDA trong dung
môi CH2CI2 ở -78°c sau đó nâng dần lên -40°c trong 15h tạo thành epoxide
37 [19]. Tiếp theo, mở vòng 37 với sự có mặt của acid Lewis trong benzen ở
60°c tạo thành andehit 38 với hiệu suất 89%. Phản ứng của 38 vói MeNH2,
KCN, MeOM trong H20 cho amino-nitril 39, hiệu suất 89%. Thủy phân
nhóm nitril của chất 39 bằng LiOH trong H2O2 trong thời gian chậm (2-5

ngày) nhận được 40 với hiệu suất thấp 25%. Sau đó, thực hiện phản ứng insitu
của chất 40 vớilượng dư Boc20 trong dung môi MeCN thu được chất trung
gian 41, sau đó bổ sung tác nhân DMAP và ỉ'-Pr2EtN tạo thành chất trung gian
42, tiếp theo thủy phân chất trung gian 42 trong NaOH tạo thành chất 43
(block 1), hiệu suất 8 8 % [18,19,20].

10


1.5.2Phương pháp tổng họp block 1 của Vedej
Do sự khó khăn cho tổng hợp nhóm dimetyl của block 1 nên Vedej đã
đưa ra phương pháp tổng hợp blockl từ nguyên liệu có chứa sẵn hai nhóm
dimetyl, sơ đồ phản ứng được trình bày như sau:

н20 2, K CO
2

3

^-nh 2
HN
47 Y^OH
Ph

DMSO, MeOH

I H2 Pd(OH)2/C

ị ' MeOH
Het'

l\l Ị_|

Bts'

Boc

CH3 CN

nh2

52

50

49

Sơ đồ 1.7. Tổng hợp block 1 của Vedej
Nguyên liệu dimetyl 44 phản ứng với (R)-2-phenylglycinol với sự có
mặt của Sc(OTf)3 và Bu3SnCN, trong dung môi CH2Ơ 2 ở 0°c tạo thành hỗn
hợp racemic 45 và 46. Tiếp theo hợp chất 45 và 46 được oxy hóa với H20 2
ừong môi trường kiềm K2CO3, trong dung môi DMSO và MeOH ở 45°c thu

được cặp đồng phân tương ứng 47, 48. Hợp chất 48 được khử hóa bằng H2
nhờ xúc tác Pd(OH)2/C trong MeOH thu được chất 49. Sau đó chất 49 phản
ứng vói BtsCl trong môi trường kiềm Na2C 0 3 và dung môi CH2CI2-H2O cho
hợp chất 50. Metyl hóa hợp chất 50 bằng Mel trong dung môi DMF ở 35°c
tạo thành chất 51. Cuối cùng, bảo vệ nhóm amid bậc một của chất 51 bằng
Boc20 có mặt của xúc tác DMAP ttong dung môi CH3CN thu được chất
52 [20] .Như vậy, block 1 được Vedej tổng hợp qua 6 bước tương đối phức tạp
với hiệu suất 50%.

11


1.5.3. Tổng họp block 1 của Durst
Block 1 đã được Durst tổng hợp từ nguyên liệu iV-methyllindole (53) và
3,3-dimethyloxirane-2-carbonitrilequa

8

bước phản ứng, được tóm tắt như

sau:

Sơ đồ 1.8. Tổng họp block 1 của Durst
Nguyên liệu đàu 53 phản ứng với cyanodimetylepoxid 54, có mặt của
SnCl4 trong dung môi CH2C12 ở -78°c tạo thành chất 55. Thủy phân hợp chất
55 bằng NaOH trong dung môi EtOH tạo thành họp chất cacbonyl 56, hiệu suất
95%. Tiếp theo, chất 56 phản ứng với Ợ?)-phenylglycinol và khử hóa bằng
TMSCN trong dung môi CH2Ơ 2 tạo thành chất 57. Loại bỏ nhóm (R)phenylglycinol nhờ phản ứng thủy phân tạo thành chất 58. Bảo vệ một nguyên
tử hydro của nhóm NH2 của 58 nhờ phản ứng với Boc20 trong sự có mặt của
xúc tác Na2C0 3 trong dung môi THF/H20, sau đó metyl hóa bằng Mel trong
dung môi DMF, xúc tác NaH tạo thành hợp chất 59 với hiệu suất 65%. Hợp
chất 59 dễ dàng được thủy phân trong NaOH tạo thành block 1 [22].
Từ nghiên cứu tổng quan nhận thấy người ta đã có nhiều phương pháp
thay đổi các block 1, block 2 và block 3 tạo thành các dẫn xuất mới của
hemiasterlin có cấu trúc độc đáo và hoạt tính sinh học lý thú. Gần đây, xuất
hiện nhiều dẫn xuất mới có độc tính mạnh vói tế bào ung thư mang các phần
cấu trúc tương đồng với block 1 của HTI-286. Điểm khác biệt quan trọng so
vói block 1 là nhóm a, a-dimethylbenzylic được thay bằng a,ß-A benzylic và

12


nhóm amin NHMe được thay bằng liên kết amit NH-COR, các chất này gây
độc tế bào theo nhiều cơ chế khác nhau.
ỌH

<ц£он

ö
u CvH V AJ s V 'O
сум н2

>=\

о

NH

N=\

Y

о

о

6 (H TI-286
R = H)

7 (H TI-286 analogue R = OMe)

8(IC50 = 1 5 n M )

9 ( I C 50 = 1 3 8 n M )

Trong khóa luận này, tôi nghiên cứu tổng hợp một số mạch nhánh mới
của hemisaterlin trong đó tập trung vào việc thay đổi cấu trúc trên phần block
1,

bao gồm nhân indol, nhóm dimethyl và nhóm amin. cấu trúc này dễ dàng

được tổng hợp, chứa hệ a,yỡ-liên hợp làm trung tâm thu nhận các nucleophin
sinh học theo phản ứng Michael mở ra hướng mới trong tổng hợp các dẫn
xuất của hemiasterlin có hoạt tính chống ung thư.

13


CHƯƠNG 2. THƯC
NGHIÊM
•
•
2 . 1 . PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u ,7 NGUYÊN LIỆU
VÀ THIẾT BỊ•
•

2.1.1. Phương pháp nghiên cứu
Thực hiện các phương pháp tổng hợp hữu cơ như: phản ứng bảo vệ
nhóm chức, phản ứng thủy phân, phản ứng khử, phản ứng Wittig, phản ứng

Weinreb ... tại Phòng thí nghiệm Hoá Dược - Viện Hoá học - Viện Hàn Lâm
Khoa học & Công nghệ Việt Nam, nhằm tổng hợp một số các dẫn xuất của
hemiasterlin trên cơ sở tổng hợp một số mạch nhánh mới của hemiasterlin.
2.1.2. Hóa chất và dung môi
Các hóa chất phục vụ cho việc tổng hợp hữu cơ và dung môi được mua
của hãng Merck (Đức) và Aldrich (Mỹ).
Bột silicagel cho sắc ký cột 100 - 200 mesh (Merck), bản mỏng sắc ký
silicagel đế nhôm Art. 5554 DC - Alufolien Kiesel 60 F254 (Merck).
2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các họp chất
bằng sắc kí lóp mỏng.
Sắc kí lớp mỏng (SKLM) được sử dụng để định tính chất đầu và sản
phẩm. Thông thường chất đầu và sản phẩm có giá trị Rf khác nhau, màu sắc
và sự phát quang khác nhau. Dùng sắc kí lớp mỏng để kiểm tra phản ứng. Giá
tri Rf của các chất phụ thuộc vào bản chất của các chất và phụ thuộc vào dung
môi làm pha động. Dựa trên tính chất đó, chúng ta có thể tìm được dung môi
hay hỗn hợp dung môi để tách các chất ra xa nhau (Rf khác xa nhau) hay tìm
được hệ dung môi cần thiết để tinh chế các chất.
2.1.4. Xác nhận cấu trúc
Để xác định cấu trúc các chất hữu cơ tổng hợp được, tôi tiến hành các
phương pháp sau:

14


- Xác định nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ nóng chảy của các chất tổng hợp được đo trên máy
Gallenkamp của Anh tại phòng thí nghiệm Tổng hợp hữu cơ - Viện Hoá học Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam.
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phổ ^-NM R (500MHz) và 13C-NMR (125MHz) của các chất nghiên
cứu được đo trên máy Bruker XL-500 tần số 500 MHz với dung môi CDCI3

và TMS là chất chuẩn, tại phòng Phổ cộng hưởng từ hạt nhân - Viện Hoá học
- Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam.
- Phổ khối lượng (MS)
Phổ khối của các chất nghiên cứu được ghi trên máy Hewlett Packard
Mass Spectrometer 5989 MS hoặc LC- MSD- Trap- SL tại phòng cấu trúc,
Viện Hoá học- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.2. TỔNG HỢP CÁC TÁC NHÂN PHẢN ỨNG VÀ CÁC HỢP CHẤT
2.2.1. Tổng họp họp chất axetyl glyxin 60
o

60
Hòa tan hoàn toàn 5,0 g glyxin trong 20ml nước, sau đó bổ sung 14,35g
anhydrit axetic vào hỗn hợp trên. Hỗn họp được duy trì ở nhiệt độ phòng
trong 20h. Kết thúc phản ứng, sản phẩm tinh thể màu trắng kết tinh xuất hiện
trong dung dịch. Tinh thể được lọc bằng phễu lọc thủy tinh, hút khô sản phẩm
bằng thiết bị cô quay chân không thu được sản phẩm axetyl glyxin (60) (5,32
g). Hiệu suất phản ứng đạt 65%.

15


2.2.2. Tổng họp họp chất 61
o

Hòa tan 3-methoxy benzaldehyde (1,0 g; 7,35 mmol) trong anhydrit
axetic (20 ml), sau đó cho axetyl glyxin (lg, 8,54 mmol) và natri axetat (700
mg; 8,55 mmol) vào hỗn họp trên. Hỗn hợp được đun ở 90 °c, duy trì trong
12h. Kết thúc phản ứng, hỗn họp được chiết bằng EtOAc, quay khô, thu được
sản phẩm thô. Sản phẩm thô được làm sạch bằng sắc ký cột silica gel với hệ
dung môi rửa giải hexan/EtOAc (99:1) thu được sản phẩm 61(1,2g) vói hiệu

suất phản ứng 75%.Mp: 194-196 °c.
^-NM R (DMSO-d6, 300 MHz): 2.33 (1H, s, CH3), 3.74 (1H, s,
OCH3), 6.67 (1H, s, H-2’), 6.81 (1H, d, 7=7.5 Hz, H-4’),

6 .8 6

(1H, d, 7=7.5

Hz, H-6 ’), 7.10 (1H, t, 7.0 Hz, H-4’), 7.63 (1H, s, CH=C).
2.2.3. Tổng họp họp chất amỉt 62
o
NHCOCH3

Meo

62

Hòa tan 61 (1,0 g; 4,58 mmol) trong NaOH IN (5 mi) ở nhiệt độ 100
°c. Sau đó, bổ sung HC1 12N (5 mi) vào hỗn hợp trên, đun hồi lưu trong 4h.
Kết thúc phản ứng, hỗn hợp được chiết bằng EtOAc, quay khô, thu được sản
phẩm thô. Sản phẩm thô được làm sạch bằng sắc ký cột silica gel với hệ dung
môi rửa giải EtOAc/MeOH (95:5) thu được sản phẩm 62(0,92 g) với hiệu suất
85%. Mp: 250-251 °c.

16


^-NMR (CDCI3, 500 MHz) Ỗppm: 7.55 (1H, s, CH=C-NH); 7.37 (1H, d, J
= 8.0 Hz, H-4’); 7.32 (1H, d, J = 8.0 Hz, H-6 ’); 7.28 (1H, s, H-2’); 7.15 (1H, t,J =
7.5 Hz, H-5’); 3.22 (3H, s, OCH3); 2.03 (3H, s CH3-CO).

13C-NMR

(CDCI3, 125 MHz) Ỏ ppm: 170,1 (-CO-NH); 167,0 (-COOH);

159,4 (C-6 ’); 134,9 (C-2’); 133,2 (C-4’); 129,4 (C-l’); 124,9 (-CH=C-NH); 122,2
(C-3’); 115,1 (C-5’); 114,8 (C-7); 55,3 (OCH3); 21,2 (COCH3).
2.2.4. Tổng họp họp chất 63
o

BocHN>X OH

63
Cho dung dịch NaOH IN (5 mi) và Boc20 (2,8 g;12,8 mmol) vào dung
dịch của L-valin (63a)(l,5 g; 12,8 mmol) trong íerí-butanol (5 ml). Hỗn hợp
phản ứng được duy trì ở nhiệt độ 20°C-40°C trong 48h. Trung hòa hỗn hợp
sau phản ứng bằng axit HC110% đến pH trung tính, sau đó chiết bằng EtOAc,
làm khô và loại dung môi ở áp suất thấp thu được sản phẩm thô, kết tính lại
trong dung môi n-hexan thu được sản phẩm 63(2,0 g) vói hiệu suất là 72%.
2.2.5. Tổng họp họp chất 64
o
BocHN

J-L

N

Me

64
Hỗn hợp dung dịch của 63(1,5 g; 6,9 mmol), EDC (1,56 g; 8,19 mmol),

HOBT (1,1 g; 8,19 mmol) và iPrNEt (2,3 ml; 13,8 mmol) được hòa tan trong
DMF, khuấy ữong 15 phút. Sau đó, hỗn họp phản ứng được bổ sung thêm
N,0-dimethylhydroxyl ammoniumchlorit (0,8 g; 8,19 mmol) và khuấy tại

17


nhiệt độ thường trong 12h. Kết thúc phản ứng, hỗn hợp được chiết bằng
EtOAc, cô quay chân không để loại dung môi thu được sản phẩm thô. Sản
phẩm thô được làm sạch bằng sắc ký cột silica gel thu được sản phẩm sạch 64

(1,54 g) với hiệu suất 8 6 %.
^-NM R (CDC13, 500 MHz)ỗ ppm: 5,13 (m, 1H, CHNH); 4,54 (m, 1H,
CHNH); 3,74 (s, 3H, CH3O); 3,18 (s, 3H, CH3N); 1,96 (m, 1H, (CH3)2CH-);
1,39 (s, 9H, (CH3)3CO-); 0,93 (d, 3H, J=1 Hz, (CH3)2CH-); 0,88 (d, 3H, J=1
Hz, (CH3)2CH-).
2.2.6. Tổng họp họp chất 65
o
BocHNv?A h

65
Hòa tan 64 (400,0 mg; 1,52 mmol) trong THF (2 mi), hỗn hợp được
làm lạnh ở 0°c, sau đó sục khí N2 và sử dụng CaCl2 để làm khan. Sau đó,
L1 AIH4 (0,115 g; 3,04 mmol) được thêm tò từ vào hỗn hợp trên, phản ứng
được khuấy ở nhiệt độ 0°c trong 0,5h và nâng dàn lên nhiệt độ phòng trong
lh. Kết thúc phản ứng, hỗn hợp sản phẩm được chiết bằng EtOAc, cô quay
dung môi dưói áp suất giảm thu được sản phẩm thô, Sản phẩm thô được làm
sạch bằng sắc ký cột silica gel thu được sản phẩm sạch 65 (252,0 mg), hiệu
suất 78%.
^-NM R (CDCI3, 500 MHz) ô ppm: 9,64 (s, 1H, CHO); 5,08 (m, 1H,

CHNH); 4,25 (m, 1H, CHNH); 2,29 (m, 1H, (CH3)2CH-); 1,45 (s, 9H,
(CH3)3CO-); 1,03 (d, 3H, J=1 Hz, (CH3)2CH-); 0,95 (d, 3H, 7=7 Hz,
(CH3)2CH-).

18