Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của một số dẫn chất 5 (3 halogenoaryliden) 2 thiohydantoin
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.81 MB, 162 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI
TÔ ÁI AN
TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC
CỦA MỘT SỐ DẪN CHẤT
5-(3’-HALOGENOARYLIDEN)-2THIOHYDANTOIN
LUẬN VĂN THẠC SĨ DƢỢC HỌC
HÀ NỘI 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ Y TẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI
TÔ ÁI AN
TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH HỌC
CỦA MỘT SỐ DẪN CHẤT
5-(3’-HALOGENOARYLIDEN)-2THIOHYDANTOIN
LUẬN VĂN THẠC SĨ DƢỢC HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ DƢỢC PHẨM VÀ BÀO CHẾ
MÃ SỐ: 60720402
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : TS. Vũ Trần Anh
PGS. TS. Nguyễn Quang Đạt
HÀ NỘI 2016
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS.Vũ
Trần Anh, PGS.TS Nguyễn Quang Đạt, là ngƣời thầy đã tận tình hƣớng dẫn,
tạo mọi điều kiện thuận lợi và động viên tôi hoàn thành luận văn này. Tôi chân
thành cảm ơn PGS.TS. Đinh Thị Thanh Hải, ThS. Hoàng Thu Trang và toàn
thể các thầy cô giáo, kỹ thuật viên của Bộ môn Hóa hữu cơ đã động viên, giúp
đỡ tôi trong thời gian nghiên cứu tại Bộ môn.
Tôi cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của: Ths Đặng Vũ Lƣơng
(Phòng NMR- Viện hóa học- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam), Ths.
Phạm Thị Nguyệt Hằng (Khoa Dƣợc lý-Sinh hóa, Viện Dƣợc liệu Việt Nam),
ThS. Đỗ Thị Nhung (Bộ môn Hóa vật liệu, khoa Hóa, trƣờng Đại học Khoa học
Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội), PGS.TS. Lê Mai Hƣơng (Viện Hóa học
các hợp chất thiên nhiên – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) và
các thầy cô giáo trong trƣờng, các phòng ban, thƣ viện - Trƣờng Đại học Dƣợc
Hà Nội.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhƣng do hạn chế về thời gian, kiến thức cũng
nhƣ tài liệu tham khảo nên luận văn của tôi không thể tránh khỏi những sai sót,
khiếm khuyết trong nội dung và hình thức, tôi rất mong nhận đƣợc sự góp ý của
các thầy cô để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn giúp đỡ và động viên
tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu vừa qua.
Hà Nội, ngày tháng năm 2016
Học Viên
Tô Ái An
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
ĐẶT VẤN ĐỀ
1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
2
1.1.
TÁC
DỤNG
SINH
HỌC
CỦA
DẪN
CHẤT
2-
2
THIOHYDANTOIN
1.1.1. Tác dụng gây độc tế bào ung thƣ
2
1.1.2. Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm
5
1.1.3. Các tác dụng khác
8
1.2.
CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP 2-THIOHYDANTOIN VÀ
9
DẪN CHẤT
1.2.1. Phản ứng tổng hợp 2-thiohydantoin
9
1.2.1.1. Phản ứng của các α-amino acid và thioure
9
1.2.1.2. Phản ứng của các α-amino acid với amonium thiocyanat
9
1.2.1.3. Phản ứng đóng vòng của các α-dicarbonyl với ure hoặc dẫn
xuất của ure
10
1.2.2. Phản ứng tổng hợp dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin
11
1.2.3. Phản ứng tổng hợp các dẫn chất base Mannich
15
CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ VÀ
17
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT, DUNG MÔI
17
2.2. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
18
2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
18
2.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
19
2.4.1. Phƣơng pháp tổng hợp các dẫn chất 5-(3’-halogenoaryliden)-2-
19
thiohydantoin
2.4.2. Phƣơng pháp xác định cấu trúc
19
2.4.3. Phƣơng pháp thử hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ
19
CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
24
3.1. TỔNG HỢP HÓA HỌC
24
3.1.1. Tổng hợp 2-thiohydantoin (BT)
25
3.1.1.1. Tổng hợp 1-acetyl-2-thiohydantoin (A)
25
3.1.1.2. Tổng hợp 2-thiohydantoin (BT)
26
3.1.2. Tổng hợp các hợp chất 5-(3’-halogenoaryliden)-2-thiohydantoin
27
(I-III)
3.1.3. Tổng hợp các dẫn chất base Mannich của hợp chất 5-(3’-
29
halogenoaryliden)-2-thiohydantoin (Ia-c, IIa-d, IIIa-d)
3.1.3.1. Sử dụng dung môi ethanol (Ia-c, IIa-c, IIIa-b)
30
3.1.3.2. Sử dụng dung môi isopropanol (IId, IIIc-d)
36
3.2. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA CÁC CHẤT TỔNG HỢP ĐƢỢC
39
3.2.1. Phổ hồng ngoại
39
3.2.2. Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân
39
3.2.3. Phổ khối lƣợng
39
3.3. THỬ HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO UNG THƢ
40
CHƢƠNG 4. BÀN LUẬN
54
4.1. TỔNG HỢP HÓA HỌC
54
4.1.1.Về phản ứng tổng hợp 2-thiohydantoin (BT)
54
4.1.2.Về phản ứng ngƣng tụ tạo hợp chất 5-(3’-halogenobenzyliden)-2-
55
thiohydantoin (I-III)
4.1.3. Về phản ứng Mannich
56
4.2. VỀ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA CÁC CHẤT TỔNG HỢP
57
ĐƢỢC
4.2.1. Về phổ hồng ngoại (IR)
57
4.2.2. Về phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 1H-NMR
58
4.2.3. Về phổ cộng hƣởng từ hạt nhân 13C-NMR
60
4.2.4. Phổ khối lƣợng (MS)
67
4.3. VỀ TÁC DỤNG GÂY ĐỘC TẾ BÀO UNG THƢ
67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
69
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
13
C-NMR
: Carbon 13- Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
(Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân carbon 13)
1
H-NMR
: Proton- Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
(Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân proton)
A549
: Tế bào ung thƣ phổi ở ngƣời
ABCB1
: P-glycoprotein 1 also known as multidrug resistance ATPbinding cassette sub-family B member 1
(Chất vận chuyển đa thuốc)
EGFR
: Epidermal growth factor receptor
(Thụ thể của yếu tố tăng trƣởng biểu mô)
Hep-G2
: Tế bào ung thƣ gan ở ngƣời
HCT116
: Tế bào ung thƣ đại tràng ở ngƣời
HMBC
: Heteronuclear Multiple Bond Connectivity
(Phổ tƣơng tác dị hạt nhân qua nhiều liên kết)
HSQC
: Heteronuclear Single-Quantum coherence
(Phổ tƣơng tác dị hạt nhân qua một liên kết)
IC50
: Half maximal Inhibitory Concentration
(Nồng độ ức chế 50%)
IR
: Infrared
(Phổ hồng ngoại)
LU-1
: Tế bào ung thƣ biểu mô phổi
MCF-7
: Tế bào ung thƣ biểu mô vú ở ngƣời
MS
: Mass spectrometry
(Khối phổ)
RD
: Tế bào ung thƣ mô liên kết
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
BẢNG
3.1: Kết quả tổng hợp một số dẫn chất 5-(3‟-halogenoaryliden)-2-
TRANG
42
thiohydantoin (I-III, Ia-c, IIa-d, IIIa-d)
3.2: Kết quả phổ IR của một số dẫn chất 5-(3‟-halogenoaryliden)-2-
44
thiohydantoin (I-III, Ia-c, IIa-d, IIIa-d)
3.3: Số liệu phổ 1H-NMR của một số dẫn chất 5-(3‟-halogenoaryliden)-
46
2-thiohydantoin (I-III, Ia-c, IIa-d, IIIa-d)
3.4: Số liệu phổ 13C-NMR của một số dẫn chất 5-(3‟-halogenoaryliden)-
48
2-thiohydantoin (I-III, Ia-c, IIa-d, IIIa-d)
3.5: Kết quả thử hoạt tính trên dòng tế bào ung thƣ gan Hep-G2 của các
50
chất Ia-c, IIa-d, III, IIIa-d, BT (theo phƣơng pháp SRB)
3.6: Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào trên dòng tế bào LU-1 và RD
52
của các chất IId, III, IIIa-d, BT (theo phƣơng pháp SRB)
3.7: Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào trên dòng tế bào HCT116 và
53
MCF-7 của các chất Ia-c, IIa-c (theo phƣơng pháp MTT)
4.1: Các tƣơng tác 1H-13C của chất III
65
4.2: Các tƣơng tác 1H-13C của chất IIId
66
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ
SƠ ĐỒ
TRANG
Sơ đồ 1: Tổng hợp 2-thiohydantoin (BT)
24
Sơ đồ 2: Tổng hợp hợp chất 5-(3‟-halogenoaryliden)-2-thiohydantoin
24
(I-III)
Sơ đồ 3: Tổng hợp các dẫn chất base Mannich của 5-(3‟-
25
halogenoaryliden)-2-thiohydantoin (Ia-c, IIa-d, IIIa-d)
HÌNH
4.1: Phổ HSQC của chất III
62
4.2: Phổ HSQC của chất IIId
63
4.3: Phổ HMBC của chất III
63
4.4: Phổ HMBC của chất IIId
64
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong cuộc chiến chống lại bệnh tật, con ngƣời không ngừng tìm tòi,
nghiên cứu để phát hiện ngày càng nhiều loại thuốc mới có hiệu quả trong phòng
và điều trị bệnh. Đại đa số các nhà khoa học lẫn nhà sản xuất vẫn cho rằng, trong
tƣơng lai, phƣơng pháp tổng hợp và bán tổng hợp vẫn chiếm ƣu thế và đóng vai
trò quan trọng trong việc tạo ra các thuốc mới để có thể đƣa vào sử dụng trong
lâm sàng. Trong lĩnh vực tổng hợp thuốc, để nhanh chóng tạo ra các thuốc mới,
các nhà nghiên cứu thƣờng dựa trên cấu trúc của các chất đang đƣợc dùng làm
thuốc hoặc các chất có hoạt tính sinh học, có triển vọng để tạo ra các chất mới dự
đoán có tác dụng tốt hơn, ít độc tính hơn và có hiệu quả hơn trong điều trị.
2-Thiohydantoin là hợp chất dị vòng có cấu tạo tƣơng tự hydantoin
(imidazolidin-2,4-dion) với một nhóm carbonyl ở vị trí 2 đƣợc thay thế bằng
nhóm thiocarbonyl. Các dẫn chất của 2-thiohydantoin là dãy chất đã và đang
đƣợc quan tâm nghiên cứu về tổng hợp hóa học, hoạt tính sinh học và ứng dụng
làm thuốc. Các công trình nghiên cứu đã công bố cho thấy các dẫn chất của 2thiohydantoin, đặc biệt là các dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydatoin, có nhiều hoạt
tính sinh học đáng quan tâm nhƣ gây độc tế bào ung thƣ [4], [8], [10], [15], [34],
[37], [38]; kháng khuẩn [6], [16]; kháng nấm [20], [22]; kháng virus [13], [19].
Để góp phần nghiên cứu, tìm kiếm các dẫn chất 5-aryliden-2thiohydantoin có tiềm năng về hoạt tính chống ung thƣ, chúng tôi thực hiện luận
văn với các mục tiêu sau:
1. Tổng hợp một số hợp chất 5-(3‟-halogenoaryliden)-2-thiohydantoin và các
dẫn chất base Mannich của chúng.
2. Thử sàng lọc hoạt tính gây độc tế bào trên một số dòng tế bào ung thƣ của
các chất tổng hợp đƣợc.
1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA DẪN CHẤT 2-THIOHYDANTOIN
2-thiohydantoin là hợp chất dị vòng đƣợc tạo thành nhờ phản ứng ngƣng tụ
giữa một amino acid (glycin) với một dẫn chất của thiocyanat. Bản thân 2thiohydantoin không thể hiện tác dụng sinh học, tuy nhiên các dẫn chất của 2thiohydantoin có tác dụng sinh học đã đƣợc biết đến trong thời gian dài. Nhiều
công trình nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng sinh học cho thấy các dẫn chất
của 2-thiohydantoin, đặc biệt là các dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin có tác
dụng đa dạng nhƣ: gây độc tế bào ung thƣ [4], [8], [10], [15], [34], [37], [38];
kháng khẩn [6], [16]; kháng nấm [20], [22]; kháng virus [13], [19].
1.1.1. Tác dụng gây độc tế bào ung thƣ
Blanc và Cussac [38] đã tiến hành tổng hợp một số dẫn chất của 2thiohydantoin (1a-d), thử tác dụng gây tăng miễn dịch và gây độc tế bào. Kết
quả thử nghiệm cho thấy các dẫn chất tổng hợp đƣợc 1(a-d) có tác dụng gây tăng
miễn dịch yếu, và có tác dụng trên các tế bào ung thƣ thử nghiệm.
O
R
N
S
R'
R‟= CH2COOH,
R‟‟= H (a)
R= C6H5, R‟= CH2COOH,
R‟‟= H (b)
R= CH3,
N
R''
R= CH3,
R‟= CH2COOC2H5,
R‟‟= H (c)
1
R= C6H5, R‟= CH2COOC2H5,
R‟‟= H (d)
Năm 2010, một số dẫn chất của 2-thiohydantoin (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) đã đƣợc
tác giả Al-Obaid và các cộng sự [8] nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng invitro về
tác dụng chống ung thƣ trên 60 dòng tế bào ngƣời ở 5 nồng độ khác nhau. Kết
quả thu đƣợc đáng chú ý là chất 2, 7 có tác dụng kháng tế bào ung thƣ trên dòng
tế bào ung thƣ bạch cầu, các chất 3, 4, 5, 6, 8 có tác dụng ngăn cản sự phân bào
và kìm hãm sự phát triển tế bào thử nghiệm.
2
O
O
Br
S
NH
CH
N
H
NH
CH
S
S
S
O
2
N
H
S
OH
3
O
O
O
Br
NH
CH
N
H
S
S
S
N
CH
N
H
S
O
S
5
4
O
O
Br
N
S
NH
CH
N
N
CH
S
S
S
AcO
O
Ph
N
S
AcO
OH
O
OAc
O
H
OAc
AcO
OAc
OAc
6
7
O
Br
S
N
CH
N
N
O
S
AcO
O
H
OAc
AcO
OAc
8
Nguyên nhân chính của ung thƣ kháng thuốc là do nồng độ quá cao của
bơm tống thuốc phụ thuộc ATP khiến cho giảm nồng độ thuốc, trong đó có nồng
độ quá cao của chất vận chuyển đa thuốc ABC (ví dụ P-glycoprotein). Nhiều
nhóm chức hóa học có khả năng ức chế loại bơm tống thuốc (loại có chứa P-gp),
bao gồm 3 thế hệ điều biến P-gp. Các nghiên cứu cho thấy chất (9), (10) có tác
dụng ức chế bơm tống thuốc có yếu tố P-gp [34].
3
H3C
H3C
H
N
O
N
O
N
O
O
N
9
H
N
S
O
N
H
10
Tác giả Spengler và Hadzlik [15] đã tiến hành tổng hợp một số dẫn chất của
5-aryliden-2-(thio)hydantoin và thử tác dụng ức chế bơm tống thuốc của các dẫn
chất này. Chất 5-(biphenyl-4-yl)methylen-2-thioxo-imidazolidin-4-on (10) có tác
dụng ức chế chất điều biến P-Glycoprotein trong tế bào ung thƣ tƣơng tự
verapamil.
Dựa trên đó, 2 tác giả Hadzlik và Spengler [15] tiếp tục tổng hợp dẫn chất
của 5-aryliden-2-(thio)hydantoin theo sơ đồ chuyển hóa:
O
H
N
O
Ar-CHO
H
N
S ArOH
N
H
S
Ar
N
H
H
N
O
CH3I
SCH3
Ar
N
11b
11a
HN
O
N
11c
4
N
HO
H
N
N
Ar
HO
N
Các tác giả đã thử tác dụng ức chế bơm tống thuốc của các dẫn chất đã
tổng hợp đƣợc trên các tế bào lympho T đã kháng thuốc của chuột có gen vận
chuyển thuốc ABCB1. Kết quả cho thấy một số dẫn chất có tác dụng yếu trên
bơm tống thuốc ở tế bào ung thƣ thử nghiệm, tác dụng yếu hơn chất 4. Hợp chất
có tác dụng mạnh nhất có 2 nhân thơm.
Theo các tác giả này, phần nhân thơm không phân cực là yếu tố thuận lợi
cho tác dụng ức chế bơm tống thuốc trên tế bào ung thƣ, còn nhóm hydroxyl là
nhóm thế gây giảm tác dụng.
Đặc biệt, những nghiên cứu gần đây cho thấy khung benzyl của
(thio)hydantoin có khả năng gắn lên các chất vận chuyển protein. Các công trình
nghiên cứu của một số tác giả cho thấy tác dụng chống ung thƣ của các dẫn chất
(thio)hydantoin rất đáng quan tâm [10], [15], [37]. Dẫn chất (thio)hydantoin có
tác dụng ức chế quá trình phosphoryl hóa tự động và biệt hóa một số tế bào ung
thƣ do yếu tố EGFR (receptor của yếu tố tăng trƣởng biểu mô) [10], [37].
Trong nƣớc hiện nay, đã có công trình công bố của tác giả Trần Đức Lai [3]
về tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của một số dẫn chất 5-halogenoaryliden-2thiohydantoin. Trong đó, dẫn chất 5-(3‟-bromoaryliden)-2-thiohydantoin có hoạt
tính ức chế trên tế bào ung thƣ đại tràng HCT116 và tế bào ung thƣ gan Hep-G2;
dẫn
chất
5-(3‟-cloroaryliden)-2-thiohydantoin
và
5-(3‟-bromoaryliden)-2-
thiohydantoin có hoạt tính kháng chủng vi khuẩn B.subtilis. Trong nƣớc hiện
nay, chƣa có công trình công bố về tổng hợp của một số dẫn chất Mannich của 5(3‟-halogenoaryliden)-2-thiohydantoin.
1.1.2. Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm
Tác giả Herba [16] đã tiến hành tổng hợp một số dẫn chất của thiohydantoin
và thử tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm trên các chủng vi khuẩn:
5
Staphylococcus aureus (RCMB 000108) và Bacillus subtilis (RCMB 000109)
(Gram dƣơng), Pseudomonas aeruginosa (RCMB 000103) và Escherichia coli
(RCMB 000106) (Gram âm). Các chất tổng hợp đƣợc thử tác dụng kháng nấm
trên các chủng Aspergillus fumigates (RCMB 002006), Geotrichum candidum
(RCMB 005008), Candida albicans (RCMB 005003), Syncephalastrum
racemosum (RCMB 005004). Kết quả cho thấy các chất tổng hợp đƣợc đều có
tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm. Chất 5-oxo-2-thioxo-1-(2-p-tolylethylideneamino)-imidazolidin-4-yl acetat (12) có tác dụng tốt nhất trên chủng vi
khuẩn và nấm thử nghiệm. Chất 1-acetyl-3-[(p-tolylethyliden)amino]-2thiohydantoin (13) và chất 5-thiophen-2-yliden-3-[(p-tolylethyliden)amino]-2thiohydantoin
có
(14)
tác
dụng
trung
bình.
Chất
1-acetyl-3-[(p-
tolylethyliden)amino]-5-thiophen-2-yliden-2-thihydantoin (15) có tác dụng tốt
trên chủng vi khuẩn và tác dụng trung bình trên chủng nấm thử nghiệm.
N
O
CH3
N
O
N
N
S
N
N
H
O
O
S
O
12
CH3
N
O
S
13
CH3
N
O
N
S
S
N
H
N
S
N
O
15
14
6
Năm 2010, tác giả Abd E.l, [6] đã tổng hợp một số dẫn chất của
thiohydantoin và thử hoạt tính trên 4 dòng vi khuẩn là: Bacillus subtilis,
Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas species và 1 dòng vi
nấm là Candida albicans. Kết quả thu đƣợc cho thấy các hợp chất 16, 17, 18 tác
dụng tốt trên dòng vi khuẩn Pseudomonas sp; các hợp chất 16, 17, 18 tác dụng
yếu trên dòng Escherichia coli; 18, 19 tác dụng rất tốt trên vi khuẩn
Staphylococcus aureus; 16, 17, 19, 20 tác dụng rất tốt trên dòng vi nấm Candida
albicans.
S
S
Br
N
N
N
COCH3
Br
N
OH
OCOCH3 O
COCH3
H2NHN
S
N
O
NH
17
16
Br
N
N
OCOCH3 O
N
COCH3
Br
N
N
H
OH H NHN
2
Br
COCH3
19
18
S
Br
N
N
OH
O
20
7
NH
S
NH
1.1.3. Các tác dụng khác
Trong US patent 6.826.924 tác giả Pfahl [27] đã tổng hợp các dẫn chất của
2-thioxo-4-imidazolidindion có tác dụng trong điều trị các bệnh liên quan đến
chuyển hóa lipid và carbonhydrat nhƣ đái tháo đƣờng typ 2, biệt hóa tế bào mô
mỡ, bệnh Hodgkin, bệnh bạch cầu, ung thƣ vú, ung thƣ tiền liệt tuyến…
R5
R4
R1
O
Ar
Ar
NH
HN
R2
R3
S
21
Các dẫn chất thế ở vị trí 5 của 2‟-deoxyuridin bởi các dị vòng 5 cạnh đã
đƣợc nghiên cứu để thử tác dụng kháng virus [13], trong đó có dẫn chất 5-(5bromothien-2-yl)-2‟-deoxyuridin và 5-(5-clorothien-2-yl)-2‟-deoxyuridin (21) có
tác dụng ức chế sự nhân lên của virus Herpes typ 1. Tác giả El-Barbary [13] đã
sử dụng 5-methylen-2-thiohydantoin là dị vòng 5 cạnh để tiến hành phản ứng với
2‟-deoxyuridin nhằm tạo ra các chất mới để nghiên cứu tác dụng kháng virus
theo sơ đồ sau:
S
R
N
S
HN
O
R
N
HN
O
HN
O
O 1.(Me3Si)2NH/(NH4)2SO4
2.CF3SO3Me3, MeCN
N
H
O
piperidin/EtOH
N
TolO
TolO
CHO
HN
HN
O
R= Ph
O
O
OTol
O
N
O
OTol
Một số dẫn chất tổng hợp có tác dụng gây độc trên tế bào MT4 của virus
HIV-1, không có tác dụng đáng kể trên virus Herpes typ 1.
8
1.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP 2-THIOHYDANTOIN VÀ DẪN
CHẤT
1.2.1. Phản ứng tổng hợp 2-thiohydantoin
1.2.1.1. Phản ứng của các α-amino acid và thioure
Phản ứng:
O
O
R
170-2200C
S
OH
+
NH2
H2N
NH2
- H2O, NH3
R
HN
NH
S
Đây là phản ứng cho hiệu suất cao trong tổng hợp 2-thiohydantoin [21],
[36], là sự ngƣng tụ trực tiếp giữa α-amino acids và thioure trong điều kiện 170220oC mà không cần dung môi nào. Phản ứng này đã đƣợc thực hiện trong bình
hồi lƣu dƣới 4 điều kiện khác nhau:
+ sử dụng bình áo.
+ đun cách dầu.
+ trong lò phản ứng không gỉ kín, trang bị khuấy từ và đun nóng bằng dầu.
+ thiết bị đun cách acid ở nhiệt độ không đổi.
Phản ứng này cho hiệu suất khác nhau ứng với các amino acid khác nhau và
điều kiện phản ứng khác nhau. Hiệu suất cao nhất khi sử dụng điều kiện đun
cách dầu, dao động từ 70% đến gần nhƣ 100%.
1.2.1.2. Phản ứng của các α-amino acid với amonium thiocyanat
Năm 1913, Treat Johson và Water Scott [18] tìm ra phản ứng giữa α-amino
acids với amonium thiocyanat trong môi trƣờng anhydrid acetic khan. Sản phẩm
trung gian thu đƣợc là acylthiohydantoin, sản phẩm trung gian này bị thủy phân
trong môi trƣờng acid ở nhiệt độ cao sẽ sinh ra 2-thiohydantoin.
Sơ đồ phản ứng:
9
H
N
O
R
OH
H2N
NH4SCN, Ac2O
N
R
O
H+
S
CH3
O
- CH3COOH
O
H
N
R
N
H
S
Trong bài báo này, tác giả đã thực hiện phản ứng tổng hợp thiohydantoin và
dẫn chất từ 7 acid khác nhau là: acid aceticphtalamic, acid p-methoxyhippuric,
acid carbethoxyaminoacetic, acid m-nitrohippuric, acetyldibromphenylalanin,
benzoylalanin, acid phenylsulfonaminoacetic.
Năm 2006, Samuel Reyes và cộng sự [28] đã tiến hành tổng theo phƣơng
pháp trên và thu đƣợc 2-thiohydantoin. Năm 2011, Sandrine Gosling và cộng sự
[14] cũng đã xây dựng qui trình tổng hợp 2-thiohydantoin theo sơ đồ nhƣ trên và
chúng tôi thực hiện theo qui trình này.
1.2.1.3. Phản ứng của glycin ethyl ester thiocyanat với acid amin
Glycin ethyl ester thiocyanat kết hợp với acid amin, đun hồi lƣu trong
cloroform trong 4 giờ đƣợc dẫn chất thế ở vị trí 3 của uredoacetic ethyl ester, sau
đó đun hồi lƣu trong ethanol/acid hydrochloric (nồng độ 10N, tỷ lệ 1:1) thu đƣợc
2-thiohydantoin có nhóm thế ở vị trí 3 nhƣ mong muốn [36].
Phản ứng:
O
NCS
O
H2N
O
a
O
O
H
N
H
N
R
b
S
R
a: đun hồi lƣu 4 giờ trong CHCl3
b: đun hồi lƣu 3 giờ trong ethanol: HCl 10N tỷ lệ 1:1
1.2.2. Phản ứng tổng hợp dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin
10
HN
N R
S
Công thức cấu tạo 2-thiohydantoin (2-thioxoimidazolidin-4-on) nhƣ sau:
H
N
3
O
4
51 2
S
N
H
Từ cấu trúc phân tử 2-thiohydantoin cho thấy nhiều khả năng phản ứng
chuyển hóa để tạo thành nhiều dẫn chất khác nhau của 2-thiohydantoin [11],
[22], [36]… Các phản ứng thực hiện theo hƣớng chính sau:
- Phản ứng thế vào vị trí nitơ N-1 và N-3.
- Phản ứng của nhóm methylen hoạt động ở C-5.
- Phản ứng của nhóm C=O và C=S.
Dựa vào khả năng hoạt động của nhóm methylen ở C-5 có thể tổng hợp các
dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin bằng phản ứng với aldehyd thơm.
OH
O
RCHO +
HN
NH
R
C
H
HN
S
O
O
NH
R
C
H
S
HN
NH
S
Phản ứng ngƣng tụ với aldehyd thơm có thể thực hiện ở các điều kiện khác
nhau: xúc tác natri acetat, acid acetic băng [20], [35]; xúc tác ethanolamin/EtOH
[22], [25], xúc tác piperidin/EtOH [13], dƣới điều kiện vi sóng [26]…
Về cơ chế phản ứng Knoevenagel [24]
Phản ứng ngƣng tụ các aldehyd thơm và một số hợp chất dị vòng chứa
nhóm aldehyd với 2-thiohydantoin xảy ra theo cơ chế phản ứng Knoevenagel
tƣơng tự nhƣ với các hợp chất có nhóm methylen hoạt động khác.
11
Với xúc tác ethanolamin là amin bậc 1, có thể trình bày cơ chế phản ứng
ngƣng tụ aldehyd thơm với 2-thiohydantoin theo cơ chế Knoevenagel theo các
bƣớc sau:
- Aldehyd thơm ngƣng tụ với ethanolamin tạo arylidenimin:
Ar
C
H
O + H2N CH2CH2OH
Ar
H
C
N
Ar
CH2CH2OH
- H2O
C
H
N
CH2CH2OH
OH H
- Xúc tác base (ethanolamin) lấy đi 1 Hydro của nhóm methylen hoạt động
của 2-thiohydantoin tạo carbanion. Anion này tấn công vào imin tạo thành hợp
chất trung gian β-aminocarbonyl.
HOH2CH2C
H
H
HN
NH2
O
N R
O
H
HO(CH2)2NH3
-+ HOCH3NH2
O
H
N
CH2CH2OH
Ar
NH
HN
HN
S
H
CH
NH
HN
S
Ar
O
H
H
C
HO(H2C)2 N
S
S
O
H
+ H2O
HN
NH
NH
- OH
S
H
C
Ar
HN
HO(H2C)2 NH
O
NH
S
- Hợp chất trung gian tách amin tạo thành hợp chất 5-aryliden-2thiohydantoin.
H
Ar
HO(H2C)2
H
C
HN
NH
O
O
NH
Ar
- 2 HO(CH2)2NH2
S
C
H
HN
NH
S
H2N CH2CH2OH
Với xúc tác natri acetat trong dung môi acid acetic
- Giai đoạn cộng hợp:
12
Nhóm methylen ở vị trí 5 của 2-thiohydantoin rất hoạt động, nguyên tử H ở
đây dễ dàng tách khỏi carbon (khi có xúc tác base) và anion (II) đƣợc tạo thành
là một tác nhân ái nhân mạnh:
O
O
NH
+
B
HC
S
N
H
NH
+
BH
S
N
H
(II)
Anion (II) tấn công vào carbon mang điện tích dƣơng phần C δ(+) của nhóm
carbonyl của aldehyd tạo sản phẩm cộng hợp (IV):
O
O
Ar C H
NH
HC
+
O
N
H
(III)
(II)
NH
H
S
Ar
N
CH H
S
O
(IV)
Ion alcolat (IV) tạo thành lại lấy một proton của BH, trả lại xúc tác B(-) :
O
O
NH
H
Ar HC N
S
H
OH
NH
H
Ar HC N
S +
BH
O
+
B
(V)
(IV)
- Giai đoạn ngưng tụ loại nước:
O
O
H
Ar HC
HO
NH
N
H
(V)
+H
S
O
NH
H
N
H
Ar CH
OH2
NH
S
-H
- H2O
Ar C
H
N
H
S
Năm 1911, Wheeler và Hoffman [34] là những ngƣời đầu tiên nhận thấy
hydantoin có thể ngƣng tụ với aldehyd thơm tạo thành dẫn chất có nối đôi gắn ở
13
C-5 của hydantoin. Phản ứng đƣợc thực hiện trong acid acetic băng, với natri
acetat khan, anhydrid acetic. Các aldehyd thơm đã đƣợc sử dụng là benzaldehyd,
2-hydroxybenzaldehyd, furfural, vanillin…
O
Ar-CHO
4 3NH
5 2
1
+
N
H
O
AcOH, AcONa
O
Ar
- H2O
NH
4 3
5 2
1
N
H
O
Phƣơng pháp của Wheeler và Hoffman đƣợc sử dụng để tổng hợp nhiều dẫn
chất thế ở C-5 của hydantoin. Một nhƣợc điểm của phƣơng pháp trên là phải sử
dụng một lƣợng lớn acid acetic và natri acetat.
Năm 1992, Chazeau V., và cộng sự [39] đã xây dựng qui trình tổng hợp
một số dẫn chất 5-aryliden-2-thiohydantoin dựa trên nghiên cứu của Wheeler và
Hoffman.
Năm 1993, János Marton [22] sử dụng xúc tác có tính base mạnh là
ethanolamin để tiến hành phản ứng ngƣng tụ aldehyd thơm với 2-thiohydantoin,
thiohydantoin trong dung môi là hỗn hợp nƣớc: ethanol (1:1), phản ứng tiến
hành ở nhiệt độ hồi lƣu trong 4 giờ. Tác giả đã sử dụng một số aldehyd thơm (pclorobenzaldehyd, p-nitrobenzaldehyd, p-hydroxybenzaldehyd...), hiệu suất phản
ứng 44-89%.
Sơ đồ phản ứng:
O
H
O
NH
+
O
R
N
H
O
NaHCO
3/H2O-EtOH
NaHCO
3/N-¬c-EtOH
Ethanolamin,t0
R
R = Alkyl, alkoxy (-OR), -NR, -OH, -X, -CN, -CF3, -NO2
14
NH
N
H
O
1.2.3. Phản ứng tổng hợp các dẫn chất base Mannich
Phản ứng Mannich là phản ứng aminomethyl hóa các hợp chất hữu cơ có
nguyên tử H linh động bằng tác dụng của formaldehyd (hoặc các aldehyd khác)
và các amin bậc 1, amin bậc 2 hoặc amoniac [23], [32].
R1
H +
R
CH2O + HN
R1
H2
C
R
N
R2
R2
Phản ứng Mannich thƣờng đƣợc tiến hành trong môi trƣờng acid nhƣng
cũng có thể xảy ra trong môi trƣờng base trung bình [24], [32].
Trong môi trƣờng acid, phản ứng xảy ra qua hai bƣớc theo cơ chế sau:
- Bƣớc 1: Amin phản ứng với formaldehyd tạo dẫn chất hydroxymethyl,
dẫn xuất này gắn proton và loại một phân tử nƣớc để tạo ra cation aminomethyl:
R2
R2
N
H
+
R1
H2C
O
+H
N
R1
-H2O
R2
- H2O
R1
R2
N
CH2OH
H2
C
H
O
H
R1
R2
N
N
CH2
R1
CH2
cation aminomethyl
- Bƣớc 2: Cation aminomethyl phản ứng với hợp chất có hydro linh động
theo 2 trƣờng hợp sau:
+ Trƣờng hợp hợp chất có hydro linh động có thể tạo enol (hydro linh động
nằm bên cạnh nhóm carbonyl của phân tử) thì cation aminomethyl là tác nhân ái
điện tử tấn công vào liên kết đôi C=C của dạng enol tạo ra hợp chất chứa nhóm
aminomethyl (base Mannich):
15
R1
H
O
C
C
C
H
+ H2C
O
N
R2
C
OH
C
C
H2
C N
R1
R2
O
-H+
C
-H
C
H2
C N
+
R1
R2
+ Trƣờng hợp hợp chất có hydro linh động không có khả năng enol hóa
(nhƣ trƣờng hợp hydro linh động ở các liên kết N-H, S-H, Se-H, P-H hoặc ở liên
kết C-H ở nhân indol, pyrol…) thì cation aminomethyl tấn công vào nguyên tử
mang H linh động tạo ra sản phẩm base Mannich:
R2
R
H
+
H2C
R
N
+
-H
R1
16
H2
C N
R1
R2
