Nghiên cứu, tổng hợp 2 - AZA - Anthraquinon và hoạt tính sinh học của chúng

Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Thị Thùy
Dương

Lớp K32C - Hóa Học 0


Khóa luận tốt nghiệp
Trường đại học sư phạm hà nội 2
KHOA HóA HọC
******

Nguyễn thị thùy dương

Nghiên cứu, tổng hợp 2-azaanthraquinon và hoạt tính sinh học của chúng

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Nguyễn Thị Thùy
Dương

Hà Nội-2010

Lớp K32C - Hóa Học 0


Khóa luận tốt nghiệp

Nguyễn Thị Thùy

Dương

Lớp K32C - Hóa Học 0


MụC LụC
Mở đầu ........................................................... Error! Bookmark not defined.
lí do chọn đề tài.................................................................................................2
Mục đích của đề tài..........................................................................................3
phần 1 Tổng Quan........................................................................................... 4
1.1. Chiết tách và hoạt tính sinh học của 2-aza-anthraquinon.......................4
1.2 Tổng hợp các hợp chất 2-aza-anthraquinon............................................ 7
Phần 2 Thực nghiệm......................................................................................15
2.1. Phương pháp nghiên cứu, nguyên liệu, và trang thiết bị...................... 16
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu..............................................................16
2.1.2. Nguyên liệu, dụng cụ.................................................................... 16
2.1.3. Kiểm tra định tính, độ sạch của dẫn xuất bằng sắc ký lớp mỏng
16 2.1.4. Xác nhận cấu trúc
17
2.1.5. Thử hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm.......................................17
2.1.6. Đối tượng nghiên cứu thử hoạt tính sinh học............................... 18
2.2. Tổng hợp 2-phenoxymetyl-1,4-naphthoquinon (43).............................18
2.3. Tổng hợp hợp chất 2-acylmetyl-3-phenoxymetyl-1,4-napthoquin.......19
2.3.1. Tổng hợp 2-(2-oxo-3-metylbutyl)-3-phenoxymetyl-1,4-naphthoquinon (45)
20
2.3.2. Tổng hợp 2-(2-oxo-2-phenyletyl)-3-phenoxymetyl-1,4-naphtho- 20
quinon (47)
20
2.4. Tổng hợp 2-aza-anthraquinon.............................................................. 21
2.4.1. Tổng hợp 3-isopropyl-benz[g]isoquinolin-5,10-dion (48)............21

2.4.2. Tổng hợp 3-phenylbenz[g]isoquinolin (49).................................. 22
Phần 3 Kết quả và thảo luận.......................................................................... 23
3.1. Kết quả và thảo luận về tổng hợp các chất 2-aza-anthraquinon..........23
3.1.1. Tổng hợp 2-phenoxy-1,4-naphthoquinon (43).............................. 23
3.1.2. Phản ứng của các ylit với 2-phenoxymetyl-1,4-napthoquinon......25
3.1.2.1. Tổng hợp 2-(2-oxo-3-metylbutyl)-3-phenoxymetyl-1,4-naphtho
quinon (45 ).........................................................................................27
3.1.2.2. Tổng hợp 2-(2-(phenyl)-2-oxoetyl)-3-phenoxymetyl-1,4naphtho quinon (47)
27
3.1.3. Tổng hợp 2-aza-anthraquinon...................................................... 28
3.2. Thảo luận về cấu trúc sản phẩm...........................................................29
1
3.2.1. Phổ H NMR................................................................................ 30
Nguyễn Thị Thùy
Lớp K32C - Hóa Học 1

Dương


13

3.2.2. Phổ C NMR................................................................................ 31
3.3. Kết quả thăm dò hoạt tính sinh học......................................................36
Kết luận...........................................................................................................38
Tài liệu tham khảo.......................................................................................... 39

Nguyễn Thị Thùy
Dương

Lớp K32C - Hóa Học

2


Mở đầu
lí do chọn đề tài
Kể từ khi chất kháng sinh đầu tiên penicillin được tình cờ tìm ra bởi
nhà bác học Alexander Fleming (1881-1955), nhu cầu sử dụng chất kháng
sinh ngày càng tăng đột biến. Kháng sinh là chất dùng để ức chế sự phát triển
của vi khuẩn hoặc tiêu diệt vi khuẩn ngay ở nồng độ thấp. Kháng sinh được
dùng trong điều trị các bệnh nhiễm trùng hoặc điều trị dự phòng các bệnh có
khả năng gây dịch hoặc dự phòng trong các cuộc phẫu thuật nhằm chống bệnh
nhiễm trùng bệnh viện.
Các loại thuốc kháng sinh thường dùng từ trước đến nay là: kháng sinh
nhóm

-lactam gồm kháng sinh nhóm penicillin và kháng sinh

cephalosporin; kháng sinh chloramphenicol; kháng sinh nhóm tetracycline;
kháng sinh nhóm aminoglycozid; kháng sinh macrolid; kháng

sinh

lincosamid; kháng sinh polypeptide...
Hiện nay, vi khuẩn đang có xu hướng kháng lại các thuốc kháng sinh.
Các loại vi khuẩn kháng lại nhiều thuốc kháng sinh, người ta gọi là đa kháng
thuốc như vi khuẩn Staphylococcus aureus (Sa), Pseudomonas aeruginosa
(Pa), Escherichia coli (Ec). Nguyên nhân kháng thuốc có thể do gen di
truyền, do plasmid hoặc do việc sử dụng kháng sinh không đủ liều, không đủ
ngày và không đúng với loại kháng sinh mà vi khuẩn nhạy cảm.

Hiện nay, thế giới đang lo ngại chủng vi khuẩn Staphylococcus aureus
(S.aureus) (khuẩn tụ cầu vàng) gây nhiễm trùng máu, viêm cơ, viêm phổi đã
kháng với nhiều loại thuốc kháng sinh. Bây giờ, S.aureus chỉ còn nhạy với
một loại kháng sinh duy nhất là Vancomicin nhưng đã bắt đầu có biểu hiện
kháng lại. Như vậy, nếu loại kháng sinh này không còn tác dụng nữa thì sẽ
hết sức nguy hiểm.



Từ vấn đề hết sức cấp bách đó đòi hỏi các nhà khoa học phải không
ngừng tìm ra các loại kháng sinh mới để có thể thay thế được các loại kháng
sinh đã bị kháng thuốc.
Lớp chất 2-aza-anthraquinon ít được tìm thấy trong tự nhiên, chủ yếu
trong các vi nấm nhưng qua nghiên cứu nhận thấy chúng có hoạt tính kháng
khuẩn Gram (+) rất mạnh [9,10]. Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp các dẫn
chất của 2-aza-anthraquinon và thử hoạt tính sinh học để tìm kiếm các chất có
hoạt tính cao phục vụ y, dược học là vấn đề hết sức lý thú, có ý nghĩa khoa
học và thực tiễn cao.
Từ những lý do nêu trên, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu, tổng hợp 2-azaanthraquinon và hoạt tính sinh học của chúng”.
Mục đích của đề tài
1) Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn chất 2-aza-anthraquinon.
2) Nghiên cứu cấu trúc các chất tổng hợp được bằng các phương pháp
vật lý hiện đại.
3) Nghiên cứu thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định.



phần 1 Tổng Quan
1.1. Chiết tách và hoạt tính sinh học của 2-aza-anthraquinon
Trong tự nhiên dẫn chất 2-aza-anthraquinon rất ít gặp. Cho đến nay,

người ta chỉ mới tìm thấy có 8 chất thuộc khung này, chủ yếu được phát hiện
từ nấm (Hình 1).
Hợp chất 2-aza-anthraquinon đầu tiên được tách ra từ Fusarium
bostricoidin, vào năm 1953. Nó là chất mầu đỏ và được đặt tên là bostricoidin
(1). Nghiên cứu hoạt tính sinh học của chất này đã xác định rằng bostricoidin
có hoạt tính kháng lao (Mycobacterium tuborculosis) [8].
Chất 9-O-methylbotricoidin (2) là dẫn chất 2-aza-anthraquinon tiếp
theo được tách ra trong quá trình nuôi cấy chủng Fusarium moniliformate.
Nghiên cứu hoạt tính sinh học đã xác định chất này có hoạt tính kháng khuẩn
Gram (+) rất mạnh [9,10].



OH

OMe O

O

N

N
MeO

MeO
OH

OHO

O

1 (bostrycoidin)

2 (9-O-methylbostrycoidin)

OHO

O
N

N

HO
OH

O

O
4 (Benz[g]isoquinolin-5,10-dion)

3 (tolypocladin)

OMe O

OH

O

N

N

MeO

MeO
O

O

5 (scorpinon)

OH

6 (6-deoxy-8-methylbostrycoidin)

OHO

O

N

N
MeO

HO
O

O

7 (6-deoxybostrycoidin)

Hình 1

8 (7-demethyl-6-deoxybostrycoidin)

Tolypocladin (3) tách được từ nấm Tolypocladium inflatum. Chất này
có khả năng tạo phức với các kim loại [11]. Tính chất tạo phức với kim loại
của lớp chất này vẫn còn được tranh luận, nhưng có thể khẳng định các hợp
chất này hoạt động như những chất loại bỏ các kim loại nặng, nghĩa là làm



giảm nồng độ của kim loại nặng trong cơ thể. Ngoài ra, hợp chất này còn có
hoạt tính kìm hãm hoạt động của enzym cAMP phosphodiesteraza [12].
Benz[g]isoquinolin-5,10-dion

(4)

tách

được

từ

Psychotricha

camponutans và Mitracarpus scaber [13] có hoạt tính chống lại các chủng
kháng Staphylococcus aureus và Plasmodium falciparum [14]. Ngoài ra chất
này còn có hoạt tính kháng Trypanosoma congolense.
2-Aza-anthraquinon có hoạt tính gắn kết của DNA topoisomerases và

được xem như là những tác nhân tiêu diệt tế bào ung thư ( theo cơ chế
intercalating DNA binding agents) [15]. Những tác nhân intercalating DNA
như ametantron (7) và mitoxantron (8) là hai ví dụ về các chất đang được sử
dụng trong lâm sàng để chữa bệnh ung thư. Dựa trên giả thiết rằng, các chất
2-aza-anthraquinon tương ứng có vai trò như các tác nhân intercalating DNA.
Khi nghiên cứu trên những giả thuyết như vậy, người ta đã phát hiện chất
Pixantron (BBR 2778 Dimalate) [16,17] và BFI [18] có hoạt tính intercalating
DNA rất mạnh. Pixantron (9) hiện nay đang được nghiên cứu lâm sàng ở giai
đoạn 1. Pixantron không chỉ có hoạt tính chống ung thư mà còn là tác nhân ức
chế miễn dịch và được dùng để chữa bệnh xơ cứng [19]. 1-Aryl-2-azaanthraquinon (11) là những dẫn chất của 2-aza-anthraquinon với các nhóm thế
aryl khác nhau ở cacbon C-1 có khả năng tiêu diệt tế bào ung thư (Hình 2).



O
COOH

NH(CH 2) 2NH2

COOH

N
2
O

NH(CH 2) 2NH2

9 ( BBR 2778 dimaleate)

O

HN

N

O

N

R
N

O

OH

OMe

COOEt
O
11

10

Hình 2

1.2 Tổng hợp các hợp chất 2-aza-anthraquinon
Như đã đề cập ở trên, lớp chất 2-aza-anthraquinon có hoạt tính sinh học
lý thú nên việc nghiên cứu tổng hợp lớp chất này có ý nghĩa rất lớn về khoa
học và thực tiễn.

Đã có một số công trình nghiên cứu tổng hợp lớp chất này. Đầu tiên,
phải kể đến phương pháp sử dụng phản ứng Diels - Alder để xây dựng khung
2-aza-anthraquinon.

OMe

O

O
N

1, benzen

OMe O
N

2. Ag2O


O
12

N

O
13

OMe
14

(25%)

O
15

(75%)


Sơ đồ 1
Qua phản ứng Diels - Alder [29], nhận được hai dẫn chất 2-azaanthraquinon 14 và 15. Điểm yếu của phương pháp này là phản ứng không
chọn lọc nên nhận được đồng thời cả sản phẩm 14 (25%) và sản phẩm 15
(75%), chúng rất khó tách ra khỏi nhau (sơ đồ 1).
Cũng tương tự như khi sử dụng phản ứng Diels - Alder, Cameron và
các cộng sự [30] đã tổng hợp được 9-O-metylbostricoidin (2) và bostricoidin
(1). Tóm tắt quá trình này được mô tả trong sơ đồ 2.
O

OMe O
(MeO)2CCH2 , N

O

2

N

MeO

N

N
O
O

aceton, 25C

MeO

OMe O

16

17

15%

85%

18

CH3CN , CH3COOH (xt)
as, 400w, 2h

OH

OMe O

O
N

MeO

OH

O

BCl3

N
o

CH2Cl2 , - 78
C

1 (Bostricoidin)

MeO

OHO

2 (9- O - metylbostricoidin)

Sơ đồ 2
Phương pháp hiệu quả khác để tổng hợp 2-aza-anthraquinon là đi qua con
đường tạo ra 3-lithium-3-cyanophtalit [31]. Sơ đồ sau đây mô tả tóm tắt quá
trình tổng hợp một vài dẫn chất 2-aza-anthraquinon.



OMe O

OMe

O
CN
19

2.1 eq LDA

N
Br

THF , - 40oC

OMe

OMe

O

N

O

OMe

OMe
Li CN
21

20

22

O

OMe O

OMe
N

N
OMe
O

OMe O

OMe

24 (10%)
23

(90%)

Sơ đồ 3
Cũng như phương pháp Diels - Alder, phương pháp này cũng không
chọn lọc và cho ta hỗn hợp 2 sản phẩm (23) và (24) với tỉ lệ (9 : 1). Các sản
phẩm này cũng rất khó tách ra khỏi nhau.
Nghiên cứu các phương pháp nhằm tạo ra phản ứng chọn lọc cao,
Epsztajin và các cộng sự [32] đã phát hiện phương pháp tổng hợp 2-azaanthraquinon trên cơ sở tạo ra otho-lithium của anilit, sau đó cho muối trung

gian lithium này tác dụng với metyl este của axit isonicotimic tạo ra các dẫn
xuất 2-aza-anthraquinon với độ chọn lọc cao. Công trình này được tóm tắt
trong sơ đồ 4



OMe

O

OMe

O

CN
19

OMe

2.1 eq LDA

O

OMe

N

Br

N

OMe

O

THF , - 40oC
Li

20

CN

OMe
22

21
OMe O
O

N

N

OMe

OMe

O
OMe O
23 (90%)

.

OMe

24 (10%)



O

R3

2

R

1. 2 eq BuLi
THF, -78oC

N
H

O
R3

2. N

R2

COOMe

R1

N
H

O
R1

25

26
N

27
HCl

O
R3

O
1. 50% H2SO4

OMe
O

N

R2

2. NaHCO3
R1

29

HO
N

N

28

LDA, THF

O
R3

N

R2
R1

O

30

Sơ đồ 4
Phương pháp tiếp theo, 2-aza-anthraquinon đã được tổng hợp trên cơ sở
sử dụng phương pháp Friedel - Crafts. Tolypocladin [33] đã được tổng hợp

qua phản ứng ngưng tụ của 1,2,4-trimathoxybenzen và 2-metylpyridin-4,5-


dicacboxylic anhydric, cũng cho ta hỗn hợp 2 đồng phân. Tóm tắt công trình
này được mô tả trong (sơ đồ 5 ).