Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của Bengamide A và E (Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

PHÍ THỊ ĐÀO

“TæNG HîP Vµ KH¶O S¸T HO¹T TÝNH SINH HäC C¸C ANALOG
CñA BENGAMIDE A Vµ E”

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

Hà Nội - 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

PHÍ THỊ ĐÀO

“TæNG HîP Vµ KH¶O S¸T HO¹T TÝNH SINH HäC C¸C ANALOG
CñA BENGAMIDE A Vµ E”

Chuyên ngành : Hóa hữu cơ
Mã số

: 62 44 01 14

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS.Habil Phạm Văn Cường
2. TS. Đoàn Thị Mai Hương

Hà Nội - 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng
dẫn khoa học của PGS.TS.Habil. Phạm Văn Cường và TS. Đoàn Thị Mai Hương.
Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng có ai công bố
trong các công trình nghiên cứu trước đây. Toàn bộ các thông tin trích dẫn trong
Luận án đã được chỉ rõ nguồn gốc xuất xứ.
Nghiên cứu sinh

Phí Thị Đào


LỜI CẢM ƠN
Luận án này được hoàn thành tại Viện Hóa sinh biển – Viện Hàn lâm Khoa
học và Công nghệ Việt Nam. Kinh phí thực hiện từ đề tài thuộc Quỹ Nafosted, mã
số đề tài NCCB-ĐHƯD.2012-G/05. Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã nhận
được nhiều sự giúp đỡ quý báu của thầy cô, các nhà khoa học cũng như đồng

nghiệp, bạn bè và gia đình.
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới Thầy hướng dẫn khoa học
PGS.TS.Habil. Phạm Văn Cường và TS. Đoàn Thị Mai Hương - Viện Hóa sinh biển,
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã chỉ ra hướng nghiên cứu, tận
tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, hội đồng khoa học, phòng Quản lý tổng
hợp Viện Hóa sinh biển; Ban lãnh đạo, phòng Đào tạo Học viện Khoa học và Công nghệ
đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS. Nguyễn Văn Hùng đã động viên và có
nhiều ý kiến góp ý giúp tôi hoàn thiện bản luận án. Tôi xin cám ơn các thầy cô, các
nhà khoa học Viện Hóa sinh biển - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam đã giảng dạy, hướng dẫn tôi hoàn thành các học phần và các chuyên đề trong
chương trình đào tạo.
Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ nghiên cứu Phòng Tổng hợp hữu cơ,
Trung tâm nghiên cứu và phát triển thuốc - Viện Hóa sinh biển đã giúp đỡ, đóng góp
nhiều ý kiến quý báu và hỗ trợ tôi thực hiện Luận án.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã hỗ
trợ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện Luận án.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Tác giả Luận án

Phí Thị Đào


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG ..............................................................................................i
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................... v
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LỚP CHẤT BENGAMIDE ................................... 3
1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước .......................................................................... 3
1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................................ 3
1.3. Các bengamide phân lập từ tự nhiên và hoạt tính sinh học................................ 5
1.4. Tổng hợp các bengamide ...................................................................................... 11
1.4.1. Tổng hợp toàn phần các bengamide phân lập từ tự nhiên ............................ 11
1.4.2 Tổng hợp các analog của bengamide và đánh giá hoạt tính sinh học ........... 18
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 35
2.1. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu ............................................................................ 35
2.2. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................... 35
2.3. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................... 35
2.3.1. Phương pháp hóa học ..................................................................................... 35
2.3.2. Phương pháp thử hoạt tính sinh học .............................................................. 36
2.4. Thực nghiệm .......................................................................................................... 38
2.4.1. Tổng hợp chuỗi ketide ..................................................................................... 38
2.4.2. Tổng hợp các N-alkyl aminolactam ................................................................ 42
2.4.3. Tổng hợp các analog của bengamide E .......................................................... 55
2.4.4. Tổng hợp các analog của bengamide A .......................................................... 76
2.5. Tổng hợp các analog bengamide chứa flo ............................................................ 81
2.5.1. Tổng hợp chất (BG3F) .................................................................................... 82
2.5.2 Tổng hợp các acetonide (BG4Fa,b; BG6Fa,b; BG8Fa,b; BG10Fa,b và
BG12Fa,b). ................................................................................................................. 82
2.5.3 Tổng hợp analog BG5Fa,b; BG7Fa,b; BG9Fa,b; BG11Fa,b và BG13Fa,b . 88
2.6. Thử hoạt tính sinh học các analog bengamide tổng hợp được ......................... 94

2.6.1. Hoạt tính gây độc tế bào .................................................................................. 94
2.6.2. Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định ........................................................... 95
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 97
3.1. Tổng hợp chuỗi ketide .......................................................................................... 98
3.2. Phản ứng tổng hợp các hợp chất 2-amino lactam ............................................ 102
3.2.1. Phản ứng tổng hợp các chất BG6a-b và BG14a-b ....................................... 102
3.2.3. Phản ứng tổng hợp các N-ankylaminolactam.............................................. 106
3.2.3.1. Phản ứng bảo vệ nhóm chức amine của các 2-aminolactam ................... 106
3.2.3.2. Phản ứng N-alkyl hóa các hợp chất . ....................................................... 107
3.3. Tổng hợp các analog của bengamide E ............................................................. 112
3.4. Tổng hợp các analog của bengamide A ............................................................. 121
3.5. Phản ứng tổng hợp các analog bengamide chứa flo ........................................ 125
3.6. Hoạt tính sinh học của các hợp chất tổng hợp được ........................................ 133
3.6.1. Hoạt tính gây độc tế bào ................................................................................ 133
3.6.2. Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định ......................................................... 138
KẾT LUẬN ................................................................................................................. 140
KIẾN NGHỊ ................................................................................................................ 141
CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ ........................................................................................ 142
PHỤ LỤC....................................................................................................................148


i

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Kết quả thử hoạt tính của bengamide Y (19) và Z (20) ................................................ 7
Bảng 1.2. Hoạt tính của một số bengamide phân lập từ hải miên Japis cf. Coriacea trên dòng tế
bào ung thư biểu mô tuyến vú MDA–MB–435 ........................................................... 8
Bảng 1.3. Hoạt tính sinh học của bengamide A, B và P trên 16 dòng tế bào ung thư .................. 9
Bảng 1.4. Kết quả thử hoạt tính của các bengamide phân lập từ hải miên Stelletta sp. .............. 10
Bảng 1.5. Thống kê các quy trình tổng hợp các bengamide thiên nhiên ..................................... 18

Bảng 1.6. Bảng hoạt tính trên dòng tế bào ung thư vú ở người MDA–MB–435 của các analog
bengamide 98-126 ...................................................................................................... 24
Bảng 1.7. Bảng hoạt tính đối với dòng tế bào MDA-MB-435 của các analog 130- 149 ............ 25
Bảng 1.8. Bảng kết quả thử hoạt tính của các analog bengamide biến đổi chuỗi polyketide điển
hình trên một số dòng tế bào ung thư ......................................................................... 31
Bảng 1.9. Hoạt tính sinh học của analog bengamide E biến đổi đầu olefin (IC50, M) .............. 32
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của tác nhân đến hiệu suất phản ứng tổng hợp BG2 ................................ 98
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của dung môi, nhiệt độ và tác nhân đến phản ứng tổng hợp BG4 ........... 98
Bảng 3.3. Các điều kiện phản ứng tổng hợp các aminolactam .................................................. 103
Bảng 3.4. Điều kiện thực hiện phản ứng bảo vệ nhóm amine bậc 1 ......................................... 106
Bảng 3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của tác nhân và nhiệt độ đến phản ứng thế Nankylaminolactam BG8a-10a .................................................................................. 107
Bảng 3.6. Hiệu suất phản ứng tổng hợp các chất thế N-ankylaminolactam .............................. 108
Bảng 3.7. Điều kiện phản ứng tổng hợp BG24a ....................................................................... 111
Bảng 3.8. Điều kiện và hiệu suất phản ứng mở vòng lactone của BG5 với các aminolactam, ứng
dụng chiếu xạ vi sóng............................................................................................... 112
Bảng 3.9. Phản ứng loại bỏ nhóm acetonide ............................................................................. 116
Bảng 3.10: Bảng tổng hợp hiếu suất phản ứng tổng hợp các acetonide chứa flo ...................... 126
Bảng 3.11: Bảng hiệu suất tổng hợp các analog chứa flo .......................................................... 129
Bảng 3.12. Cấu trúc hóa học của các hợp chất bengamide đã tổng hợp.................................... 131
Bảng 3.13. Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào của các analog bengamide tổng hợp ............ 132
Bảng 3.14. Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào của analog chứa flo ...................................... 135
Bảng 3.15. Kết quả thử hoạt tính gây độc tế bào của một số acetonide .................................... 136
Bảng 3.16. Kết quả thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của một số analog ................... 137


ii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của các bengamide phân lập từ tự nhiên ............................ 4
Hình 1.2. Gốc sinh tổng hợp đề xuất cho các bengamide ................................................ 5

Hình 1.3. Các bengamide phân lập từ hải miên Jaspis cf. coriacea ................................ 6
Hình 1.4. Các bengamide phân lập từ hải miên jaspis carteri ......................................... 6
Hình 1.6. Công thức cấu tạo của các bengamide M (13) – R (18) .................................. 8
Hình 1.7. Công thức cấu tạo bengamide E´(22) và F´(23) ............................................ 10
Hình 1.8. Sơ đồ tổng hợp toàn phần bengamide trong giai đoạn 1991 – 2001 ............. 12
Hình 1.9. Sơ đồ tổng hợp bengamide A theo Ogawa .................................................... 14
Hình 1.10. Sơ đồ tổng hợp bengamide E (5) ................................................................. 15
Hình 1.11. Sơ đồ tổng hợp các bengamide của Boeckman và cộng sự ......................... 15
Hình 1.12. Tổng hợp toàn phần bengamide E (5) theo Sarabia et al ............................ 16
Hình 1.13. Tổng hợp toàn phần bengamide E (5) bởi Li và Prasad (2013)................... 17
Hình 1.14. Thiết kế cấu tạo phân tử bengamides ........................................................... 19
Hình 1.15. Sơ đồ tổng hợp chuỗi ketide (86) ................................................................. 20
Hình 1.16. Sơ đồ tổng hợp analog của bengamide A(1) theo F.R. Kinder và cộng sự . 21
Hình 1.17. Sơ đồ tổng hợp phần ketide (86) của nhóm David D. Xu và cộng sự ......... 21
Hình 1.18. Sơ đồ tổng hợp aminolactam (95) của nhóm David D. Xu và cộng sự ....... 22
Hình 1.19. Sơ đồ tổng hợp analog LAF 389 (92c) của nhóm David D. Xu và cộng sự22
Hình 1.20. Sơ đồ tổng hợp analog bengamide của Nan và các cộng sự [34] ................ 23
Hình 1.21. Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide mở vòng caprolactam [33] ............. 25
Hình 1.22. Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide mở vòng caprolactam 150-156 [35]
.......................................................................................................................... 26
Hình 1.23. Các analog bengamide biến đổi chuỗi polyketit .......................................... 27
Hình 1.24. Sơ đồ tổng hợp chất ent-bengamide E (157) [15]........................................ 28
Hình 1.25. Sơ đồ tổng hợp các analog của bengamide E(5) với sự biến đổi tại C-2 của
chuỗi ketide [24]............................................................................................... 29
Hình 1.26. Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide biến đổi ở vị trí C-2; C-3 theo
Sarabia et al ...................................................................................................... 29
Hình 1.27. Sơ đồ tổng hợp toàn phần analog bengamide 168-170 [25] ........................ 30


iii

Hình 1.28. Sơ đồ tổng hợp analog bengamide biến đổi vị trí olefin .............................. 32
Hình 1.29. Các analog bengamide có hoạt tính chống ung thư cao [34, 43, 49] ........... 34
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide chứa flo ............................................ 82
Hình 3.1. Định hướng các biến đổi trên khung bengamide ........................................... 96
Hình 3.2. Sơ đồ phản ứng tổng hợp ketide BG5............................................................ 97
Hình 3.3: Cơ chế phản ứng tổng hợp BG5 .................................................................. 100
Hình 3.4. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất BG5 ................................................. 101
Hình 3.5. Phổ 13C-NMR của hợp chất BG5................................................................. 101
Hình 3.6: Phổ 1H-NMR của chấ BG13a ...................................................................... 109
Hình 3.7. Phổ 1H- NMR giãn rộng của hợp chất BG13a ........................................... 110
Hình 3.8. Phổ 13C- NMR và DEPT của hợp chất BG13a ........................................... 110
Hình 3.9. Phản ứng kết hợp của BG5 và LAF-A do David công bố .......................... 111
Hình 3.11. Phổ 1H-NMR giãn rộng của hợp chất BG24a ........................................... 115
Hình 3.12. Một số tương tác chính trên phổ COSY và HMBC của chất BG24a ........ 115
Hình 3.13. Phổ HMBC của hợp chất BG24a............................................................... 116
Hinh 3.14. Phổ 13C-NMR của chât BG32a .................................................................. 119
Hinh 3.15. Phổ 1H-NMR của chât BG32a ................................................................... 119
Hình 3.16. Một số tương tác chính trên phổ COSY và HMBC của chất BG40a ........ 121
Hinh 3.17. Phổ HMBC của chât BG40a (2´S, 5´S) ..................................................... 121
Hinh 3.18. Phổ 1H-NMR của chất BG40a (2´S, 5´S) .................................................. 122
Hinh 3.19. Phổ 1H-NMR của chất BG41a (2´S, 5´S) .................................................. 123
Hình 3.20. Phổ DEPT của hợp chất BG40a ................................................................ 123
Hình 3.21. Phổ DEPT của chất BG41a ....................................................................... 124
Hình 3.22: Sơ đồ tổng hợp các analog bengamide chứa flo. ....................................... 124
Hình 3.23. Phổ DEPT của chất BG3F ......................................................................... 125
Hình 3.24. Phổ DEPT của chất BG4Fa……………………………………………...129
Hình 3.25. Phổ HMBC của chất BG4Fa ..................................................................... 128
Hình 3.26. Một số tương tác chính trên phổ HMBC, COSY của chất BG4Fa và
BG4Fb ............................................................................................................ 128

v

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
 Các phương pháp sắc ký
TLC

Thin Layer Chromatography: Sắc ký lớp mỏng

CC

Column Chromatography: Sắc ký cột

grad.

gradient

 Các phương pháp phổ
ESI-MS

Electrospray Ionization Mass Spectroscopy: Phổ khối phun mù điện tử

HRESI-MS High-resolution Electrospray Ionization Mass Spectroscopy: Phổ khối
phân giải cao phun mù điện tử
1

H-NMR

Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng hưởng từ

hạt nhân proton

13

C-NMR

Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng hưởng
từ hạt nhân carbon 13

DEPT

Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer: Phổ DEPT

COSY

Correlation Spectroscopy: Phổ tương tác 2 chiều đồng hạt nhân 1H-1H

HSQC

Heteronuclear Single Quantum Correlation: Phổ tương tác hai chiều trực
tiếp dị hạt nhân

HMBC

Heteronuclear Multiple Bond Correlation: Phổ tương tác đa liên kết hai
chiều dị hạt nhân

NOESY:

Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy: Phổ NOESY

s: singlet

d: doublet

t: triplet

m: multiplet

dd: double doublet

q: quartet

quint: quintet

br: broad

 Các chữ viết tắt khác
IC50

50% inhibitory concentration: Nồng độ ức chế 50% sự tăng trưởng của
tế bào thử nghiệm

MIC

Minimum Inhibitory Concentration: Nồng độ ức chế tối thiểu

đnc.

Điểm nóng chảy

DMSO

Dimethyl sulfoxide

TMS

Tetramethyl silan


vi

ATCC

American Type Culture Collection

CTPT

Công thức phân tử

MTT

3-(4,5-dimethythiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide

THF

Tetrahydrofuran

OD

Optical density: Mật độ quang

TBAF

Tetra n-butylammonium fluoride

Boc2O

Di-tert-butyl dicarbonate

DMF

Dimethylformamide

TsOH

p-Toluenesulfonic acid

DIBAL

Diisobutylaluminium hydride

mCPBA

meta-Chloroperoxybenzoic acid

EDAC

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

DAST

Diethylaminosulfur trifluoride

MW

Microwave

DIEA

N,N-Diisopropylethylamine

EDCI

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

HOBT

Hydroxybenzotriazole

TBSCl

tert-Butyldimethylsilyl chloride

DMAP

4-Dimethylaminopyridine

(TMS)2NH Bis(trimethylsilyl)amine
TBSOTf

tert-Butyldimethylsilyl trifluoromethanesulfonate

rt

room temperature: Nhiệt độ phòng
Tên của các hợp chất được viết theo nguyên bản Tiếng Anh


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo đánh giá của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), 80% dân số trên toàn thế giới
vẫn tin dùng các loại thảo dược cho việc chăm sóc sức khoẻ ban đầu và khoảng hơn
60% các tác nhân hoá trị liệu dùng trong điều trị ung thư có nguồn gốc từ các hợp chất
thiên nhiên. Cho tới nay đã có hàng trăm nghìn các hợp chất thiên nhiên được tìm ra và
được nghiên cứu để phục vụ cho nhiều lĩnh vực của cuộc sống, đặc biệt là trong y học,
trong đó 78% các hoạt chất dùng làm thuốc kháng sinh và 74% các hoạt chất dùng làm
thuốc chữa ung thư là các hợp chất thiên nhiên hoặc có nguồn gốc từ các hợp chất
thiên nhiên. Trong những năm đầu thập kỷ 90, hóa học tổ hợp (combinatorial
chemistry) đã được các hãng dược lớn trên thế giới lựa chọn làm công cụ chủ chốt để
nghiên cứu tìm thuốc mới, trong đó hóa học các hợp chất thiên nhiên đóng vai trò chủ
chốt trong công cuộc tìm kiếm các loại thuốc chống lại các căn bệnh hiểm nghèo đang
hàng ngày cướp đi sinh mạng của nhiều người [1]
Các hợp chất thiên nhiên được phân lập từ các loài thực vật trên đất liền đã được
nghiên cứu từ rất lâu và đã thu được nhiều thành công. Tuy nhiên, nghiên cứu về các
hợp chất thiên nhiên biển mới chỉ được bắt đầu từ khoảng giữa thế kỷ trước. Hiện nay,
các hợp chất thiên nhiên biển đang được biết đến như một nguồn dược liệu đầy triển
vọng và nhiều các hợp chất có hoạt tính sinh học cao với cấu trúc phức tạp đã được
phát hiện từ các loài sinh vật biển khác nhau. Khó khăn trong việc thu mẫu lượng lớn

và đòi hỏi kinh phí cao là một trong những trở ngại đối với các nghiên cứu trong lĩnh
vực hóa học các hợp chất thiên nhiên biển. Chính bởi vậy, tổng hợp hữu cơ là phương
án lựa chọn hiệu quả trong việc tạo nguồn hoạt chất với lượng lớn hơn để phục vụ các
nghiên cứu hoạt tính sinh học, cũng như việc đảm bảo khả năng ứng dụng của chúng.
Nhiều hoạt chất có nguồn gốc thiên nhiên biển đóng vai trò như chất dẫn đường để từ
đó các nhà khoa học tạo ra các dẫn xuất mới có hoạt tính sinh học cao hơn. Lớp chất
bengamide được phân lập từ hải miên biển được biết đến có hoạt tính chống ung thư
rất tiềm năng. Tuy nhiên, độ kém ổn định về mặt cấu trúc là một trong các nguyên
nhân hạn chế khả năng ứng dụng của lớp chất này. Nhằm khắc phục hạn chế này của
lớp chất bengamide, trong khuôn khổ luận án này, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên
cứu: “Tổng hợp và khảo sát hoạt tính sinh học các analog của bengamide A và E”.


2

Mục tiêu của đề tài:

-

Xây dựng quy trình tổng hợp các analog của bengamide A và E, trên cơ sở đó
tiến hành đánh giá hoạt tính sinh học của các analog tổng hợp được.
-

Mục tiêu cụ thể:
+ Nghiên cứu tạo các analog mới với việc biến đổi kích cỡ vòng lactam, thay

đổi hóa lập thể C-2´(R) của vòng lactam đồng thời tạo các nhóm thế N-alkyl khác nhau
của vòng lactam.
+ Nghiên cứu tạo các analog mới với việc biến đổi ở vị trí olefinic và tạo các
dẫn suất chứa flo.

+ Khảo sát hoạt tính chống ung thư của các analog tổng hợp được trên các dòng
tế bào ung thư nhằm tìm ra mối tương quan giữa cấu trúc – hoạt tính sinh học của các
hợp chất thuộc lớp bengamide.
+ Khảo sát hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của các analog tổng hợp được.


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LỚP CHẤT BENGAMIDE
1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu các hợp chất thiên nhiên biển chưa được khai thác
nhiều. Đã có một số nghiên cứu về các hợp chất thứ cấp từ các loài hải miên, san hô,
da gai, vi sinh vật và động vật thân mềm. Tuy nhiên, đây mới chỉ là các nghiên cứu đầu
tiên trong lĩnh vực nghiên cứu và khai thác nguồn sinh vật biển đa dạng phong phú và
nhiều tiềm năng của nước ta. Ở Việt Nam có nhiều loài hải miên thuộc các giống khác
nhau tuy nhiên các nhà khoa học mới chỉ phát hiện được 1 loài hải miên thuộc giống
Jaspis là loài Jaspis stellifera tại Vịnh Nha Trang nhưng chưa có công trình nào nghiên
cứu thành phần hóa học của loài hải miên này. Ngoài ra, cho tới nay ở Việt Nam chưa
có công trình nào công bố về việc tổng hợp và đánh giá hoạt tính sinh học của các
bengamide cũng như các analog của chúng.
1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Giới thiệu chung
Hải miên giống Jaspis là nguồn tài nguyên vô cùng phong phú cho các nghiên
cứu về hợp chất thiên nhiên. Các nhà khoa học đã phân lập ra rất nhiều hợp chất từ các
loài hải miên thuộc giống này, trong đó có một số hợp chất thể hiện hoạt tính sinh học
như hoạt tính kháng sinh, chống ung thư hay diệt giun sán. Trong số các hợp chất phân
lập được thì đáng kể nhất là các bengamide, đây là lớp chất chính nổi trội hơn cả về
công thức cấu tạo và hoạt tính sinh học [2, 3]. Cho đến nay các hợp chất bengamide
được phân lập chủ yếu từ các loài hải miên, chỉ có 1 công trình công bố lớp chất này
được phân lập từ chủng vi sinh vật liên kết với hải miên [4].

Cấu trúc của bengamide bao gồm 2 phần chính là chuỗi ketide và vòng
caprolactam. Dựa theo cấu trúc hóa học của vòng caprolactam, các bengamides đã
được chia thành hai loại cấu trúc: Loại I có chứa một caprolactam hydroxylysine có
nhánh hoặc không nhánh bởi một chuỗi lipid (bengamide A – D, G – J, L – O, Y, Z)
và loại II chứa caprolactam dẫn xuất lysine (bengamides E, F, E´, F´, P – R). Cho tới
nay người ta đã thống kê được có khoảng 23 hợp chất bengamide được phân lập và xác
định cấu trúc [5], trong số đó có nhiều chất thể hiện hoạt tính chống ung thư cao như
các bengamide A, B, M, O và Z thể hiện hoạt tính chống ung thư đối với dòng tế bào


4

ung thư vú MDA-MB-435 với giá trị IC50 lần lượt là 1; 12; 10; 0,29 và 2,9 nM, còn các
bengamide E, F, P cũng thể hiện hoạt tính đối với dòng tế bào ung thư vú MDA-MB435 nêu trên với giá trị IC50 lần lượt là 3,3; 2,9; 1,2 µM [6]. Các hợp chất bengamide
đang được xem là lớp chất rất có triển vọng để nghiên cứu tạo ra các tác nhân mới ứng
dụng trong điều trị bệnh. Các hợp chất này thể hiện hoạt tính sinh học đa dạng, đặc biệt
là hoạt tính chống ung thư. Với cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học lý thú, các hợp
chất bengamide đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới.

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của các bengamide phân lập từ tự nhiên
Theo kết quả nghiên cứu về hải miên thì các hợp chất bengamide được xác định
là do chính các vi sinh vật liên kết tạo ra. Điều này được thể hiện từ chính cấu trúc của
chúng hay từ nhóm đầu isopropyl cũng như đặc trưng bởi các acid béo của vi sinh vật
[7, 8]. Do đó, cấu trúc của các bengamides có thể xuất phát từ các liên kết của một
diketide với dẫn xuất 6 cacbon từ L – leucine phát triển thành chuỗi ketide mạch nhánh
cùng với vòng hóa L – lysine (Hình 1.2) [3, 9].


5

Hình 1.2. Gốc sinh tổng hợp đề xuất cho các bengamide
Nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất và nghiên cứu mối quan hệ hoạt tính/cấu trúc
cho thấy hoạt tính của bengamide phụ thuộc vào cả 2 phần cấu trúc của hợp chất này
(chuỗi ketide và vòng caprolactam). Bất cứ một thay đổi nào trong cấu trúc của
bengamide cũng đều ảnh hưởng mạnh tới hoạt tính sinh học của chúng. Các nghiên
cứu cho tới nay phần lớn tập trung vào việc biến đổi chuỗi ketide và vòng caprolactam
nhưng vẫn giữ hệ cấu trúc khung cơ bản, do có nhiều nghiên cứu cho rằng hệ cấu trúc
này quyết định hoạt tính sinh học của bengamide.
1.3. Các bengamide phân lập từ tự nhiên và hoạt tính sinh học
Hiện tại, 23 hợp chất bengamide đã được phân lập và xác định cấu trúc hóa học
bằng các phương pháp phổ (hình 1.1) trong đó hợp chất bengamides A(1)-F(6) được
phân lập lần đầu tiên trong khoảng thời gian từ năm 1986 – 1990 bởi nhóm nghiên cứu
của giáo sư Crews (Đại học California, USA)[2, 10]. Các bengamide này được phân
lập từ một loài hải miên Jaspis cf. coriacea có màu cam thuộc giống Jaspis (họ
Choristida, ngành Astrophorida) thu được ở Benga Lagoon (Quần đảo Fiji). Dịch chiết
thô của loài hải miên này thể hiện hoạt tính gây độc tế bào ung thư biểu mô thanh quản
(Hep-05/02-Fu) với giá trị IC50 là 1,0 μg/mL và hoạt tính kháng khuẩn đối với chủng
Streptococcus pyrogenes và Nippostrongylus braziliensis [2]. Tại thời đểm đó, Crews
và cộng sự đã xác định cấu trúc hóa học của bengamide A (1) và B (2) bằng các
phương pháp phổ. Hợp chất bengamide C (3) cũng được phân lập từ dịch chiết của
loài hải miên này, tuy nhiên tại thời điểm đó cấu trúc hóa học của hợp chất chưa thể
xác định vì không thu được ở dạng tinh khiết. Năm 1990 nhóm nghiên cứu của giáo sư
Crews đã phân lập và xác định cấu trúc của các bengamide C – F (3-6) và đồng phân


6

isobengamide

E

(21)

từ

lượng

lớn

của

loài

hải

miên

này

[10].

Hình 1.3. Các bengamide phân lập từ hải miên Jaspis cf. coriacea
Sau sự phát hiện của nhóm nghiên cứu Crews, vào năm 1994 Amira Rudi và
cộng sự cũng đã phân lập ra bengamide A(1) và B(2) từ loài hải miên Jaspis digonoxea
thuộc vùng biển Nam Phi [11].
Năm 1997, từ loài hải miên Jaspis carteri thu được ở vùng biển New Caledonia,
D´Auria và cộng sự đã phân lập được 7 hợp chất bengamide là bengamide A(1), B(2),
bengamide G – J (7-10) và bengamide K(11)[12].

Hình 1.4. Các bengamide phân lập từ hải miên jaspis carteri

Vào năm 1999, Groweiss và cộng sự đã phân lập từ dịch chiết nước của loài hải
miên Jaspis sp. của Australia được 2 bengamide mới là bengamide Y (19) và
bengamide Z (20). Khảo sát hoạt tính sinh học in vitro của bengamide Y (19) và Z (20)
đối với 10 dòng tế bào ung thư, kết quả cho thấy Bengamides Y (19) và Z (20) thể hiện
hoạt tính với các dòng tế bào ung thư như ung thư thần kinh (SNB-75, SNB-19), ung
thư đại tràng (HCT-15, HCT-116), ung thư ác tính (MALME-3, LOX), ung thư phổi


7

(HOP-92, A549), ung thư buồng trứng (OVCAR-3) và ung thư thận (UO-31). Đặc biệt
2 hợp chất này thể hiện hoạt tính khác nhau giữa các dòng tế bào của 1 loại ung thư, ví
dụ, cả Bengamides Y (19) và Z (20) đều không có hoạt tính với dòng tế bào ung thư
thần kinh trung ương SNB-75 nhưng lại có hoạt tính với dòng tế bào ung thư thần kinh
trung ương SNB-19 với giá trị IC50 tương ứng là 0,68 và 0,56 µg/ml [13].
Bảng 1.1. Kết quả thử hoạt tính của bengamide Y (19) và Z (20)

Bengamide Y (19): R1= H, R2= OH
Bengamide Z (20): R1= CH3, R2= OH
IC50 (µg/mL)
Bengamide Y Bengamide Z
>40
>40
SNB-75
0,68
0,56
SNB-19
4,0
HCT-116 0,8
>40

HCT-15 >40
4,4
2,1
LOX
Dòng
bào

tế

Dòng tế bào
MALME-3
A549
HOP-92
OVCAR-3
UO-31

IC50 (µg/mL)
Bengamide Y Bengamide Z
>40
>40
4,8
4,1
>40
>40
4,6
0,52
9,9
7,2

Cùng năm 1999, Letourneux và cộng sự đã phân lập và xác định cấu trúc hóa

học của một bengamide mới là bengamide L (12) và 4 bengamide đã biết là bengamide
A (1), B (2), E (5) và F (6) từ loài hải miên Pachastrissa sp. thu thập tại vùng biển
Djibouti [14].

Hình 1.5. Công thức cấu tạo của bengamide L(12) phân lập từ
hải miên Pachastrissa sp.
Vào năm 2001, hơn 15 năm sau khi phát hiện các bengamide đầu tiên, Crews và
cộng sự tiếp tục nghiên cứu loài hải miên Japis cf. Coriacea thu thập tại quần đảo Fiji.
Nhóm nghiên cứu đã phân lập được sáu bengamide mới M (13) – R (18) và 10


8

bengamide đã biết là A (1), B (2), E (5), F (6), G (7), H (8), I (9), L (12), Y (19) và Z
(20) [15].

Hình 1.6. Công thức cấu tạo của các bengamide M (13) – R (18)
Kết quả thử hoạt tính chống ung thư đối với dòng ung thư vú MDA-MB-435
cho thấy bengamide A (1) và bengamide O (15) thể hiện hoạt tính mạnh nhất với IC50
tương ứng là 1 nM và 0,3 nM.
Bảng 1.2. Hoạt tính của một số bengamide phân lập từ hải miên Japis cf. Coriacea trên
dòng tế bào ung thư biểu mô tuyến vú MDA–MB–435
Bengamide IC50 (µM)
A (1)

0,001 ± 0,0006

B (2)

0,0024 ± 0,0008

E (5)

3,3 ± 1,2

Bengamide A (1): R1= R3= H, R2= OCO(CH2)12CH3

F (6)

2,9 ± 2,9

Bengamide B (2): R1= CH3, R2= OCO(CH2)12CH3, R3= H

M (13)

0,0101 ± 0,0021

O (15)

0,00029
0,0005

±

Bengamide E (5): R1= R2= R3= H
Bengamide F (6): R1= R3= H, R2= OCO(CH2)12CH3,
Bengamide M (13): R1= CH3, R3= H, R2= OCO(CH2)11CH(CH3)2
Bengamide O (15): R1= R3= H, R2= OCO(CH2)10CH(CH3)2

P (16)

1,2 ± 7,9

Bengamide P (16): R1= R2= H, R3 = CO(CH2)12CH3

Z (20)

2,9 ± 1,5

Bengamide Z (20): R1= CH3, R2= OH, R3= H

Tiếp tục khảo sát hoạt tính sinh học của một số bengamide phân lập từ hải miên
Japis cf. Coriacea đối với 16 dòng tế bào ung thư khác nhau. Kết quả cho thấy chỉ có


9

bengamide A (1), B (2) và P (16) thể hiện hoạt tính mạnh nhất đối với cả 16 dòng tế
bào ung thư với giá trị IC50 nằm trong khoảng 0,0019-6,00 µM [15].
Bảng 1.3. Hoạt tính sinh học của bengamide A, B và P trên 16 dòng tế bào ung thư
Loại tế bào ung thư

IC50 (µM)
Bengamide A (1) Bengamide B (2) Bengamide P (16)

NSCL: Ung thư phổi
A549

0,019

0,0019

0,69

HOP92

0,200

0,0068

5,60

NCI-H522

0,060

0,0063

3,10

HCT 116

0,018

0,0024

0,73

HCT 15

0,260

0,130

2,80

COLO 205

0,018

0,025

0,30

SNB 75

0,190

0,063

3,30

SNB 19

0,024

0,0086

5,40

UACC 62

0,015

0,0052

2,50

LOX IMVI

0,023

0,0023

1,10

MALME-3M

0,180

0,022

6,00

OVCAR 3

0,010

0,010

4,00

OVCAR 3

0,007

0,0051

1,90

UO 31

0,370

0,025

0,99

786-0

0,024

0,0035

0,94

0,027

0,0073

3,10

0,046 ± 0,005

0,011 ± 0,001

2,7 ± 0,23

Ung thư Ruột kết

Ung thư Thần kinh

U ác tính

Ung thư buồng trứng

Ung thư thận

Ung thư bạch cầu
CCRF-CEM
IC50 trung bình


10

Năm 2005, nhóm nghiên cứu của Crews đã phân lập được từ chủng vi sinh vật
Myxococcus virescens hợp chất bengamide E (5) và hỗn hợp đồng phân lập thể
bengamide E´(22) và F´(23). Sau đó bengamide E´(22) đã được tổng hợp vào năm
2010 [16].

Hình 1.7. Công thức cấu tạo bengamide E´(22) và F´(23)
Năm 2008 G. R. Pettit và cộng sự cũng đã phân lập ra bengamide A (1) từ một
loài hải miên thuộc chi khác là Dorypleres splendens. Khảo sát hoạt tính gây độc tế
bào của bengamide A (1) đối với 7 dòng tế bào ung thư khác nhau: Tế bào ung thư
bạch cầu (P388), ung thư buồng trứng (OVCAR-3), ung thư phổi (NCI-H460), ung thư
ruột kết (KM20L2), ung thư tuyến tiền liệt (DU-145), ung thư tuyến tụy (BXPC-3) và
ung thư não (SF-295) cho giá trị IC50 tương ứng là 0,12; 0,01; 0,00054; 0,0049;
0,0056; 0,027; 0,001 µg/ml [17].
Năm 2011 nhóm nghiên cứu của S. Ovenden đã phân lập từ loài hải miên
Stelletta sp. thu thập từ vùng biển Tây Úc được 4 bengamide là bengamide A (1), F (6),
N (14), I (9). Các bengamide này được thử hoạt tính trên 4 dòng tế bào ung thư: tế bào
ung thư thần kinh trung ương (SF-268), ung thư vú (MCF-7), ung thư phổi (H460) và
ung thư đại tràng (HT-29), ngoài ra còn được thử nghiệm trên tế bào buồng trứng chuột
(CHO-K1). Kết quả cho thấy bengamide A (1) có hoạt mạnh còn các bengamide F (6),
I (9), N (14) có hoạt tính trung bình với các dòng ung thư thử nghiệm [18].
Bảng 1.4. Kết quả thử hoạt tính của các bengamide phân lập từ hải miên Stelletta sp.
Bengamide

GI50 (μM)
SF-268

MCF-7

H460

HT-29

CHO-K1

A (1)

<0,02

<0,02

<0,02

<0,02

0,1

F (6)

1,8

0,7

0,6

1,5

32

I (9)

72

52

25

48

>184

N (14)

<0,02

<0,02

<0,02

<0,02

0,2


11

1.4. Tổng hợp các bengamide
Các nghiên cứu về hoạt tính chống ung thư của bengamide thông qua các thí
nghiệm về hoạt tính gây độc tế bào cùng với các kết quả thu được từ dữ liệu NCI –
DTP đã cho thấy nhiều hợp chất bengamide có thể là ứng viên tiềm năng trở thành tác
nhân chống ung thư thế hệ mới. Kết quả nghiên cứu hoạt tính ức chế đối với một số
dòng tế bào ung thư cho thấy hợp chất bengamide phân lập từ tự nhiên có chứa nhóm
acid béo được gắn vào vòng caprolactam (trường hợp của Bengamide A (1), B (2), M
(13) và O (15)), mạnh gấp hơn100 lần so với các chất không có nhánh alkyl ester ở
vòng lactam (bengamide E (5), F (6), P (16) và Z (20)). Đồng thời, các chất thuộc lớp
chất này tỏ ra hiệu quả hơn đối với dòng tế bào ung thư biểu mô tuyến vú MDA–MB–

435. Tuy nhiên, mặc dù các ester mạch dài trên vòng caprolactam có vai trò rất quan
trọng trong thử nghiệm in vitro nhưng trong các thử nghiệm lâm sàng in vivo trên cơ
thể sống sự khác biệt là rất nhỏ giữa các bengamide. Mặt khác, một số thí nghiệm chỉ
ra rằng bengamide B (2) sẽ bị chuyển hóa thành bengamide Z (20) trong nội tế bào,
điều này cho thấy bengamide Z (20) mới thực sự đảm nhận vai trò chống lại sự phát
triển của tế bào ung thư [19].
1.4.1. Tổng hợp toàn phần các bengamide phân lập từ tự nhiên
Với hoạt tính ức chế tế bào ung thư rất đáng quan tâm và cấu trúc hóa học lý thú
nên hiện nay các bengamide là một trong những lớp chất được các nhà khoa học quan
tâm nghiên cứu. Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới về quy trình tổng
hợp toàn phần các bengamide đi từ các chất thương mại là L– và D – glucose, D –
glyceraldehydes, acid D – tartaric, acid L-glutamic, L-quebrachitol hoặc 5-hydroxy-Llysine. Quá trình tổng hợp toàn phần các bengamide đi từ chất đầu thương mại khác
nhau được khái quát trong Hình 1.8.


12

Hình 1.8. Sơ đồ tổng hợp toàn phần bengamide trong giai đoạn 1991 – 2001
Vài năm sau khi hợp chất bengamide đầu tiên được phát hiện bởi Crews và cộng
sự, Broka đã đưa ra quy trình tổng hợp toàn phần đầu tiên cho bengamide B (2) và E
(5) đi từ chất đầu thương mại là L-glucose và (S)-butanetriol [20]. Năm 1992, Ogawa
đưa ra quy trình tổng hợp toàn phần đầu tiên cho bengamide A (1) đi từ chất đầu
thương mại acid L-glutamic [21]. Năm 1992, Ohrui đưa ra quy trình tổng hợp toàn
phần cho bengamide E (5) từ chất đầu D-glucose [22], hoặc từ D-glyceraldehyde, acid
D–tartaric [9]. Đó là các chất đầu có cấu trúc bền, đồng thời có hệ nhánh
polyhydroxylate giống các hợp chất bengamide phân lập từ tự nhiên.
Sơ đồ tổng hợp bengamid A (1) theo Ogawa và cộng sự được trình bày trong
Hình 1.9 [21]. Đi từ chất đầu thương mại là acid L-glutamic (24) qua bước este hóa
chọn lọc 1 nhóm acid sau đó bảo vệ nhóm amin bằng Boc2O với sự có mặt của
NaHCO3 trong hỗn hợp dung môi 1,4-dioxan và nước. Nhóm acid còn lại được khử

hóa về ancol bằng tác nhân NaBH4 tạo thành chất 25. Chất 26 được tạo thành khi cho
25 phản ứng với 2,2-dimethoxypropane với sự có mặt của TsOH. Qua con đường azit


13

hóa (Hình 1.9), aminolactam 37 được tổng hợp thông qua một loạt các phản ứng trung
gian. Tiếp theo aminolactam 37 phản ứng với chất 38 trong môi trường trietylamine có
mặt (EtO)2POCN và MeONa tạo thành hợp chất 39. Este hóa nhóm ancol của vòng
aminolactam với acid myristic trong sự có mặt của EDAC (1-Ethyl-3-(3Dimethylaminopropyl)carbodiimide) và 4-dimetylaminopyridine thu được chất 40.
Bỏ bảo vệ nhóm chức acetonide bằng acid trifloacetic (TFA) trong dung môi THF và
nước thu được bengamid A (1).

(a): (1) MeOH, H2SO4, (2) Boc2O, NaHCO3,1,4-dioxan, H2O, (3) NaBH4; (b) 2,2-dimethoxypropane,
TsOH, PhH; (c) DIBAL, PhMe, -78oC; (d) Ph3PCH3Br, NaNH2, THF, 0oC; (e) mCPBA, (ClCH2)2phosphate; (f) NaN3, NH4Cl, 2-methoxy ethanol; (g) NaH, BnBr, Bun4NI, THF; (h) TsOH (5 mol %),
MeOH; (i) (CrO3 trong dầu, H2SO4), axeton; (j) N-hydroxysuccinimide, EDAC,4dimethylaminopyridine, DMF; (k) H2, Raney-Ni, THF ; (l) H2 (1 atm), Pd(OH)2, EtOH; (m)
CF3COOH-CH2C12, 0oC.


14

Hình 1.9. Sơ đồ tổng hợp bengamide A theo Ogawa
Năm 1991 Broka và cộng sự đã công bố quy trình tổng hợp toàn phần
bengamide E (5) từ chất đầu thương mại L-glucose [20]. Đầu tiên là tổng hợp chuỗi
ketide và amino lactam, sau đó kết hợp chuỗi ketide và amino lactam để thu được
bengamide E (5).
Tổng hợp chuỗi ketide 46 đi từ L-glucose. Theo đó L-glucose được chuyển hóa
thành tetrabenzyl ether 41 thông qua phản ứng ete hóa với BnOH. Sau đó chất 41 phản
ứng với sulfone isobutyl với sự có mặt của muối lithium thu được hỗn hợp chất 1,2
hydroxysulfonyl diastereomer 42. Khử hóa chất 42 với 6% Na(Hg) trong sự có mặt của

Na2HPO4 thu được chất 43. Tiếp theo là metyl hóa với tác nhân MeI trong sự có mặt
của KH, thủy phân và loại bỏ các nhóm benzyl, sau đó bảo vệ nhóm hydroxy bằng tác
nhân PivCl (Pivaloyl chloride) cho hợp chất trung gian 44. Ba nhóm hydroxy còn lại
được bảo vệ bằng TBSOTf (tert-Butyldimethylsilyl trifluoromethanesulfonate), sau đó
thủy phân thu được ancol 45. Oxi hóa hợp chất 45 thu được ketide 46. Sử dụng
aminolactam 47 thương mại cộng hợp với ketide 46 để thu được bengamide E (5)
(Hình 1.10).

(a): 1. Na/NH3; 2. Ac2O, Pyridine, DMAP; 3. KH (cata), MeOH; 4. PivCl, Pyridine. (b): 1. oxi hóa
Swem; 2. NaClO, NaH2PO4, t-BuOH, (Me)2C=CHMe; (c): 1. HOBT,1-(3-Dimethylaminopropyl)-3ethylcarbodiimide (HCl), 2. TBAF, THF.