Tổng hợp và thử hoạt tính sinh học của 3 (4 nitrophenyl) hydantoin và một số dẫn chất
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.67 MB, 78 trang )
BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI
LÊ TRỌNG ĐẠT
TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH
HỌC CỦA 3-(4-NITROPHENYL)HYDANTOIN VÀ MỘT SỐ DẪN CHẤT
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ
HÀ NỘI-2013
Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi
BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI
LÊ TRỌNG ĐẠT
TỔNG HỢP VÀ THỬ HOẠT TÍNH SINH
HỌC CỦA 3-(4-NITROPHENYL)HYDANTOIN VÀ MỘT SỐ DẪN CHẤT
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ
Người hướng dẫn:
ThS. Hoàng Thu Trang
DS.Trịnh Văn Ninh
Nơi thực hiện:
Bộ môn Hóa Hữu Cơ
HÀ NỘI-2013
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới ThS
Hoàng Thu Trang, DS.Trịnh Văn Ninh, PGS.TS Nguyễn Quang Đạt,
TS.Vũ Trần Anh là người thầy đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện
thuận lợi và động viên tôi hoàn thành khóa luận này
Tôi cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của : Ths Đặng Vũ Lương
(Phòng NMR- Viện hóa học- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam), Ths.
Phạm Thị Nguyệt Hằng (Khoa Dược lý-Sinh hóa, Viện Dược liệu Việt
Nam), TS. Nguyễn Thị Sơn (Bộ môn Hóa vật liệu, khoa Hóa, trường Đại học
Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội) và toàn thể các thầy cô giáo,
cán bộ kỹ thuật viên của Bộ môn Hóa hữu cơ, các thầy cô giáo trong trường,
các phòng ban, thư viện - Trường Đại học Dược Hà Nội.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do hạn chế về thời gian, kiến thức
cũng như tài liệu tham khảo nên khóa luận của tôi không thể tránh khỏi những
sai sót, khiếm khuyết trong nội dung và hình thức, tôi rất mong nhận được sự
góp ý của các thầy cô để khóa luận được 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 1 tháng 5 năm 2013
Sinh viên
Lê Trọng Đạt
Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
A549
13
C – NMR
: Tế bào ung thư phổi ở người
: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13
AcOH
: Acid acetic
DMF
: Dimethylformamid
DMSO
: Dimethylsulfoxid
EGFR
: Epidermal growth factor receptor, thụ thể của yếu tố
tăng trưởng biểu mô
EtOH
: Ethanol
EtOAc
: Ethyl acetat
HCT116
: Tế bào ung thư đại tràng ở người.
Hep – G2
: Tế bào ung thư gan ở người
HMBC
: Phổ tương tác dị hạt nhân qua nhiều liên kết
(Heteronuclear Multiple Bond Connectivity)
1
H – NMR
HSQC
: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton
: Phổ tương tác dị hạt nhân qua một liên kết
(Heteronuclear Single-Quantum coherence)
IC50
: Nồng độ ức chế 50%
IR
: Phổ hồng ngoại
LU
: Tế bào ung thư phổi
MCF7
: Tế bào ung thư biểu mô vú ở người
MeOH
: Methanol
MS
: Khối phổ ( Mass spectrometry)
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng
3.1: Kết quả tổng hợp của các dẫn chất 3-aryl-5arylidenhydantoin tổng hợp được I-V
Trang
27
3.2: Số liệu phổ IR của các chất tổng hợp được
28
3.3: Số liệu phổ 1H-NMR của các chất tổng hợp được
29
3.4: Số liệu phổ 13C-NMR của các chất tổng hợp được
30
3.5: Kết quả thử tác dụng kháng các dòng tế bào ung thư
31
người của các chất tổng hợp được
3.7: Giá trị IC50 (µg/ml) của các dẫn chất hydantoin trên Hep-G2
38
3.8: Giá trị IC50 (µg/ml) của các dẫn chất hydantoin trên HTC116
39
Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi
DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC
Phụ lục 1 (1.2-1.3)
: Các phổ của hợp chất A
Phụ lục 2 (2.1-2.6)
: Các phổ của hợp chất B
Phụ lục 3 (3.1-3.6)
: Các phổ của hợp chất I
Phụ lục 4 (4.1-4.6)
: Các phổ của hợp chất II
Phụ lục 5 (5.1-5.6)
: Các phổ của hợp chất III
Phụ lục 6 (6.1-6.6)
: Các phổ của hợp chất IV
Phụ lục 7 (7.1-7.6)
: Các phổ của hợp chất V
Phụ lục 8
: Phiếu trả lời kết quả thử hoạt tính kháng tế bào
ung thư
Trang
CÁC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ
ĐẶT VẤN ĐỀ
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
2
1.1. TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA CÁC DẪN CHẤT HYDANTOIN
2
1.1.1 Tác dụng chống co giật
2
1.1.2 Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm
3
1.1.3 Tác dụng ức chế tế bào ung thư
4
1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HYDANTOIN VÀ DẪN
8
CHẤT
1.2.1 Phản ứng tổng hợp hydantoin và hydantoin thế
8
1.2.1.1 Phản ứng đóng vòng của các α-aminoacid với các cyanat
8
1.2.1.1 Phương pháp tổng hợp từ α-aminoacid và isocyanat hữu cơ
8
1.2.1.3 Phản ứng đóng vòng của các α-dicarbonyl với ure hoặc dẫn xuất của
9
ure
1.2.1.4 Phản ứng Bucherer-Bergs
9
1.1.1.5 Phản ứng của các cyanoacetamid với kiềm hypohalid
10
1.2.2 Phản ứng tổng hợp dẫn chất 5-arylidenhydantoin
10
1.2.2.1 Phản ứng ngưng tụ với aldehyd
10
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG
14
PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT, DUNG MÔI
14
2.2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
15
2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
15
Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi
2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
15
2.4.1 Phương pháp tổng hợp các dẫn chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin
15
2.4.2 Phương pháp xác định cấu trúc
16
2.4.3 Phương pháp thử tác dụng kháng tế bào ung thư
16
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
17
3.1 TỔNG HỢP HÓA HỌC
17
3.1.1 Tổng hợp 3-(4-nitrophenyl)hydantoin
17
3.1.1.1 Tổng hợp N-(4-nitrophenylamino)carbonyl)glycin
18
3.1.1.2 Tổng hợp 3-(4-nitrophenyl)hydantoin
19
3.1.2 Tổng hợp các dẫn chất 3-aryl-5-arylidenhydantoin (I-V)
19
3.2 XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA CÁC CHẤT TỔNG HỢP ĐƯỢC
23
3.2.1 Phổ hồng ngoại
23
3.2.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H và 13C
24
3.2.3 Phổ khối lượng
24
3.3 THỬ NGHIỆM HOẠT TÍNH KHÁNG CÁC DÒNG TẾ BÀO UNG
24
THƯ NGƯỜI
3.4 BÀN LUẬN
33
3.4.1 VỀ TỔNG HỢP HÓA HỌC
33
3.4.2 VỀ XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA CÁC CHẤT TỔNG HỢP
35
ĐƯỢC
3.4.2.1 Về phổ hồng ngoại (IR)
35
3.4.2.2 Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR
36
3.4.2.3 Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C-NMR
36
3.4.2.4 Về phổ MS
37
3.4.3 VỀ TÁC DỤNG KHÁNG TẾ BÀO UNG THƯ
37
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
40
4.1 KẾT LUẬN
40
4.2 KIẾN NGHỊ
40
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC PHỤ LỤC
PHỤ LỤC
Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi
1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong tất cả các lĩnh vực, việc tìm ra những phương pháp mới để nâng
cao hiệu quả sử dụng luôn là vấn đề được quan tâm hàng đầu. Cũng như vậy,
trong lĩnh vực Dược phẩm, các nhà khoa học luôn nỗ lực không ngừng nhằm
tìm ra những dẫn chất mới có tiềm năng tác dụng sinh học để có thể nâng cao
công tác phòng và chữa bệnh.
Hiện nay, đã có nhiều phương pháp đươc áp dụng nhưng phương pháp
tổng hợp và bán tổng hợp vẫn giữ vai trò quan trọng và không thể thiếu. Các
nhà nghiên cứu thường dựa trên cấu trúc của các chất đang được dùng làm
thuốc hoặc các chất có tác dụng dược lý, có triển vọng để tạo ra các chất mới
dự đoán có tác dụng tốt hơn, ít độc tính hơn và có hiệu quả cao hơn trong điều
trị.
Với những tiềm năng về tác dụng sinh học, các dẫn chất của hydatoin đã
được quan tâm nghiên cứu và mang lại những hiệu quả nhất định. Có thể kể
đến một số dẫn chất đã được sử dụng rộng rãi trong y học như phenytoin
(thuốc chống động kinh), nitrofurantoin (thuốc kháng khuẩn), dantrium (thuốc
giãn cơ vân), nilutamid (thuốc điều trị ung thư tuyến tiền liệt di căn).
Để góp phần nghiên cứu, tìm kiếm các dẫn chất 5-arylidenhydantoin mới
có tiềm năng về hoạt tính sinh học, chúng tôi thực hiện khóa luận với các mục
tiêu sau:
1.Tổng hợp 3-(4-nitrophenyl)hydatoin và một số dẫn chất.
2.Thử tác dụng chống ung thư của các hợp chất tổng hợp được.
2
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN
1.1
TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA CÁC DẪN CHẤT HYDANTOIN
Hydantoin (imidazolidin-2,4-dion) là hợp chất hữu cơ được A.Bayer
phát hiện năm 1861 [11] bằng phản ứng hydro phân (hydrogenolysis)
allantoin (chất được phát hiện trong túi dịch niệu (the allantoic fluid) của bò
cái), đó là nguồn gốc của tên hydantoin. Sau đó, năm 1864, A.Bayer [11]
tổng hợp được hydatoin với nguyên liệu ban đầu là bromoacetylure. Tuy
nhiên cấu trúc vòng của hydantoin chỉ được xác định bởi Strecker vào năm
1873 [8]. Cho đến nay, nhiều dẫn chất của hydantoin đã được tổng hợp và
một số chất đã được sử dụng làm thuốc.
Bản thân hydantoin không thể hiện tác dụng sinh học, tuy nhiên nhiều
công trình nghiên cứu tổng hợp và thử tác dụng sinh học cho thấy các dẫn
chất của hydantoin có tác dụng khá phong phú và đa dạng như động chống
động kinh, kháng khuẩn, chống ung thư [1], [2], [3], [6], [12], [14], [15]…
Các dẫn xuất thế ở vị trí C1, C3, đặc biệt thế 2 lần ở vị trí C5 đã được nghiên
cứu và cho thấy nhiều tác dụng sinh học đáng chú ý:
1.1.1 Tác dụng chống co giật
Dẫn chất hydantoin được dùng nhiều nhất trong điều trị là 5,5diphenylhydatoin (phenytoin) (1), biệt dược là Dilantin (biệt dược của ParkeDavis), Epanutin (biệt dược của Pfizer).
H
N
O
NH
O
(1)
Phenytoin có tác dụng chống co giật, thường được sử dụng trong điều trị
bệnh động kinh [2], [6], [19]. Tuy nhiên phenytoin còn có một số tác dụng
Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi
3
phụ như giảm bạch cầu, giảm tiểu cầu, buồn nôn, phát ban,… vì thế đã có
nhiều nghiên cứu nhằm tổng hợp các dẫn chất của hydantoin có ít tác dụng
phụ hơn nhưng vẫn duy trì được tác dụng chống co giật. Ví dụ, các dẫn chất
phenytoin được tổng hợp gồm ethotoin (3-ethyl-5-phenylhydantoin),
mephenytoin
(5-ethyl-3-methyl-5-phenylhydantoin),
5-methyl-5-
phenylhydantoin, và 5-pentyl-5-phenylhydantoin [24].
1.1.2 Tác dụng kháng khuẩn kháng nấm
Nitrofurantoin (2) là dẫn chất hydantoin được dùng điều trị nhiễm khuẩn
đường tiết niệu từ năm 1959 và cho đến nay vẫn được sử dụng trong điều trị
[9], [16].
O2N
O
N N
O
NH
O
(II)
Năm 1993, tác giả Janos Marton và cộng sự [20] đã tổng hợp và thử tác
dụng kháng khuẩn,kháng nấm của dẫn chất 5-arylidenehydantoin (3 a-h) cho
thấy chúng có tác dụng tốt. Các chất tổng hợp có tác dụng với chủng nấm gây
bệnh trên lúa mì, đậu… như Erysiphegraminis f. sp. Stritici, Uromyces
appendicutalus, Botrytis nicerea.
H
N
O
O
HN
R1
R2
R3
3 a-h
R4
R1=R2=R3=R4=H (a)
R1=OH, R2=R3=R4=H (e)
R3=OCH3, R1=R2=R4=H (b)
R2=OCH3, R3=OH, R1=R4=H (f )
R1=OCH3, R2=R3=R4=H (c)
R2=OH, R3=OCH3, R1=R4=H (g)
R2=R3=OCH3,R1=R4=H (d)
R1=OH, R2=OCH3, R3=R4=H (h)
4
1.1.3 Tác dụng ức chế tế bào ung thư
Một dẫn chất hydantoin đã được ứng dụng trong điều trị ung thư là
Nilutamid (4)
O
F F
F
NH
N
CH3
CH3
O
O2N
(4)
Chất này được tổng hợp năm 1992, được ứng dụng trong điều trị ung thư
tuyến tiền liệt di căn năm 1996 [3], [6], [19]. Nilutamid được chỉ định trong
điều trị ung thư tuyến tiền liệt có di căn, dùng phối hợp với phẫu thuật cắt bỏ
tinh hoàn.
Một số hợp chất thiên nhiên có cấu trúc 5- arylidenhydantoin được phân
lập và tìm thấy có hoạt tính ức chế tế bào ung thư như các chất aplysinopsin
(5) và spongiacidin (6) từ bọt biển [15], [17].
R
CH3
N
N
H
O
HN
O
N
CH3
5
Br
H
N
O
HN
O
NH
O
6
Năm 2003, các tác giả Đinh Thị Thanh Hải, Nguyễn Quang Đạt, Lê Mai
Hương [4] cũng đã nghiên cứu hoạt tính kháng hai dòng tế bào ung thư ở
người (tế bào ung thư biểu mô (KB) và tế bào ung thư màng tử cung (FL) của
dãy chất 5-(5’-nitro-2’-furfurliden)hydantoin)
Kết quả là tìm được hai chất là 5-(5’-nitro-2’-furfuryliden)imidazolidin2,4-dion(8) và 3-piperidinomethyl-5-(5’-nitro-2’furfuryliden)imidazolidin2,4-dion (9) có hoạt tính kháng tế bào ung thư rất mạnh (giá trị IC50 là 0,2-
Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi
5
1,04 (µg/ml)) đối với dòng tế bào FL và 0,6-1,15 (µg/ml) đối với dòng tế bào
KB.
H
N
N
NO2
O
O
O
CH2
O
N
O
N
H
7
N
H
O
NO2
8
Năm 2006, C.Carmi và cộng sự [12] đã nghiên cứu tổng hợp một số dẫn
chất 1-phenyl-5-benzylidenhydantoin và thử hoạt tính ức chế EGFR (receptor
của yếu tố tăng trưởng biểu mô) và chống tăng sinh của ung thư biểu mô ở
người A431. Kết quả nghiên cứu của tác giả Carmi cho thấy một số chất tổng
hợp được có tác dụng ức chế quá trình phosphoryl hóa của EGFR, có tác dụng
ức chế sự phát triển và tăng sinh của tế bào ung thư biểu mô A431 khi thử ở
nồng độ 20µM. Chất có tác dụng mạnh nhất là (E)-5-p-hydroxybenzyliden-1phenethylhydantoin (10) với IC50= 27µM trên invivo.
Năm 2009, V.Zualiani và C.Carmi tiếp tục hướng nghiên cứu các dẫn
chất 5-benzylidenhydantoin có hoạt tính ức chế EGFR và hoạt tính chống ung
thư, đã tổng hợp và thử nghiệm hoạt tính chống tăng sinh dòng tế bào ung thư
phổi A549 [33]. Kết quả cho thấy một số dẫn chất 5-benzyliden-1phenethylhydantoin có hoạt tính ức chế tăng sinh tế bào ở nồng độ 20µM.
Chất
có
tác
dụng
mạnh
nhất
(E)-5-p-hydroxybenzyliden-1-
phenethylhydantoin (9).
N
HO
O
N
H
9
O
6
Các tác giả đã giả thiết cơ chế tác dụng kép của dãy chất này là do liên
kết đôi liên hợp ở ngoài vòng đã tạo cho nhân hydantoin có hai khả năng tác
dụng là tương tác với vị trí hoạt động của EGFR và alkyl hóa các chất ái nhân
sinh học. Giả thuyết này được ủng hộ bởi hoạt tính gây độc tế bào ung thư đã
biết của nhiều hợp chất thiên nhiên và tổng hợp có chứa nhóm carbonyl α β
không no [14].
Năm 2009, M.Mudit, M.Khanfar đã công bố công trình nghiên cứu về
phát minh, thiết kế và tổng hợp các dẫn chất 5-benzylidenhydantoin có hoạt
tính chống ung thư di căn lấy cảm hứng từ hợp chất thiên nhiên ở biển [23].
Từ loài bọt biển Hemimycale Arabica (Mycalidae) ở biển Hồng Hải, các tác
giả đã phân lập được 3 chất đặc biệt là (Z)-5-(4-hydroxybenzyliden)hydantoin
(10), (R)-5-(4-hydroxybenzyl)hydantoin (11), (Z)-5-(6-bromo-1H-indol-3yl)methylen)-hydantoin (12).
O
O
OH
HN
OH
HN
NH
NH
O
O
10
11
O
HN
NH
O
N
H
Br
12
Tiếp đó các tác giả đã tổng hợp 39 dẫn chất 5-benzylidenhydantoin,
trong đó có 8 chất mới. Thử nghiệm hoạt tính chống ung thư cho thấy chất 8
tự nhiên và chất tổng hợp (Z)-5-(4-ethylthio)benzylidenhydantoin (13) có
hoạt tính mạnh ức chế sự tăng trưởng và xâm lấn của tế bào ung thư tuyến
Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi
7
tiền liệt trên invitro. Về mối liên quan cấu trúc-tác dụng của dãy chất này, các
tác giả có nhận xét là yếu tố lập thể ảnh hưởng đến tác dụng nhiều hơn yếu tố
điện tử và các chất có nhóm thế ở vị trí para của nhóm benzlydien mà có chứa
nguyên tử oxy, nitơ hoặc lưu huỳnh có hoạt tính cao. Các hợp chất này có tính
chất nhận hydro, vì thế có thể có tương tác liên kết hydro ở vị trí para.
O
S
HN
NH
O
13
Năm 2010, tác giả Vũ Trần Anh [1] đã nghiên cứu tổng hợp và thử hoạt
tính của các dẫn xuất của hydantoin (14). Kết quả đã tổng hợp đựơc 43 dẫn
chất của hydantoin trong đó có 9 dẫn xuất của 5-arylidenhydantoin và 34 dẫn
chất base Mannich của các dẫn xuất 5-arylidenhydantoin. Tác giả đã thử hoạt
tính kháng tế bào ung thư của 43 chất tổng hợp được đối với 2 dòng tế bào
ung thư người là tế bào ung thư gan Hep-G2 và tế bào ung thư phổi LU. Kết
quả cho thấy trong số 43 chất tổng hợp được có 4 dẫn chất 5arylidenhydantoin và 9 dẫn chất base Mannich của chúng có hoạt tính kháng
tế bào ung thư gan người Hep-G2 (IC50=0,38÷5μg/ml). Các dẫn chất base
Mannich đều có đặc điểm cấu tạo chung là chứa nhóm hút điện tử (-Cl, -NO2)
trong hợp phần aryliden.
O
3'
2'
1'
4'
R
5'
6
4
C
H
5
6'
3
1
N
H
N CH2-NR1R2
2
O
(14)
R=H, 2’-OH; 4’-OH, 4’-N(CH3)2;
4’-F; 2’-Cl; 4’-Cl; 3’-NO2; 4’-NO2.
R1
R1
N
N
O
(a)
N
R1
N
N
R2
N
N
CH3
(c)
R2
R2
(b)
R1
N
HN
R2
CH3 (d)
8
CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HYDANTOIN VÀ DẪN
1.2
CHẤT
Hiện nay nhiều dẫn chất của hydantoin ngoài việc được ứng dụng làm
thuốc còn được sử dụng làm nguyên liệu trong tổng hợp hóa học, trong hóa
phân tích, trong nông nghiệp và nhiều ứng dụng khác. Do tiềm năng ứng dụng
đa dạng của các dẫn chất hydantoin, nên từ cuối thế kỉ 19 đến nay đã có nhiều
phương pháp tổng hợp hydantoin và dẫn chất được công bố trong các tài liệu
khác nhau.
1.2.1 Phản ứng tổng hợp hydantoin và hydantoin thế
1.2.1.1 Phản ứng đóng vòng của các α-aminoacid với các cyanat.
Đây là phương pháp cổ điển để tổng hợp hydantoin thế ở C-5 hoặc N-1,
sử dụng phản ứng giữa α-aminoacid và kalicyanat, được tác giả Urech tiến
hành đầu tiên vào năm 1873. Phản ứng được tiến hành trong dung dịch nước
ở 1000C [8], [21].
Sơ đồ phản ứng:
O
H
R C COOH
R' NH
KCN
H2O
0
100 C
H
R C COOK
R' NCONH2
HCl
25%
HN
NR'
O
R
Muối kali của acid hydantoic
Phương pháp tổng hợp này cho hiệu suất cao nếu đi từ nguyên liệu là
muối hydroclorid của ester ethylglycin.
1.2.1.2 Phương pháp tổng hợp từ α-aminoacid và isocyanat hữu cơ.
Đây là phương pháp mở rộng của phương pháp Urech [34], được sử
dụng để tổng hợp dẫn chất hydantoin thế ở N-3. Akyl isocyanat và aryl
isocyanat được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hydantoin từ α-amino acid
[13].
Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi
9
R'
HN
O
COOH
- H 2O
R'NCO
R
CH COOH
R'
N
NH
OC
NH2
R
O
NH CHR
1.2.1.3 Phản ứng đóng vòng của các α-dicarbonyl với ure hoặc dẫn xuất của
ure
Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng và tỷ lệ các chất tham gia phản ứng có
thể thu được sản phẩm trung gian là dihydroxyimidazolidon hoặc glycouril.
Khi đun nóng chất trung gian với acid hydrochloric, hydantoin sẽ tạo
thành [8], [21].
Sơ đồ phản ứng:
OHOH
NH2
O
NH2
O
HN
O
NH2CONH2
NH
H
N
H
N
N
H
N
H
O
O
O
Glycouril
dihydroxyinidazolidin
l
HC
HC
O
-H 2
O
HN
NH
l
2
NH
CO
H2
-N 2O
-H
O
1.2.1.4 Phản ứng Bucherer-Bergs
Phản ứng Bucherer-Bergs tổng hợp các dẫn chất hydantoin thế ở C-5 từ
hợp chất carbonyl với KCN hoặc từ cyanohydrins tương ứng và amoni
carbonat [8], [29].
Sơ đồ phản ứng:
R
C O
R
KCN
R'
R'
C
CN
NH3
R
R'
OH
C
CO2
CN
R
C
R'
NH2
CN
NHCOOH
+ NH3
R
R
O
R'
HN
NH
O
H2O
NH
R'
HN
NH
O
R
R'
C
CN
NHCONH2
10
1.2.1.5 Phản ứng của các cyanoacetamid với kiềm hypohalid [8], [19].
Sơ đồ phản ứng:
R'
R C CN
CONH2
NaOBr
R'
R C CN
N C O
O
H
N
R'
R
HN
O
Sản phẩm của phản ứng là các sản phẩm thế hai lần ở vị trí C-5.
1.2.2 Phản ứng tổng hợp dẫn chất 5-arylidenhydantoin
Hydantoin (imidazolidin-2,4-dion) có công thức cấu tạo như sau:
O
NH
N
H
O
Từ cấu trúc phân tử hydantoin cho thấy nhân hydantoin có nhóm
methylen hoạt động (C-5) có khả năng ngưng tụ với các aldehyd thơm để tạo
ra dẫn chất 5-arylidenhydantoin.
1.2.2.1 Phản ứng ngưng tụ với aldehyd
Sơ đồ phản ứng:
O
NH
RCHO
N
H
O
R
O
OH 4 NH
3
C 51 2 O
H
N
H
O
NH
R
4 3
5 1 2
N
H
O
R = phenyl, phenyl thế, furyl, pyryl, quinolyl
Năm 1911, Wheeler và Hoffman là những người đầu tiên nhận thấy
hydantoin có thể ngưng tụ với các aldehyd thơm tạo thành dẫn chất có nối đôi
gắn ở C-5 của hydantoin [29]. Phản ứng được thực hiện trong acid acetic
băng, với natri acetat khan, anhydrid acetic. Các aldehyd thơm đã được sử
dụng là benzaldehyd, 2-hydroxybenzaldehyd, furfural, vanillin,…
Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi
11
O
O
-H2O
NH
Ar CHO
O
N
H
NH
Ar
AcOH, AcONa
O
N
H
Phương pháp của Wheeler và Hoffman được sử dụng để tổng hợp nhiều
dẫn chất thế ở C-5 của hydantoin [26], [31].
Năm 1993, Marton. J. [20] sử dụng xúc tác có tính base mạnh là
ethanolamin để tiến hành phản ứng ngưng tụ aldehyd thơm với hydantoin
trong dung môi là hỗn hợp nước : ethanol (1:1), phản ứng được tiến hành ở
nhiệt độ hồi lưu trong 4 giờ. Tác giả sử dụng một số aldehyd thơm (pclorobenzaldehyd, p-nitrobenzaldehyd, p-hydroxybenzaldehyd…), hiệu suất
phản ứng 44-89%. Năm 2004, tác giả Thenmozhiyal và cộng sự [27] đã sử
dụng xúc tác này trong điều chế các phenylmethylenhydantoin và điều chế
được 54 dẫn chất.
Sơ đồ phản ứng:
O
H
O
O
NaHCO3/ Nuoc-EtOH
NH
N
H
R
O
Ethanolamin, t0
NH
R
N
H
O
R= alkyl, alkoxy (-OR), -NR, -OH, -X, -CN, CF3, -NO2
Để rút ngắn thời gian phản ứng, hiện nay các nhà khoa học đã sử dụng vi
sóng trong tổng hợp hữu cơ. Năm 2006, tác giả Lamiri [18] đã sử dụng vi
sóng trong tổng hợp 5-arylidenhydantoin. Hỗn hợp natri acetat, oxyd nhôm
được cho vào hỗn hợp hydantoin và aldehyd trong dung môi CH2Cl2. Khuấy
hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ phòng, sau đó cất loại CH2Cl2 , dùng vi sóng tần
số 2045Hz, công suất 1250W tác động vào trong 2 phút.
O
O
natri acetat/oxyd nhôm
NH
RCHO
N
H
O
vi sóng, 2 phút
NH
H
O
R
12
Phản ứng có hiệu suất tương đối cao (74-96%), với các aldehyd là
benzaldehyd,
o-clorobenzaldehyd,
m-clorobenzaldehyd,
p-
clorobenzaldehyd,…
Về cơ chế phản ứng ngưng tụ
Phản ứng ngưng tụ giữa hydantoin và aldehyd thơm là phản ứng ngưng
tụ kiểu aldol xảy ra theo cơ chế như sau [25], [28]
- Giai đoạn cộng hợp:
Nhóm methylen ở vị trí 5 của hydantoin rất hoạt động, nguyên tử H ở
đây dễ dàng tách khỏi carbon (khi có xúc tác base) và anion (II) được tạo
thành là một tác nhân ái nhân mạnh:
O
O
NH
NH
B
+
N
H
BH
+
HC
O
O
N
H
(I)
(II)
Anion (II) tấn công vào carbon mang điện tích dương phần Cδ(+) của
nhóm carbonyl của aldehyd tạo sản phẩm cộng hợp (IV):
O
O
NH
NH
(+)
Ar
C
H
+
HC
O
N
H
O
(-)
H
O
N
H
HC
Ar
O
(III)
(II)
(IV)
Ion alcolat (IV) tạo thành lại lấy một proton của BH, trả lại xúc tác Bˉ :
O
O
NH
NH
H
Ar
HC
H
+BH
N
H
O
O
Ar
HC
O
N
H
OH
(IV)
(V)
+
B
Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi
13
- Giai đoạn ngưng tụ loại nước:
Xúc tác base (B-) lấy nguyên tử H linh động ở vị trí số 5 và tách anion
hydroxyd tạo thành sản phẩm tương ứng.
O
O
NH
H
Ar
HC
OH
N
H
NH
O +
B
Ar
C
H2
N
H
O +
BH +
OH
14
CHƯƠNG 2.NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1
NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT, DUNG MÔI
STT
Tên nguyên liệu
Nguồn gốc
Hàm Lượng
1
4-Nitrophenylisocyanat
Merck
≥ 98%
2
Benzaldehyd
Merck
≥ 97%
3
4- Clorobenzaldehyd
Merck
100%
4
4- Nitrobenzaldehyd
Merck
100%
5
3-Nitrobenzaldehyd
Merck
≥ 98%
6
4-Fluorobenzaldehyd
Merck
≥ 98%
7
Glycin
Merck
≥ 98%
8
1,4-Dioxan
Merck
≥ 98%
9
Aceton
Trung Quốc
≥ 99.5%
10
Acid acetic
Trung Quốc
≥ 99.5%
11
Cloroform
Trung Quốc
≥ 99%
12
Ethylacetat
Trung Quốc
≥ 99.5%
13
Dimethylformamid
Trung Quốc
37- 40%
14
Methanol
Trung Quốc
≥ 99.5%
15
Natri acetat
Trung Quốc
82.03%
16
Ethanol tuyệt đối
Đức Giang (VN)
≥ 99.5%
17
Bản mỏng Silicagel
Merck
Silicagel 60 F254
18
Kali hydroxyd
Merck
≥ 85%
19
Acid hydrocloric
Trung Quốc
36.46%
Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi
15
2.2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
- Dụng cụ thủy tinh (bình cầu 3 cổ dung tích 500ml, sinh hàn, phễu nhỏ
giọt, ống đong, cốc thủy tinh các loại, bình lọc hút, phễu Buchner…)
-
Cân kỹ thuật điện tử Shimadzu (Nhật).
- Bơm hút chân không DIVAC.1.21 (Mỹ).
- Bơm hút chân không VRL mode 200- 7.0 (Mỹ).
- Máy cất quay Büchi R- 210 (Thụy Sĩ).
- Tủ sấy Memmert (Đức).
- Tủ sấy chân không Shellab (Đức).
- Mấy khuấy từ IKA – RCT (Đức).
- Máy đo nhiệt độ nóng chảy EZ-Melt (Mỹ).
- Phổ hồng ngoại (IR) ghi trên máy Perkin Elmer, Bộ môn hóa vật
liệu,Khoa hóa học,ĐHKHTN, ĐH Quốc gia Hà Nội.
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR,
13
C-NMR) ghi trên máy
AVANCE, Bruker AV500 tại Viện hóa học, Viện khoa học và công
nghệ Việt Nam.
- Phổ khối lượng (LC/MS) ghi trên máy LS-MSD-Trap-SL, tại Viện
hóa học, Viện khoa học và công nghệ Việt Nam.
2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Tổng hợp và xác định cấu trúc các dẫn chất của 3-aryl-5arylidenhydantoin.
- Thử hoạt tính kháng một số dòng tế bào ung thư của các chất tổng
hợp được.
2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4.1 Phương pháp tổng hợp các 3-aryl-5-arylidenhydantoin
- Sử dụng các phương pháp thực nghiệm trong hóa hữu cơ để tổng hợp
các chất dự kiến.
16
- Dùng phương pháp kết tinh lại để tinh chế sản phẩm thu được.
- Dùng SKLM để theo dõi phản ứng và sơ bộ xác định độ tinh khiết.
2.4.2 Phương pháp xác định cấu trúc
Các phương pháp phổ (IR, 1H-NMR, 13C-NMR, MS) được sử dụng để
khẳng định cấu trúc của các sản phẩm tổng hợp được. Các số liệu phổ của các
chất tổng hợp được đối chiếu với tài liệu.
2.4.3 Phương pháp thử tác dụng kháng tế bào ung thư
Nguyên tắc:
- Áp dụng phương pháp MTT được biên soạn bởi tác giả Mosmann
(1983) để đánh giá độc tính trên tế bào [22]. Nguyên tắc của phương pháp
như sau: MTT là thử nghiệm in vitro để đo sự tăng sinh và sống sót của tế
bào. Tế bào được nuôi cấy trong một đĩa 96 giếng, đáy bằng. Hợp chất MTT
3-(4,5-Dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide, có màu vàng
được thêm vào mỗi giếng và tế bào được ủ ở 37oC, 5% CO2. Màu vàng này bị
biến đổi thành formazan tím trong ty thể của những tế bào sống. Khả năng
hấp thụ của dung dịch có màu này có thể được định lượng bằng máy quang
phổ kế ở bước sóng 540 – 600nm. Sự biến đổi màu chỉ xảy ra khi enzyme
reductase trong ty thể là hoạt động, và do đó sự chuyển đổi có thể liên quan
trực tiếp đến số lượng tế bào sống sót. Chúng tôi sử dụng phương pháp này để
nghiên cứu độc tính của thuốc đối với tế bào.
