Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn chất benzimidazol hướng tác dụng chống ung thư

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ HỒNG THANH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP
MỘT SỐ DẪN CHẤT BENZIMIDAZOL
HƯỚNG TÁC DỤNG CHỐNG UNG THƯ

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

HÀ NỘI – 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ HỒNG THANH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP
MỘT SỐ DẪN CHẤT BENZIMIDAZOL
HƯỚNG TÁC DỤNG CHỐNG UNG THƯ
LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ DƯỢC PHẨM & BÀO CHẾ

MÃ SỐ: 607301

Người hướng dẫn khoa học:

PGS. TS. Nguyễn Đình Luyện

HÀ NỘI – 2012


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian làm việc khẩn trương được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo,
gia đình cùng bạn bè, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu tổng hợp một
số dẫn chất benzimidazol hướng tác dụng chống ung thư”
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS.
Nguyễn Đình Luyện đã trực tiếp hướng dẫn, cho tôi những lời khuyên quí báu và tạo
mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp
này.
Tôi cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo và các cán bộ kỹ
thuật viên Bộ môn Công nghiệp dược – Trường Đại học Dược Hà Nội, Khoa Hóa –
Trường Đại học KHTN Hà Nội, Viện hóa học, Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Đồng thời tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những người thân trong gia
đình, bạn bè đã luôn giúp đỡ, động viên, quan tâm và tạo điều kiện cho tôi trong suốt
quá trình học tập và làm luận văn.
Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất
mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, Ngày 8 tháng 9 năm 2012.
Học viên
Nguyễn Thị Hồng Thanh

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
ĐẶT VẤN ĐỀ

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

3

1.1. Tổng quan về ung thư

3

1.1.1. Bản chất của bệnh ung thư

3

1.1.2. Các thuốc điều trị bệnh ung thư

3

1.2. Tổng quan về benzimidazol

4

1.2.1. Cấu trúc hóa học

4

1.2.2. Tính chất hóa học

5

1.2.3. Các phương pháp tổng hợp dẫn chất benzimidazol

7

1.3. Một số công trình nghiên cứu về tác dụng kháng tế bào ung

13

thư của dẫn chất benzimidazol
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ

22

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên liệu, thiết bị

22

2.1.1. Hóa chất

22

2.1.2. Thiết bị, dụng cụ

23

2.2. Nội dung nghiên cứu

23

2.3. Phương pháp nghiên cứu

24

2.3.1. Tổng hợp hóa học

24

2.3.2. Xác định cấu trúc

24

2.3.3. Thử độc tính tế bào in vitro

25


CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

27

3.1. Tổng hợp hóa học

27

3.1.1. Phản ứng đóng vòng tạo dẫn chất thế C-2 benzimidazol

27

3.1.2. Phản ứng thế vào vị trí N-1 và N-3 trên nhân benzimidazol

30

3.2. Kiểm tra độ tinh khiết của các chất tổng hợp được

41

3.2.1. Sắc ký lớp mỏng

41

3.2.2. Xác định nhiệt độ nóng chảy

41

3.3. Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được

41

3.3.1. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (IR)

41

3.3.2. Kết quả phân tích phổ khối lượng (MS)

42

3.3.3. Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR

43

3.3.4. Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C-NMR

45

3.4. Thử hoạt tính gây độc tế bào

47

CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN

48

4.1. Về tổng hợp hóa học

48

4.1.1. Về phản ứng đóng vòng tạo nhân benzimidazol

48

4.1.2. Về phản ứng thế vào vị trí N-1và N-3 trên nhân benzimidazol

50

4.2. Về xác định cấu trúc

50

4.2.1. Về phổ hồng ngoại (IR)

50

4.2.2. Về phổ khối lượng (MS)

51

4.2.3. Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR

51

4.2.4. Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C-NMR

52

4.3. Về hoạt tính sinh học

53

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

54

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
AcOH
13

Acid acetic

C - NMR (Carbon 13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C

1

H – NMR

(Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton 1H

DMF

N,N-dimethylformamid

DMSO

Dimethyl sulfoxid

IC50

(Inhibitory concentration)
Nồng độ ức chế 50% đối tượng thử

IR

(Infrared Spectroscopy) Phổ hồng ngoại

KHTN

Khoa học tự nhiên

MeOH

Methanol

MS

(Mass spectrometry) Phổ khối lượng

SKLM

Sắc ký lớp mỏng

Tonc

Nhiệt độ nóng chảy


DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang
Bảng 1.1

Các phương pháp đóng vòng tạo dẫn chất benzimidazol từ

7

o-phenylendiamin
Bảng 1.2

Một số dẫn chất thế N-1 trên nhân benzimidazol đã được

12

nghiên cứu
Bảng 1.3

Kết quả thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của các hợp chất

18

VIIIa-VIIIg
Bảng 1.4

Kết quả thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của các hợp chất

19

IXa-IXf
Bảng 2.1

Các hóa chất, dung môi sử dụng trong quá trình thực nghiệm

22

Bảng 2.2

Các máy móc, dụng cụ sử dụng trong quá trình thực nghiệm

23

Bảng 3.1

Hiệu suất và một số hằng số vật lý của các chất tổng hợp được

39

Bảng 3.2

Số liệu phổ IR (cm-1) của các hợp chất 3a-5a, 3b-5b

42

Bảng 3.3

Số liệu phổ khối lượng của các hợp chất 1a-5a, 1b-5b

43

Bảng 3.4

Số liệu phổ 1H-NMR của các hợp chất 2a-5a, 2b-5b

43

Bảng 3.5

Số liệu phổ 13C-NMR của các hợp chất 2b, 3a-b và 5b

46

Bảng 3.6

Kết quả thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của các chất tổng

47

hợp được


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1

Cấu trúc hóa học của phân tử 1H-benzimidazol

5

Hình 1.2

Cấu trúc hóa học của phân tử vitamin B12

5

Hình 1.3

Các dẫn chất 5-(2-methyl-1H-benzimidazol-5-yl)-

17

1,3,4-oxadiazol-2(3H)-thion
Hình 1.4

Các dẫn chất 5-(2methyl-6-nitro-1H-benzimidazol-5-yl)-

17

1,3,4-oxadiazol-2(3H)-thion
Hình 1.5

Các dẫn chất 1-(1H-benzimidazol-2-yl)-3-(substituted)-

18

2-propen-1-on
Hình 1.6

Các thiosemicarbazid của 2-(3-cyano-4-(3,4,5-

19

trimethoxyphenyl)-6-(1-methyl-1H-benzimidazol2-yl)pyridin-2-yl-oxy
Hình 3.1

Sơ đồ tổng quát tổng hợp các dẫn chất benzimidazol

27

Hình 3.2

Sơ đồ các phản ứng đóng vòng tạo khung benzimidazol

28

Hình 3.3

Sơ đồ tổng hợp 2-methyl-1H-benzimidazol

28

Hình 3.4

Sơ đồ tổng hợp 2-phenyl-1H-benzimidazol

29

Hình 3.5

Sơ đồ tổng hợp 1-(2-cloroethyl)-2-methyl-1H-benzimidazol

30

Hình 3.6

Sơ đồ tổng hợp ethyl 2-(2-methyl-1H-benzimidazol-

31

1-yl)acetat
Hình 3.7

Sơ đồ tổng hợp 1,3 -bis(2-hydroxyethyl)-2-methyl-

32

1H-benzimidazol-3-ium
Hình 3.8

Sơ đồ tổng hợp methyl 2-(2-methyl-1H-benzimidazol-

33

1-yl)acetat
Hình 3.9

Sơ đồ tổng hợp 1-(2-cloroethyl)-2-phenyl-1H-benzimidazol

35

Hình 3.10

Sơ đồ tổng hợp ethyl 2-(2-phenyl-1H-benzimidazol-

36

1-yl)acetat
Hình 3.11

Sơ đồ tổng hợp 1,3-bis(2-hydroxyethyl)-2-phenyl-

37

1H-benzimidazol-3-ium
Hình 3.12

Sơ đồ tổng hợp methyl 2-(2-phenyl-1H-benzimidazol-

38

1-yl)acetat
Hình 4.1

Cơ chế phản ứng giữa o-phenylendiamin và acid mono

48

carboxylic
Hình 4.2

Các phản ứng tạo thành hợp chất 2- phenyl-1H-

49

benzimidazol
Hình 4.3

Cơ chế phản ứng thế N-1 với tác nhân là các ester của acid

50



ĐẶT VẤN ĐỀ
Xu hướng mắc bệnh ung thư ngày càng gia tăng đã và đang trở thành gánh nặng
của hầu hết các quốc gia trên thế giới. Hiện nay, ung thư được xếp vào nhóm
những bệnh có tỷ lệ tử vong cao nhất, lớn hơn tổng số người chết vì các bệnh
HIV/AIDS, lao và sốt rét cộng lại.
Theo ước tính và thống kê của tổ chức y tế thế giới (WHO), số người mắc bệnh
ung thư trên thế giới sẽ tăng từ 10 triệu người năm 2000 lên tới 15 triệu người vào
năm 2020 và 30 triệu người vào năm 2030, trong đó 60% tập trung ở các nước
đang phát triển và phổ biến nhất là bệnh ung thư phổi, ung thư gan, ung thư vú…
Tại Việt Nam, do điều kiện môi trường sống và làm việc, số lượng người mắc
bệnh ung thư ngày càng tăng. Theo ghi nhận ung thư ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí
Minh và một số tỉnh, ước tính mỗi năm có khoảng 150.000 ca mới mắc và khoảng
50–70 nghìn ca tử vong.
Từ thực tế đó, vấn đề cấp bách hiện nay là tìm ra các thuốc chữa ung thư hiệu
quả để kéo dài cuộc sống cho người bệnh.
Việc nghiên cứu tổng hợp hóa chất điều trị ung thư bắt đầu từ năm 1943 khi
Meclorethamin cứu được hơn nửa số bệnh nhân ung thư máu. Sau đó, ngành hóa

trị liệu ra đời, trở thành vũ khí quan trọng khi phối hợp với phẫu thuật để điều trị
ung thư. Từ đó đến nay, đã có khoảng gần 200 thuốc được cấp phép cho sử dụng
trên lâm sàng, hàng trăm thuốc vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu và phát triển.
Để tìm được các hoạt chất có hiệu quả điều trị cao, ít độc tính, có thể ứng dụng
trong điều trị, các nhà tổng hợp hóa dược thường dựa vào cấu trúc của các chất
đang được dùng làm thuốc hoặc các chất có tác dụng sinh học triển vọng để tổng
hợp, bán tổng hợp ra nhiều thuốc mới.
Dẫn chất benzimidazol được quan tâm từ rất sớm vì chúng có tác dụng sinh học
và ứng dụng lâm sàng đa dạng. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy nhóm hợp

1


chất dị vòng này có tác dụng kháng khuẩn [22], kháng nấm [17], kháng HIV [34],
kháng viêm [33], chống cao huyết áp [35], trị giun, sán [41], loét dạ dày-tá tràng
[30], chống co giật [13], chống lao [45], chống dị ứng [25], kháng virus [11], tiểu
đường, hen suyễn [42]. Và đặc biệt, dẫn chất benzimidazol đã được chứng minh
có tác dụng kháng tế bào ung thư [27][31][28][7].
Với hy vọng tìm được dẫn chất benzimidazol có tác dụng ức chế mạnh sự phát
triển các tế bào ung thư dựa trên các chất tiềm năng, chúng tôi tiến hành thực hiện
đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp một số dẫn chất benzimidazol hướng tác dụng
chống ung thư “ với các mục tiêu chính như sau:
1. Tổng hợp một số dẫn chất benzimidazol với các nhóm thế khác nhau ở vị trí
C-2, N-1 và N-3.
2. Thử hoạt tính kháng tế bào ung thư của một số dẫn chất benzimidazol tổng
hợp được.

2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về ung thư
1.1.1. Bản chất của bệnh ung thư
Bệnh ung thư được phát hiện từ rất sớm bởi nhà y học Hy lạp thời cổ đại
Hypocrats với tên gọi “karkinos”. Ngày nay, ung thư được cả thế giới biết đến với
từ “Cancer” theo tiếng Anh.
Ung thư là bệnh lý ác tính của tế bào. Khi bị kích thích bởi các tác nhân gây ung
thư, tế bào tăng sinh một cách vô tổ chức, không tuân theo các cơ chế kiểm soát
về phát triển của cơ thể [21].
Đa số người bị ung thư hình thành các khối u. Khác với các khối u lành tính (chỉ
phát triển tại chỗ, thường rất chậm, có vỏ bọc xung quanh), các khối u ác tính
(ung thư) xâm lấn vào các tổ chức lành xung quanh. Các tế bào của các khối u ác
tính có khả năng di căn tới các hạch bạch huyết hoặc các tạng ở xa hình thành các
khối u mới và cuối cùng dẫn tới tử vong [21].
Đa số ung thư có quá trình phát sinh và phát triển lâu dài qua nhiều giai đoạn.
Giai đoạn tiềm tàng thường kéo dài nhiều năm. Khi khối u phát triển nhanh mới
có các triệu chứng ung thư. Triệu chứng đau thường xuất hiện ở giai đoạn cuối.
1.1.2. Các thuốc điều trị bệnh ung thư
Hiện nay, điều trị ung thư tại chỗ sử dụng hai phương pháp phẫu thuật và xạ trị,
còn điều trị ung thư toàn thân thì sử dụng các phương pháp hóa chất, nội tiết và
sinh học.
Việc sử dụng các hóa chất gây độc tế bào một cách hợp lý để tiêu diệt các tế bào
ung thư là phương pháp điều trị cơ bản cho nhiều bệnh ung thư, đồng thời hỗ trợ
các phương pháp phẫu thuật, xạ trị, miễn dịch đem lại hiệu quả điều trị cao nhất.
Có thể liệt kê một số nhóm hóa chất điều trị bệnh ung thư như sau:

3


* Thuốc tác động không đặc hiệu lên chu kỳ tế bào

• Các tác nhân alkyl hóa: melphalan, clorambucil, lomustin…
• Kháng sinh kháng ung thư: actinomycin A, daunorubicin...
• Hormon và chất đối kháng hormon: dexamethason, prednisolon...
• Các tác nhân khác: asparaginase, hydroxyure...
* Thuốc tác động đặc hiệu lên chu kì tế bào
• Tác nhân chống chuyển hóa: methotrexat, mercaptopurin...
• Tác nhân ức chế giảm phân: vincristin, vinblastin, taxan....
• Thuốc thay đổi đáp ứng miễn dịch ...
Thuốc điều trị ung thư nói chung thường độc, có thể gây ra nhiều tác dụng ngoại
ý muốn. Để hạn chế tác dụng phụ, nâng cao hiệu quả điều trị, trong những năm
gần đây, các nhà khoa học đã và đang đi theo một phương hướng mới đầy triển
vọng trong điều trị ung thư đó là điều trị tại đích (targeting therapy) hay nói cách
khác là tìm ra các thuốc chỉ tìm và diệt tế bào ác tính mà không ảnh hưởng đến tế
bào lành tính. Các thuốc điều trị ung thư dựa trên mục tiêu phân tử đang được
nghiên cứu hiện nay là:
- Các kháng thể đơn dòng: rituximab, gemtuzumab ozogamicin
- Các chất ức chế gen – protein kháng các thuốc: tanespimycin
-

Các chất ức chế farnesyl transferase: tipifarnib

-

Các chất ức chế receptor tyrosin kinase: mesilate imatinib

-

Các chất ức chế histon deacetylase và proteosome: bortezomib

1.2. Tổng quan về benzimidazol

1.2.1. Cấu trúc hóa học
Benzimidazol lần đầu tiên được biết đến bởi nhà khoa học Hoebrecker năm
1872 [14]. Benzimidazol là hợp chất hữu cơ dị vòng thơm, do benzen và imidazol
hợp thành.

4


4
5

3
N

2

6
7

N 1
H

Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của phân tử 1H-benzimidazol
Dẫn chất của benzimidazol nổi bật nhất trong tự nhiên là N–
dimethylbenzimidazol - ribosyl - một thành phần quan trọng trong cấu trúc hóa
học của phân tử vitamin B12.

Hình 1.2. Cấu trúc hóa học của phân tử vitamin B12
1.2.2. Tính chất hóa học
Nhìn chung, benzimidazol là một base yếu, có thể hòa tan trong acid loãng.

Tính base của benzimidazol còn yếu hơn cả imidazol. Benzimidazol cũng có đầy
đủ tính chất của một acid, tan tốt trong dung dịch kiềm (kali carbonat) [14].

5


1.2.2.1. Phản ứng của vòng benzimidazol
Vòng benzimidazol khá bền, không bị phá hủy bởi dung dịch kiềm, acid sulfuric
và acid hydrocloric đậm đặc [14].
- Phản ứng alkyl hóa: Thường xảy ra ở vị trí 1 và vị trí 3
:

H

N

R1-X

N

R2

R1
R2-X

N

+

N

:

:

:
N

H

H

H

R1

N

X-

- Phản ứng halogen hóa:
H3 C

N
CH3

N

CaOCl2

H3C

N
N

H

CH3

Cl

- Phản ứng phân cắt vòng imidazol: Trong một số trường hợp, vòng imidazol
của benzimidazol có thể được phân cắt bằng cách phản ứng với pseudobase và các
halogen.
Ngoài ra, benzimidazol cũng cho phản ứng với thuốc thử Grignard và kim loại.
1.2.2.2. Phản ứng liên quan đến nhóm thế (C2)
- Phản ứng hydro hóa và khử: Vòng bezimidazol khá bền, nên trong trường hợp
sử dụng chất xúc tác Ni dưới áp suất cao thì quá trình hydro hóa cũng chỉ xẩy ra ở
mạch nhánh
N

N

+ Ni
P cao

N
H

N

H

- Phản ứng decarboxyl hóa
N

- CO2

COOH
N

N
N

H

H

6


- Phản ứng amid hóa
N
NH2

N

N

(CH3CO)2O

NHCOCH3
N

H

H

Tùy theo tính chất của nhóm thế tại vị trí C2 mà chúng ta có những loại phản ứng
hóa học khác nhau…[14].
1.2.3. Các phương pháp tổng hợp dẫn chất benzimidazol
1.2.3.1. Phản ứng đóng vòng tạo khung benzimidazol
Có rất nhiều phương pháp đóng vòng tạo dẫn chất benzimidazol khác nhau [14].
Tuy nhiên, nhóm dẫn chất này lại chủ yếu được tổng hợp từ nguyên liệu ban đầu
là o-phenylendiamin hoặc dẫn chất của o-phenylendiamin.
* Từ o-phenylendiamin [14]
Từ o-phenylendiamin bằng phản ứng với acid carboxylic, anhydrid acid, ester,
amid, nitril, aldehyd hoặc ceton…có thể tạo ra dẫn chất benzimidazol tương ứng.
Bảng 1.1. Các phương pháp đóng vòng tạo dẫn chất benzimidazol
từ o-phenylendiamin
TT
1

Chất tham gia phản ứng

Dẫn chất benzimidazol
H
N

Acid

R

RCOOH

N
N

CH3
O

2
Lacton

3

N
O

H3C

H
N

Nitril
BrCN

N

7

NH2


4

5

H
N

Aldehyd

R

RCHO

N

H
N

2-aminobenzimidazol

NHC6H5

C6H5N=C=NC6H5

N

N

Thiophosgen

6

SH

CSCl2

7

N
H
H
N

Carbon disulfit

S

N
H

CS2

8

H
N

Ure

O

N
H

NH2CONH2
* Từ dẫn chất của o-phenylendiamin [14]
- Từ monoacyl và diacyl-o-phenylendiamin

H
N

NHCOCH3

CH3

N

NHCOCH3
NHCOCH3

NHCOCH3

- Từ o-aminoazo
NH2

N=CH-R

NHC6H5

N

R
N=NC6H5

N=NC6H5

8

N


Trong nghiên cứu này chúng tôi chỉ đi sâu tìm hiểu về hai phương pháp, ngưng tụ
o-phenylendiamin với acid carboxylic và aldehyd.
Phản ứng của o-phenylendiamin với acid carboxylic

NH2

H+

+

RCOOH

H
N
R

NH2

+

H2 O

N

O-phenylendiamin được ngưng tụ với các acid mono carboxylic với chất xúc tác
là các acid như acid hydrocloric, acid polyphosphoric [8], acid boric hoặc acid ptoluen sulfonic để tạo ra các benzimidazol có nhóm thế khác nhau ở vị trí số hai
trên nhân.
Theo phương pháp Phillips, với xúc tác HCl 4N, đun hồi lưu o-phenylendiamin với
acid carboxylic cho phép thực hiện phản ứng đóng vòng ở nhiệt độ thấp hơn và hiệu
suất phản ứng cao hơn [44]. Thực tế cho thấy nhiều công trình nghiên cứu đã sử dụng
phương pháp này để đóng vòng tạo dẫn chất benzimidazol [36][39].
Việc sử dụng các tác nhân xúc tác yếu hơn như acid Lewis, muối vô cơ, acid vô
cơ khác cũng cải thiện được cả về hiệu suất và độ tinh khiết của sản phẩm [20].
Với các acid thơm, phản ứng đóng vòng xẩy ra khó khăn hơn, cần thực hiện
trong ống kín ở nhiệt độ cao, thời gian phản ứng dài nhưng hiệu suất thường thấp.
Chẳng hạn như phản ứng với acid benzoic thực hiện ở 180-185oC, xúc tác HCl
4N, thời gian phản ứng 2 giờ nhưng hiệu suất chỉ đạt 33,58% [39]. Phản ứng với
acid anthranilic thì đòi hỏi nhiệt độ 190-195oC, xúc tác acid polyphosphoric (PPA),
thời gian phản ứng 4 giờ và hiệu suất tối đa cũng chỉ đạt 73% [8].
HOOC

NH2
+
NH2

H2N

PPA
190-1950C

N
N
H

9

NH2


Gần đây, nhiều dẫn chất benzimidazol được tổng hợp nhờ công nghệ vi sóng [26].
NH2

N

+ R-COOH

NH2

R
8-12 phút

N
H

Phương pháp này có ưu điểm là thời gian phản ứng chỉ tính bằng phút, hiệu suất
phản ứng tăng 10-50%, sản phẩm tạo thành sạch hơn so với các phương pháp đã

được mô tả trước đây.
O-phenylendiamin cũng phản ứng với các acid đa chức để tạo ra dẫn chất bisbenzimidazol [23].
NH2
2

+

NH2

(CH2)n-(COOH)2

HBF4
1500C

H
N

N
N
H

(CH2)n

N

Các acid đa chức đã từng được nghiên cứu như acid succinic, acid glutaric, acid
adipic, acid maleic, acid fumaric…[44].
Phản ứng của o-phenylendiamin với aldehyd
O-phenylendiamin phản ứng với andehyd cần có mặt chất oxy hóa làm xúc tác
để tạo ra nhân benzimidazol. Các chất oxy hóa hay được sử dụng như

nitrobenzen, 1,4-benzoquinon, tetracyanoethylen, benzofuroxan, MnO2, Pb(OAc),
Oxon, NaHSO3, Natri metabisulfit [8], Cu(OAc)2 [36], K4[Fe(CN)6] và
NaHSO4.SiO2.
Cụ thể năm 2006, Ayhan Kilchigil và Altanlar đã tạo vòng benzimidazol bằng
phản ứng giữa các dẫn xuất của o-phenylendiamin với các andehyd với xúc tác
Na2S2O5 [17].
O2N

NH2

+ R-CHO

Na2S2O5

O2N

N
R

NH

N
R'

R'

10


Trong nghiên cứu tổng hợp dẫn chất benzimidazol có tác dụng chống co giật,

Priyal Jain và cộng sự cũng đã thực hiện phản ứng hồi lưu của 4-nitro-ophenylendiamin với các andehyd khác nhau với xúc tác Na2S2O5 thu được dẫn
chất 5-nitrobenzimidazol [13].
O2N

NH2

+ R-CHO

NH2

Na2S2O5

O2N

N
R

ethanol, 4h

N
H

Nhân benzimidazol cũng được tạo thành khi sử dụng ceric ammonium nitrat
(CAN) trong PEG làm xúc tác [16].
CHO
NH2

N

PEG, 500C

+

R
N

CAN (5mol %)

NH2

H

R

Công nghệ vi sóng cũng được áp dụng trong phản ứng đóng vòng của ophenylendiamin với các andehyd để tổng hợp các dẫn chất 2-(alkyloxyaryl)-1Hbenzimidazol với hiệu suất cao, phản ứng không cần dung môi [20].
NH2
+ Ar-CHO
NH2

Na2S2O5

N

MW 36-60s

N

R
H

1.2.3.2. Phản ứng thế vào vị trí N-1 và N-3 trên nhân benzimidazol
Các dẫn chất benzimidazol thường được thế bởi tác nhân R’-X (X là halogen)
tạo ra các nhóm thế khác nhau ở vị trí N-1 trên nhân benzimidazol. Phản ứng
thường được thực hiện trong các dung môi như aceton, tetrahydrofuran, DMF…
với các xúc tác base (natri hydrid, natri hydroxyd, kali carbonat…).
N

N

R + H-X

R + R'-X
N

N

R'

H

11


Bảng 1.2. Một số dẫn chất thế N-1 trên nhân benzimidazol đã được nghiên cứu
Dẫn chất benzimidazol

Tác nhân thế và
điều kiện phản ứng
(R’-X)
CN

O2N

Sản phẩm thế
O2N

N
R

Br

N

N

CN

R

DMF/K2CO3/
khuấy ở nhiệt độ
phòng/24 giờ

N
H
O2N

N
CH3
N

H

Cl-CH2-CN

[36]
O2N

N
CH3

DMF/NaH/khuấy ở t0
phòng/17-22 giờ

N

N

N

R

R

N

N

CH2Br

H

O2N

R

[37]

N

N

N

DMF/KBr/
khuấy ở nhiệt độ
phòng/10-12 giờ

O2N

N
R
N

N
H

N

O2N

O 2N

N
N

[37]

N

BrCH2C6H4COOC2H5
THF/NaH

N
CH2C6H4COOC2H5

H

[43]
N

N
N

[31]

CN

O

H

N

ClCH2CH2Cl
Hồi lưu
trong ethanol/6 giờ
12

N
Cl-H2C-H2C

O
N

[32]


Đối với dẫn chất bezimidazol thế đồng thời ở vị trí N-1 và N-3 ta thấy trên tài
liệu [46] đã công bố các chất 5,6-dicloro-1,3-bis(2-hydroxyethyl)-2-methyl-1Hbenzimidazol-3-ium

(a)

và

1,3-bis(2-hydroxyethyl)-6-(methoxycarbonyl)-2-

methyl-1H-benzimidazol-3-ium (b)
Cl

+

O

CH2CH2OH
N

H3C
CH3

Cl

CH2CH2OH

+

N

O

CH3

N

N
CH2CH2OH

CH2CH2OH

(a)

(b)

Nghiên cứu của Rosenani A. Haque gần đây nhất cũng đề cập đến các dẫn chất
bezimidazol thế đồng thời ở vị trí N-1 và N-3 [12].
Phản ứng thế alkyl vào vị trí N-3 trên nhân benzimidazol được mô tả cụ thể như
sau: Thêm nhỏ giọt 0,02 mol dẫn chất benzimidazol thế ở vị trí N-1 vào 0,01mol
dung dịch R-X với sự có mặt của dung môi 1,4-dioxan, nhiệt độ 80-1000C, khuấy
trộn trong 24 giờ, dẫn chất benzimidazol thế đồng thời ở vị trí N-1 và N-3 được
tạo thành dưới dạng muối với hiệu suất 70,1%.

Dioxan
80-1000C
24 h

N

N

N

+

+

N

N

N

R

Br

R

Br

.2Br-

R: Phenyl, Butyl, Heptyl, Ethyl

R

X: Halogen

1.3. Một số công trình nghiên cứu về tác dụng kháng tế bào ung thư của dẫn
chất benzimidazol
ADN topoisomerase I và II được Wong phát hiện năm 1971, là enzym xúc tác
cho quá trình tháo xoắn của ADN siêu xoắn, có vai trò quan trọng trong hầu hết

13


các giai đoạn của chu trình phát triển tế bào ung thư. Enzym này gắn với ADN tạo
thành phức hợp thuận nghịch enzym-ADN.
Nhiều nghiên cứu cho rằng bezimidazol là mảnh cấu trúc gắn vào phức hợp
thuận nghịch enzym-ADN này, ức chế enzym, ức chế sự hình thành các acid
nucleic, ngăn chặn việc sao chép ADN, cuối cùng làm tế bào chết.
Đến năm 1984, Tewey và cộng sự đã nghiên cứu và công nhận vai trò của ADN
topoisomerase như là mục tiêu phân tử của các thuốc chống ung thư [7].
Hoechst 33258 và Hoechst 33342 là các dẫn chất benzimidazol đầu tiên có tác

dụng trên ADN topoisomerase I.
H3C

N
N

N
N

N
N

H

H

OC2H5

Hoechst 33342
H3 C

N
N

N
N

N
H

N
H
OH

Hoechst 33258
Cho đến nay, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về tác dụng kháng tế bào
ung thư của dẫn chất benzimidazol được công bố.
Năm 1996, Jung Sun Kim và các cộng sự đã tổng hợp một loạt dẫn chất 2-(4methoxyphenyl)-1H-benzimidazol và thử hoạt động kháng tế bào ung thư của
chúng [18].

14


OCH3
O2 N

OCH3
N

N

O2 N
X

N
H

X = O IIa, IIb
X = S IIIa, IIIb

I

OCH3
N
O2N
N
H

IVa, IVb

Kết quả là chất 5-nitro-2-(4-methoxyphenyl)-1H-benzimidazol (I) thể hiện tác
dụng ức chế topoisomerase I lớn nhất. Sự hiện diện của nhóm nitro (nhóm thế có
khả năng hoạt động như chất nhận liên kết hydro) ở vị trí 5 trên khung
benzimidazol gây ức chế topoisomerase I tốt hơn các các dẫn chất thế ở vị trí 4, 6.
Năm 2003, E.I. Naem tiếp tục tìm thấy 2 dẫn chất benzimidazol có tác dụng
kháng tế bào ung thư vú và ung thư ngực (hợp chất Va và Vb) [24].
O

HN

N
H3C

H3C

CH3

CH3

N

N

N

N

H

N

N

H

N

N

N
H3C

H3C

Vb

Va

15