Khóa luận Điều chế dẫn xuất của acid usnic thông qua phản ứng oxi hóa dakin và baeyer-villiger

Nội dung text: Khóa luận Điều chế dẫn xuất của acid usnic thông qua phản ứng oxi hóa dakin và baeyer-villiger

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐIỀU CHẾ DẪN XUẤT CỦA ACID USNIC THÔNG QUA PHẢN ỨNG OXI HÓA DAKIN VÀ BAEYER-VILLIGER Giảng viên hướng dẫn: ThS. Phạm Đức Dũng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Hiếu Mã số sinh viên: K40.201.025 Thành phố Hồ Chí Minh 5/2018
2. Lời cảm ơn Trong 4 năm được học tập và rèn luyện dưới sự chỉ bảo tận tình của những thầy cô trong Khoa Hóa học, trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh, bản thân em đã nhận được rất nhiều kiến thức và các kĩ năng cần thiết để phát triển bản thân. Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Đức Dũng và thầy Dương Thúc Huy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình thực hiện cho đến lúc hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô và các bạn sinh viên khoa Hóa học đã hỗ trợ cho em trong những năm tháng học tập trên giảng đường đại học và thời gian làm khóa luận tốt nghiệp. Em xin cảm ơn gia đình đã làm chỗ dựa vững chắc về tinh thần trong suốt thời gian em học tập và thực hiện khóa luận tốt nghiệp ở trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh. Tuy nhiên, do kinh nghiệm và kĩ năng có hạn nên khóa luận này không thể tránh khỏi sai sót, em rất mong nhận được sự thông cảm và góp ý từ phía quý thầy cô và mọi người để báo cáo khóa luận trở nên hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn. i
3. Mục Lục Lời cảm ơn i Danh mục hình vẽ, sơ đồ iv Danh mục bảng v Danh mục các chữ viết tắt v LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 3 1.1 Phản ứng oxi hóa Dakin và phản ứng Baeyer-Villiger 3 1.1.1 Phản ứng oxi hóa Dakin 3 1.1.2 Phản ứng Baeyer-Villiger 3 1.2 Các nghiêu cứu đã công bố về tổng hợp dẫn xuất của acid usnic 4 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 16 2.1 Hóa chất và dụng cụ, thiết bị 16 2.1.1 Hóa chất cần thiết 16 2.1.2. Dụng cụ, thiết bị 16 2.2 Phản ứng oxi hóa Dakin 17 2.3 Phản ứng Baeyer-Villiger 17 2.4 Xác định cấu trúc 17 2.5 Số liệu phổ định danh cơ cấu sản phẩm 17 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19 3.1 Phản ứng oxi hóa Dakin 19 3.1.1 Cơ chế phản ứng 19 3.1.2 Kết quả 20 3.1.3 Biện luận cấu trúc 20 3.2 Phản ứng Baeyer-Villiger 20 3.2.1 Kết quả 20 3.2.2 Biện luận cấu trúc 20 ii
4. CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 21 4.1 Kết luận 21 4.2 Kiến nghị 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 PHỤ LỤC 26 iii
5. Danh mục hình vẽ, sơ đồ Hình 1. (+)-Acid usnic và (-)-Acid usnic 1 Hình 2. Một số dẫn xuất của acid usnic được Takai điều chế năm 1979 4 Hình 3. Cấu trúc của các sản phẩm 2, 3, 4, 5 và 6 20 Sơ đồ 1.1. Cơ chế phản ứng oxi hóa Dakin 3 Sơ đồ 1.2. Cơ chế phản ứng Baeyer-Villiger 3 Sơ đồ 1.3. Tổng hợp một số dẫn xuất glycoside và imine của acid usnic 5 Sơ đồ 1.4. Phản ứng điều chế dẫn xuất của acid usnic với một số amine 5 Sơ đồ 1.5. Một số phức của Pd(II) và Cu(II) với dẫn xuất hydrazide của acid usnic 8 Sơ đồ 1.6. Phản ứng điều chế một số dẫn xuất của acid usnic bằng phản ứng với amine béo. 8 Sơ đồ 1.7. Phản ứng điều chế một số dẫn xuất enamine, pyrazole và chalcone của acid usnic 9 Sơ đồ 1.8. Phản ứng điều chế một số dẫn xuất của acid usnic 10 Sơ đồ 1.9. Phản ứng điều chế một số dẫn xuất của acid usnic (tiếp theo). 10 Sơ đồ 1.10. Phản ứng điều chế dẫn xuất của acid usnic bằng phản ứng cộng với một số amine thơm và 1 amine béo. 11 Sơ đồ 1.11. Tổng hợp một số dẫn xuất chứa vòng 1,3-thiazole của acid usnic 12 Sơ đồ 1.12. Phản ứng điều chế một số dẫn xuất enamine từ acid usnic. 13 Sơ đồ 1.13. Tổng hợp các dẫn xuất cyanoethyl của (+)-acid usnic. 14 Sơ đồ 1.14. Điều chế một số dẫn xuất triazaole của acid usnic 15 Sơ đồ 2.1. Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất bằng phản ứng oxi hóa Dakin từ acid usnic. 17 Sơ đồ 2.2. Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất bằng phản ứng Baeyer-Villiger từ acid usnic. 17 Sơ đồ 3.1. Cơ chế phản ứng oxi hóa Dakin tạo thành các sản phẩm 4, 5 và 6. 19 iv
6. Danh mục bảng Bảng 1.1. Độc tính tế bào của acid usnic và các dẫn xuất A1-A9 trên một số dòng tế bào ung thư. 6 Bảng 1.2. Cảm ứng apoptosis của (+)-acid usnic và dẫn xuất A4 đối với tế bào L1210a 7 Bảng 1.3. Hoạt tính kháng virus đối với cúm A /California/7/09 (H1N1)pdm09 11 Bảng 1.4. Hoạt tính chống vi khuẩn lao của dẫn xuất 1,3-thiazole 12 Bảng 1.5. Hoạt tính gây độc tế bào của acid usnic và các hợp chất E3 – E11. 13 Bảng 1.6. Hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất cyanoethyl của (+)-acid usnic 14 Bảng 3.1. Dữ liệu phổ NMR của hợp chất 4 Error! Bookmark not defined. Bảng 3.2. Dữ liệu phổ NMR của hợp chất 5 và 6 Error! Bookmark not defined. Bảng 3.3. Dữ liệu phổ NMR của hợp chất 7 Error! Bookmark not defined. Danh mục các chữ viết tắt  EA: ethyl acetate  C: chloroform  m-CPBA: acid m-chloroperoxybenzoic v
7. LỜI MỞ ĐẦU Các hợp chất cô lập từ địa y có nhiều loại hoạt tính sinh học như hoạt tính kháng khuẩn, kháng virus, giảm đau, hạ sốt, kháng ung thư, [3]. Đặc trưng nhất là acid usnic, một dẫn xuất dibenzofuran tự nhiên được tìm thấy nhiều trong các loài địa y thuộc chi Usnea có công thức phân tử C18H16O7. Acid usnic sở hữu nhiều đặc tính sinh học như hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm mạnh chống lại các vi khuẩn Gram dương như Staphylococcus, Streptococcus, vi khuẩn lao, và một số loại nấm gây bệnh [8,11]. Ngoài ra, hợp chất này cũng thể hiện hoạt tính kháng virus, kháng viêm và giảm đau hạ sốt, [11]. Đặc biệt các thử nghiệm in vitro cho thấy acid usnic có khả năng gây độc mạnh mẽ ức chế sự phát triển của nhiều dòng tế bào ung thư ở người [3,11,15,18]. Tuy nhiên, trên thực tế, độc tính cao đối với gan và độ tan thấp trong nước của acid usnic đã phần nào hạn chế việc sử dụng nó trong liệu pháp chữa trị bệnh ung thư. Điều này kích thích sự quan tâm tìm cách khắc phục hạn chế mà vẫn giữ nguyên hoạt tính kháng bệnh. Hình 1. (+)-Acid usnic và (-)-Acid usnic Những phản ứng tổng hợp dẫn xuất của acid usnic đầu tiên được thực hiện bởi Takai (1979) dựa trên mục đích làm tăng độ tan trong nước của acid usnic và các dẫn xuất và nhóm tác giả đã tổng tổng hợp một loạt các dẫn xuất glycoside và imine. Gần đây, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để cải thiện hoạt tính kháng ung thư của acid usnic, thí dụ như các dẫn xuất imine có hoạt tính kháng virus và gây độc tế bào khối u. Năm 2008, Marc-Antoine Bazin và các cộng sự đã tổng hợp được dẫn xuất của acid usnic có hoạt tính ức chế sự phát triển của nhiều dòng tế bào ung thư. Bruno (2013) đã tổng hợp chuỗi dẫn xuất imine dựa trên phản ứng acid usnic và amino acid nhằm tìm kiếm hoạt chất mạnh đối với tế bào ung thư biểu mô sừng HaCaT với kết quả tất cả các dẫn xuất đều mạnh hơn acid usnic (IC50 24 μg/mL) trong khi hợp chất mạnh nhất có giá trị IC50 4.1 μg/mL. Năm 2015, O.A. Luzina và các cộng sự đã tổng hợp được sản phẩm tạo ra từ (+)-acid usnic và 1,8-diaminooctane có hoạt tính gây độc tế bào đối với dòng 1
8. tế bào L1210 và một số các dẫn xuất có tác động kháng u chống lại các dòng tế bào bạch cầu ở người CEM -13 và MT -14. Ngoài ra, nhiều nghiên cứu khác nhằm điều chế dẫn xuất của acid usnic và thử nghiệm hoạt tính kháng virus cúm của chúng được thực hiện bởi Nouri Neamati (1997), Dmitriy N. Sokolov (2012), Ann A. Shtro (2014). Nhiều dẫn xuất có khung sườn carbon mới từ acid usnic được điều chế. Hoạt tính sinh học được tăng cường khi thay đổi một số đặc điểm cấu trúc ở nhánh. Những phản ứng với tác chất chalcone tạo thành những dẫn xuất mạnh nhất. Dẫn xuất enamine, pyrazole và chalcone là các hoạt chất tiềm năng ức chế sự phát triển của virus. Với hy vọng bằng các phản ứng oxi hóa Dakin và Baeyer-Villiger, chúng tôi cũng sẽ tổng hợp được một một số dẫn xuất của acid usnic có khung carbon lần đầu tiên công bố trên thế giới và đồng thời có khả năng ức chế sự phát triển của nhiều dòng tế bào ung thư. 2
9. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Phản ứng oxi hóa Dakin và phản ứng Baeyer-Villiger 1.1.1 Phản ứng oxi hóa Dakin Phản ứng oxi hóa Dakin xảy ra giữa một aldehyde hoặc ketone với H2O2 trong môi trường base. Cơ chế phản ứng có sự tạo thành trung gian ester như sau. Sơ đồ 1.1. Cơ chế phản ứng oxi hóa Dakin 1.1.2 Phản ứng Baeyer-Villiger Tương tự như phản ứng Dakin, phản ứng Baeyer-Villiger cũng có sự oxi hóa của m-CPBA vào nhóm aldehyde hoặc ketone. Cơ chế phản ứng Baeyer-Villiger cũng tương tự như phản ứng oxi hóa Dakin. Sơ đồ 1.2. Cơ chế phản ứng Baeyer-Villiger Trong môi trường kiềm, ester tạo thành bị thủy phân cho sản phẩm tương tự như phản ứng oxi hóa Dakin. 3
10. 1.2 Các nghiêu cứu đã công bố về tổng hợp dẫn xuất của acid usnic Năm 1979, những dẫn xuất đầu tiên của acid usnic được tổng hợp bởi Takai [20]. Nhóm tác giả đã tổng hợp được một loạt các dẫn xuất glycoside và imine (Hình 2, Sơ đồ 1.3), đồng thời thử nghiệm hoạt tính của các dẫn xuất này với tế bào bệnh bạch cầu P388 và tế bào ung thư phổi cho thấy hoạt tính được gia tăng ở một số dẫn xuất. Hình 2. Một số dẫn xuất của acid usnic được Takai điều chế năm 1979 Năm 1997, Nouri Neamati và cộng sự [7] đã được thử nghiệm khả năng kháng virus HIV-1 của acid usnic và dẫn xuất N-isonicotinoylhydrazone, kết quả cho thấy khả năng ức chế trung bình đối với virus này. Đồng thời các dẫn xuất điều chế cũng thể hiện khả năng ngăn chặn sự di căn của tế bào ung thư phổi. Các nghiên cứu gần đây cho thấy các dẫn xuất imine từ sự kết hợp của acid usnic với polyamine có khả năng gây độc mạnh đối với một vài tế bào khối u. Năm 2008, Marc-Antoine Bazin và các cộng sự [1] đã tổng hợp được dẫn xuất của acid usnic có hoạt tính ức chế sự phát triển của nhiều dòng tế bào ung thư (Bảng 1.1, Sơ đồ 1.4). Trong đó, các dẫn xuất polyamine của (+)-acid usnic có hoạt tính cao hơn (-)-acid usnic. Hoạt tính gây độc đối với các dòng tế bào L1210 (tế bào gây bệnh bạch cầu ở chuột) của dẫn xuất 6-acetyl-2-{1-[3-(4-aminobutylamino)propylamino]-ethylidene}-7,9- dihydroxy-8,9b-dimethyldibenzofuran-1,3(2H,9bH)-dione (hợp chất A4, xem Sơ đồ 1.4, Bảng 1.2) có hoạt tính cao hơn với acid usnic (IC50 3.0 μM). Hợp chất được tổng hợp bằng phản ứng giữa (+)-acid usnic và 1,8-diaminooctane (IC50 3.0 μM ). Các dẫn xuất muối ammonium bậc 4 của acid usnic cũng có các hoạt tính sinh học có lợi. 4
11. Sơ đồ 1.3. Tổng hợp một số dẫn xuất glycoside và imine của acid usnic A1 R= -(CH2)4NH2, 2HCl; Hiệu suất = 25% A2 R= -(CH2)3NH-(CH2)4-NH2, 3HCl; Hiệu suất =12% A3 R= -(CH2)3NH-(CH2)4-NH-(CH2)3NH2, 4HCl Hiệu suất = 55% A4 R= -(CH2)8NH2, 2HCl; Hiệu suất = 36% A5 R= -(CH2)4OH; Hiệu suất = 73% A6 R= -(CH2)8CH3; Hiệu suất = 69% A7 R = C2H5-CH(CH3)-CH-COOH Hiệu suất = 85% A8 R = C6H5-CH2-CH-COOC2H5; Hiệu suất =74% A9 R = (CH3)2CH-CH2-CH-COOC2H5; Hiệu suất = 75% Sơ đồ 1.4. Phản ứng điều chế dẫn xuất của acid usnic với một số amine. (Ai) RNH2 1 đương lượng, đun hồi lưu trong EtOH/THF 80:20, 4 h; (Aii) 2.4 N khí HCl, AcOEt; (Aiii) Et3N, 1 đương lượng. 5
12. Bảng 1.1. Độc tính tế bào của acid usnic và các dẫn xuất A1-A9 trên một số dòng tế bào ung thưa. c b Hợp chất IC50 (μM) L1210 CHO CHO- 3LL DU145 MCF7 K-562 U251 MG (-) UA 17.4 ± nd nd 35.1 ± 45.9 ± 51.7 ± 21.8 ± 19.7 ± 1.4 10.7 7.0 7.3 3.8 4.6 (+) UA 26.4 ± 31.3 ± 30 ± 23 ± 6.6 57.4 ± 105.4 52.8 ± 19.5 ± 8.5 16 12 2.1 ± 16 8.7 1.6 Put »100 »100 »100 nd nd nd nd nd Spd »100 »100 »100 nd nd nd nd nd Spm 54.5 ± »100 »100 nd nd nd nd nd 9.2 DAO »100 »100 nd nd nd nd nd nd (+) UA + 100 20.5 ± nd nd nd nd nd nd nd μM Put 3.8 (+) UA + 100 23.2 ± nd nd nd nd nd nd nd μM Spd 4.3 (+) UA + 50 μM 14.2 ± nd nd nd nd nd nd nd Spm 6.4 (+) UA + 25 μM 20.0 ± nd nd nd nd nd nd nd Spm 7.4 (+) UA + 100 14.7 ± nd nd nd nd nd nd nd Μm DAO 5.2 A1 12.0 ± 10.7 ± 12 ± nd nd nd nd nd 2.8 2.0 1.0 A2 8.4 ± 1.4 29.3 ± 28.0 ± nd nd 9.9 ± nd 12.5 ± 1.0 3.0 0.2 4.9 A3 15.3 ± 48 ± 59 ± nd nd 11.2 ± nd 4.4 ± 2.6 20 9.0 2.3 1.1 A4 2.7 ± 0.8 3.5 ± 5 ± 2.0 8.2 ± 14.1 ± 5.8 ± 7.2 ± 8.2 ± 1.2 2.7 2.1 0.4 0.8 0.6 A5 19.9 ± 19.5 ± nd nd nd nd nd nd 1.5 5.0 A6 >500 nd nd nd nd nd nd nd A7 54.6 ± nd nd nd nd >100 56.7 ± nd 18.5 28.9 A8 74.4 ± nd nd nd nd >100 >100 >100 1.3 A9 48.9 ± nd nd nd nd >100 60.7 ± >100 10.5 37.0 Etoposide 0.5 ± nd nd 4.0 ± 1.5 ± 12.2 ± 4.9 ± 0.5 ± 0.25 1.3 0.4 0.5 0.8 0.1 aTế bào ung thư bạch cầu ở chuột L1210 (ATCC CCL 219), 3LL, ung thư phổi (CRL-1642), K-562, bạch cầu mãn tính ở người (ATCC CCL 243), ung thư tuyến tiền liệt của người di căn não DU145 (ATCC HTB 81), ung thư biểu mô tuyến vú MCF7 (ATCC HTB 22), U251, ung thư biểu mô tế bào U251 (RCB0461). bCác tế bào được nuôi cấy 48 giờ hoặc 72 giờ với các nồng độ khác nhau của các hợp chất được liệt kê trong bảng. Kết quả được xử lý từ ít nhất 3 thí nghiệm độ lập ± SD. nd: not determined - không xác định cUA, usnic acid; Put, Putrescine; Spd, spermidine; Spm, spermine; DAO, diaminooctane 6
13. Bảng 1.2. Cảm ứng apoptosis của (+)-acid usnic và dẫn xuất A4 đối với tế bào L1210a Hợp chất Nồng độ (μM) Apoptotic cell (%) Caspase-3 activityc 24 h 48 h 48 h Không mẫu 1.0 ± 0.3 1.8 ± 0.8 1.0 ± 0.1 (+)-Acid usnic 17 30 ± 9 33 ± 3 3.4 ± 0.3 (+)-Acid usnic 26 32 ± 7 38 ± 3 7.4 ± 0.7 (+)-Acid usnic 35 35 ± 9 42 ± 5 21.9 ± 3 A4 3 37 ± 5 37 ± 3 1.4 ± 0.2 A4 4.5 38 ± 10 42 ± 4 1.7 ± 0.1 A4 6 35 ± 6 48 ± 5 1.7 ± 0.2 Etoposide 1.7 47 ± 7 53 ± 7 19.5 ± 1.5 Năm 2012, Maja Natić và các cộng sự [12] đã tổng hợp được các phức của Pd(II) và Cu(II) với các dẫn xuất hydrazide của acid usnic (Sơ đồ 1.5) Các phức này cho hoạt tính chống nấm Aspergillus niger, vi khuẩn Gram âm Escherichia coli và Pseudomonas aeruginosa, vi khuẩn Gram dương Bacillus subtilis. Năm 2014, Ann A. Shtro và các cộng sự [17] đã tổng hợp được các dẫn xuất dị vòng của acid usnic với 9 dẫn xuất có khung sườn carbon mới (2,6-diacetyl-7,9- dihydroxy-8,9b-dimethyl-1,3(2H,9bH)-dibenzo-furandione. Các dẫn xuất này đều có hoạt tính kháng virus cúm A (H1N1) (Bảng 1.3). Hoạt tính sinh học được tăng cường khi thay đổi đặc điểm cấu trúc ở nhánh. Những phản ứng với tác chất chalcone tạo thành những dẫn xuất cố hoạt tính mạnh nhất. Cấu hình tuyệt đối của acid usnic và các dẫn xuất có ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học với các dẫn xuất từ (-)-acid usnic mạnh hơn các dẫn xuất của (+)-acid usnic. Dẫn xuất enamine, pyrazole và chalcone là các hoạt chất tiềm năng ức chế sự phát triển của virus (Sơ đồ 1.6-1.9). Năm 2015, Nguyễn Trung Giang và các cộng sự đã điều chế một số dẫn xuất của (+)-acid usnic với amine thơm trong điều kiện chiếu xạ vi sóng (Sơ đồ 1.10) [14]. Cùng năm đó, Olga B. Bekker cùng các cộng sự [2] đã tổng hợp được các dẫn xuất của (+)-acid usnic và (-)-acid usnic chứa vòng 1,3-thiazole có hoạt tính chống lại vi khuẩn lao Mycobacterium tuberculosis (Sơ đồ 1.11, Bảng 1.4). 7
14. Sơ đồ 1.5. Một số phức của Pd(II) và Cu(II) với dẫn xuất hydrazide của acid usnic Sơ đồ 1.6. Phản ứng điều chế một số dẫn xuất của acid usnic bằng phản ứng với amine béo. (Ka): EtOH/H2O, KOH (pH~9,5), đun hồi lưu; (Kb): EtOH, Et3N, đun hồi lưu. 8
15. Sơ đồ 1.7. Phản ứng điều chế một số dẫn xuất enamine, pyrazole và chalcone của o acid usnic; (Ka) PhNHNH2, EtOH, đun hồi lưu; (Kb): NaBH4, THF, -20 C; o (Kc): CH2N2, CHCl3, nhiệt độ phòng; (Kd): ArCHO, MeOH/H2O, KOH, 70 C; (Ke): t-BuOOH,VO(acac)2, PhMe, nhiệt độ phòng; (Kf): NH2NH2*H2O, AcOH, EtOH, đun hồi lưu. 9
16. Sơ đồ 1.8. Phản ứng điều chế một số dẫn xuất của acid usnic; o (Ka): trifluorochloroethylene, K2CO3, DMF, 40-45 C; (Kb): 2-bromobenzoylchloride, Et3N, DMAP, Et2O, nhiệt độ phòng; (Kc): AcOOH, CHCl3, nhiệt độ phòng; (Kd):PhNHNH2, EtOH, đun hồi lưu. Sơ đồ 1.9. Phản ứng điều chế một số dẫn xuất của acid usnic (tiếp theo) (Ka): 2Br2, HBr, dioxane, nhiệt độ phòng; (Kb): AcOK, acetone, đun hồi lưu; o (Kc): aldehyde, MeOH/H2O,70 C; (Kd): MeI, K2CO3, DMF, nhiệt độ phòng; (Ke): Br2, dioxane, nhiệt độ phòng; (Kf): thiol, NaOH, MeOH, nhiệt độ phòng; (Kg): 2Br2, HBr, dioxane, nhiệt độ phòng. 10
17. Bảng 1.3. Hoạt tính kháng virus đối với cúm A/California/7/09 (H1N1)pdm09 Compound CTD50 (μM) ED50 SI Compound CTD50 ED50 (μM) SI (μM) (μM) (+)-K1 424.4 51.7 8.2 (+)-K22 517.2 25.9 20.0 (-)-K1 133.7 13.1 10.2 (+)-K23 530.0 53.0 10.0 (+)-K2 14.5 8.1 1.8 (+)-K24 34.6 8.7 4.0 (+)-K3 67.3 11.2 6.0 (+)-K25 18.3 5.5 3.3 (-)-K3 149.6 10.7 14.0 (+)-K26 1016.3 101.6 10.0 (+)-K4 147.0 7.2 20.3 (-)-K14 105.8 60.6 1.7 (-)-K4 144.6 14.5 10.0 (-)-K15 115.5 79.4 1.5 (+)-K5 20.4 5.9 3.4 (-)-K16 909.1 64.9 14.0 (+)-K6 13.1 6.6 2.0 (-)-K17 862.1 76.4 11.3 (-)-K6 32.8 6.6 5.0 (-)-K27 131.6 64.3 2.0 (+)-K7 130.5 35.0 3.7 (+)-K27 117.0 64.3 1.8 (-)-K7 83.9 28.0 3.0 (+)-K28 32.6 4.8 6.8 (+)-K8 20.8 18.9 1.1 (+)-K29 39.4 4.7 8.3 (+)-K9 21.1 4.2 5.0 (+)-K30 46.4 7.7 6.1 (+)-K10 831.7 69.5 12.0 (+)-K31 53.4 7.0 7.7 (+)-K11 26.3 2.4 11.0 (+)-K34 58.9 29.5 2.0 (+)-K12 1095.0 68.4 16.0 (+)-K35 2.0 2.0 1.0 (+)-K13 681.2 262.0 2.6 (+)-K38 6.4 2.1 3.0 (-)-K10 564.9 56.3 10.0 (+)-K39 2.1 2.1 1.0 (-)-K11 47.8 12.0 4.0 (+)-K40 177.1 56.3 3.1 (+)-K14 36.5 32.7 1.1 (+)-K32 105.3 14.7 7.1 (+)-K15 252.7 55.1 4.6 (+)-K33 559.7 24.3 23.1 (+)-K16 909.1 82.7 11.0 (-)-K36 177.5 23.7 7.5 (+)-K17 431.0 34.5 12.5 (+)-K37 937.5 160.7 5.8 (+)-K18 862.1 50.7 17.0 (+)-K41 100.0 72.0 14.0 (+)-K19 278.7 32.8 8.5 (+)-K42 31.1 7.8 4.0 (+)-K20 98.4 8.2 12.0 (+)-K43 234.0 10.6 22.0 (+)-K21 517.2 25.9 20.0 (-)-K43 151.6 28.7 5.3 (+)-K44 67.0 13.4 5.0 Sơ đồ 1.10. Phản ứng điều chế dẫn xuất của acid usnic bằng phản ứng cộng với một số amine thơm và 1 amine béo. CPME: Cyclo pentyl methyl ether (CPME) 11
18. Sơ đồ 1.11. Tổng hợp một số dẫn xuất chứa vòng 1,3-thiazole của acid usnic (Da) Br2/HBr, dioxane, nhiệt độ phòng; (Db) Ethanol, đun hồi lưu Bảng 1.4. Hoạt tính chống vi khuẩn lao của dẫn xuất 1,3-thiazole R Nồng độ (nmol/đĩa) Vòng sáng (mm) (+)-D1 Acid usnic 75 8.0 ± 0.5 (-)-D1 75 8.0 ± 0.5 (+)-D3 -NH2 5 9.0 ± 0.5 (-)-D3 5 8.5 ± 0.5 (+)-D4 -Me 10 8.0 ± 1.0 (-)-D4 10 10.0 ± 0.5 (+)-D5 -Ph 100 7.5 ± 0.5 (-)-D5 100 8.0 ± 0.5 (+)-D6 100 8.0 ± 1.0 (-)-D6 10 7.5 ± 0.5 (+)-D7 -NH-Me 10 7.5 ± 0.5 (-)-D7 10 7.5 ± 0.5 (+)-D8 -NH-Ph 10 7.5 ± 0.5 (-)-D8 10 8.0 ± 0.5 (+)-D9 -NH-Allyl 10 7.5 ± 0.5 (-)-D9 10 8.0 ± 0.5 Kết quả được lấy ra từ 3 thí nghiệm độc lập. Cũng trong năm 2015, O.A. Luzina và các cộng sự [10] đã tổng hợp được các dẫn xuất enamine của cả (+)-acid usnic và (-)-acid usnic có hoạt tính gây độc đối với một số dòng tế bào ung thư CEM -13, U-937 và MT -14 (Sơ đồ 1.12, Bảng 1.5). 12
19. Sơ đồ 1.12. Phản ứng điều chế một số dẫn xuất enamine từ acid usnic. Bảng 1.5. Hoạt tính gây độc tế bào của acid usnic và các hợp chất E3 – E11 (CD50, µM). Hợp chất CEM – 13 U – 937 MT – 4 Hợp chất CEM – 13 U – 937 MT – 4 (+)-E1 26.0 19.4 26.0 (+)-E7 149.0 99.0 99.0 (–)-E1 23.2 37.8 17.4 (–)-E7 169.0 165.4 91.7 (+)-E3 14.5 91.8 21.7 (+)-E8 54.8 137.0 95.9 (–)-E3 29.0 33.8 23.4 (–)-E8 >171 159.0 85.6 (+)-E4 20.6 67.9 19.2 (+)-E9 72.1 67.1 68.8 (–)-E4 27.1 31.7 21.9 (–)-E9 72.1 72.1 114.1 (+)-E5 69.0 158.0 122.8 (+)-E10 147.0 52.3 163.4 (–)-E5 70.1 >219 92.1 (–)-E10 62.1 68.6 117.6 (+)-E6 110.6 >213 106.3 (+)-E11 >181 >181 116.1 (–)-E6 74.4 181.0 106.3 Năm 2016, M. E. Rakhmanova cùng các cộng sự [16] đã tổng hợp được các dẫn xuất cyanoethyl của (+)-acid usnic và thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào ung thư của các hợp chất mới (Sơ đồ 1.13, Bảng 1.6). Trong đó, dẫn xuất H2 có hoạt tính chống lại tế bào ung thư MT-4 mạnh gấp 2 lần chất nền (+)-acid usnic. 13
20. Sơ đồ 1.13. Tổng hợp các dẫn xuất cyanoethyl của (+)-acid usnic (Ha): K2CO3, DMF; (Hb) KOH, dioxane, triethylbenzylammonium chloride (TEBAC); (Hc): AcOK, acetone, đun hồi lưu, 2 h. Bảng 1.6. Hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất cyanoethyl của (+)-acid usnic -1 CD50/μmol L Hợp chất CEM-13 U-937 MT-4 (+)-H1 26.0±8.3 19.4±9.6 26.0±2.9 (+)-H2 62.2±16.8 46.7±4.6 12.6±1.2 (+)-H4 95.8±47.5 86.2±10.7 70.8±2.0 (+)-H5 248.0±41.5 187.0±13.4 61.4±14.6 (+)-H6 không có dữ liệu 80.3±6.2 71.4±4.7 Năm 2017, Nagi Reddy Vanga và cộng sự đã tổng hợp [21] các dẫn xuất của acid usnic khung sườn triazaole mới và thử nghiệm hoạt tính kháng viêm của chúng (Sơ đồ 1.14). Các dẫn xuất bromo enamine (N2a, N2b), azido enamine (N3a, N3b) và triazole (N4f, N4g, N4h, N5f, N5g và N5h) thể hiện hoạt tính kháng viêm mạnh đối với TNF-α với IC50 1.40 đến 5.70 µM. Đặc biệt, dẫn xuất N5f (IC50 1.40) và N5h (IC50 1.88) thể hiện hoạt tính mạnh nhất và là hợp chất tiềm năng để tiếp tục nghiên cứu dược học. 14
21. Sơ đồ 1.14. Điều chế một số dẫn xuất triazole của acid usnic. (Na) bromo alkylamine, ethanol, đun hồi lưu, 4 h, 80-86%; (Nb) dung dịch NaN3, DMF, 70 °C, 24 h, 79-82%; (Nc) alkyne, CuSO4.5H2O, natri ascrorbate, THF, H2O, nhiệt độ phòng, 12 h, 68-84%. 15
22. CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất và dụng cụ, thiết bị 2.1.1 Hóa chất cần thiết - Ethanol 96% (Trung Quốc) - Methanol 99% (Trung Quốc) - Chloroform 99% (Trung Quốc) - n-Hexane 95% (Trung Quốc) - Ethyl acetate 99.5% (Trung Quốc) - Acetone (Trung Quốc) - 3-Chlorobenzaldehyde (Merck) - 3-Bromobenzaldehyde (Merck) - Potassium carbonate (K2CO3) (Trung Quốc) - Acid chlohydride (HCl) (Trung Quốc) - Hydro peoxide (Trung Quốc) - Acid m-chloroperoxybenzoic (m-CPBA) (Sigma-Aldrich) - Chất nền: acid usnic được cô lập từ loài địa y Usnea baileyi do Tiến sĩ Dương Thúc Huy cung cấp. - Nước cất hai lần. - Sắc ký bản mỏng Kiesel gel 60F254 (Merck). - Silica gel 0.04-0.06 mm (Merck), dùng cho sắc ký cột. 2.1.2. Dụng cụ, thiết bị - Máy khuấy từ có thể điều chỉnh nhiệt độ, Stone Staffordshire Anh ST15 OSA; - Cân bằng điện tử 4 chữ số, Staorius AG Germany CPA 3235; - Cột sắc ký thủy tinh; - Phễu chiết 250 mL; - Cốc thủy tinh 250 mL, 100 mL; - Pipet pasteur, micropipet. - Máy cô quay Heidolph. 16
23. 2.2 Phản ứng oxi hóa Dakin Phản ứng oxi hóa Dakin được thực hiện trên chất nền acid usnic theo Sơ đồ 2.1. Sơ đồ 2.1. Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất bằng phản ứng oxi hóa Dakin từ acid usnic. 2.3 Phản ứng Baeyer-Villiger Phản ứng Baeyer-Villiger được thực hiện trên chất nền acid usnic theo Sơ đồ 2.2. Sơ đồ 2.2. Sơ đồ tổng hợp dẫn xuất bằng phản ứng Baeyer-Villiger từ acid usnic. 2.4 Xác định cấu trúc Phổ NMR của các hợp chất được ghi trên máy cộng hưởng từ hạt nhân NMR Bruker Ultrashied 500 Plus (đo ở tần số 500 MHz cho phổ 1H–NMR và 125 MHz cho phổ 13C–NMR) tại phòng Phân tích Trung tâm trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh (số 227 Nguyễn Văn Cừ, Quận 5, Thành phố Hồ Chí Minh) và phòng NMR Khoa hóa học trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên (số 19 Lê Thánh Tông – Hoàn Kiếm, Thành phố Hà Nội). 2.5 Số liệu phổ định danh cơ cấu sản phẩm 1 13 2. Chất bột H-NMR (500 MHz, DMSO, δ ppm) δH: C-NMR (125 MHz, CDCl3, δ ppm) δC: 17
24. 1 13 3. Chất bột H-NMR (500 MHz, Acetone-d6, δ ppm) δH: C-NMR (125 MHz, 18
25. CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Phản ứng oxi hóa Dakin Trong phản ứng oxi hóa Dakin, chất nền acid usnic đã bị oxi hóa nhiều. Quá trình oxi hóa trải qua nhiều giai đoạn trung gian và tạo thành sản phẩm chính là 2, 3. 3.1.1 Cơ chế phản ứng Sơ đồ 3.1. Cơ chế phản ứng oxi hóa Dakin tạo thành các sản phẩm 4, 5 và 6. 19
26. 3.1.2 Kết quả 3.1.3 Biện luận cấu trúc Hình 3. Cấu trúc của các sản phẩm 2, 3, 4, 5 và 6 3.2 Phản ứng Baeyer-Villiger Phản ứng Baeyer-Villiger với xúc tác kiềm xảy ra với cơ chế tương tự phản ứng oxi hóa Dakin. 3.2.1 Kết quả 3.2.2 Biện luận cấu trúc 20
27. CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Trên cơ sở kết quả thu được, chúng tôi đã hoàn thành mục tiêu đề tài là tổng hợp thành công các dẫn xuất mới của acid usnic là 4, 5, 6 và 7. Trong đó 4, 6, 7 là các chất mới chưa từng được công bố. 4.2 Kiến nghị Trong giới hạn nội dung và thời gian của đề tài khóa luận tốt nghiệp đại học, chúng tôi chỉ dừng lại điều chế các dẫn xuất trên. Để có thể nghiên cứu sâu hơn và phát huy được tiềm năng của đề tài nghiên cứu này, chúng tôi đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo là: - Thử nghiệm hoạt tính với các dẫn xuất điều chế được. - Tối ưu hóa các điều kiện phản ứng cũng như phương pháp tinh chế để đạt hiệu suất cao nhất. 21
28. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bazin M.A., Lamer A.C.L., Delcros J.G., Rouaud I., Uriac P., Boustie J., Corbel J.C., Tomasi S., Synthesis and cytotoxic activities of usnic acid derivatives, Bioorganic & Medicinal Chemistry, 16, pp. 6860–6866, 2008. 2. Bekker O.B., Sokolov DN., Luzina O.A., Komarova N.I., Gatilov Y.V., Andreevskaya S.N., Smirnova T.G., Dmitry A. Maslov D.A., Chernousova L.N.,Salakhutdinov N.F., Danilenko V.N., Synthesis and activity of (+)-usnic acid and (2)-usnic acid derivatives containing 1,3-thiazole cycle against Mycobacterium tuberculosis, Medicinal Chemistry Research, 24(7), pp. 2926– 2938, 2015. 3. Boustie J., Tomashi S., Grube M., Bioactive lichen metabolites: alpine habitats as an untapped source, Phytochemistry Review, 10(3), pp. 287–307, 2011. 4. Bruno M., Trucchi B., Monti D., Romeo S., Kaiser M., Verotta L., Synthesis of a potent antimalarial agent through natural products conjugation, Journal of Medicinal Chemistry, 8, pp. 221 – 225, 2013. 5. Clayden J., Warren S., Organic Chemistry. 2 nd edition, Oxford University Press, United Kingdom, 2001. 6. Ebrahim H.Y., Akl M.R., Elsayed H.E., Hill R.A., Sayed K.A.E., Usnic acid benzylidene analogues as potent mechanistic target of rapamycin inhibitors for the control of breast malignancies, Journal of Natural Products, 80, pp. 932–952, 2017. 7. Hamrounib K., Bataneroa B., Barbaa F., Barbaa I., Boujlelb K., Benkhoudb M.L., Reduction of 1,2-dicarbonyl compounds and of their N-phenylimine derivatives by sodium cyanide under aprotic conditions, Comptes Rendus Chimie, 18(12), pp. 1284-1288, 2015. 8. Ingólfsdóttir K., Chung G.A.C., Skúlason V , Gissurarson S.R., Vilhelmsdóttir M., Antimycobacterial activity of lichen metabolites in vitro, European Journal of Pharmaceutical Sciences, 6, pp. 141–144, 1998. 9. Kutney J.P., Leman J.D., Salisbury P.J., Yee T., Sanchez I.H., Studies in the usnic acid series. IX.' The biodegradation of (+)-usnic acid by Mucor globosus, Canadian Journal of Chemistry, 62, pp. 320-325, 1984. 22
29. 10. Luzina O.A., Sokolov D.N., Pokrovskii M.A., Pokrovskii A.G., Bekker O.B., Danilenko V.N., Salakhutdinov N.F., Synthesis and Biological activity of usnic acid enamine derivatives, Chemistry of Natural Compounds, 51, pp. 4–10, 2015. 11. Muller K., Pharmaceutically relevant metabolites from lichens, Applied Microbiology and Biotechnology, 56, pp. 9−16, 2001. 12. Natić M., Tesbreveić Z., Andbarelković K., Brcbreveeski I., Radulović S., Manić S., Sladić D., Synthesis and Biological Activity of Pd(II) and Cu(II) Complexes with Acylhydrazones of Usnic Acid, Synthesis and Reactivity in Inorganic and Metal-Organic Chemistry, 34(1), pp. 101-113, 2004. 13. Neamati N., Hong H., Mazumder A., Wang S., Sunder S., Nicklaus M.C., Milne G.W.A., Proksa B., Pommier Y., Depsides and depsidones as inhibitors of HIV- 1 integrase: discovery of novel inhibitors through 3D database searching, Journal of Medicinal Chemistry, 40(6), pp. 942–951, 1997. 14. Nguyen T.G., Luu H.D.K., Nguyen K.P.P., Preparation of some derivatives of (+)- usnic acid with aromatic amines under microwave irradiation condition, Science & Technology Development, 18(T3), pp. 113 120, 2015. 15. Podterob A.P., Chemical composition of lichens and their medical applications, Journal of Pharmaceutical Chemistry, 42, pp. 582–588, 2008. 16. Rakhmanova M.E., Luzina O.A., Pokrovskii M.A., Pokrovskii A.G., Salakhutdinova N.F., Synthesis and cytotoxic activity of usnic acid cyanoethyl derivatives, Russian Chemical Bulletin, 65(2), pp. 566–569, 2016. 17. Shtro A.A., Zarubaev V.V., Luzina O.A., Sokolov D.N., Kiselev O.I., Salakhutdinov N.F., Novel derivaties of usnic acid effectively inhibiting reproduction of influenza A virus, Bioorganic & Medicinal Chemistry, 22, pp. 6826–6836, 2014. 18. Singh N., Nambiar D., Kale R.K,. Singh R.P., Usnic Acid Inhibits Growth and Induces Cell Cycle Arrest and Apoptosis in Human Lung Carcinoma A549 Cells, Nutrition and Cancer, 65, pp. 36-43, 2013. 19. Sokolov D.N., Zarubaev V.V., Shtro A.A., Polovinka M.P., Luzina O.A, Komarova N.I., Salakhutdinov N.F., Kiselev O.I., Anti-viral activity of (-)- and (+)-usnic acids and their derivatives against influenza virus A(H1N1)2009, Bioorganic Med. Chem. Lett., 22, pp. 7060–7064, 2012. 23
30. 20. Takai M., Uehara Y., Beisler, J.A., Usnic acid derivatives as potential antineoplastic agents, Journal of Medicinal Chemistry, 22, pp. 1380–1384, 1979. 24
31. 21. Vanga NR., Kota A., Sistla R., Uppuluri M., Synthesis and anti-inflammatory activity of novel triazole hybrids of (+)-usnic acid, the major dibenzofuran metabolite of the lichen Usnea longissima, Mol. Divers., 21(2), pp. 273–282, 2017. 25
32. PHỤ LỤC 17 12 13 16 14 7-OH 4 1 Phụ lục 1. Phổ H-NMR của hợp chất 4 26
33. 13 Phụ lục 2. Phổ C-NMR của hợp chất 4 27
34. Phụ lục 3. Phổ HMBC của hợp chất 4 28
35. Phụ lục 4. Phổ MS của hợp chất 4 29
36. Phụ lục 5. Phổ 1H-NMR của hợp chất 5 30
37. Phụ lục 6. Phổ 13C-NMR của hợp chất 5 31
38. Phụ lục 7. Phổ MS của hợp chất 5 32
39. Phụ lục 8. Phổ 1H-NMR của hợp chất 6 33
40. Phụ lục 9. Phổ HMBC của hợp chất 6 34
41. Phụ lục 10. Phổ 1H-NMR của hợp chất 7 35
42. Phụ lục 11. Phổ 13C-NMR của hợp chất 7 36
43. Phụ lục 12 Phổ HSQC của hợp chất 7 37
44. Phụ lục 13. Phổ HMBC của hợp chất 7 38