1

A-GIỚI THIỆU LUẬN ÁN

1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án

Piperazinedion là một trong lớp cấu trúc phổ biến được tìm thấy trong tự nhiên, có

nhiều hoạt tính sinh học quý như: Tryprostatins A-B có hoạt tính ức chế khối u,

Cyclotryprostatin A-D có hoạt tính ức chế chu kỳ phát triển tế bào động vật có vú [80],

Fumitremorgin C là một chất ức chế BCRP/ABCG2 làm kháng trung gian trong hóa trị liệu

để điều trị ung thư vú, phenylahistin có hoạt tính ức chế tubulin... chúng là những hợp chất

tiềm năng để phát triển các loại thuốc chống ung thư. Ngoài ra, piperazinedion còn là các

synthon quan trọng được sử dụng trong tổng hợp toàn phần và bán tổng hợp nhiều hợp chất

có hoạt tính sinh học mạnh như saframycin, eteinascindin, tadalafil… Trong đó tadalafil là

một dẫn xuất tổng hợp quan trọng có khả năng ức chế enzym phosphodiesterase nên được

sử dụng làm thuốc trong điều trị rối loạn sinh lý nam giới và còn được sử dụng để điều trị

bệnh tăng huyết áp động mạch phổi. Đây là thuốc sắp hết hạn quyền bảo hộ nên được nhiều

quốc gia trên thế giới quan tâm nghiên cứu tổng hợp, nhằm ứng dụng vào sản xuất thương

mại.

Do có nhiều hoạt tính sinh học lý thú, “nghiên cứu tổng hợp các hợp chất

piperazinedion” nhằm tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học lý thú và xây dựng qui

trình tối ưu cho tổng hợp thuốc tadalafil vẫn đang được nhiều nhà khoa học quan tâm

nghiên cứu. Từ những lý do được nêu trên, luận án này tập trung nghiên cứu tổng hợp dẫn

xuất mới của piperazinedion và nghiên cứu xây dựng qui trình tổng hợp tadalafil với qui mô

100g/mẻ nhằm tìm kiếm các hợp chất mới có hoạt tính sinh học lý thú đồng thời tìm kiếm

qui trình triển khai tổng hợp tadalafil có khả năng ứng dụng vào sản xuất.

2. Nhiệm vụ của luận án

2.1 Nghiên cứu tổng hợp các piperazinedion chứa khung tetrahiđro-β-cacbolin

Tổng hợp các hợp chất piperazinedion chúng tôi đi tổng hợp các hợp chất tetrahydro-

β-cacbolin làm khung cơ sở, sau đó hợp chất được axyl hoá bằng tác nhân cloaxetyl clorua

và vòng hoá với các amin bậc 1 nhận được các piperazinedion.

2.2 Nghiên cứu tổng hợp các piperazinedion mô phỏng hợp chất thiên nhiên

Việc đưa thêm các nhóm thế vào vị trí C3 của vòng piperazinedion nhằm tìm kiếm

các hợp chất mới theo mô phỏng các hợp chất có nguốn tự nhiên có hoạt tính sinh học mạnh

như (-)-phenylahistin (8), roquefortin C (10)…

2.3 Nghiên cứu tổng hợp các hợp chất piperazinedion có khung hexahydropyperazin-

[1, 2b]-isoquinolin

Các hợp chất hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin được nghiên cứu tổng hợp qua

năm bước phản ứng từ nguyên liệu đầu naphthalen-1,4-dion, etyl 2-

(diphenylmetyleneamino) axetat và các amin bậc một.

2.4 Nghiên cứu quy trình tổng hợp tadalafil

Nghiên cứu xây dựng qui trình tổng hợp tadalafil với qui mô 100g/mẻ nhằm tìm

kiếm qui trình triển khai tổng hợp tadalafil có khả năng ứng dụng vào sản xuất.

2

2.5 Xác định hoạt tính gây độc tế bào của một số hợp chất piperazinedion

Các hợp chất piperazinedion được thử hoạt tính gây độc tế bào trên 4 dòng tế bào

ung thư thực nghiệm. Tế bào ung thư biểu mô KB (Human epidermic carcinoma), ung thư

gan Hep-G2 (Hepatocellular carcinoma), ung thư phổi LU (Human lung carcinoma) và ung

thư vú MCF-7 (Human breast carcinoma).

3. Những đóng góp mới của luận án

1. Luận án đã tổng hợp được 56 hợp chất piperazinedion mới chứa khung tetrahidro-β-

cacbolin từ nguyên liệu đầu L-tryptophan qua 4 bước

2. Luận án đã tổng hợp được 10 hợp chất piperazinedion mới có khung hexahydropyrazin-

[1,2b]-isoquinolin qua năm bước phản ứng.

3. Luận án đã tổng hợp thành công 2 hợp chất piperazinedion mới mô phỏng theo cấu trúc

của hợp chất thiên nhiên (-)-phenylahistin.

4. Luận án xây dựng quy trình tối ưu tổng hợp tadalafil với quy mô 100g/mẻ với hiệu suất

86,5%.

5. Luận án đã xác định được 18 hợp chất piperazinedion mới chứa khung tetrahidro-β-

cacbolin có hoạt tính ức chế sự phát triển của tế bào ung thư, tập trung vào hai dòng ung

thư là KB và LU. Trong đó chất piperazinedion 119a gây độc tế bào tương đối mạnh với

cả hai dòng KB (3,59 μg/ml) và LU (8,0 μg/ml), chất piperazinedion 116d gây độc tế

bào mạnh với hai dòng Hep-G2 (8,0 μg/ml) và KB (4,4 μg/ml).

4. Bố cục của luận án

Luận án có 145 trang bao gồm:

Mở đầu: 2 trang

Chương 1: Tổng quan 25 trang

Chương 2: Thực nghiệm 60 trang

Chương 3: Kết quả và thảo luận 55 trang

Kết luận: 1 trang

Phần tài liệu tham khảo có 116 tài liệu về lĩnh vực liên quan của luận án, được cập

nhật dến năm 2015.

Phần phụ lục gồm 80 trang gồm các loại phổ của các chất tổng hợp được.

5. Phương pháp nghiên cứu

Các chất được tổng hợp theo các phương pháp tổng hợp hữu cơ hiện đại đã biết, có

cải tiến và vận dụng thích hợp vào các trường hợp cụ thể. Sản phẩm phản ứng được làm

sạch bằng phương pháp sắc kí cột và kết tinh lại. Cấu trúc của sản phẩm được xác định bằng

các phương pháp phổ hiện đại như: IR, MS, 1H-NMR,

13C-NMR. Hoạt tính sinh học được

thăm dò theo phương pháp của Mossman trên bốn dòng tế bào ung thư KB, Hep-G2, Lu và

MCF7.

3

B-NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN

Chương 1. TỔNG QUAN

Tổng quan gồm 25 trang, tổng kết tài liệu về tình hình nghiên cứu phân lập, hoạt tính

sinh học và các phương pháp tổng hợp các hợp chất piperazinedion của các tác giả trong và

ngoài nước.

Chương 2. THỰC NGHIỆM

Thực nghiệm gồm 60 trang, trình bày chi tiết về các phương pháp nghiên cứu, quy

trình tổng hợp, tinh chế, các tính chất vật lý của các sản phẩm nhận được như: điểm chảy,

hình thái, màu sắc, hiệu suất phản ứng và dữ liệu chi tiết các phổ IR, MS, 1H-NMR,

13C-

NMR.

Chúng tôi đã đưa ra phương pháp tổng hợp các hợp chất piperazinedion chứa khung

tetrahiđro-β-cacbolin từ nguyên liệu đầu là L-tryptophan qua 4 bước.

Chúng tôi đã đưa ra phương pháp tổng hợp các hợp chất piperazinedion mô phỏng

hợp chất tự nhiên có hoạt tính chống ung thư mạnh, từ nguyên liệu đầu L-tryptophan qua 7

bước.

Chúng tôi đã đưa ra phương pháp tổng hợp các hợp chất piperazinedion chứa khung

hexahydropyperazin-[1,2b]-isoquinolin từ nguyên liệu đầu là 1,4-naphtoquinon.

Chúng tôi đã nghiên cứu tổng hợp tadalafil từ đó đưa ra quy trình tổng hợp tadalafil

quy mô 100g/mẻ từ nguyên liệu đầu là D-tryptophan metyl este hiđroclorua và piperonal.

Chúng tôi đã xác định hoạt tính gây độc tế bào của một số hợp chất piperazinedion.

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Tổng hợp các hợp chất tetrahydro-β-cacbolin

Để tổng hợp các hợp chất piperazinedion chúng tôi phải tổng hợp các hợp chất

tetrahydro-β-cacbolin làm khung cơ sở, sau đó hợp chất được axyl hoá bằng tác nhân

cloaxetyl clorua và vòng hoá với các amin bậc 1 nhận được các piperazinedion. Ngoài ra,

tetrahiđro-β-cacbolin còn là các synthon quan trọng cho tổng hợp nhiều hợp chất có hoạt

tính sinh học lý thú khác như tadalafil, do đó chúng tôi nghiên cứu tổng hợp các tetrahydro-

β-cacbolin từ L-trytophan.

Sơ đồ 1

3.1.1. Tổng hợp tetrahydro-β-cacbolin 112e

Chất chìa khóa để tổng hợp các tetrahydro-β-cacbolin là L-tryptophan etyl este 111

được tổng hợp từ nguyên liệu L-tryptophan 110 và etanol trong sự có mặt của xúc tác TsOH

và TsCl nhận được hợp chất L-tryptophan etyl este 111 với hiệu suất sản phẩm thô 98%.

Tiếp theo, thực hiện phản ứng Pictet-Spengler giữa hợp chất 111 với 2-naphthadehyde nhận

4

được hai hợp chất 112e là hỗn hợp hai đồng phân cis-trans (sơ đồ 2) được tách riêng biệt

nhờ sắc ký cột với hiệu suất lần lượt là 28% và 62%.

Sơ đồ 2

Trên phổ 1H-NMR của hợp chất cis-112e thể hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng có

mặt trong phân tử. Tín hiệu cộng hưởng ở vùng trường cao dạng triplet tại 1,34 ppm (3H, t,

J = 7,0 Hz) là đặc trưng của nhóm metyl của nhóm etoxi, ngoài ra tín hiệu tại multiplet

trong khoảng 4,24-4,31 ppm (2H, m) là đặc trưng của nhóm metilen của etoxi. Tín hiệu

dạng doublet-doublet-doublet tại 3,06 ppm (1H, ddd, J = 2.5, 11.5, 15.0 Hz) được gán cho

vị trí H-4a và tín hiệu doublet-doublet-doublet ở 3,26 (1H, ddd, J = 1.5, 15.0, 4.0 Hz) được

gán cho vị trí H-4b. Tín hiệu doublet-doublet tại 4,00 ppm (1H, dd, J= 4,0, 11,0 Hz) được

gán cho vị trí H-3. Tín hiệu singlet tại 5.39 ppm (1H, s) được gán cho H-1. Ngoài ra trên

phổ 1H-NMR thể hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của 11 proton vùng thơm.

Trên phổ 13

C-NMR của hợp chất cis-112e thể hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của

của 24 nguyên tử cacbon, trong đó nhóm CH3 cộng hưởng tại δ = 14,2 ppm, tín hiệu của hai

nhóm CH2 cộng hưởng tại 25,6 ppm (C-4) và 61,2 ppm (OCH2), tín hiệu của hai nhóm CH

cộng hưởng tại 56,9 ppm (C-3) và 58,8 ppm (C-1), tín hiệu của nhóm cacbonyl cộng hưởng

tại 172,7 ppm. Các tín hiệu còn lại là của cacbon thơm.

Từ các kết quả phân tích phổ 1H-NMR và

13C-NMR cho phép khẳng định cấu trúc

của hợp chất cis-112e.

Cơ chế của các phản ứng Pictet-Spengler giữa 111 và các anđehit được giải thích như

sau [113,114]:

Sơ đồ 3[113,114]

5

3.1.2. Tổng hợp các tetrahydro-β-cacbolin 112

Thành công của phản ứng tổng hợp chất 112e chúng tôi tiếp tục nghiên cứu tổng hợp

các tetrahydro-β-cacbolin 112 khác. Nguyên liệu L-tryptophan etyl este 111 phản ứng với

các anđehit khác trong điều kiện đun hồi lưu dung môi benzen nhận được các cặp đồng

phân cis/trans tetrahydro-β-cacbolin, các đồng phân này được tách riêng biệt nhờ sắc ký cột.

Cấu trúc của các sản phẩm được chứng minh bằng các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt

nhân (phụ lục 1-18). Hiệu suất phản ứng Pictet-Spengler giữa hợp chất 111 với các anđehit

và tỷ lệ các đồng phân cis/trans được tóm tắt trong bảng 3.1.

Sơ đồ 4

Bảng 3.1: Hiệu suất và tỷ lệ các đồng phân trong phản ứng Pictet-Spengler

STT Hợp chất Nhóm thế Ar Hiệu suất (%) Tỉ lệ cis/trans δC1-H (cis/trans)

1 112a 3-metoxiphenyl 90 31/69 5,22/5,39

2 112b 3-bromphenyl 90 34/66 5,20/5,40

3 112c 4-metoxiphenyl 79 21/79 5,20/5,36

4 112d 4-bromphenyl 77 23/77 5,23/5,35

5 112e 2-Naphtyl 69 29/71 5,39/5,53

6 112f 3-furyl 78 32/68 5,24/5,33

Từ bảng 3.1 cho thấy, tỷ lệ đồng phân cis 112 thấp hơn đồng phân trans 112. Kết quả

này phù hợp với các công bố trước đây về tổng hợp khung tetrahiđro-β-cacbolin bằng phản

ứng Pistet-Spengler [112-113]. Cũng theo các kết quả công bố trước đây đã chứng minh

rằng, dựa vào độ dịch chuyển hóa học (δ) của proton ở C1 nhận biết được các đồng phân cis

và trans. Đồng phân cis thì δ (C1-H) dịch chuyển về phía trường cao, còn đồng phân trans

thì δ (C1-H) dịch chuyển về phía trường thấp [112-113].

Như vậy, luận án đã tổng hợp được 12 hợp chất tetrahiđro-β-cacbolin từ nguyên liệu

đầu là L-tryptophan qua hai bước phản ứng este hóa và phản ứng Pictet-Spengler. Đây là

nguyên liệu quan trọng để tổng hợp các piperazinedion.

3.2. Tổng hợp các hợp chất etyl-2-(2-cloroaxetyl)-1-aryl-2,3,4,9-tetrahydro-1H-β-

cacbolin-3-cacboxylat (113)

Các hợp chất 113 là chìa khóa quan trọng trong mắt xích tổng hợp các hợp chất

piperazinedion. Các hợp chất 113 được tổng hợp nhờ phản ứng của các hợp chất 112 với tác

nhân 2-cloroaxetyl clorua trong sự có mặt của dung dịch NaHCO3 bão hòa trong dung môi

6

phản ứng là EtOAc ở 0oC nhận được các sản phẩm etyl-2-(2-cloroaxetyl)-1-aryl-2,3,4,9-

tetrahydro-1H-β-cacbolin-3-cacboxylat.

Hai hợp chất đầu tiên được tổng hợp là cis-113a và trans-113a từ nguyên liệu là cis-

112a và trans-112a phản ứng với 1,2 đương lượng (eq) ClCH2COCl, trong dung môi etyl

axetat có mặt của NaHCO3, hiệu suất lần lượt 95% và 91%.

Sơ đồ 5

Cơ chế của phản ứng axyl hoá giữa hợp chất cis-113a với tác nhân 2-cloroaxetyl

clorua được giải thích :

Sơ đồ 6

Từ thành công của phản ứng tổng hợp 2 hợp chất cis-113a và trans-113a, chúng tôi

tiến hành tổng hợp các hợp chất etyl-2-(2-cloroaxetyl)-1-aryl-2,3,4,9-tetrahydro-1H-β-

cacbolin-3-cacboxylat 113b-f từ nguyên liệu 112b-f theo sơ đồ 7:

Sơ đồ 7

Như vậy, luận án đã tổng hợp được 12 hợp chất trung gian etyl-2-(2-chloroacetyl)-1-

aryl-2,3,4,9-tetrahydro-1H-β-cacboline-3-carboxylates 113 với hiệu suất cao từ 73-98%.

7

3.3. Tổng hợp các piperazinedion chứa khung tetrahiđro-β-cacbolin

3.3.1 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ hợp chất cis-113a

Từ hợp chất cis-113a được đóng vòng lần lượt với các hợp chất metylamin hoặc

etylamin, n-propyamin, n-butylamin, benzylamin, 4-metoxibenzylamin nhận được các hợp

chất 114a-f với hiệu suất phản ứng đạt 92-97%. Các hợp chất được làm sạch bằng sắc ký

cột. Cấu trúc của các hợp chất 114a-f cũng được chứng minh bằng các phương pháp phổ IR,

MS, 1H-NMR và

13C-NMR.

Sơ đồ 8

Trên phổ IR của hợp chất 114a có các đỉnh hấp phụ đặc trưng của nhóm amin bậc II

thể hiện ở đỉnh hấp phụ 3307cm-1

, đỉnh hấp phụ của nhóm cacbonyl 1655cm-1

. Ngoài ra,

trên phổ IR còn xuất hiện các đỉnh hấp phụ của các liên kết C-H bão hòa, C-O, C-H và C=C

của nhân thơm. Trên phổ ESI-MS cho pic ion phân tử ở m/z 376,1 [M+H]+ và 374,1 [M-H]

+

phù hợp với công thức phân tử C22H21N3O3 của hợp chất 114a.

Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 114a xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của

proton có mặt trên phân tử. Tín hiệu cộng hưởng của ba proton singlet tại 2,95 ppm là đặc

trưng của nhóm N-CH3. Tín hiệu cộng doublet-doublet với hằng số tương tác 11,5 và 16,0

Hz tại 3,10 ppm được gán cho proton H-12a. Tín hiệu của proton H-12b cộng hưởng tại

3,62 ppm với hằng số tương tác 4,5 và 16,0 Hz. Proton ở vị trí H-3 thể hiện cặp doublet tại

3,83 ppm và 4,03 ppm với hằng số tương tác 16,0 Hz. Proton ở vị trí H-13 là tín hiệu

doublet-doublet tại 4,23 ppm với hằng số tương tác 4,0 và 11,5 Hz. Proton ở vị trí H-6 là tín

hiệu singlet tại 6,11 ppm. Ngoài ra, trên vùng trường thấp trên 1H-NMR của hợp chất 114a

thể hiện tín hiệu cộng hưởng của 8 proton thơm, tín hiệu của nhóm metoxi cộng hưởng tại

3,63 ppm.

8

Hình 3.3:

Phổ 13

C-NMR thể hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của 22 nguyên tử cacbon của

chất 114a, trong đó có hai tín hiệu của nhóm cacbonyl. Phân tích phổ trên cho phép khẳng

định cấu trúc của hợp chất 114a.

Hình 3.4:

Cơ chế đóng vòng giữa hợp chất cis-113a với metylamin được giải thích như sau:

9

Sơ đồ 9.

Như vậy, từ hợp chất cis-113a, đã tổng hợp được 6 dẫn xuât piperazinedion 114a-f

với hiệu suất cao, cấu trúc được chứng minh bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân.

3.3.2 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ hợp chất trans-113a

Bằng cách tương tự, hợp chất trans-113a phản ứng với 5 đương lượng metylamin,

etylamin, n-propyamin, n-butylamin, benzylamin, 4-metoxibenzylamin trong dung môi

EtOH ở nhiệt độ phòng trong 24h nhận được các hợp chất 115a-f với hiệu suất phản ứng đạt

87-96% (Sơ đồ 10). Cấu trúc của các hợp chất 115a-f được chứng minh bằng các phương

pháp phổ IR, MS, 1H-NMR và

13C-NMR.

Sơ đồ 10

So sánh phổ 1H-NMR của các sản phẩm piperazinedion cis 114a và trans 115a nhận

thấy, độ dịch chuyển hóa học (δ) của proton ở C-6 khác nhau nhiều. Đồng phân cis 114a thì

δ của proton C-6 dịch chuyển về phía trường cao, trong khi đồng phân trans 115a thì δ của

proton C-6 dịch chuyển về phía trường thấp. Khi so sánh các cặp đồng phân cis 114 và trans

115 khác cũng thu được kết quả tương tự (bảng 3.2).

Bảng 3.2: So sánh phổ 1H-NMR của hợp chất 114 và 115

Piperazinedion Nhóm thế R δC6-H

Hợp chất 114 Hợp chất 115

10

Piperazinedion Nhóm thế R δC6-H

Hợp chất 114 Hợp chất 115

Metyl 6,11 7,00

Etyl 6,21 7,00

n-Propyl 6,17 7,00

n-Butyl 6,17 6,99

Benzyl 6,20 6,96

4-metoxibenzyl 6,18 6,97

Kết quả ở bảng 3.2 phù hợp với khung tetrahidro-β-cacbolin ban đầu, từ đó rút ra

nhận xét, có thể phân biệt cặp đồng phân cis/trans bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt

nhân.

Tiếp theo hợp chất trans-113a phản ứng với 5 đương lượng dung dịch NH3 trong môi

trường EtOH nhận được 115g với hiệu suất 90%. Cấu trúc của hợp chất 115g được chứng

minh bằng các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân.

Sơ đồ 11

Nhóm NH của hợp chất 115g được bảo vệ nhờ phản ứng với anhidrit axetic trong sự

có mặt của pyridin nhận được hợp chất 115h với hiệu suất 94%. Cấu trúc của hợp chất 115h

được chứng minh bằng các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân.

Sơ đồ 12

Như vậy, từ dẫn xuất trans-113a chúng tôi đã tổng hợp thêm 8 dẫn xuât

piperazinedion 115a-h với hiệu suất cao, cấu trúc được chứng minh bằng các phương pháp

cộng hưởng từ hạt nhân.

11

3.3.3. Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ các hợp chất cis- 113b

Tương tự, hợp chất cis-113b phản ứng lần lượt với các hợp chất metylamin hoặc

etylamin, n-propyamin, n-butylamin, benzylamin, 4-metoxibenzylamin nhận được các hợp

chất 118a-f với hiệu suất phản ứng đạt 90-97%. Cấu trúc của các hợp chất 118a-f được

chứng minh bằng các phương pháp phổ IR, MS, 1H-NMR và

13C-NMR.

Sơ đồ 13

Từ hợp chất cis-113b chúng tôi đã tổng hợp được 6 hợp chất piperazinedion 118a-f

với hiệu suất cao, cấu trúc được chứng minh bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân.

3.3.4 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ hợp chất trans-113b

Tương tự, hợp chất trans-113b phản ứng lần lượt với các hợp chất metylamin hoặc

etylamin, n-propyamin, n-butylamin, benzylamin, 4-metoxibenzylamin nhận được các hợp

chất 119a-f với hiệu suất phản ứng đạt 89-93%. Cấu trúc của các hợp chất 119a-f được

chứng minh bằng các phương pháp phổ IR, MS, 1H-NMR và

13C-NMR.

Sơ đồ 14

Từ hợp chất trans-113b luận án đã tổng hợp thành công 6 hợp chất piperazinedion

mới là 119a-f với hiệu suất cao, cấu trúc được chứng minh bằng các phương pháp cộng

hưởng từ hạt nhân. Phổ 1H-NMR của các sản phẩm piperazinedion cis-118 và trans-119

cũng thu được kết quả giống như với các hợp chất cis-114/trans-115, nghĩa là đồng phân

cis-118 thì độ chuyển dịch hoá học (δ) của proton tại vị trí C-6 dịch chuyển về phía trường

cao, trong khi đồng phân trans 119 dịch chuyển về phía trường thấp.

3.3.5 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ các hợp chất cis-113d

Hợp chất cis-113d phản ứng lần lượt với các hợp chất metylamin hoặc etylamin, n-

propylamin, n-butylamin, benzylamin và 4-metoxibenzylamin nhận được các hợp chất

120a-f với hiệu suất phản ứng đạt 88-95% (sơ đồ 15). Cấu trúc của các hợp chất 120a-f

được chứng minh bằng phương pháp phổ IR, MS, 1H-NMR và

13C-NMR.

12

Sơ đồ 15

Từ hợp chất cis-113d, luận án đã tổng hợp thành công 6 hợp chất piperazinedion mới

120a-f. Cấu trúc của các hợp chất được chứng minh bằng các phương pháp phổ cộng hưởng

từ hạt nhân.

3.3.6 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ các hợp chất trans-113d

Tiếp tục tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ hợp chất trans-113d có chứa nhân

thơm thế brom. Bằng cách tương tự, hợp chất trans-113d phản ứng lần lượt với các hợp

chất metylamin hoặc etylamin n-propylamin, n-butylamin, benzylamin và 4-

metoxibenzylamin nhận được các hợp chất 121a-f với hiệu suất phản ứng đạt 88-93% (sơ

đồ 16). Cấu trúc của các hợp chất 121a-f được chứng minh bằng phương pháp phổ IR, MS, 1H-NMR và

13C-NMR.

Sơ đồ 16

Tiếp theo, hợp chất trans-113d phản ứng với 5 đương lượng amoniac trong dung môi

EtOH ở nhiệt độ phòng, nhận được hợp chất 121g với hiệu xuất 89% (sơ đồ 17). Cấu trúc

của 121g được chứng minh bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân.

Sơ đồ 17

Tiếp theo, để bảo vệ nhóm NH hợp chất 121g phản ứng với anhidrit axetic trong

pyridin nhận được hợp chất axetyl hóa 121h (sơ đồ 18).

13

Sơ đồ 18

Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 121h xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của

proton có mặt trên phân tử. So với phổ của hợp chất 121g, phổ của 121h xuất hiện thêm tín

hiệu cộng hưởng của ba proton singlet tại 2,58 ppm là đặc trưng của nhóm axyl (Ac). Trên

phổ 13

C-NMR thể hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của 22 nguyên tử cacbon của chất

121h, trong đó có ba tín hiệu của nhóm cacbonyl. Phân tích phổ trên cho phép khẳng định

cấu trúc của hợp chất 121h.

Như vậy, từ hợp chất trans-113d chúng tôi đã tổng hợp thành công 8 hợp chất

piperazinedion mới 121a-h. Cấu trúc của các hợp chất được chứng minh bằng các phương

pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Khi so sánh phổ 1H-NMR của các sản phẩm

piperazinedion cis 120 và trans 121 cũng thu được kết quả, đồng phân cis 120 thì δ của

proton C-6 dịch chuyển về phía trường cao, còn đồng phân trans 121 thì δ của proton C-6

dịch chuyển về phía trường thấp.

3.3.7 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ hợp chất cis- 113e

Đồng phân cis-113e phản ứng lần lượt với các hợp chất metylamin hoặc etylamin, n-

propylamin, n-butylamin, benzylamin và 4-metoxibenzylamin nhận được các hợp chất

116a-f với hiệu suất phản ứng đạt 89-96% (sơ đồ 19). Cấu trúc của 116a-f được chứng minh

bằng các phương pháp phổ IR, MS, 1H-NMR và

13C-NMR.

Sơ đồ 19

Từ hợp chất cis-113e luận án đã tổng hợp thành công 6 hợp chất piperazinedion mới

116a-f. Cấu trúc của các hợp chất được chứng minh bằng các phương pháp phổ IR, MS, 1H-

NMR và 13

C-NMR.

3.3.8 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ hợp chất trans- 113e

Tiếp tục hướng tổng hợp các hợp chất piperazinedion có nhóm thế napthalen nhằm

tìm kiếm các hợp chất có cấu trúc mới và có hoạt tính lý thú, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu

tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ hợp chất trans- 113e. Hợp chất trans-113e phản

ứng lần lượt với các hợp chất metylamin hoặc etylamin, n-propylamin, n-butylamin,

14

benzylamin và 4-metoxibenzylamin nhận được các hợp chất 117a-f với hiệu suất phản ứng

đạt 92-96% (sơ đồ 20). Cấu trúc của các hợp chất 117a-f được chứng minh bằng phương

pháp phổ IR, MS, 1H-NMR và

13C-NMR.

Sơ đồ 20

Như vậy, từ hợp chất trans-113e luận án đã tổng hợp thành công 6 hợp chất

piperazinedion mới 117a-f. Cấu trúc của các hợp chất được chứng minh bằng các phương

pháp phổ IR, MS, 1H-NMR và

13C-NMR. Khi so sánh phổ

1H-NMR của các sản phẩm

piperazinedion cis 116 và trans 117 cũng thu được kết quả, đồng phân cis 116 thì δ của

proton C-6 dịch chuyển về phía trường cao, còn đồng phân trans 117 thì δ của proton C-6

dịch chuyển về phía trường thấp.

3.3.9 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ các hợp chất cis/trans- 113f

Ngoài hoạt tính sinh học quý được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, các hợp chất

piperazinedion còn là nguyên liệu cho tổng hợp toàn phần nhiều hợp chất thiên nhiên có

hoạt tính cao.

Để chuyển hóa tiếp được các hợp chất piperazinedion, đầu tiên hợp chất cis/trans-

113f phản ứng với 5 đương lượng amoniac, trong dung môi etanol ở nhiệt độ phòng nhận

được các hợp chất 122 và 123 với hiệu suất lần lượt là 95% và 92% (sơ đồ 21). Cấu trúc của

122 và 123 được chứng minh bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân.

Sơ đồ 21

Bước tiếp theo, các hợp chất 122 và 123 tiếp tục được axyl hóa nhóm NH nhờ phản

ứng với anhiđrit axetic với sự có mặt của pyridin nhận được hai dẫn xuất axyl 124 và 125

nhằm bảo vệ nhóm NH cho chuyển hóa tiếp theo. Cấu trúc của 124 và 125 được chứng

minh bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân.

15

Sơ đồ 22

Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 124 và 125 ngoài các tín hiệu cộng hưởng của các

proton giống như hợp chất 122 và 123, còn xuất hiện thêm tín hiệu cộng hưởng singlet của 3

proton tại 2,6 ppm đặc trưng cho nhóm axyl. Ngoài ra, trên phổ 13

C-NMR của hai hợp chất

này đều xuất hiện thêm 2 tín hiệu cộng hưởng tại 171,9 ppm gán cho nhóm cacbonyl và

27,3 ppm gán cho nhóm metyl của nhóm axyl.

Như vậy, từ nguyên liệu là hai đồng phân cis/trans-113f luận án đã tổng hợp được 4

hợp chất piperazinedion mới là 122-125. Cấu trúc của các hợp chất này đều được chứng

minh bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Đây cũng là những nguyên liệu cho

tổng hợp các hợp chất mới mô phỏng các hợp chất tự nhiên.

Tóm lại, từ nguyên liệu đầu là L-tryptophan luận án đã tổng hợp thành công 56 hợp

chất piperazinedion mới có khung tetrahidro-β-cacbolin với hiệu suất cao. Cấu trúc của các

hợp chất này đều được chứng minh bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân.

3.4. Tổng hợp các hợp chất piperazinedion mô phỏng hợp chất thiên nhiên

Đầu tiên, tổng hợp hợp chất 121h qua hai bước (phần 3.3.6). Sau đó, hợp chất 121h

phản ứng với ba đương lượng andehit trong sự có mặt của tác nhân kiềm Cs2CO3. Phản ứng

được thực hiện trong hỗn hợp dung môi DMSO/EtOAC ở nhiệt độ 80oC, nhận được hợp

chất 131 với hiệu suất 43%.

Sơ đồ 23

Cấu trúc của sản phẩm 131 được chứng minh bằng cộng hưởng từ hạt nhân. Trên 1H-

NMR của 131 mất đi tín hiệu singlet của hai proton ở 3,55 ppm, đồng thời xuất hiện tín hiệu

singlet của proton olefin trong khoảng 6,8 ppm. Ngoài ra, trên phổ 1H-NMR còn xuất hiện

thêm các tín hiệu của một nhóm metoxi và 4 proton của nhân thơm thế 1,3. Phân tích phổ 1H-NMR cho phép khẳng định cấu trúc của hợp chất 131.

Cơ chế của phản ứng andol giữa 121h và 3-metoxibenzandehit giải thích như sau:

16

Sơ đồ 24:

Tiếp theo, hợp chất 131 tiếp tục được bảo vệ nhóm chức NH bằng anhidrit axetic

trong sự có mặt của piridin nhận được hợp chất axyl hóa 131a. Hỗn hợp phản ứng này được

khử hóa bằng hydro trong sự có mặt của xúc tác Pd/C, nhận được sản phẩm 132. Cấu trúc

của 132 được chứng minh bằng các phương pháp phổ hiện đại.

Sơ đồ 25

Phổ 1H-NMR của 132 xuất hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của các proton có mặt

trên cấu trúc của phân tử. Tín hiệu cộng hưởng của một proton doublet-doublet-doublet tại

2,84 ppm với hằng số tương tác là 1,5, 12,0 và 15,0 Hz là đặc trưng của proton H-12a, trong

khi proton H-12b cũng thể hiện dưới dạng tín hiệu doublet-doublet-doublet tại 2,99 pm. Phổ 1H-NMR xuất hiện cặp tín hiệu doublet-doublet tại 3,49 và 3,57 ppm với hằng số tương tác

J=4,5 và 15,0 Hz được gán cho nhóm metylen của mạch nhánh benzyl cho phép khẳng định

liên kết olefin đã được khử hóa. Ngoài ra, tín hiệu cộng hưởng prton doublet-doublet tại

4,27 ppm với hằng số tương tác 4,0 và 12,0 Hz được gán cho proton H-3 (nhóm metin được

tạo thành do phản ứng khử hóa olefin). Các tín hiệu của proton thơm và các proton khác có

mặt đầy đủ trên phổ. Các dữ liệu phổ trên cho phép khẳng định cấu trúc của hợp chất 132.

Chúng tôi đã tổng hợp thành công 2 hợp chất piperazinedion mới là 131 và 132 mô

phỏng theo cấu trúc của các hợp chất thiên nhiên có nhóm thế ở C-3. Cấu trúc của các hợp

chất được chứng minh bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân.

3.5. Tổng hợp các hợp chất piperazinedion có khung hexahydropyperazin-[1,2-b]-

isoquinolin

Các hợp chất hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin được sử dụng làm khung cacbon

chính cho tổng hợp toàn phần các hợp chất thiên có hoạt tính sinh học mạnh như saframycin

và ecteinascidin...

17

3.5.1. Tổng hợp hợp chất tetrahydrobenzo[g]isoquinolin

Đầu tiên, thực hiện phản ứng khử hóa naphthalen-1,4-dion được nhờ tác nhân khử

thiếc (II) clorua trong axit clohydric trong dung môi metanol. Tiếp theo sản phẩm khử được

metyl hóa nhờ tác nhân dimetyl sunfat có mặt của tác nhân kiềm K2CO3 trong dung môi

axeton nhận được 1,4-dimetylnaphthalen (126).

Sơ đồ 26

Cấu trúc của hợp chất 126 được chứng minh bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân nhờ

xuất hiện tín hiệu của các nhóm metoxi tại 3,97 ppm và tín hiệu của vòng napthalen thế 1,4.

Hợp chất 126 được metylenbrom hóa tại vị trí 2,3 nhờ phản ứng với parafocmandehit

và HBr 33% trong axit axetic ở 70oC nhận được hợp chất 127.

Sơ đồ 27

Cấu trúc của hợp 127 được chứng minh bằng phổ 1H-NMR. Trên phổ xuất hiện thêm

tín hiệu của hai nhóm metylenbrom tại 5,00 ppm đồng thời mất đi tín hiệu của 2 proton

thơm ở vị trí 2,3 của nhân naphthalen.

Hợp chất 127 phản ứng với etyl 2-(diphenylmetyleneamino)axetat trong sự có mặt

của xúc tác chuyển pha Bu4NHSO4 và dung dịch KOH 30%, ở nhiệt độ phòng. Sau xử lý,

hỗn hợp được thêm THF và HCl 2N, khuấy ở nhiệt độ phòng nhận được hợp chất chìa khóa

tetrahydrobenzo[g]isoquinolin 128.

Sơ đồ 28

Cơ chế của phản ứng được giải thích như sau :

18

Sơ đồ 29

Cấu trúc của 128 được chứng minh bằng phổ 1H-NMR và

13C-NMR. Trên phổ

1H-

NMR của 128 xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của các proton có mặt trong phân

tử. Tín hiệu cộng hưởng của 3 proton triplet tại 1.33 ppm (3H, t, J= 7, Me) và tín hiệu

multiplet tại 4,27 ppm (2H, m, OCH2) là đặc trưng của nhóm etoxy. Cặp tín hiệu doublet-

doublet tại 3,02 ppm và 3,40 ppm với các cặp tương tác tương ứng là J=10,0, 17,0 Hz và 5,0

và 17,0 Hz được qui gán cho cho hai proton của H-4. Proton H-3 là tín hiệu doublet-doublet

tại 3,74 ppm có hằng số tương tác J= 5,0 và 10,0 Hz. Hai proton H-1 được thể hiện dưới hai

cặp tín hiệu doublet tại 4,15 ppm và 4,50 ppm với cùng một hằng số tương tác J=16,6 Hz.

Phổ 13

C-NMR của 128 xuất hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của 18 nguyên tử cacbon.

Trong đó, nhóm metyl cộng hưởng tại 14,26 ppm, hai nhóm metylen cộng hưởng lần lượt

tại 26,75 ppm (C-4) và 43,09 ppm (C-1), tín hiệu tại 55,69 ppm được gán cho C-3, hai nhóm

metoxy cộng hưởng lần lượt tại 61.24 ppm và 61.33 ppm, tín hiệu tại 61,20 ppm được gán

cho nhóm C-1’, nhóm cacbonyl cộng hưởng tại 173,12 ppm, các tín hiệu của vòng thơm

cũng được thể hiện đầy đủ trên phổ. Các dữ liệu phổ trên cho phép khẳng định cấu trúc của

tetrahydrobenzo[g]isoquinolin 128.

3.5.2 Tổng hợp hợp chất Etyl 2-(2-cloroaxetyl)-5,10-dimetoxy-1,2,3,4-

tetrahiđrobenzo[g]isoquinolin-3-cacboxylat

Hợp chất tetrahydrobenzo[g]isoquinolin 128 chính là nguyên liệu đầu sử dụng cho

phản ứng tổng hợp hợp chất trung gian 129 qua một bước phản ứng duy nhất với hợp chất

2-cloaxetyl clorua trong sự có mặt của trietylamin trong dung môi diclometan ở nhiệt độ

phòng nhận được dẫn xuất axetyl hóa 129. Hiệu suất phản ứng đạt 70%.

Sơ đồ 30:

19

Cấu trúc của 129 được chứng minh bằng phổ 1H-NMR. Trên phổ

1H-NMR của 129

xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của các proton như trong hợp chất 128, ngoài ra

trên phổ 1H-NMR của hợp chất 129 xuất hiện thêm tín hiệu của OCH2Cl tại vị trí 3.97-4.07

ppm (2H, m, OCH2).

Như vậy, chúng tôi đã tổng hợp thành công hợp chất Etyl 2-(2-cloroaxetyl)-5,10-

dimetoxy-1,2,3,4-tetrahiđrobenzo[g]isoquinolin-3-cacboxylat 129 với hiệu 70% nhờ phản

ứng của 128 với cloaxetylclorua.

3.5.3 Tổng hợp các hợp chất hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin

Hợp chất 129 được vòng hóa lần lượt với năm đương lượng 5 đương lượng amin bậc

1 khác như: metylamin; etylamin; n-propylamin; n-butylamin; benzylamin; 4-

metoxibenzylamin; 2-metoxietylamin và xiclohexylamin trong dung môi etanol ở nhiệt độ

phòng, nhận được 8 hợp chất 130a-h với hiệu suất tương ứng được tóm tắc như trong sơ đồ

31. Cấu trúc của các hợp chất được xác định bằng các phương pháp phổ IR, MS, 1H-NMR

và 13

C-NMR.

Sơ đồ 31

Trên phổ IR của hợp chất 130a có đỉnh hấp phụ tại 2988 cm-1

và 2901 cm-1

đặc trưng

của các liên kết C-H bão hòa, đỉnh hấp phụ tại 1658cm-1

đặc trưng cho nhóm C=O, đỉnh hấp

phụ tại 1057 cm-1

đặc trưng cho C-O-C. Ngoài ra, trên phổ IR còn xuất hiện các đỉnh hấp

phụ của các liên kết C-H và C=C của nhân thơm. Trên phổ ESI-MS cho pic ion phân tử ở

m/z 341,0 [M+H]+ phù hợp với công thức phân tử C19H20N2O4 của hợp chất 130a.

Phổ 1H-NMR của hợp chất 130a xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng. Tín hiệu

cộng hưởng của proton nhóm N-CH3 thể hiện ở 3,05 (3H, s). Tín hiệu cộng hưởng dạng

doublet-doublet tại 2,95 ppm với hằng số tương tác 12,0 và 16,5 Hz được gán cho vị trí H-

13a. Vị trí H-13b là tín hiệu doublet-doublet tại 3,84 ppm với hằng số tương tác 4,0 và 16,5

Hz. Tín hiệu của hai nhóm metoxy cộng hưởng tại 3,89 và 3,93 ppm. Tín hiệu singlet của

hai proton tại 4,07 ppm là đặc trưng của nhóm metylen (H-3). Vị trí proton H-14 cộng

hưởng tại 4,17 ppm, là tín hiệu doublet-doublet với hằng số tương tác 3,5 và 12,0 Hz. Hai

tín hiệu doublet tại 4,45 ppm và 5,54 ppm đều có hằng số tương tác 17,5 Hz được qui gán

cho vị trí H-6a và H-6b. Ngoài ra, trên phổ thể hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của 4 proton

thơm có mặt trong phân tử.

20

Hình 3.28:

Phổ 13

C-NMR thể hiện đầy tín hiệu cộng hưởng của 19 nguyên tử cabon có mặt trong

phân tử.

Hình 3.29:

Tiếp theo, hợp chất 129 được vòng hóa với năm đương lượng của amoniac trong

dung môi etanol nhận được hợp chất 130i hiệu suất 81%. Cấu trúc của các sản phẩm được

chứng minh bằng các phương pháp cộng hưởng hạt nhân.

21

Sơ đồ 32

Sau đó, hợp chất 130i được axyl hóa nhóm NH nhờ phản ứng với anhidrit axetic

trong sự có mặt của pyridin nhận được dẫn xuất axyl hóa 130j.

Sơ đồ 33

Cấu trúc của 130j được chứng minh bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân.

Cấu trúc được khẳng định rõ ràng trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR với sự xuất

hiện thêm pic cộng hưởng singlet của 3 proton của nhóm axetyl tại 2,62 ppm.

Như vậy, luận án đã tổng hợp thành công 10 hợp chất piperazinedion 130a-j có

khung hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin từ nguyên liệu đầu là naphthalen-1,4-dion với

hiệu suất cao. Cấu trúc của các hợp chất này đều được chứng minh bằng phương pháp phổ

cộng hưởng từ hạt nhân.

3.6 Tổng hợp tadalafil

Tadalafil là một piperazinedion được tổng hợp toàn phần có khả năng ức chế enzym

PDE-5 nên được sử dụng làm thuốc trong điều trị rối loạn sinh lý nam giới và còn được sử

dụng để điều trị bệnh tăng huyết áp động mạch phổi [42-44]. Đây là thuốc sắp hết hạn

quyền bảo hộ nên được nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm nghiên cứu tổng hợp, nhằm

ứng dụng vào sản xuất thương mại. Xây dựng qui trình tối ưu cho tổng hợp thuốc tadalafil

vẫn đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Do đó, luận án nghiên cứu xây

dựng qui trình tổng hợp tadalafil với qui mô 100g/mẻ nhằm tìm kiếm qui trình triển khai

tổng hợp tadalafil có khả năng ứng dụng vào sản xuất.

3.6.1 Tổng hợp hợp chất (1R,3R)-metyl 1-(3,4-metylendioxiphenyl)-2,3,4,9-tetrahiđro-

1H-pyrido[3,4-b]indol-3-carboxylat hydroclorua

Bước chìa khóa trong qui trình tổng hợp tadalafil là giai đoạn tổng hợp cis 102a

thông qua phản ứng Pictet-Spengler từ hai nguyên liệu đầu là metyl este của D-tryptophan

với piperonal (sơ đồ 34). Trong luận án này chúng tôi đưa ra các kết quả nghiên cứu về điều

kiện tối ưu để nhận được đồng phân cis 102a với độ chọn lọc lập thể cao và hiệu suất tốt

nhất, nhằm tìm kiếm điều kiện tốt nhất cho qui trình phản ứng tổng hợp tadalafil ở qui mô

100g/mẻ.

22

Sơ đồ 34

Trên cơ sở của các công bố [108,109], chúng tôi lựa chọn dung môi cho phản ứng

Pictet-Spengler là các dung môi cho độ chọn lọc lập thể cao nhất và hiệu suất tốt nhất, dung

môi được lựa chọn là t-BuOH, nitrometan, axetonnitrin và THF thời gian phản ứng ban đầu

là 48h (sơ đồ 34). Kết quả được đánh giá dựa trên hiệu suất phản ứng và tỷ lệ động phân

cis/trans (102a/102b) thu được (bảng 3.3).

Bảng 3.3: Dung môi và thời gian phản ứng Pictet-Spengler ở qui mô 5g/mẻ

STT Dung môi Thời

gian

Hiệu

suất

Tỷ lệ

cis /

trans

STT Dung môi Thời

gian

Hiệu

suất

Tỷ lệ

cis /

trans

1 t-BuOH 48h 80 96/4 7 Nitrometan 36h 98 99/1

2 Nitrometan 48h 98 99/1 8 Axetonitrin 36h 96 98/2

3 Axetonitrin 48h 97 98/2 9 Nitrometan 30h 96,5 99/1

4 THF 48h 56 95/5 10 Axetonitrin 30h 91 98/2

5 Nitrometan 42h 98 99/1 11 Nitrometan 24h 93 99/1

6 Axetonitrin 42h 96 98/2 12 Axetonitrin 24h 91 98/2

Từ bảng 3.3 nhận thấy, với dung môi nitrometan và axetonitrin có hiệu suất cao nhất,

đặc biệt là sự chọn lọc lập thể rất cao, tỷ lệ đồng phân cis/trans đạt 99/1 đối với dung môi

nitrometan và 98/2 đối với dung môi axetonitrin, kết quả này phù hợp với tài liệu đã công

bố [108,109]. Tỷ lệ đồng phân cis/trans được xác định dựa trên phổ NMR, tín hiệu proton

tại vị trí H-1 của hai đồng phân cis 102a và trans 102b là cơ sở để xác định tỷ lệ. Tín hiệu

cộng hưởng proton H-1 của hai đồng phân được phân tách trong từ trường, trong đó H-1 của

cis 6a (δH-1 = 5,17 ppm) chuyển dịch về phía trường cao hơn trans 6b (δH-1=5,29 ppm) (Hình

3.33), tỷ lệ diện tích của hai tín hiệu này tương ứng với tỷ lệ của hai đồng phân cis/trans

trong hỗn hợp.

Tiếp theo, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu tìm thời gian phản ứng Pictet-Spengler tốt

nhất với hai dung môi có độ chọn lọc lập thể cao là nitrometan và axetonitrin. Các phản ứng

được thực hiện tương tự ở các thời gian phản ứng khác nhau 42h, 36h, 30h và 24h, kết quả

được chỉ ra trong bảng 3.3. Từ bảng 3.3 nhận thấy thời gian phản ứng không ảnh hưởng

nhiều đến tỷ lệ hai đồng phân cis/trans đối với cả dung môi nitrometan và axetonitrin. Hiệu

suất phản ứng đạt hiệu suất tốt nhất với dung môi nitrometan tại thời gian phản ứng 36h.

Như vậy, dung môi nitrometan là dung môi tối ưu nhất cho phản ứng Pictet-Spengler cho độ

chọn lọc lập thể cao nhất 99/1 và hiệu suất phản ứng đạt 98%, thời gian tối ưu để thực hiện

phản ứng với qui mô 100g/mẻ là 36h.

23

3.6.2 Tổng hợp hợp chất (1R,3R)-metyl 1-(3,4-metylendioxiphenyl)-2-(2-cloroaxetyl)-

2,3,4,9-tetrahydro-1H-pyrido[3,4-b]indol-3-carboxylat

Tiếp theo, hợp chất cis 102a được axyl hóa nhờ phản ứng với 1,5 đương lượng

cloaxetyl clorua, có mặt của tác nhân kiềm nhận được dẫn xuất 103. Các điều kiện tối ưu

cho phản ứng như lựa chọn tác nhân kiềm, dung môi phản ứng đều được nghiên cứu.

Sơ đồ 35

Bảng 3.4: Điều kiện phản ứng tổng hợp chất 103 ở qui mô 100g/mẻ

STT Dung môi Xúc tác Thời gian Hiệu suất

1 EtOAc Et3N 2h 95%

2 CH2Cl2 Et3N 2h 98%

3 CH3CN Et3N 2h 93%

4 EtOAc:H2O=1:1 NaHCO3 24h 98%

5 CH2Cl2:H2O=1:1 NaHCO3 24h 95%

6 CH3CN:H2O NaHCO3 24h 95%

Các công bố trước đây dung môi cho phản ứng axyl hóa cis 102a chủ yếu sử dụng

dung môi diclometan, xúc tác kiềm là trietylamin [108,109], trong công trình này chúng tôi

thử nghiệm phản ứng trong nhiều loại dung môi khác nhau với nhiều hệ xúc tác kiềm để lựa

chọn được điều kiện phản ứng phù hợp nhất và cho hiệu quả cao. Kết quả thực nghiệm được

chỉ ra trong bảng 3.4. Từ bảng 3.4 nhận thấy các dung môi khác nhau đều cho hiệu suất cao

trên 90%. Các phản ứng thực hiện trong điều kiện đồng thể với xúc tác kiềm là trietylamin

và pyridin thời gian phản ứng xảy ra rất nhanh trong 2h. Phản ứng thực hiện trong hệ dị thể

gồm dung môi hữu cơ và nước, xúc tác phản ứng là NaHCO3 thời gian phản ứng cần dài

hơn lên đến 24h. Tuy nhiên, với hệ đồng thể sản phẩm cần phải có thời gian làm sạch lâu

hơn bằng kết tinh lại nhiều lần trong metanol/nước (8/2), để loại bỏ trietylamin và pyridin,

trong hệ dị thể chỉ dùng nước và chiết bằng dung môi etyl axetat hoặc diclomethan sau đó

kết tinh lại trong metanol/nước (8/2) thu được sản phẩm sạch.

3.6.3 Tổng hợp tadalafil

Cuối cùng, các dẫn xuất axyl 103 được đóng vòng β-cacbolin nhờ phản ứng với 5

đương lượng metylamin trong thời gian 48h nhận được tadalafil (sơ đồ 36).

24

Sơ đồ 36

Cấu trúc của các hợp chất tadalafil được chứng minh bằng các phương pháp phổ IR,

MS, 1H-NMR và

13C-NMR. Trên phổ IR của hợp chất tadalafil (11) có đỉnh hấp phụ tại

3321 cm-1

đặc trưng của nhóm amin bậc hai, đỉnh hấp phụ tại 1674 cm-1

đặc trưng cho

nhóm C=O, đỉnh hấp phụ tại 1040 cm-1

đặc trưng cho C-O-C. Ngoài ra, trên phổ IR còn

xuất hiện các đỉnh hấp phụ của các liên kết C-H bão hòa, C-H và C=C của nhân thơm. Trên

phổ ESI-MS cho pic ion phân tử ở m/z 390,0 [M+H]+ và 387,9 [M-H]

+ phù hợp với công

thức phân tử C22H19N3O4 của hợp chất tadalafil.

Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 11 xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của

proton có mặt trên phân tử. Tín hiệu cộng hưởng singlet của ba proton tại 2,97 ppm là đặc

trưng của nhóm N-CH3. Tín hiệu cộng hưởng doublet-doublet với hằng số tương tác 12,0 và

16,0 Hz tại 3,14 ppm được gán cho proton H-12a. Tín hiệu cộng hưởng của proton H-12b

tại 3,52 ppm với hằng số tương tác 4,5 và 16,0 Hz. Proton ở vị trí H-3 thể hiện là cặp

doublet tại 3,87 ppm và 4,17 ppm với hằng số tương tác 17,0 Hz. Proton ở vị trí H-13 là tín

hiệu doublet-doublet tại 4,19 ppm với hằng số tương tác 4,0 và 11,5 Hz. Proton ở vị trí H-6

là tín hiệu singlet tại 6,09 ppm. Ngoài ra, trên vùng trường thấp trên 1H-NMR của hợp chất

11 thể hiện tín hiệu cộng hưởng của 8 proton thơm, tín hiệu cộng hưởng của nhóm etylen tại

5,80 ppm. Độ dịch chuyển hóa học và các hằng số tương tác phù hợp với cấu trúc của

tadalafil đã được công bố trong tài liệu [108,109].

Phổ 13

C-NMR thể hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của 22 nguyên tử cacbon của

chất 11, trong đó có hai tín hiệu của nhóm cacbonyl. Phân tích phổ trên cho phép khẳng

định cấu trúc của hợp chất 11 là tadalafil.

Từ kết quả này và kết quả tổng hợp hợp chất 102a và 103, chúng tôi rút ra quy trình

sản xuất tadalafin qua 3 bước.

Như vậy, từ việc tổng hợp các hợp chất piperazinedion chứa khung tetrahidro-β-

cacbolin và nghiên cứu những công bố trước đây về tổng hợp tadalafil. Luận án đã đưa ra

quy trình tối ưu tổng hợp tadalafil quy mô 100g/mẻ với hiệu suất 86,5% từ nguyên liệu D-

tryptophan metyl este hidroclorua.

3.7. XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT

PIPERAZINEDION

Phương pháp thử khả năng gây độc tế bào in vitro được Viện Ung thư Quốc gia Hoa

kỳ (NCI) xác nhận là phép thử gây độc tế bào chuẩn nhằm sàng lọc, phát hiện các chất có

khả năng kìm hãm sự phát triển hoặc diệt tế bào ung thư ở điều kiện in vitro. Các hợp chất

piperazinedion được chúng tôi thử nghiệm gây độc tế bào trên các dòng tế bào ung thư ở

người được cung cấp từ bộ sưu tập giống chuẩn Hoa Kỳ (American Type Culture Collection

– ATCC) gồm: Tế bào ung thư biểu mô KB (Human epidermic carcinoma), ung thư gan

25

Hep-G2 (Hepatocellular carcinoma), ung thư phổi LU (Human lung carcinoma) và ung thư

vú MCF-7 (Human breast carcinoma), nhằm tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính mạnh. Kết

quả thử hoat tính gây độc tế bào được tóm tắt như bảng sau:

Bảng 3.5: Kết quả xác định độc tính trên 4 dòng tế bào ung thư

STT Hợp

chất

Giá trị IC50

(µg/ml)

LU

Giá trị IC50

(µg/ml)

KB

Giá trị IC50

(µg/ml)

Hep_G2

Giá trị IC50

(µg/ml)

MCF-7

1 114a >128 >128 >128 >128

2 114b >128 >128 >128 >128

3 114c >128 >128 >128 >128

4 114e 22.96 7.58 32 >128

5 114f 128 8 >128 >128

6 115d >128 >128 >128 >128

7 115c >128 117.3 >128 >128

8 114d >128 >128 >128 >128

9 115a 30.85 24.59 118 >128

10 115b 71.36 88.1 >128 >128

11 115f >128 >128 >128 >128

12 116b >128 >128 >128 >128

13 116c >128 62.31 >128 >128

14 116d 99.2 4.4 8 >128

15 116e >128 >128 >128 >128

16 116f >128 >128 >128 >128

17 117a >128 >128 >128 >128

18 117b >128 >128 >128 >128

19 117c >128 >128 >128 >128

20 117d >128 >128 >128 >128

21 117e >128 >128 >128 >128

22 117f >128 >128 >128 >128

23 118b >128 32 >128 >128

24 118c >128 27.5 >128 >128

25 118d >128 9.16 38.5 >128

26 118f >128 >128 >128 >128

27 119a 8 3.59 12.36 >128

26

STT Hợp

chất

Giá trị IC50

(µg/ml)

LU

Giá trị IC50

(µg/ml)

KB

Giá trị IC50

(µg/ml)

Hep_G2

Giá trị IC50

(µg/ml)

MCF-7

28 119c >128 >128 >128 >128

29 119d 107 102.5 >128 116.61

30 119f >128 >128 >128 >128

31 120a 116.5 17.7 >128 >128

32 120b >128 27.5 >128 >128

33 120c >128 29.73 >128 >128

34 120d 23.69 23.71 128 >128

35 120e 27.28 32 >128 >128

36 120f >128 >128 >128 >128

37 121a 90.28 32 >128 >128

38 121b >128 >128 >128 >128

39 121c >128 >128 >128 >128

40 121d >128 >128 >128 >128

41 121e >128 >128 >128 >128

42 121f >128 >128 >128 >128

Từ bảng 3.5 nhận thấy có 18/42 mẫu có hoạt tính ức chế sự phát triển của tế bào ung

thư đáng lưu ý, tập trung vào hai dòng ung thư là KB và LU. Trong đó các mẫu 114e, 114f,

118d, 119a và 116d thể hiện hoạt tính với dòng KB tương đối mạnh với giá trị IC50 trong

khoảng 3.59-9.16 µg/ml. Mẫu 119a gây độc tế bào tương đối mạnh với cả hai dòng KB và

LU, trong khi mẫu 116d gây độc tế bào mạnh với hai dòng Hep-G2 và KB nằm trong

khoảng IC50 < 10 µg/ml.

Hình 3.36: Một số hợp chất có hoạt tính mạnh với dòng tế bào KB

27

Kết quả này cho thấy, những hợp chất piperazinedion tổng hợp được có cấu trúc đơn

giản hơn các hợp chất piperazinedion thiên nhiên có cùng bộ khung tetrahydro-β-cacbolin,

tuy nhiên nó vẫn có được hoạt tính gây độc trên một số dòng tế bào. Kết quả này cũng

khẳng định, nghiên cứu thiết kế tổng hợp các hợp chất piperazinedion lược giản mô phỏng

theo cấu trúc của các hợp chất piperazinedion thiên nhiên có ý nghĩa khoa học. Từ 5 hợp

chất 114e, 114f, 116d, 119a và 118d có hoạt tính mạnh với dòng tế bào KB (hình 3.36), tiếp

tục nghiên cứu cải tiến cấu trúc để có các hợp chất có hoạt tính cao hơn. Đây là những kết

quả rất lý thú cho nghiên cứu sâu hơn về hoạt tính của lớp chất này.

28

KẾT LUẬN

1. Đã tổng hợp thành công 6 cặp đồng phân cis/trans chứa khung tetrahidro-β-

cacbolin từ nguyên liệu đầu là L-tryptophan và các anđehit bằng phản ứng

Pictet-Spengler. Từ nguyên liệu trung gian này, đã nghiên cứu tổng hợp được

56 hợp chất piperazinedion mới chứa khung tetrahidro-β-cacbolin với hiệu

suất cao.

2. Từ các nguyên liệu đầu naphthalen-1,4-dion, etyl 2-(diphenylmetyleneamino)

axetat và các amin, đã nghiên cứu tổng hợp được 10 hợp chất piperazinedion

mới có khung hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin qua năm bước phản ứng.

3. Đã tổng hợp thành công 2 hợp chất piperazinedion mới mô phỏng theo cấu

trúc của hợp chất thiên nhiên (-)-phenylahistin.

4. Đã nghiên cứu và xây dựng quy trình tối ưu tổng hợp tadalafil với quy mô

100g/mẻ với hiệu suất 86,5%.

5. Đã khảo sát hoạt tính gây độc tế bào của 42 mẫu hợp chất piperazinedion tổng

hợp, nhận thấy có 18/42 mẫu thử có hoạt tính ức chế sự phát triển của tế bào

ung thư đáng lưu ý, tập trung vào hai dòng ung thư là KB và LU. Đáng chú ý,

mẫu 119a gây độc tế bào tương đối mạnh với cả hai dòng KB (3,59 μg/ml) và

LU (8,0 μg/ml), trong khi mẫu 116d gây độc tế bào mạnh với hai dòng Hep-

G2 (8,0 μg/ml) và KB (4,4 μg/ml).