Luận án nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính chống ung thư của indenoisoquinolin - Phát hiện các hợp chất mới có hiệu quả cao

MỞ ĐẦU Ung thư là một trong những căn bệnh nguy hiểm gây tỉ lệ tử vong hàng đầu trên thế giới bởi ung thư có thể có ở bất kỳ bộ phận nào của cơ thể và phát triển nhanh chóng cùng với nhiều diễn biến bất thường. Mỗi năm trên thế giới có khoảng 14,1 triệu người được chẩn đoán mắc bệnh ung thư trong đó có khoảng 8,2 triệu trường hợp tử vong. Ở Việt Nam, mỗi năm có khoảng 124.000 ca mắc ung thư mới với tỉ lệ tử vong chiếm gần 75% [79,80]. Tất cả những số liệu trên cho thấy ung thư đang có ảnh hưởng lớn đối với sức khỏe và tính mạng của con người không chỉ ở Việt Nam mà còn ở trên toàn thế giới.

Ngày nay, chúng ta có thể để điều trị ung thư trên cấp độ tế bào với độ chính xác và hiệu quả khá cao. Trong đó, topoisomerase là đích đến hiệu quả trong việc nghiên cứu và tổng hợp thuốc điều trị ung thư vì topoisomerase bị ức chế sẽ gây chết tế bào ung thư do tế bào này phân chia rất nhanh chóng [1,59-68]. Ở sinh vật nhân chuẩn, topoisomerase I (Top1) là một enzym cần thiết cho nhiều quá trình quan trọng của tế bào như phiên mã, sao mã và phân ly vào nhiễm sắc thể. Vai trò của Top1 là giúp giãn xoắn DNA sợi kép khi DNA thực hiện các quá trình tái bản và phiên mã, trong đó enzym sẽ liên kết cộng hóa trị với DNA cho đến khi đóng xoắn.

Do đó, nó là mục đích trị liệu tiềm năng trong việc điều trị chống ung thư. Có hai con đường có thể ức chế Top1 đó là mất khả năng tháo xoắn các sợi DNA của Top1 và con đường thứ hai là gây “ngộ độc” enzym bằng cách tạo liên kết cộng hóa trị với DNA dưới dạng phức [1,28,42,44,68]. Camptothecin (1) được biết đến là chất có khả năng gây ức chế topoisomerase I. Các sản phẩm tan trong nước được bán tổng hợp từ campothecin như Topotecan (2), Irinotecan (3) là các chất gây ức chế Top1 duy nhất hiện được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (The U.

Foodand Drug Administration) cấp phép làm thuốc chống ung thư [1]. 1 Tuy nhiên, hai hợp chất thuốc này còn có nhiều nhược điểm như rất nhanh mất hoạt tính do thủy phân vòng E (vòng lacton) ngay cả trong môi trường pH sinh lý và gây độc với tủy xương [6,8,14,25]. Camptothecin và một số dẫn xuất Để khắc phục những nhược điểm của Camptothecin và các dẫn xuất, các nhà khoa học đã nghiên cứu tìm kiếm các lớp chất mới có khả năng gây ức chế Top1, trong đó indenoisoquinolin là lớp chất đang được các nhà khoa học quan tâm bởi có tính chất ổn định, không bị thủy phân và không gây độc giống như Camptothecin [10,13,18,19,27,30]. Một số dẫn xuất của indenoisoquinolin như Indotecan (5) và Indimitecan (6) đã được đưa vào nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng ở giai đoạn II cho thấy có hoạt tính cao hơn so với thuốc chống ung thư hệ camptothecin nhưng không gây hiệu ứng phụ, đặc biệt bền và không bị thủy phân vì không có vòng lacton [15,22,33].

Những nghiên cứu về lớp chất indenoisoquinolin cũng đã chỉ ra rằng nhóm thế ở vòng B tại vị trí nguyên tử nitơ (N-6) là các nhóm aminopropyl, morpholinopropyl, imdazolopropyl cho khả năng gây độc tế bào rất tốt, trong đó có 2 thuốc đang được thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II là Indotecan (5) và Indimitecan (6) [6,8,15,22,42]. Bên cạnh đó các chất chứa hợp phần của aminopropanol cũng được biết đến là các lớp chất cho nhiều hoạt tính sinh học lí thú như hoạt tính chống ung thư, chống sốt rét, kháng khuẩn, kháng nấm [74-77]. 2 Hình 2: Indotecan (5) và Indimitecan (6) Trên cơ sở đó, luận án đã đưa ra mục tiêu là thiết kế tổng hợp các indenoisoquinolin mới có nhóm thế khác nhau ở vòng B khi đưa thêm nhóm hydroxyl vào vị trí thứ 2 của mạch nối propyl còn vị trí thứ 3 là các dị vòng với hy vọng sẽ làm tăng khả năng gây độc tế bào ung thư. Đồng thời luận án cũng thiết kế tổng hợp các indenoisoquinolin mới chứa nhóm thế giàu điện tử ở vòng B, với ý tưởng làm tăng khả năng gây độc tế bào ung thư thông qua các liên kết giữa indenoisoquinolin với DNA và Top1 tại vị trí phân cắt của topoisomerase I [22,28,42-45,68].

Hình 3: Các indenoisoquinolin mục tiêu tổng hợp Với những ý nghĩa cấp thiết và thực tiễn trên, luận án đã chọn đề tài là: “Nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính chống ung thư của các hợp chất indenoisoquinolin”. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Các phương pháp tổng hợp indenoisoquinolin 1. Các phương pháp chính tổng hợp indenoisoquinolin Hiện nay tổng hợp các dẫn chất của indenoisoquinolin được thực hiện theo các phương pháp chính sau đây: Phương pháp thứ nhất: Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin thông qua phản ứng ngưng tụ của anhiđrit homophtalic với các bazơ Schiff [3,5,8,34].

Phương pháp thứ hai: Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin dựa trên phản ứng của indeno[1,2-c]isochromen-5,11-đion (59) với các amin bậc 1 [1,2,4,12,13,15,28÷33,35]. Phương pháp thứ ba: Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin thông qua phản ứng đóng vòng của 3–arylisoquinolin [14,16,17]. Phương pháp thứ tư: Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin dựa trên phản ứng đóng vòng của dẫn chất styrenic enamit [21,23].1: Các phương pháp chính tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin [23]. Tổng hợp các dẫn chất indenoisoquinolin nhờ phản ứng ngưng tụ của anhiđrit homophtalic với các bazơ Schiff Mark Cushman và các cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp các dẫn chất của indotecan (5) và indimitecan (6) như mô tả trong sơ đồ 1.

Bước chìa khóa tổng hợp khung indenoisoquinolin là phản ứng ngưng tụ homophtalic anhyđrit (20) với bazơ Schiff (22) nhận được axít 23 chọn lọc ở dạng cis. Tiếp theo, cis axít phản ứng với SOCl2 tạo thành clorua axít, sau đó nhờ phản ứng axyl hóa Friedel−Crafts (axyl hóa nội phân tử) nhận được chất 24. Sau cùng hợp chất 24 được phản ứng với các amin nhận được các dẫn chất của indotecan (5) và indimitecan (6) [8]. Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquuinolin nhờ phản ứng ngưng tụ của anhiđrit homophtalic với các bazơ Schiff khác nhau [8].

Tác nhân và điều kiện phản ứng sơ đồ 1.2: a) H2CO, H2O, HCl, AcOH, 120°C đến nhiệt độ phòng; (b) (i) KOH, H2O, nhiệt độ phòng, (ii) KMnO4, H2O, 0°C đến nhiệt độ phòng, (iii) EtOH, đun hồi lưu; (c) AcCl, đun hồi lưu; (d) 3- bromopropylamin, HBr, Et3N, Na2SO4, CHCl3, nhiệt độ phòng; (e) CHCl3, 0°C đến 5 nhiệt độ phòng; (g) SOCl2, nhiệt độ phòng; (f) imidazol hoặc morpholin, NaI, DMF, 70°C. Cũng theo phương pháp này Gang Ahn và cộng sự đã tổng hợp được các dẫn chất indenoisoquinolin từ 31a-31e một cách dễ dàng như mô tả trong sơ đồ 1. Thực tế, đầu tiên của quá trình tổng hợp là O-ankyl hóa 2, 3 hoặc 4–hydroxyl–benzanđehit (26) với 2-đimetylaminoetyl hoặc 3- đimetylaminopropyl clorua được các dẫn chất hydroxybenzanđehit tương ứng 27. Tiếp theo ngưng tụ với đimetylaminoetyl-, propyl- và butylamin được các hợp chất imin 28, sau đó cho phản ứng với anhiđrit homophtalic để được hỗn hợp điastereome của 3-aryl-4-cacboxylisoquinolon 30.

Tiếp theo, cis axít phản ứng với SOCl2 tạo thành clorua axít, sau đó nhờ phản ứng axyl hóa Friedel−Crafts (axyl hóa nội phân tử) nhận được chất từ 31a-31e [5]. R4 4 a HO b 3 H 3 H 2 R 2-, 3-, or 4- O R2 O 26 27 hydroxybenzaldehyde R4 O c + 3 O R R2 N 29 O 28 R1 4 4 R HO O R 9 O d, e 3 3 8 R R 2 7 2 N R R R1 N 1 R 31 O 30 O 31a: R1 = (CH2)2-N(CH3)2; R2 = O-(CH2)2-N(CH3)2; R3, R4 = H 31b: R1 = (CH2)3-N(CH3)2; R2 = O-(CH2)2-N(CH3)2; R3, R4 = H 31c: R1 = (CH2)2-N(CH3)2; R2 = O-(CH2)3-N(CH3)2; R3, R4 = H 31d: R1 = (CH2)3-N(CH3)2; R2 = O-(CH2)3-N(CH3)2; R3, R4 = H 31e: R1 = (CH2)4-N(CH3)2; R2, R4 = H; R3 = O-(CH2)2-N(CH3)2 Sơ đồ 1.3: Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquuinolin theo Gang Ahn và cộng sự [5]. 6 Tác nhân và điều kiện phản ứng sơ đồ 1.3: (a) đimetylamino ankyl chlorua Cl- (CH2)n-N(CH3)2 (n = 2 hoặc 3), K2CO3, DMF, đun hồi lưu, 6 h; (b) R1-NH2, MgSO4, CHCl3,nhiệt độ phòng,18 h. Đối với quá trình tổng hợp các hợp chất 28, bổ sung TEA; (c) THF (MeOH cho quá trình tổng hợp các hợp chất 30e), 0 oC, 1 h; (d) SOCl2, đun hồi lưu, 18 h; (e) AlCl3, CH2Cl2, 0 oC, 3 h.

Phương pháp tổng hợp indenoisoquinolin nhờ phản ứng ngưng tụ của anhiđrit homophtalic với các bazơ Schiff này cũng được Muthukaman Nagarajan và các cộng sự sử dụng để tổng hợp các dẫn chất chứa khung indenoisoquinolin có chứa nhóm -CHO ở vòng A. Đi từ chất ban đầu là axít 4- metylbenzen-1,2-đioic (32) thực hiện phản ứng vòng hóa nhóm nghiên cứu đã thu được 5-metylanhiđrit homophtalic (33). Sau đó cho 33 phản ứng với bazơ Schiff 34 thu được hợp chất trung gian 35 với sự có mặt của thionyl clorua, sử dụng phản ứng Friedel−Crafts tạo ra indenoisoquinolin metyl- thay thế 36, cuối cùng oxi hóa 36 để được anđehit 37 [3].4: Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquinolin theo Martin Conda- Sheridan và cộng sự [3]. 7 Tác nhân và điều kiện phản ứng sơ đồ 1.

Cũng theo phương pháp này Maris A. Cinelli và cộng sự đã tổng hợp nên các indenoisoquinolin có nhóm thế thay đổi ở vòng A và vòng D. H3CO H3CO a b HO CHO BnO CHO 38 39 H3CO H3CO O c + N O BnO H3CO H O 40 41 OCH3 Br O OCH3 OH CO2H H3CO d H3CO OBn N Br H3CO N Br O H3CO 42 43 O OCH3 N O N 44a R= OH H3CO O e N R N H3CO R= 44b O 44 Sơ đồ 1.5: Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquuinolin theo Maris A. Cinelli và cộng sự [8].

Tác nhân và điều kiện phản ứng sơ đồ 1.5: (a) BnBr, DMF, K2CO3, nhiệt độ phòng; (b) 3-bromopropylamin HBr, Et3N, Na 2SO4, CHCl3; (c) CHCl3, 10 °C tới 8 nhiệt độ phòng; (d) (i) SOCl2, nhiệt độ phòng, (ii) AlCl3 (2 đương lượng), 1,2- đicloroetan, nhiệt độ phòng; (e)imidazol or morpholin, NaI, DMF, 70 °C. BnO BnO HO a b N H3CO CHO H3CO H3CO CHO H 46 47 45 OBn Br O OBn CO 2H OCH3 H3CO H3CO c OCH3 d N Br N Br H3CO H3CO O O 48 OBn 49 OH O O OCH 3 OCH3 H3CO H3CO f e N R N R H3CO H3CO O O 51 N N N 50a R= N 51a R= O O 50b N 51b N R= R= Sơ đồ 1.6: Tổng hợp dẫn xuất indenoisoquuinolin có nhóm thế khác nhau tại vòng A và vòng D [8]. Tác nhân và điều kiện phản ứng sơ đồ 1.