Tổng hợp và đánh giá hoạt tính sinh học của các dẫn xuất dị vòng kết hợp chứa 1

BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG Đ¾I HàC CÄN TH¡ ------ NGUYàN PHÚ QUÝ TäNG HþP VÀ ĐÁNH GIÁ HO¾T TÍNH SINH HàC CĂA CÁC DÀN XUÂT DÞ VÒNG K¾T HþP CHĄA KHUNG 1,3,4-OXADIAZOLE LUÂN ÁN TI¾N SĨ NGÀNH HÓA HĊU C¡ Mà Sà: 9440114 NM 2023 BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG Đ¾I HàC CÄN TH¡ ---------- NGUYàN PHÚ QUÝ Mà Sà NCS: P1917003 TäNG HþP VÀ ĐÁNH GIÁ HO¾T TÍNH SINH HàC CĂA CÁC DÀN XUÂT DÞ VÒNG K¾T HþP CHĄA KHUNG 1,3,4-OXADIAZOLE LUÂN ÁN TI¾N SĨ NGÀNH HÓA HĊU C¡ Mà Sà: 9440114 NG¯âI H¯àNG DÀN PGS. BÙI THÞ BĈU HUÊ NM 2023 CHÂP THUÂN CĂA HÞI ĐâNG Luận án này với tựa đề là <Tổng hợp và đánh giá hoạt tính sinh học các dẫn xuất dị vòng kết hợp chāa khung 1,3,4-oxadiazole= do nghiên cāu sinh Nguyễn Phú Quý thực hiện theo sự h°ớng dẫn cÿa PGS. Bùi Thị Bửu Huê. Luận án đã báo cáo và đ°ợc Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ thông qua ngày: dd/mm/yyyy.

Luận án đã đ°ợc chỉnh sửa theo góp ý và đ°ợc Hội đồng đánh giá luận án xem lại. Th° ký Ăy viên Ăy viên PhÁn biãn 3 PhÁn biãn 2 PhÁn biãn 1 Ng°ãi h°áng dÁn Chă tßch Hßi đãng TÓM TÄT Các hợp chất dị vòng chāa nitrogen và oxygen, đặc biệt là 1,3,4–oxadiazole, benzimidazole và quinazolinone đ°ợc biết có hoạt tính sinh học đa dạng và đ°ợc xem là khung s°ßn quan trọng trong nghiên cāu khám phá thuác nói chung và thuác kháng ung th° nói riêng. Để đạt đ°ợc những tác nhân kháng ung th° tiềm năng, những phân tử hữu c¡ nhß mang đặc điểm kết hợp cÿa hai hoặc nhiều cấu trúc đ¡n lẻ đ°ợc đặc biệt quan tâm do các cấu trúc kết hợp này có hoạt tính d°ợc lý v°ợt trội h¡n cũng nh° ít gây ra tác dụng phụ h¡n so với các cấu trúc đ¡n lẻ. Trong nghiên cāu này, 67 dẫn xuất dị vòng kết hợp mới dựa trên các khung c¡ bản 1,3,4-oxadiazole, benzimidazole và quinazolinone định h°ớng kháng ung th° đã đ°ợc thiết kế và tổng hợp thành công bằng ph°¡ng pháp tổng hợp cổ điển.

Các quy trình tổng hợp đ°ợc thiết kế khá đ¡n giản, ít tán kém, hiệu quả, sử dụng các tác nhân phản āng khá thân thiện với môi tr°ßng. Các hợp chất tổng hợp đ°ợc bao gồm 11 dẫn xuất kết hợp benzimidazole/hydroxamate (7a-k), 15 dẫn xuất kết hợp quinazolinone/hydroxamate (12a-j, 13a-b, 14a-c), 36 dẫn xuất kết hợp 1,3,4-oxadiazole/benzimidazole (43a-q và 44a-s) và 05 dẫn xuất kết hợp 1,3,4-oxadiazole/benzimidazole/quinazolinone (45a-e). Cấu trúc cÿa các hợp chất này đ°ợc xác nhận đầy đÿ dựa trên các dữ liệu phổ nghiệm bao gồm HR-MS, FT-IR, 1 H-NMR và 13C-NMR. Kết quả đánh giá hoạt tính kháng ung th° cÿa các dẫn xuất tổng hợp xác định đ°ợc 07 cấu trúc hit, trong đó dẫn xuất kết hợp benzimidazole/hydroxamate (12h) và quinazolinone/hydroxamate (7g) thể hiện hoạt tính āc chế chọn lọc enzyme HDAC6 in vitro và in silico tát t°¡ng đ°¡ng với chất đái chāng d°¡ng belinostat.

Hai hợp chất hit này cũng thể hiện hoạt tính āc chế tát 06 dòng tế bào ung th° á ng°ßi (ung th° buồng trāng SKOV-3, ung th° vú (MCF-7, MDA-MB-231, EMT6), ung th° gan Hepa1c1c7, ung th° não N2a). Bên cạnh đó, 03 dẫn xuất chāa khung kết hợp 1,3,4- oxadiazole/benzimidazole thể hiện độc tính tát trên 03 dòng tế bào ung th° á ng°ßi (HeLa, MCF-7 và A549), trong đó hợp chất 43b đ°ợc xem là hit đái với dòng tế bào ung th° MCF-7 trong khi hợp chất 43d và 43i là hit đái với cả ba dòng tế bào khảo sát. Cả ba dẫn xuất này đều thể hiện hoạt tính āc chế protein hTS, EGFR và HER2 in silico. Đái với cấu trúc kết hợp 1,3,4-oxadiazole/benzimidazole/quinazolinone tìm đ°ợc 02 cấu trúc hit là 45a và 45c lần l°ợt thể hiện hoạt tính mạnh gấp 5 lần và 13.5 lần so với chất đái chāng d°¡ng 5-FU đái với dòng tế bào ung th° MCF-7.

Các kết quả nghiên cāu cÿa luận án góp phần khẳng định tiềm năng cÿa các cấu trúc dị vòng kết hợp nói chung và các cấu trúc kết hợp chāa khung 1,3,4-oxadiazole, khung benzimidazole và quinazolinone nói riêng, trong nghiên cāu và phát triển thuác mới, đặc biệt là thuác kháng ung th°. Tć khóa: Benzimidazole, HDAC, EGFR, hTS, HER2, độc tính đối với tế bào, hợp chất dị vòng kết hợp, 1,3,4-oxadiazole, quinazolinone, ung thư. ABTRACT Nitrogen- and oxygen-containing heterocyclic compounds, especially 1,3,4–oxadiazole, benzimidazole and quinazolinone, are known to have diverse biological activities and are considered as important frameworks in drug discovery research. Recently, hybrid heterocycles have become a well-established and powerful biologically relevant due to their enhanced activities and lower harmful side effects compared to single heterocyclic moieties.

In this study, 67 new hybrid heterocyclic compounds containing 1,3,4- oxadiazole, benzimidazole, and quinazolinone core structures were designed and successfully synthesized based on classical organic synthetic methods. All the designed synthetic procedures are simple, efficient, with the use of non-toxic and environmentally friendly reagents. The synthesized structures include 11 hybrid benzimidazole/hydroxamate derivatives (7a-k), 15 hybrid quinazolinone/hydroxamate derivatives (12a-j, 13a-b, 14a-c), 36 hybrid derivatives of 1,3,4- oxadiazole/benzimidazoles (43a-q and 44a-s) and 05 1,3,4 oxadiazole/benzimidazole/quinazolinone hybrid derivatives (45a-e). The structures of the synthesized compounds were fully determined based on spectroscopic data including HR-MS, FT-IR, 1H -NMR and 13C-NMR.

Results on the anticancer activity studies revealed 07 hit compounds. The benzimidazole/hydroxamate 12h and quinazolinone/hydroxamate 7g proved as selective HDAC6 inhibitors in both in vitro and in silico studies, with the activities comparable to the positive control belinostat. These two hit also showed good cytotoxicities against six human cancer cell lines (SKOV-3, MCF-7, MDA-MB-231, EMT6, Hepa1c1c7 and N2a). Besides, the three 1,3,4-oxadiazole/benzimidazole hybrid derivatives 43b, 43d, and 43i displayed good cytotoxicity against the three cancer cell lines (HeLa, MCF-7, A549), in which compound 43b was found as the hit for the MCF-7 cancer cell line while compounds 43d and 43i were the hits towards all three tested cancer cell lines.

These three hit compounds exhibited inhibition activity in silico against the hTS, EGFR and HER2 proteins. For the hybrid structures containing three heterocycles 1,3,4-oxadiazole/benzimidazole/quinazolinone, compounds 45a and 45c indicated good cytotoxicity which was 5-fold and 13.5-fold, respectively, stronger than the positive control 5-FU against the MCF-7 cancer cell line. The obtained results from this research contribute to affirm the potent of hybrid heterocyclic structures in general, and the hybrids containing 1,3,4-oxadiazole, benzimidazole and quinazolinone heterocycles, in particular, for discovery and development of new drugs, especially anticancer drugs. Keyword: Benzimidazole, cancer, cytotoxicity, HDAC, EGFR, hTS, HER2, hybrid heterocyclic compounds, 1,3,4-oxadiazole, quinazolinone.

xiii CH¯¡NG 1 GIàI THIâU .1 Lý do chọn đề tài .2 Mục đích nghiên cāu .3 Nhiệm vụ nghiên cāu .4 Tính mới cÿa luận án .5 Cấu trúc cÿa luận án. 4 CH¯¡NG 2 TäNG QUAN TÀI LIâU .1 Hÿp chÃt dß vòng 1,3,4-oxadiazole .1 Giới thiệu chung về hợp chất dị vòng 1,3,4-oxadiazole .2 Các ph°¡ng pháp tổng hợp các dẫn xuất 1,3,4-oxadiazole .1 Ph°¡ng pháp tổng hợp 2,5-diaryl(alkyl)-1,3,4-oxadiazole .2 Ph°¡ng pháp tổng hợp dẫn xuất 1,3,4-oxadiazole-2-thiol .3 Hoạt tính sinh học cÿa các dẫn xuất 1,3,4-oxadiazole .1 Hoạt tính kháng khuẩn cÿa các dẫn xuất 1,3,4-oxadiazole .2 Hoạt tính kháng virus cÿa các dẫn xuất 1,3,4-oxadiazole .3 Hoạt tính kháng ung th° cÿa các dẫn xuất 1,3,4-oxadiazole .2 Hÿp chÃt dß vòng benzimidazole .1 Giới thiệu chung về hợp chất dị vòng benzimidazole .2 Các ph°¡ng pháp tổng hợp dẫn xuất benzimidazole.1 Tổng hợp benzimidazole từ o-phenylenediamine .2 Tổng hợp benzimidazole từ aryl amidine .3 Tổng hợp benzimidazole từ 2-haloaniline (azidoaniline) và aldehyde .3 Hoạt tính sinh học cÿa các dẫn xuất benzimidazole .1 Hoạt tính kháng khuẩn cÿa các dẫn xuất benzimidazole .2 Hoạt tính kháng virus cÿa các dẫn xuất benzimidazole .3 Hoạt tính kháng ung th° cÿa các dẫn xuất benzimidazole .3 Hÿp chÃt dß vòng quinazolinone .1 Giới thiệu chung về hợp chất dị vòng quinazolinone .2 Các ph°¡ng pháp tổng hợp dẫn xuất quinazolinone .1 Tổng hợp quinazolinone từ 2-aminobenzoic acid .2 Tổng hợp quinazolinone từ anthranilamide .3 Tổng hợp quinazolinone từ isatoic anhydride .3 Hoạt tính sinh học cÿa các dẫn xuất quinazolinone .2 Hoạt tính kháng virus cÿa các dẫn xuất quinazolinone .3 Hoạt tính kháng ung th° cÿa các dẫn xuất quinazolinone. Các dÁn xuÃt dß vòng k¿t hÿp chąa khung 1,3,4-oxadiazole. Các māc tiêu sinh hác trong nghiên cąu phát trißn thuác kháng ung th° .2 Human Thymidylate synthase (hTS) .3 Epidermal growth factor receptor (EGFR) và Human epithelium receptor 2 (HER2) .6 Ph°¢ng pháp ti¿p cÃn in silico trong thi¿t k¿ tång hÿp thuác.

43 CH¯¡NG 3 PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĄU .1 Hóa chÃt, dāng cā và thi¿t bß .2 Dụng cụ và thiết bị.1 Tổng hợp hóa học .1 Tổng hợp các dẫn xuất kết hợp benzimidazole/hydroxamate (3a-k) .2 Tổng hợp các dẫn xuất kết hợp quinazolinone/hydroxamate (12a-j, 13a- b, 14a-c) .3 Tổng hợp các dẫn xuất kết hợp 1,3,4-oxadiazole/benzimidazole (43a-q) và (44a-s) .4 Tổng hợp các dẫn xuất kết hợp 1,3,4- oxadiazole/benzimidazole/quinazolinone (45a-e).2 Xác định hoạt tính kháng ung th° cÿa các dẫn xuất tổng hợp đ°ợc .1 Xác định hoạt tính kháng ung th° cÿa các dẫn xuất kết hợp benzimidazole/hydroxamate (3a-k) và quinazolinone/hydroxamate (12a-j, 13a-b, 14a-c) .2 Xác định hoạt tính kháng ung th° cÿa các dẫn xuất dị vòng kết hợp 1,3,4-oxadiazole/benzimidazole (43a-q) và (44a-s) .3 Xác định hoạt tính gây độc tế bào ung th° in vitro cÿa các dẫn xuất kết hợp 1,3,4-oxadiazole/benzimidazole/quinazolinone (45a-e) .3 Ph°¢ng pháp nghiên cąu .1 Các ph°¡ng pháp tổng hợp hóa học .1 Ph°¡ng pháp tổng hợp các dẫn xuất dị vòng kết hợp benzimidazole/hydroxamate (3a-k) .2 Ph°¡ng pháp tổng hợp các dẫn xuất dị vòng kết hợp quinazolinone/hydroxamate (12a-j, 13a-b, 14a-c) .3 Ph°¡ng pháp tổng hợp các dẫn xuất kết hợp 1,3,4- oxadiazole/benzimidazole (43a-q) và (44a-s) .4 Ph°¡ng pháp tổng hợp các dẫn xuất dị vòng kết hợp 1,3,4- oxadiazole/benzimidazole/quinazolinone (45a-e).2 Ph°¡ng pháp xác định hoạt tính kháng ung th° in vitro .1 Ph°¡ng pháp xác định hoạt tính kháng ung th° cÿa các dẫn xuất kết hợp benzimidazole/hydroxamate (3a-k) và quinazolinone/hydroxamate (12a-j, 13a-b, 14a-c) .2 Ph°¡ng pháp xác định hoạt tính gây độc tính tế bào ung th° in vitro cÿa các dẫn xuất kết hợp chāa khung 1,3,4-oxadiazole (43a-q), (44a-s) và (45a-e) .3 Xác định hoạt tính kháng ung th° in silico bằng ph°¡ng pháp docking phân tử .1 Xây dựng cấu trúc và chuẩn bị thông sá đầu vào cÿa các hợp chất và các enzyme .2 Docking khảo sát trên các enzyme HDAC .3 Docking khảo sát trên các enzyme hTS, EGFR, HER2 .4 Ph°¢ng pháp theo dõi ti¿n trình phÁn ąng, tinh ch¿ và xác đßnh cÃu trúc sÁn ph¿m .1 Sắc ký lớp mßng .3 Đo nhiệt độ nóng chảy .4 Ph°¡ng pháp phổ hồng ngoại (FTIR) .5 Ph°¡ng pháp khái phổ phân giải cao (HRMS) .6 Ph°¡ng pháp phổ cộng h°áng từ hạt nhân (NMR). 63 CH¯¡NG 4 K¾T QUÀ VÀ THÀO LUÂN.1 K¿t quÁ tång hÿp hóa hác .1 Kết quả tổng hợp các dẫn xuất kết hợp benzimidazole/hydroxamate .2 Kết quả tổng hợp các dẫn xuất kết hợp quinazolinone/hydroxamate.3 Kết quả tổng hợp các dẫn xuất dị vòng kết hợp 1,3,4- oxadiazole/benzimidazole .4 Kết quả tổng hợp các dẫn xuất dị vòng kết hợp 1,3,4- oxadiazole/benzimidazole/quinazolinone .2 K¿t quÁ đánh giá ho¿t tính sinh hác .1 Kết quả đánh giá hoạt tính kháng ung th° cÿa các dẫn xuất benzimidazole/hydroxamate và quinazolinone/hydroxamate .1 Hoạt tính gây độc tế bào ung th° in vitro.2 Hoạt tính āc chế enzyme HDAC in vitro .3 Kết quả docking phân tử trên các enzyme HDAC .