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

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

Nguyễn Xuân Hiếu

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Phạm Đức Dũng Sinh viên thực hiện: Mã số sinh viên: K40.201.025

Thành phố Hồ Chí Minh 5/2018

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.

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

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

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

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

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

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.

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.

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.

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.

Hợp chấtc

IC50

b (μM)

L1210

CHO

3LL

DU145 MCF7 K-562

U251

(-) UA

CHO- MG nd

45.9 ± 7.0

(+) UA

35.1 ± 10.7 23 ± 6.6 57.4 ±

Put Spd Spm

30 ± 12 »100 »100 »100

31.3 ± 16 »100 »100 »100

2.1 nd nd nd

51.7 ± 7.3 105.4 ± 16 nd nd nd

21.8 ± 3.8 52.8 ± 8.7 nd nd nd

19.7 ± 4.6 19.5 ± 1.6 nd nd nd

nd nd nd

nd nd

»100 nd

nd nd

Bảng 1.1. Độc tính tế bào của acid usnic và các dẫn xuất A1-A9 trên một số dòng tế bào ung thưa.

DAO (+) UA + 100 μM Put (+) UA + 100 μM Spd (+) UA + 50 μM Spm (+) UA + 25 μM Spm (+) UA + 100 Μm DAO A1

10.7 ± 2.0

A2

17.4 ± 1.4 26.4 ± 8.5 »100 »100 54.5 ± 9.2 »100 20.5 ± 3.8 23.2 ± 4.3 14.2 ± 6.4 20.0 ± 7.4 14.7 ± 5.2 12.0 ± 2.8 8.4 ± 1.4 29.3 ±

A3

1.0 48 ± 20

A4

15.3 ± 2.6 2.7 ± 0.8 3.5 ±

12 ± 1.0 28.0 ± 3.0 59 ± 9.0 5 ± 2.0 8.2 ±

A5

14.1 ± 2.1 nd

9.9 ± 0.2 11.2 ± 2.3 5.8 ± 0.4 nd

7.2 ± 0.8 nd

12.5 ± 4.9 4.4 ± 1.1 8.2 ± 0.6 nd

2.7 nd

A6 A7

nd nd

1.2 19.5 ± 5.0 nd nd

nd nd

nd >100

nd nd

A8

>100

nd 56.7 ± 28.9 >100

>100

A9

>100

Etoposide

19.9 ± 1.5 >500 54.6 ± 18.5 74.4 ± 1.3 48.9 ± 10.5 0.5 ± 0.25

60.7 ± 37.0 4.9 ± 0.8

0.5 ± 0.1

4.0 ± 1.3

1.5 ± 0.4

12.2 ± 0.5

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

Hợp chất

Nồng độ (μM)

Apoptotic cell (%)

Caspase-3 activityc

24 h

48 h

Không mẫu

1.0 ± 0.3

1.8 ± 0.8

1.0 ± 0.1

(+)-Acid usnic

30 ± 9

33 ± 3

3.4 ± 0.3

(+)-Acid usnic

32 ± 7

38 ± 3

7.4 ± 0.7

(+)-Acid usnic

35 ± 9

42 ± 5

21.9 ± 3

Bảng 1.2. Cảm ứng apoptosis của (+)-acid usnic và dẫn xuất A4 đối với tế bào L1210a

A4

37 ± 5

37 ± 3

1.4 ± 0.2

A4

4.5

38 ± 10

42 ± 4

1.7 ± 0.1

A4

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).

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.

Sơ đồ 1.7. Phản ứng điều chế một số dẫn xuất enamine, pyrazole và chalcone của

acid usnic; (Ka) PhNHNH2, EtOH, đun hồi lưu; (Kb): NaBH4, THF, -20 oC;

(Kc): CH2N2, CHCl3, nhiệt độ phòng; (Kd): ArCHO, MeOH/H2O, KOH, 70 oC;

(Ke): t-BuOOH,VO(acac)2, PhMe, nhiệt độ phòng; (Kf): NH2NH2*H2O, AcOH,

EtOH, đun hồi lưu.

Sơ đồ 1.8. Phản ứng điều chế một số dẫn xuất của acid usnic;

(Ka): trifluorochloroethylene, K2CO3, DMF, 40-45 oC;

(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;

(Kc): aldehyde, MeOH/H2O,70 oC; (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.

Compound CTD50 (μM)

SI Compound

ED50 (μM)

CTD50 (μM)

(+)-K1 (-)-K1 (+)-K2 (+)-K3 (-)-K3 (+)-K4 (-)-K4 (+)-K5 (+)-K6 (-)-K6 (+)-K7 (-)-K7 (+)-K8 (+)-K9 (+)-K10 (+)-K11 (+)-K12 (+)-K13 (-)-K10 (-)-K11 (+)-K14 (+)-K15 (+)-K16 (+)-K17 (+)-K18 (+)-K19 (+)-K20 (+)-K21

424.4 133.7 14.5 67.3 149.6 147.0 144.6 20.4 13.1 32.8 130.5 83.9 20.8 21.1 831.7 26.3 1095.0 681.2 564.9 47.8 36.5 252.7 909.1 431.0 862.1 278.7 98.4 517.2

8.2 10.2 1.8 6.0 14.0 20.3 10.0 3.4 2.0 5.0 3.7 3.0 1.1 5.0 12.0 11.0 16.0 2.6 10.0 4.0 1.1 4.6 11.0 12.5 17.0 8.5 12.0 20.0

(+)-K22 (+)-K23 (+)-K24 (+)-K25 (+)-K26 (-)-K14 (-)-K15 (-)-K16 (-)-K17 (-)-K27 (+)-K27 (+)-K28 (+)-K29 (+)-K30 (+)-K31 (+)-K34 (+)-K35 (+)-K38 (+)-K39 (+)-K40 (+)-K32 (+)-K33 (-)-K36 (+)-K37 (+)-K41 (+)-K42 (+)-K43 (-)-K43 (+)-K44

ED50 (μM) 51.7 13.1 8.1 11.2 10.7 7.2 14.5 5.9 6.6 6.6 35.0 28.0 18.9 4.2 69.5 2.4 68.4 262.0 56.3 12.0 32.7 55.1 82.7 34.5 50.7 32.8 8.2 25.9

517.2 530.0 34.6 18.3 1016.3 105.8 115.5 909.1 862.1 131.6 117.0 32.6 39.4 46.4 53.4 58.9 2.0 6.4 2.1 177.1 105.3 559.7 177.5 937.5 100.0 31.1 234.0 151.6 67.0

25.9 53.0 8.7 5.5 101.6 60.6 79.4 64.9 76.4 64.3 64.3 4.8 4.7 7.7 7.0 29.5 2.0 2.1 2.1 56.3 14.7 24.3 23.7 160.7 72.0 7.8 10.6 28.7 13.4

20.0 10.0 4.0 3.3 10.0 1.7 1.5 14.0 11.3 2.0 1.8 6.8 8.3 6.1 7.7 2.0 1.0 3.0 1.0 3.1 7.1 23.1 7.5 5.8 14.0 4.0 22.0 5.3 5.0

Bảng 1.3. Hoạt tính kháng virus đối với cúm A/California/7/09 (H1N1)pdm09

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)

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

R Acid usnic -NH2 -Me -Ph

(+)-D1 (-)-D1 (+)-D3 (-)-D3 (+)-D4 (-)-D4 (+)-D5 (-)-D5 (+)-D6

Nồng độ (nmol/đĩa) 75 75 5 5 10 10 100 100 100

Vòng sáng (mm) 8.0 ± 0.5 8.0 ± 0.5 9.0 ± 0.5 8.5 ± 0.5 8.0 ± 1.0 10.0 ± 0.5 7.5 ± 0.5 8.0 ± 0.5 8.0 ± 1.0

(-)-D6 (+)-D7 (-)-D7 (+)-D8 (-)-D8

10 10 10 10 10

7.5 ± 0.5 7.5 ± 0.5 7.5 ± 0.5 7.5 ± 0.5 8.0 ± 0.5

-NH-Me -NH-Ph

(+)-D9 (-)-D9

10 10

7.5 ± 0.5 8.0 ± 0.5

-NH-Allyl

Kết quả được lấy ra từ 3 thí nghiệm độc lập.

Bảng 1.4. Hoạt tính chống vi khuẩn lao của dẫn xuất 1,3-thiazole

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).

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

(–)-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

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

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.

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.

CD50/μmol L-1

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

Bảng 1.6. Hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất cyanoethyl của (+)-acid usnic

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.

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%.

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.

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

2. Chất bột 1H-NMR (500 MHz, DMSO, δ ppm) δH: 13C-NMR (125 MHz, CDCl3,

δ ppm) δC:

3. Chất bột 1H-NMR (500 MHz, Acetone-d6, δ ppm) δH: 13C-NMR (125 MHz,

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.

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

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.

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.

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.

20. Takai M., Uehara Y., Beisler, J.A., Usnic acid derivatives as potential antineoplastic

agents, Journal of Medicinal Chemistry, 22, pp. 1380–1384, 1979.

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.

PHỤ LỤC

16 14

7-OH

Phụ lục 1. Phổ 1H-NMR của hợp chất 4

Phụ lục 2. Phổ 13C-NMR của hợp chất 4

Phụ lục 3. Phổ HMBC của hợp chất 4

Phụ lục 4. Phổ MS của hợp chất 4

Phụ lục 5. Phổ 1H-NMR của hợp chất 5

Phụ lục 6. Phổ 13C-NMR của hợp chất 5

Phụ lục 7. Phổ MS của hợp chất 5

Phụ lục 8. Phổ 1H-NMR của hợp chất 6

Phụ lục 9. Phổ HMBC của hợp chất 6

Phụ lục 10. Phổ 1H-NMR của hợp chất 7

Phụ lục 11. Phổ 13C-NMR của hợp chất 7

Phụ lục 12 Phổ HSQC của hợp chất 7

Phụ lục 13. Phổ HMBC của hợp chất 7

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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC