Luận án Tiến sĩ Hóa học: Tổng hợp và thử nghiệm hoạt tính sinh học một số dẫn xuất mới của sulfonamide và sulfonylurea

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:175

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Hóa học "Tổng hợp và thử nghiệm hoạt tính sinh học một số dẫn xuất mới của sulfonamide và sulfonylurea" trình bày các nội dung chính sau: Tổng hợp dẫn xuất sulfonamide chứa khung pyrazole từ 4- hydrazinylbenzenesulfonamide và các dẫn xuất chalcone; Tổng hợp dẫn xuất sulfonamide chứa khung thiazolidine-4-one từ các dẫn xuất phenylhydrazone và mercapto acetic acid; Thử nghiệm hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, kháng viêm, độc tính tế bào của các dẫn xuất sulfonamide đã tổng hợp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Hóa học: Tổng hợp và thử nghiệm hoạt tính sinh học một số dẫn xuất mới của sulfonamide và sulfonylurea

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- THẠCH THỊ DÂN TỔNG HỢP VÀ THỬ NGHIỆM HOẠT TÍNH SINH HỌC MỘT SỐ DẪN XUẤT MỚI CỦA SULFONAMIDE VÀ SULFONYLUREA LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC TP. HỒ CHÍ MINH – 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- THẠCH THỊ DÂN TỔNG HỢP VÀ THỬ NGHIỆM HOẠT TÍNH SINH HỌC MỘT SỐ DẪN XUẤT MỚI CỦA SULFONAMIDE VÀ SULFONYLUREA Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số chuyên ngành: 9 44 01 14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. ĐẶNG CHÍ HIỀN 2. TS. ĐẶNG VĂN SỬ TP. HỒ CHÍ MINH – 2022
LỜI CẢM ƠN ----------- Trước hết, tôi xin cảm ơn Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án tiến sĩ. Tôi xin chân thành cảm ơn đến PGS.TS. Đặng Chí Hiền, TS. Đặng Văn Sử và quý Thầy Cô Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Công nghệ Hóa học đã truyền đạt kiến thức, hướng dẫn tận tình, tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài nghiên cứu. Tôi xin cảm ơn PGS.TS. Phạm Tiết Khánh, Ban Giám hiệu và quý Thầy Cô Trường Đại học Trà Vinh đã hỗ trợ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Cảm ơn các bạn nghiên cứu sinh, các bạn học viên cao học và các bạn sinh viên đã động viên, chia sẻ trong quá trình tôi thực hiện đề tài nghiên cứu sinh. Cảm ơn tất cả người thân trong gia đình đã luôn động viên tinh thần và chia sẻ công việc để tôi tập trung học tập và hoàn thành luận án tiến sĩ. Xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2022 THẠCH THỊ DÂN
LỜI CAM ĐOAN Luận án Tiến sĩ Hóa học: “Tổng hợp và thử nghiệm hoạt tính sinh học một số dẫn xuất mới của sulfonamide và sulfonylurea” do tôi thực hiện, các số liệu, kết quả đều là trung thực. Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2022 Nghiên cứu sinh THẠCH THỊ DÂN
i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................... iii DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... v DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................... vii DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................ viii MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................. 4 1.1. Sơ lược về sulfonamide……………………………………………………. 4 1.2. Sơ lược về sulfonylurea……………………………………………………..6 1.3. Sơ lược về chalcone và pyrazole……………………………………………8 1.3.1. Sơ lược về chalcone .............................................................................. 8 1.3.2. Sơ lược về pyrazole................................................................................ 8 1.4. Ứng dụng vi sóng trong tổng hợp hữu cơ………………………………… 9 1.4.1. Nguyên tắc của lò vi sóng ..................................................................... 9 1.4.2. Ứng dụng vi sóng trong tổng hợp hữu cơ ........................................... 11 1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ............................................. 11 1.5.1. Tổng hợp dẫn xuất sulfonamide và sulfonylurea ............................... 11 1.5.2. Tổng hợp dẫn xuất sulfonamide và sulfonylurea bằng vi sóng .......... 20 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .......................................................................... 24 2.1. Hóa chất và thiết bị ................................................................................... 24 2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 25 2.3. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 27 2.3.1. Phương pháp tổng hợp và xác định cấu trúc sản phẩm ..................... 27 2.3.2. Phương pháp thử nghiệm hoạt tính sinh học ..................................... 29 2.4. Thực nghiệm ............................................................................................. 29 2.4.1. Tổng hợp 4-hydrazinylbenzenesulfonamide (D1) ............................... 29 2.4.2. Tổng hợp các dẫn xuất chalcone (D1a-D35a) .................................... 30 2.4.3. Tổng hợp các dẫn xuất sulfonamide khung pyrazole (D1b-D35b) ..... 30 2.4.4. Tổng hợp các dẫn xuất phenylhydrazone (D1c–D5c) ......................... 30 2.4.5. Tổng hợp dẫn xuất sulfonamide khung thiazolidine-4-one (D1d-D5d) ...................................................................................................................... 31 2.4.6. Tổng hợp các dẫn xuất sulfonylurea (D3e, D10e, D21e, D24e, D26e) 31
ii 2.4.7. Phương pháp thử nghiệm hoạt tính sinh học ..................................... 31 2.4.7.1. Phương pháp thử nghiệm hoạt tính kháng vi sinh vật .................... 31 2.4.7.2. Phương pháp thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào ......................... 33 2.4.7.3. Phương pháp thử nghiệm hoạt tính kháng viêm ............................. 34 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................... 37 3.1. Tổng hợp 4-hydrazinylbenzenesulfonamide (D1).................................... 37 3.2. Tổng hợp các dẫn xuất chalcone (D1a-D35a) .......................................... 39 3.3. Tổng hợp các dẫn xuất sulfonamide khung pyrazole (D1b-D35b) ......... 64 3.3.1. Khảo sát hiệu suất phản ứng tổng hợp dẫn xuất sulfonamide khung pyrazole sử dụng phương pháp hồi lưu thông thường ................................. 65 3.3.2. Khảo sát hiệu suất phản ứng tổng hợp dẫn xuất sulfonamide khung pyrazole sử dụng phương pháp vi sóng ........................................................ 66 3.4. Tổng hợp dẫn xuất phenylhydrazone (D1c-D5c)................................... 106 3.5. Tổng hợp dẫn xuất sulfonamide khung thiazolidine-4-one (D1d-D5d) 111 3.6. Tổng hợp dẫn xuất sulfonylurea (D3e, D10e, D21e, D24e, D26e) ......... 120 3.7. Kết quả thử nghiệm hoạt tính sinh học .................................................. 136 3.7.1. Kết quả thử nghiệm hoạt tính kháng vi sinh vật ............................... 136 3.7.2. Kết quả thử nghiệm hoạt tính gây độc tế bào.................................... 140 3.7.3. Kết quả thử nghiệm hoạt tính kháng viêm ........................................ 142 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 146 KẾT LUẬN .................................................................................................... 146 KIẾN NGHỊ ................................................................................................... 148 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt CFU Colony Forming Unit CTCT Công thức cấu tạo CTPT Công thức phân tử D Tỷ trọng DMSO Dimethyl sulfoxide COX-1 Cyclooxygenases 1 COX-2 Cyclooxygenases 2 PTSA p-Toluenesulfonide Acid Thuốc kháng viêm không NSAIDs Non-steroidal anti-inflammatory drugs steroid Quang phổ hồng ngoại FT-IR Fourier-transform Infrared Spectroscopy biến đổi Fourier Cộng hưởng từ hạt nhân 1 H-NMR Proton Nuclear Magnetic Resonance proton Cộng hưởng từ hạt nhân 13 C-NMR Carbon Nuclear Magnetic Resonance carbon Distortionless Enhancement Phổ DEPT DEPT-NMR of Polarisation Transfer HR-ESI-MS High Resolution Electrospray Ionisation Phổ khối lượng phun mù Mass Spectrometry ion hóa phân giải cao Heteronuclear Single Quantum Phổ tương tác dị nhân qua HSQC Coherence một nối Heteronuclear Multiple Bond Phổ tương tác dị nhân qua HMBC Correlation nhiều nối ĐTĐ Đái tháo đường MIC Minimum Inhibitory Concentration Nồng độ ức chế tối thiểu IC50 Half maximal inhibitory concentration Nồng độ ức chế 50 % MBC Minimum Bactericidal Concentration Nồng độ tối thiểu LB Lysogeny Broth PDA Potato Dextrose Agar
iv (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5- MTT diphenyltetrazol bromide) NCI National Cancer Institute Viện ung thư quốc gia OD Optical Density Mật độ quang học SRB Sulforhodamine B TCA Trichloracetic acid LD50 Lethal Concentration Nồng độ gây chết FACs Flow cytometry Đo dòng chảy tế bào PBS Phosphate buffer saline CA Carbonic anhydrase J Coupling constant Hằng số ghép ‘ m Multiplet Mũi đa ‘ s Singlet Mũi đơn ‘ t Triplet Mũi ba ‘ d Doublet Mũi đôi ‘ dd doublet of doublet Mũi đôi đôi MW Microwave Vi sóng TLC Thin layer chromatography Sắc ký lớp ‘ nm Nanometer ‘ h Hour Giờ ‘ δ Chemical shift Độ dịch chuyển hóa học  Micro
v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các cấu trúc của các thế hệ sulfonylurea 7 Bảng 2.1. Hóa chất sử dụng 24 Bảng 2.2. Dụng cụ và thiết bị 25 1 Dữ liệu phổ H-NMR cấu trúc của 4– Bảng 3.1. 38 hydrazinylbenzenesulfonamide (D1) Hiệu suất tổng hợp dẫn xuất chalcone phụ thuộc vào vị trí và loại Bảng 3.2. 41 nhóm thế Điểm chảy các dẫn xuất chalcone phụ thuộc vào vị trí và loại Bảng 3.3. 41 nhóm thế Dữ liệu MS, HR-MS và phổ FT-IR của các dẫn xuất chalcone Bảng 3.4. 45 (D1a-D35a) Bảng 3.5. Dữ liệu phổ NMR của các dẫn xuất chalcone (D1a-D35a) 52 Dữ liệu phổ 1H-NMR của 4-(5-(3-hydroxyphenyl)-3-phenyl-4,5- Bảng 3.6. 69 dihydro-1H-pyrazol-1-yl)benzenesulfonamide (D4b) Dữ liệu phổ 13C-NMR và DEPT của 4-(5-(3-hydroxyphenyl)-3- Bảng 3.7. 70 phenyl-4,5-dihydro-1H-pyrazol-1-yl)benzenesulfonamide (D4b) Dữ liệu phổ 1H-NMR, 13 C-NMR và HMBC của 4-(5-(3- Bảng 3.8. hydroxyphenyl)-3-phenyl-4,5-dihydro-1H-pyrazol-1-yl)benzene 71 sulfonamide (D4b) Hiệu suất tổng hợp các dẫn xuất sulfonamide chứa khung Bảng 3.9. 72 pyrazole phụ thuộc vào vị trí và loại nhóm thế Điểm chảy các dẫn xuất sulfonamide chứa khung pyrazole phụ Bảng 3.10. 72 thuộc vào vị trí và loại nhóm thế. Dữ liệu HR-MS và FT-IR của các dẫn xuất sulfonamide khung Bảng 3.11. 76 pyrazole (D1b-D35b) Dữ liệu phổ NMR của dẫn xuất sulfonamide khung pyrazole Bảng 3.12. 88 (D1b-D35b) Khảo sát hiệu suất phản ứng tổng hợp các dẫn xuất Bảng 3.13. phenylhydrazone sử dụng phương pháp hồi lưu thông thường và 106 chiếu xạ vi sóng (D1c-D5c)
vi Dữ liệu phổ 1H-NMR của các dẫn xuất phenylhydrazone (D1c- Bảng 3.14. 109 D5c) Khảo sát hiệu suất phản ứng tổng hợp các sulfonamide khung Bảng 3.15. thiazolidine-4-one sử dụng phương pháp hồi lưu thông thường và 112 chiếu xạ vi sóng Hiệu suất tổng hợp dẫn xuất thiazolidine-4-one và Bảng 3.16. phenylhydrazone sử dụng phương pháp hồi lưu thông thường và 113 vi sóng Dữ liệu HR-MS và phổ FT-IR của các sulfonamide khung Bảng 3.17. 115 thiazolidine-4-one (D1d-D5d) Dữ liệu phổ NMR của các sulfonamide khung thiazolidine-4-one Bảng 3.18. 117 (D1d-D5d) Dữ liệu phổ 1H-NMR của 4-(3,5-di-p-tolyl-4,5-dihydro-1H- Bảng 3.19. 122 pyrazol-1-yl)-N-(p-tolyl carbamoyl) benzenesulfonamide (D10e) 13 Dữ liệu phổ C-NMR và DEPT của 4-(3,5-di-p-tolyl-4,5- Bảng 3.20. dihydro-1H-pyrazol-1-yl)-N-(p-tolyl carbamoyl) benzene 123 sulfonamide (D10e) Dữ liệu phổ 1H-NMR, 13C-NMR và HMBC của 4-(3,5-di-p-tolyl- Bảng 3.21. 4,5-dihydro-1H-pyrazol-1-yl)-N-(p-tolylcarbamoyl) benzene 124 sulfonamide (D10e) Dữ liệu phổ 13C-NMR của các sulfonylurea D3e, D10e, D21e, Bảng 3.22. 126 D24e, D26e Kết quả thử nghiệm hoạt tính kháng VSV của các sulfonamide Bảng 3.23. khung pyrazole (D1b-D33b) và các sulfonamide khung 137 thiazolidine-4-one (D1d-D5d) Hoạt tính chống tăng sinh của các dẫn xuất sulfonamide khung Bảng 3.24. 141 pyrazole Khả năng ức chế sản sinh NO của các triarylpyrazole Bảng 3.25. 143 sulfonamide
vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Cấu trúc một số loại thuốc ức chế COX-2 5 Hình 1.2. Cấu trúc hóa học của các dẫn xuất thiazolidine-4-one 5 Cấu trúc hóa học chất ức chế COX-2 của 2,3-diaryl-1,3- Hình 1.3. 6 thiazolidine-4-one Hình 1.4. Phản ứng giữa sulfonamide và isocyanate 6 Hình 1.5. Cấu trúc khung pyrazole 8 So sánh sự phân bố nhiệt khi đun thường (trái) và vi sóng 10 Hình 1.6. (phải) Hình 3.1. TLC và sản phẩm của 4–hydrazinylbenzenesulfonamide (D1) 38 Hình 3.2. Cấu trúc của 4-hydrazinylbenzenesulfonamide (D1) 39 Hình 3.3. Tinh thể và TLC của D4b 66 Cấu trúc của 4-(5-(3-hydroxyphenyl)-3-phenyl-4,5-dihydro- Hình 3.4. 67 1H-pyrazol-1-yl)benzenesulfonamide (D4b) Hình 3.5 Cấu trúc chung của các dẫn xuất phenylhydrazone (D1c-D5c) 108 Cấu trúc chung dẫn xuất sulfonamide khung thiazolidine-4- Hình 3.6. 114 one (D1d-D5d) Hình ảnh sau 15 phút thử nghiệm in vivo ức chế phù tai chuột sử dụng D4b (A), D5b (B), D8b (C), D23b (D), D25b (E) và Hình 3.7. mẫu điều khiển (F). Khả năng ức chế của các chất sau 15, 30 143 và 60 phút (G); Dấu * cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa thống kê so với mẫu điều khiển (p < 0,05)
viii DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ Sơ đồ 1.1. Sơ đồ phản ứng tổng hợp chalcone 8 Sơ đồ 1.2. Sơ đồ phản ứng tổng hợp enaminoketone 11 Sơ đồ 1.3. Tổng hợp bromachalcone 12 Sơ đồ 1.4. Tổng hợp các pyrazole chứa nhóm benzensulfonamide (3-15) 12 Sơ đồ 1.5. Tổng hợp dẫn xuất thiazolidine-4-one (16-20) 13 Tổng hợp 1,3,5-substituted pyrazole từ aldehyde, hydrazine và Sơ đồ 1.6. 13 alkyne Sơ đồ 1.7. Tổng hợp một số dẫn xuất pyrazoline và pyrazole mới 14 Tổng hợp các dẫn xuất pyridine-3-sulfonamide được thay thế 4 Sơ đồ 1.8. 15 dị vòng Sơ đồ 1.9. Tổng hợp szulfonylurea chứa 1,2,4-triazolinone 16 Tổng hợp dẫn xuất 2-pyrazole và 2-isoxazoline khung Sơ đồ 1.10. 16 anthracene Sơ đồ 1.11. Tổng hợp dẫn xuất chalcone pyrazole và bipyrazole 17 Sơ đồ 1.12. Tổng hợp 1-(4-substituted pyridine-3-sulfonyl)-3-phenylurea 18 Sơ đồ 1.13. Tổng hợp các dẫn xuất thiazolidine-4-one mới 19 Sơ đồ 1.14. Tổng hợp chất tương tự arylidene dùng piperidine làm xúc tác 19 Sơ đồ 1.15. Tổng hợp dẫn xuất benzothiazole-1,2,3-triazole 20 Sơ đồ 1.16. Tổng hợp một số dẫn xuất oxazolone 21 Sơ đồ 1.17. Tổng hợp sulfonamide chứa vòng pyrazole 21 Sơ đồ 1.18. Tổng hợp một số dẫn xuất triazolinone mới 22 Sơ đồ 1.19. Tổng hợp các dẫn xuất thiazolidine-2,4-dione 22 Tổng hợp dẫn xuất sulfonamide khung pyrazole, khung Sơ đồ 2.1. 26 thiazolidine-4-one và dẫn xuất sulfonylurea từ sulfonamide Phản ứng tổng hợp 4-hydrazinybenzenesulfonamide từ Sơ đồ 3.1. 37 sulfonamide (D1) Sơ đồ 3.2. Phản ứng tổng hợp chalcone (D1a-D35a) 39 Sơ đồ 3.3. Tổng hợp 1,3,5-triarylpyrazolesulfonamide (D1b-D35b) 64 Sơ đồ 3.4. Cơ chế đóng vòng pyrazole 65
ix Biểu diễn hiệu suất tổng hợp hợp chất D4b thay đổi theo thời Đồ thị 3.1. 65 gian với phương pháp hồi lưu thông thường Biểu diễn hiệu suất tổng hợp hợp chất (D4b) thay đổi theo thời Đồ thị 3.2. gian với công suất chiếu xạ vi sóng 450W 66 Biểu diễn hiệu suất tổng hợp hợp chất (D4b) thay đổi theo công Đồ thị 3.3. 67 suất chiếu xạ vi sóng với thời gian 40 phút Sơ đồ 3.5. Tổng hợp dẫn xuất phenylhydrazone (D1c-D5c) 106 Sơ đồ 3.6. Cơ chế phản ứng tổng hợp phenylhydrazone 106 Khảo sát phản ứng tổng hợp các phenylhydrazone sử dụng hồi Đồ thị 3.4. 107 lưu thông thường và chiếu xạ vi sóng Tổng hợp dẫn xuất sulfonamide chứa khung thiazolidine-4- Sơ đồ 3.7. 111 one từ dẫn xuất phenylhydrazone (D1d-D5d) Biễu diễn hiệu suất tổng hợp các sulfonamide khung Đồ thị 3.5. thiazolidine-4-one sử dụng phương pháp hồi lưu thông thường 112 và chiếu xạ vi sóng Tổng hợp dẫn xuất sulfonylurea D3e, D10e, D21e, D24e và Sơ đồ 3.8 120 D26e Đồ thị 3.6. Đường chuẩn NO 143
1 MỞ ĐẦU Kháng thuốc kháng sinh xảy ra khi một loại vi sinh vật tiến hóa để đề kháng mạnh hơn hoặc hoàn toàn với kháng sinh mà trước đây có thể dùng để điều trị được [1, 2]. Sulfonamide đặc biệt được coi là tiền chất thiết yếu để phát triển các loại thuốc mới trong ngành Dược. Các sulfonamide thường có các hoạt tính sinh học như kháng khuẩn, kháng nấm, kháng viêm, gây độc tế bào ung thư…. Trong tế bào vi khuẩn, các sulfonamide là chất ức chế cạnh tranh của enzyme dihydropteroate synthase tham gia vào quá trình tổng hợp folate [3]. Một số loại thuốc sulfonamide được phát triển từ các hợp chất thơm có cấu trúc dị vòng (heterocyclic) như thiazole, triazole, imidazole, oxazole, pyrole và pyrazole đã được sử dụng trong điều trị kháng khuẩn. Sulfonamide và sulfamethoxazole là các loại thuốc trị liệu kháng khuẩn đơn giản nhất thường được sử dụng trong điều trị vi khuẩn gram dương và gram âm cũng như trong điều trị nấm và nhiễm trùng động vật nguyên sinh. Các sulfonamide này gây độc một cách chọn lọc đối với vi khuẩn thông qua việc ngăn chặn sự tổng hợp acid folic [4]. Bên cạnh đó, một số thuốc chống viêm mới ức chế hoạt động của enzyme COX-2 chọn lọc như Celecoxib, Rofecoxib và Valdecoxib gọi chung là Coxib, chúng có khả năng giảm các tác dụng phụ trên hệ thống tiêu hóa so với các thuốc NSAIDs thông thường. Cấu trúc chung của Coxib bao gồm một lõi có cấu trúc dị vòng (heterocyclic) như thiazole, triazole, imidazole, oxazole, pyrole và pyrazole. Những nghiên cứu gần đây cho thấy các dẫn xuất vòng pyrazole có hoạt tính rất tốt về khả năng kháng viêm là yếu tố quyết định độ chọn lọc COX-2 và hiệu quả của thuốc trong cơ thể [5]. Ngoài ra, các hợp chất sulfonylurea có các hoạt tính sinh học như chống ung thư, lợi tiểu, chống viêm, chống sốt rét và chống nhiễm trùng [6]. Trong đó, các hợp chất chứa dị vòng pyrazole đang nhận được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu bởi hoạt tính sinh học đa dạng của chúng. Một số dẫn xuất chứa dị vòng pyrazole có tác dụng điều trị hen suyễn, viêm khớp, tăng hoạt tính của một số enzyme… [7] trong khi một số dẫn xuất khác có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, ức chế khối u [8-10]. Chính vì hoạt tính sinh học ưu việt của các hợp chất sulfonamide và sulfonylurea nên chúng tôi chọn nghiên cứu đề tài "Tổng hợp và thử nghiệm hoạt tính sinh học một số dẫn xuất mới của sulfonamide và sulfonylurea" với mục tiêu tổng hợp ra các dẫn xuất mới của sulfonamide và sulfonylurea có hoạt tính sinh học
2 cao được ứng dụng trong y học, góp phần mở rộng hướng nghiên cứu tìm thêm các kháng sinh mới, các thuốc có tác dụng điều trị một số bệnh do nấm, khuẩn gây bệnh, và thuốc có tác dụng điều trị một số bệnh ung thư. Mục tiêu của đề tài Tổng hợp một số dẫn xuất mới của sulfonamide và sulfonylurea chứa khung pyrazole và khung thiazolidine-4-one, và thử nghiệm hoạt tính sinh học các dẫn xuất đã tổng hợp. Nội dung chính của luận án - Tổng hợp dẫn xuất sulfonamide chứa khung pyrazole từ 4- hydrazinylbenzenesulfonamide và các dẫn xuất chalcone. - Tổng hợp dẫn xuất sulfonamide chứa khung thiazolidine-4-one từ các dẫn xuất phenylhydrazone và mercapto acetic acid. - Tổng hợp các sulfonylurea từ dẫn xuất sulfonamide chứa khung pyrazole và dẫn xuất isocyanate. - Thử nghiệm hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, kháng viêm, độc tính tế bào của các dẫn xuất sulfonamide đã tổng hợp. Những đóng góp mới của luận án - Tổng hợp 85 hợp chất trong có 32 dẫn xuất mới bao gồm 25 dẫn xuất mới của sulfonamide chứa khung pyrazole được tổng hợp từ 4- hydrazinylbenzenesulfonamide và các dẫn xuất chalcone, 2 dẫn xuất mới của sulfonamide chứa khung thiazolidine-4-one được tổng hợp từ các dẫn xuất phenylhydrazone và mercapto acetic acid, và 5 dẫn xuất mới của sulfonylurea được tổng hợp từ dẫn xuất sulfonamide chứa khung pyrazole và dẫn xuất isocyante. - Đã ứng dụng thành công kỹ thuật vi sóng trong điều chế dẫn xuất phenylhydrazone, phản ứng đóng vòng tạo dị vòng pyrazole, phản ứng đóng vòng tạo dị vòng thiazolidine-4-one, phản ứng tổng hợp sulfonylurea từ dẫn xuất sulfonamide chứa khung pyrazole góp phần cải tiến hiệu suất và rút ngắn thời gian phản ứng. - Kết quả thử nghiệm hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, kháng viêm, độc tính tế bào của các dẫn xuất sulfonamide, đặc biệt là kết quả thử nghiệm đã cho thấy được tiềm năng kháng viêm tốt của các dẫn xuất sulfonamide chứa khung pyrazole.
3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Về mặt học thuật, kết quả mà luận án thu được làm phong phú và đa dạng thêm kiến thức trong kỹ thuật tổng hợp các dẫn xuất sulfonamide và sulfonylurea chứa khung pyrazole và thiazolidine-4-one. - Về mặt thực tiễn, kết quả mà luận án thu được góp phần phát triển nghiên cứu tổng hợp các hoạt chất có tính kháng viêm bằng một số kỹ thuật tổng hợp hiện đại trong lĩnh vực Hóa Dược ở Việt Nam.
4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Sơ lược về sulfonamide Sulfonamide là thuốc kháng khuẩn được tổng hợp thành công đầu tiên từ rất sớm, trước cả kháng sinh. Cơ chế chống vi sinh vật của sulfonamide có liên quan đến sự ức chế cạnh tranh tổng hợp acid folic, ngăn chặn sự phát triển và sinh sản của vi sinh vật. Do cơ chế này nên sulfonamide thuộc nhóm tác nhân kìm khuẩn. Sulfonamide đã được áp dụng trong trị liệu hơn 70 năm. Sulfonamide đầu tiên được sử dụng làm thuốc kháng sinh, chúng có tên thương mại là prontosil do có thêm nhóm -SO2NH2, là chất kháng khuẩn đầu tiên thu được bằng phương pháp tổng hợp toàn phần. Trong công thức của prontosil chứa các azoic được điều chế bằng cách diazo hóa p- aminobenzenesulfonamide ngưng tụ với m-phenylendiamine. Khi thay m-phenylendiamine bằng các amine hoặc các phenol khác chúng ta thu được các dẫn chất có tác dụng kháng khuẩn. Tuy nhiên, khi thay sulfonamide bằng các aniline khác nhau thì thu được các chất không có tác dụng kháng khuẩn. Như vậy, có thể thấy rằng nhóm sulfonamide có tác dụng kháng khuẩn. Việc phát hiện ra prontosil và sulfonamide đã mở ra một kỷ nguyên mới cho việc hóa trị liệu các bệnh nhiễm khuẩn [11, 12]. Hoạt tính kháng khuẩn của sulfonamide xảy ra do khả năng ức chế hoạt tính cạnh tranh của enzyme dihydropteroate synthase (DHPS), một loại enzyme liên quan đến tổng hợp folate. Như vậy, sulfonamide ức chế sự phát triển và nhân lên của vi khuẩn mà không giết chết chúng. Ngoài ra, sulfonamide còn được sử dụng trong thành phần một số loại thuốc điều trị ho và dị ứng, với chức năng chính là kháng nấm và chống sốt rét [13]. Quá trình điều chế sulfonamide được tiến hành trong phòng thí nghiệm với nhiều cách khác nhau, trong đó dễ dàng nhất là đi từ phản ứng của sulfonyl chloride với amine, pyridine được thêm vào để trung hòa acid HCl được tạo ra sau phản ứng. pyridine R1SO2Cl + R2NH R1SO2NR2 + HCl Các sulfonamide kháng khuẩn là dẫn chất của p-aminobenzensulfonamide, có công thức cấu tạo chung là: R2HN SO2NHR1 Trong đó thường gặp R1 là H, và cũng chỉ khi R1 là H thì sulfonamide mới có hoạt tính kháng khuẩn, khi R1 ≠ H thì chất đó là tiền chất dùng làm thuốc. R1 có thể
5 là mạch thẳng, dị vòng. Tuy nhiên, nếu R1 là dị vòng thì hiệu lực kháng khuẩn mạnh hơn, thông thường là các dị vòng 2-3 dị tố. Khi R1 và R2 đều là gốc hydro thì thu được sulfonamide có cấu tạo đơn giản nhất là sulfonamide. Dẫn xuất của sulfonamide được sử dụng làm thuốc chủ yếu chứa nhóm - SO2NH2 (Hình 1.1). Hai loại chứa nhóm sulfonamide có hoạt tính sinh học phổ biến là thuốc chống viêm Ampiroxicam và thuốc chống co giật Sultiame. O O O O O O S O O O N N S NH2 H 2N S NH2 N S O O O O Sulfonamide Ampiroxicam Sultiame Hình 1.1. Một số dẫn xuất thuốc của sulfonamide So với NSAIDs không chọn lọc, NSAIDs chọn lọc COX-2 ngoài hiệu quả tương đương các NSAIDs không chọn lọc thì còn có khả năng làm giảm đáng kể biến chứng đường tiêu hóa trên lâm sàng. Chính vì vậy, việc tổng hợp ra các loại thuốc ức chế chuyên biệt COX-2 mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực tổng hợp thuốc NSAIDs thế hệ mới. Tác dụng kháng viêm của NSAIDs phát sinh từ khả năng ức chế enzyme cyclooxygenase (COX). Hiện tại, enzyme cyclooxygenase tồn tại ít nhất hai đồng dạng riêng biệt, một dạng cấu thành (COX-1) và một dạng cảm ứng (COX-2) [14]. Enzyme COX-1 đóng vai trò quan trọng và chịu trách nhiệm duy trì các chức năng sinh lý như bảo vệ niêm mạc dạ dày, cân bằng mạch máu… thì việc khám phá ra đồng vị thứ hai của cyclooxygenase (COX-2), mang lại khả năng phát triển thuốc NSAIDs mới, giảm thiểu các tác dụng phụ với đường tiêu hóa của các thuốc NSAIDs hiện có [15]. Cấu trúc chung của các coxib [16-18] (Hình 1.2). O O O O O O S NH S CH S NH 2 3 2 N N N O O O CF3 Celecoxib (CelebrexTM) Refecoxib (VioxxTM) Vadecoxib (BextraTM) Hình 1.2. Cấu trúc một số loại ức chế COX-2
6 Một số thuốc chống viêm mới ức chế hoạt tính của COX-2 chọn lọc như celecoxib, rofecoxib và valdecoxib đã được giới thiệu với khả năng giảm các tác dụng phụ cho hệ thống tiêu hóa so với các thuốc NSAIDs thông thường. Những nghiên cứu gần đây cho thấy các dẫn xuất thiazolidine-4-one có hoạt tính tốt về khả năng kháng viêm. Trong đó vòng pyrazole của các celecoxib được thay thế bằng nhân thiazolidine-4-one, nhóm tolyl được thay thế các nhóm khác nhau của aryl, nhóm aminosulfonyl phenyl là yếu tố quyết định chủ yếu độ chọn lọc COX- 2 và hiệu quả của thuốc trong cơ thể (Hình 1.3) R1 S F3C N N N NH SO2NH2 O Colecoxib SO2NH2 R1 : H, Me, Cl, F, CF3 Hình 1.3. Cấu trúc hóa học của các dẫn xuất thiazolidine-4-one Năm 2007, Zarghi A. và cộng sự đã đưa ra phương pháp tổng hợp thuốc NSAIDs ức chế COX-2 mới dựa trên cấu trúc 2,3-diaryl-1,3-thiazolidine-4-one, có mang nhóm dược tính -SO2CH3 (Hình 1.4) [18, 19]. O O R S CH 3 N S Khung thiazolidine-4-one O (R: -H; -F; -Me; -OMe) Hình 1.4. Cấu trúc hóa học chất ức chế COX-2 của dẫn xuất 2,3-diaryl-1,3- thiazolidine-4-one Kết quả nghiên cứu của nhóm Zarghi A. và cộng sự khẳng định: nhóm thế p- methylsulfone trên 1 nhóm phenyl là điều kiện cần thiết để sở hữu tính chọn lọc với COX-2. Ngoài ra, nhóm thế R trên vòng N-3-phenyl cũng có ảnh hưởng tới tính chất và độ chọn lọc COX-2 của thuốc. Kết quả cho thấy các dẫn xuất trên (R: -H; -F; - Me; -OMe) đều có tính chọn lọc với COX-2, trong đó hợp chất có chứa nhóm -F cho khả năng ức chế COX-2 là cao nhất so với các dẫn xuất còn lại. 1.2. Sơ lược về sulfonylurea Về mặt hóa học, tất cả các sulfonylurea có thể được tổng hợp dễ dàng bằng phản ứng giữa sulfonamide (R-C6H4-SO2NH2) và isocyanate (R2-NCO).
7 R-C6H4-SO2-NH2 + R2-NCO R-C6H4-SO2-NHCO-NH-R2 Ar và R của cấu trúc trên có tính ưa dầu trong khi một hợp phần -SO2-NH- CO-NH- là ưa nước. Vì thế, hai nhóm Ar và R có khác biệt về hiệu nghiệm, sự trao đổi chất, thời gian và đường bài tiết. Mặt khác, các dẫn xuất sulfonylurea lại là một loại thuốc điều trị bệnh đái tháo đường type 2. Bên cạnh việc được sử dụng làm kháng sinh và điều trị bệnh đái tháo đường, những kết quả nghiên cứu phát triển mới của các dẫn xuất sulfonamide và sulfonylurea về khả năng gây độc tế bào ung thư [20- 23] và về khả năng sử dụng chúng làm thuốc kháng các tế bào ung thư hoặc làm chậm sự phát triển của tế bào ung thư [24, 25] đang có bước phát triển nhanh. Nhiều dẫn xuất sulfonamide và sulfonylurea đã chứng tỏ được khả năng gây độc tế bào tốt không kém gì một số thuốc điều trị ung thư hiện hành như doxorubicin, sorafenib…[26]. Ngay cả một số thuốc trị tiểu đường có gốc là dẫn xuất của sulfonylurea cũng được nghiên cứu sử dụng làm thuốc điều trị ung thư [25, 27, 28]. Bảng 1.1. Cấu trúc của các thế hệ sulfonylurea Thế hệ thứ 1 O O O O O O O S S O O N N S N N O HN H H H H HN H2N Cl Carbutamide Acetohexamide Chlorpropamide Thế hệ thứ 2 O O O HN N S H O O O O O O S N S N N N O H H N N HN H H N Cl N Glyclopyramide Glipizide (Glucotrol) Gliclazide