Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp một số mạch nhánh của hemiasterlin

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu đã tổng hợp thành công block 1 của hemiasterlin từ 2-furandehit và axetyl glyxin qua phản ứng tổng hợp và thủy phân azlacton, với hiệu suất cao (72%); Block 2 của hemiasterlin được tổng hợp từ L-tert-leucin qua phản ứng bảo vệ nhóm amino bằng Boc... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp một số mạch nhánh của hemiasterlin

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- NGÔ HẠNH THƢƠNG TỔNG HỢP MỘT SỐ MẠCH NHÁNH CỦA HEMIASTERLIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- NGÔ HẠNH THƢƠNG TỔNG HỢP MỘT SỐ MẠCH NHÁNH CỦA HEMIASTERLIN Chuyên ngành: HÓA HỮU CƠ Mã số: 60440114 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS. TS. NGUYỄN VĂN TUYẾN Hà Nội – Năm 2013
LỜI CẢM ƠN! Để hoàn thành chƣơng trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội và Viện hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến GS. TS. Nguyễn Văn Tuyến - Trƣởng phòng Hóa dƣợc - Viện trƣởng - Viện hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt nam và NCS Phạm Thế Chính đã dành rất nhiều thời gian, tâm huyết hƣớng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn các cô, chú và anh chị tập thể phòng Hóa dƣợc - Viện hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt nam đã tạo mọi điều kiện để tôi học tập và hoàn thành tốt luận văn này. Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa hóa học - Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, ngƣời thân và bạn bè đã giúp đỡ tôi tận tình trong quá trình học tập và nghiên cứu tại khoa Hóa học. Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn này bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận đƣợc những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn. Hà Nôi, ngày 12 tháng 12 năm 2013 Học viên Ngô Hạnh Thƣơng
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. I DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ .............................................................................. II BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................... IV MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN ........................................................................... 2 1.1. PHÂN LẬP VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA HEMIASTERLIN ..... 2 1.2. QUAN HỆ HOẠT TÍNH VÀ CẤU TRÚC CỦA HEMIASTERLIN ..... 3 1.3. DẪN XUẤT HTI-286 CỦA HEMIASTERLIN ..................................... 3 1.4. TỔNG HỢP TOÀN PHẦN HEMIASTERLIN ...................................... 4 1.5. CÁC PHƢƠNG PHÁP THAY ĐỔI BLOCK 1 ...................................... 8 1.6. PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP BLOCK 2 VÀ BLOCK 3..................... 11 1.6.1. Phương pháp thay đổi block 2 của Chuan Niu ............................. 12 1.6.2. Phương pháp thay đổi block 3 của Arie Zask ............................... 14 CHƢƠNG 2 - THỰC NGHIỆM ..................................................................... 19 2.1. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ .... 19 2.1.1. Phương pháp nghiên cứu.............................................................. 19 2.1.2. Hóa chất và dung môi .................................................................... 19 2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất bằng sắc kí lớp mỏng. .............................................................................. 19 2.1.4. Xác nhận cấu trúc .......................................................................... 19 2.2. TỔNG HỢP CÁC TÁC NHÂN PHẢN ỨNG VÀ CÁC HỢP CHẤT .. 20 2.2.1. Tổng hợp hợp chất axetyl glyxin 98 .............................................. 20 2.2.2. Tổng hợp hợp chất 99 .................................................................... 20 2.2.3. Tổng hợp hợp chất amit 100 .......................................................... 21 2.2.4. Tổng hợp hợp chất 101 .................................................................. 22 2.2.5. Tổng hợp hợp chất 102 .................................................................. 22 2.2.6. Tổng hợp hợp chất 103 .................................................................. 23 2.2.7. Tổng hợp hợp chất 104 .................................................................. 23 2.2.8. Tổng hợp hợp chất 105 .................................................................. 24 2.2.9. Tổng hợp hợp chất 106 .................................................................. 24 2.2.10. Tổng hợp hợp chất 107 ................................................................ 25 2.2.11. Tổng hợp hợp chất 108 ................................................................ 25 2.2.12. Tổng hợp hợp chất 109 ................................................................ 26 2.2.13. Tổng hợp hợp chất 110 ................................................................ 27
CHƢƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 29 3.1. TỔNG HỢP BLOCK 1 CỦA HEMIASTERLIN ................................. 29 3.1.1. Tổng hợp axetyl glyxin 98.............................................................. 29 3.1.2. Tổng hợp azlacton 99 .................................................................... 30 3.1.3. Tổng hợp amid 100 (block 1)......................................................... 32 3.2. TỔNG HỢP BLOCK 2 VÀ BLOCK 3 CỦA HEMIASTERLIN.......... 33 3.2.1. Tổng hợp chất 102 ......................................................................... 33 3.2.2. Tổng hợp chất 103 ......................................................................... 35 3.2.3. Tổng hợp chất 104 ......................................................................... 37 3.2.4. Tổng hợp chất 105 (block 3).......................................................... 38 3.2.5. Tổng hợp chất 106 ......................................................................... 40 3.2.6. Tổng hợp chất 107 ......................................................................... 41 3.3. TỔNG HỢP HEMIASTERLIN ............................................................ 42 3.3.1. Tổng hợp chất 108 ......................................................................... 42 3.3.2. Tổng hợp chất 109 ......................................................................... 44 3.3.3. Tổng hợp chất 110 ......................................................................... 48 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 52 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 55
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Mối quan hệ cấu trúc và hoạt tính của hemiasterlin ....................... 3 Hình 1.2. Cấu trúc các block của hemiasterlin ............................................... 4 Hình 3.1. Phổ 1H-NMR của hợp chất 11 ...................................................... 31 Hình 3.2. Phổ 1H-NMR của hợp chất 12 ...................................................... 32 Hình 3.3. Phổ 13C-NMR của hợp chất 12 ..................................................... 33 Hình 3.4. Phổ 1H-NMR của hợp chất 14 ...................................................... 35 Hình 3.5. Phổ 1H-NMR của hợp chất 15 ...................................................... 36 Hình 3.6. Phổ 1H-NMR của hợp chất 16 ...................................................... 38 Hình 3.7. Phổ 1H-NMR của hợp chất 17 ...................................................... 39 Hình 3.8. Phổ 1H-NMR của hợp chất 18 ...................................................... 40 Hình 3.9. Phổ 1H-NMR của hợp chất 19 ...................................................... 41 Hình 3.10. Phổ 1H-NMR của hợp chất 20 .................................................... 43 Hình 3.11. Phổ 13C-NMR của hợp chất 20 ................................................... 44 Hình 3.12. Phổ 1H-NMR của hợp chất 21 .................................................... 46 Hình 3.13. Phổ 13C-NMR của hợp chất 21 ................................................... 47 Hình 3.14. Phổ 1H-NMR của hợp chất 22 .................................................... 49 Hình 3.15. Phổ 13C-NMR của hợp chất 22 ................................................... 50 i
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1. ....................................................................................................... 5 Sơ đồ 1.2. Tổng hợp block 1 của hemiasterlin .............................................. 6 Sơ đồ 1.3. Tổng hợp block 3 của hemiasterlin .............................................. 6 Sơ đồ 1.4. Tổng hợp mạch nhánh của hemiasterlin ..................................... 7 Sơ đồ 1.5. Tổng hợp block 1 bằng con đƣờng azlacton ................................ 8 Sơ đồ 1.6. Tổng hợp block 1 bằng con đƣờng epoxy hóa ............................ 9 Sơ đồ 1.7. Tổng hợp block 1 của Vedej ...................................................... 10 Sơ đồ 1.8. Tổng hợp block 1 của Durst....................................................... 11 Sơ đồ 1.9. ..................................................................................................... 12 Sơ đồ 1.10 .................................................................................................... 13 Sơ đồ 1.11 .................................................................................................... 15 Sơ đồ 1.12 .................................................................................................... 15 Sơ đồ 1.13 .................................................................................................... 16 Sơ đồ 1.14 .................................................................................................... 16 Sơ đồ 1.15 .................................................................................................... 17 Sơ đồ 1.16 .................................................................................................... 17 Sơ đồ 1.17 .................................................................................................... 18 Sơ đồ 3.1. Tổng hợp dẫn xuất hemiasterlin ................................................ 29 Sơ đồ 3.2. Tổng hợp axetyl glyxin .............................................................. 30 Sơ đồ 3.3. Cơ chế phản ứng tổng hợp axetyl glyxin ................................... 30 Sơ đồ 3.4. Tổng hợp chất 11 ....................................................................... 30 Sơ đồ 3.5. Cơ chế phản ứng tổng hợp oxazolone ....................................... 31 Sơ đồ 3.6. Tổng hợp chất 12 ....................................................................... 32 Sơ đồ 3.7. Tổng hợp chất 14 ....................................................................... 34 Sơ đồ 3.8. Tổng hợp chất 15 ....................................................................... 36 Sơ đồ 3.9. Tổng hợp chất 16 ....................................................................... 37 ii
Sơ đồ 3.10. Cơ chế phản ứng wittig ............................................................ 37 Sơ đồ 3.11. Sơ đồ tổng hợp chất 17 ............................................................ 38 Sơ đồ 3.12. Tổng hợp chất 18 ..................................................................... 40 Sơ đồ 3.13. Tổng hợp chất 19 ..................................................................... 41 Sơ đồ 3.14. Tổng hợp chất 20 ..................................................................... 42 Sơ đồ 3.15. Tổng hợp chất 21 ..................................................................... 45 Sơ đồ 3.16. Tổng hợp chất 22 ..................................................................... 48 iii
BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Chú thích 1 KHMDS Potassium Hexamethyldisilazane 2 DIBAL-H Diisobutylaluminium hydride 3 THF Tetrahydrofuran 4 NMO N-methylmorpholine acid 5 TPAP Tetra propylammonium perruthenate 6 DMF Dimethylformamide 7 DMAP 4-Dimethylaminopyridine 8 TFA Trifluoroacetic acid 9 DMSO Dimethyl sulfoxide 10 TMSCN Trimethylsilyl cyanide (Benzotriazol-1-yloxy)tripyrrolidinophosphonium 11 PyBOP hexafluorophosphate 12 DIEA N,N-Diisopropylethylamine 13 HPLC High-performance liquid chromatography 14 SPA 110 Synthetic peptide analog 110 15 KN(TMS)2 Potassium bis(trimethylsilyl)amide 16 SKLM Sắc ký lớp mỏng 17 TMAC Trimethylacetyl chloride 18 MS Mass spectrometry 19 NMR Nuclear magnetic resonance 1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide 20 EDC hydrochloride 21 DCC Dicyclohexylcarbodiimide 22 LDA Lithium diisopropylamide 23 HOBt 1 - Hydroxybenzotriazole iv
MỞ ĐẦU Nghiên cứu tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học từ sinh vật biển là xu hƣớng đang phát triển mạnh mẽ. Hiện nay, có khoảng gần 20000 hợp chất đƣợc phân lập từ sinh vật biển. Tuy nhiên, việc thu thập mẫu sinh vật biển rất khó khăn và số lƣợng không nhiều. Các hợp chất tách chủ yếu để phục vụ xác định cấu trúc và đánh giá hoạt tính in vitro, là khuôn mẫu cho các nghiên cứu tổng hợp bằng con đƣờng sinh học hoặc hóa học. Nghiên cứu tổng hợp toàn phần và bán tổng hợp các hợp chất có nguồn gốc sinh vật biển đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu, cung cấp đủ mẫu cho các nghiên cứu sâu về hoạt tính in vivo và thử nghiệm lâm sàng, đồng thời có thể thay đổi tạo thành các dẫn xuất mới có cấu trúc và hoạt tính lý thú. Hemiasterlin là một tripeptid có hoạt tính chống ung thƣ ở ngƣỡng nM với nhiều dòng tế bào ung thƣ thực nghiệm, đƣợc phân lập từ loài hải tiêu Hemiasterella minor vào năm 1994. Đã có rất nhiều nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất mới của hemiasterlin bằng cách thay từng block 1, block 2 và block 3 trên phân tử nguyên gốc bằng những nhóm thế mới tạo thành các dẫn xuất mới của hemiasterlin có cấu trúc độc đáo và hoạt tính rất lý thú. Tuy nhiên block 1 có chứa nhóm α,α-dimetylbenzylic và có chứa cacbon bất đối nên tổng hợp block 1 gặp rất nhiều khó khăn. Từ ý tƣởng các hợp chất có chứa hệ α,β-liên hợp làm trung tâm thu nhận các nucleophile sinh học theo phản ứng Michael mở ra hƣớng mới trong tổng hợp các dẫn xuất của hemiasterlin có hoạt tính chống ung thƣ theo hƣớng alkyl hóa các DRN va ARN. Vì vậy, chúng tôi chọn đề tài: “Tổng hợp một số mạch nhánh của hemiasterlin” theo hƣớng đơn giản hóa cấu trúc rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 1
CHƢƠNG 1-TỔNG QUAN 1.1. PHÂN LẬP VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA HEMIASTERLIN Hemiasterlin (1) là tripeptid đƣợc Kashman và cộng sự phân lập từ loài Hải tiêu Hemiasterella minor, năm 1994 [2]. Sau đó, Raymond J. Andersen và các cộng sự đã phân lập đƣợc hemiasterlin A (2), hemiasterlin B (3) từ loài Hải tiêu Auletta và Cymbastella [3]. Cấu trúc tripetid của các hemiasterlin đã đƣợc Kashman và Andersen chứng minh bằng các phƣơng pháp phổ cộng hƣởng từ hạt nhân một chiều và hai chiều. Do cấu trúc phức tạp của hemiasterlin và hàm lƣợng hemiasterlin trong các mẫu Hải tiêu rất thấp (0,01% khối lƣợng mẫu khô), nên năm 1996 cấu trúc mạch thẳng với ba amino axit bất thƣờng và cấu hình không gian của hemiasterlin mới đƣợc khẳng định nhờ phổ nhiễu xạ tia X [4]. Năm 1999, nhóm nghiên cứu của Chandra K. Westergaard, Michael R. Boyd và các cộng sự đã phân lập đƣợc bốn dẫn xuất hemiasterlin (1), hemiasterlin A, B và C (2-4) từ hai loài Hải tiêu Auletta sp. và Siphonochalina spp., đây là lần đầu tiên hemiasterlin C (4) đƣợc phân lập chứng minh cấu trúc [5]. Kết quả sàng lọc hoạt tính ban đầu cho thấy hemiasterlin (1) có khả năng gây độc tế bào mạnh với IC50 = 19nM trên dòng tế bào ung thƣ P388 leukaemia [2,4]. Các dẫn chất hemiasterlin A, B và C có hoạt tính kháng lại tế bào ung thƣ MCF 7 mạnh hơn hemiasterlin [2]. Hoạt tính độc tế bào của hemiasterlin là do làm ngƣng trệ sự phân bào ở giai đoạn metaphase của động học tế bào nhờ ức chế quá trình polyme hóa 2
tubulin bởi sự gắn kết của hemiasterlin lên vị trí Vinca alkaloid của tubulin. Tác động này tƣơng tự nhƣ một số tác nhân chống ung thƣ khác gắn kết lên tubulin đã đƣợc ứng dụng trong hóa trị liệu ung thƣ paclitaxel hoặc vinblastin, ở khoảng liều ED50 từ 0,5nM đến 28nM [5]. 1.2. QUAN HỆ HOẠT TÍNH VÀ CẤU TRÚC CỦA HEMIASTERLIN Kết quả khảo sát quan hệ cấu trúc - hoạt tính của hemiasterlin và dẫn xuất cho thấy hoạt tính của chúng phụ thuộc nhiều vào sự có mặt của nhóm α,α-dimetylarylic tại C-α của block 1 cùng với nhóm NHMe phía đầu N của peptid [6]. Ngoài ra, các nhóm tert-butyl của block 2, nhóm isopropyl của block 3 đóng vai trò quan trọng cho hoạt tính của hemiasterlin do các nhóm này có khả năng kết hợp (binding) với tubulin nhờ liên kết van der Waals. Đặc biệt, cấu hình của nhóm metyl amino của block 1, nhóm tert-butyl của block 2 và nhóm isopropyl của block 3 phải có cùng cấu hình tuyệt đối S và liên kết đôi của block 3 phải có cấu hình E-olefin [6]. Hình 1.1. Mối quan hệ cấu trúc và hoạt tính của hemiasterlin 1.3. DẪN XUẤT HTI-286 CỦA HEMIASTERLIN Đã có rất nhiều nghiên cứu tạo ra các dẫn xuất mới của hemiasterlin bằng cách thay từng block 1, block 2 và block 3 trên phân tử nguyên gốc bằng những nhóm thế mới và khảo sát hoạt tính chống ung thƣ của chúng [6,7,8,9]. Kết quả đã nhận đƣợc một số dẫn xuất mới của hemiasterlin với cấu trúc độc đáo và hoạt tính rất lý thú. Trong đó HTI-286 (5) là dẫn xuất có cấu trúc lƣợc giản của hemiasterlin có sự thay thế N-metyltryptophan bằng nhóm phenyl, 3
hoạt tính gây độc tế bào của HTI-286 mạnh hơn hemiasterlin. Ngoài ra, dẫn xuất bán tổng hợp khác của HTI-286 là chất 6, trong đó nhân phenyl có mang nhóm thế para-methoxyl còn có hoạt tính mạnh hơn. 1.4. TỔNG HỢP TOÀN PHẦN HEMIASTERLIN Hemiasterlin có cấu trúc độc đáo và hoạt tính sinh học lý thú đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên, hàm lƣợng của hemiasterlin trong tự nhiên rất thấp (0,01%) [10]. Andersen và Piers đã đƣa ra phƣơng pháp tổng hợp toàn phần hemiasterlin lần đầu tiên năm 1997 [11,12]. Để tổng hợp toàn phần hemiasterlin, ngƣời ta phân tích tổng hợp ngƣợc từ các block1, block 2 và block 3 sau đó tổng hợp từng block và ghép nối các block tạo thành hemiasterlin. Hình 1.2. Cấu trúc các block của hemiasterlin Bƣớc khó nhất của qui trình tổng hợp hemiasterlin là block 1 do cần phải điều khiển cấu hình bất đối của nhóm amid. Sơ đồ tổng hợp block 1 đƣợc tóm tắt nhƣ sau: 4
Sơ đồ 1.1. Indol-3-ylaxetic axit (7) đƣợc chuyển hóa thành dẫn xuất metyl este 8 nhờ phản ứng với diazometan, tiếp theo hợp chất 8 đƣợc metyl hóa liên tiếp hai lần trong sự có mặt của bazơ mạnh KHMDS với tác nhân metyl hóa MeI trong dung môi THF, tạo thành sản phẩm dimetyl hóa 10. Sau đó, khử hóa chọn lọc chất 10 bằng tác nhân DIBAL-H trong THF ở nhiệt độ thấp tạo thành ancol bậc một 11. Tiếp theo ancol 11 đƣợc oxy hóa chọn lọc bằng NMO trong sự có mặt của TPAP trong dung môi diclometan tạo thành andehit 12. Tăng mạch cacbon của chất 12 nhờ phản ứng Wittig với Ph3PCH2OMeCl, xúc tác t-BuOK trong dung môi THF tạo thành chất 13, thủy phân chất 13 bằng TsOH trong dioxan tạo thành andehit 14, sau đó chất 14 đƣợc oxy hóa bằng tác nhân natri clorit trong môi trƣờng kiềm yếu tạo thành axit 15 (sơ đồ 1.1). Chất 15 đƣợc gắn với tác nhân Evan tạo thành chất 16, tiếp theo hợp chất 16 đƣợc azit hóa chọn lọc bằng tác nhân trisyl N3 tạo thành chất 17a có độ chọn lọc lập thể cao nhờ định hƣớng của tác nhân Evan. Sau đó, azit 17a đƣợc khử hóa bằng hydro có xúc tác Pd(C) tạo thành amin 17b. Nhóm amin của chất 17b đƣợc bảo vệ bằng Boc nhờ phản ứng với Boc2O trong dung môi etyl axetat tạo thành chất 17c. Hợp chất 17c đƣợc loại bỏ tác nhân Evan nhờ 5
phản ứng oxy hóa bằng H2O2 trong môi trƣờng kiềm LiOH tạo thành axit 18a, sau đó metyl hóa chất 18a bằng MeI có mặt của tác nhân kiềm NaH trong dung môi DMF tạo thành chất 18b. Thủy phân hợp chất 18b bằng LiOH trong dung môi MeOH/H2O tạo thành axit 18c (block 1) (sơ đồ 1.2). Sơ đồ 1.2. Tổng hợp block 1 của hemiasterlin Block 3 có chứa nhóm olefin cấu hình E nên phải điều khiển lập thể cho tổng hợp chọn lọc nhóm olefin, sơ đồ tổng hợp đƣợc Andrenson đƣa ra nhƣ sau: Sơ đồ 1.3. Tổng hợp block 3 của hemiasterlin 6
Nguyên liệu (S)-N-Boc-methylvaline 19 phản ứng với [H2N(OMe)Me]Cl trong sự có mặt của DCC và i-Pr2Net, trong dung môi axetonnitrin tạo thành Weinreb amid 20. Tiếp theo, khử hóa chất 20 với tác nhân LiAlH4 trong THF ở -78oC tạo thành andehit 21 với hiệu suất 55% [13,14]. Phản ứng của chất 21 với tác nhân Wittig Ph3P=C(Me)CO2Et trong dung môi CH2Cl2 tạo thành sản phẩm chọn lọc lập thể E-2-alkenoate 22. Sau đó loại bỏ nhóm bảo vệ Boc của chất 22 bằng axit trifloaxetic tạo thành chất 23 (block 3) với hiệu suất 95%. Andrenson đã sử dụng block 2 là Boc-leucine (24) ghép với block 3 (23) trong sự có mặt của tác nhân PyBroP và DMAP trong dung môi diclometan tạo thành chất 25. Sau đó loại nhóm bảo vệ Boc nhờ phản ứng TFA tạo thành muối 26, tiếp theo muối này phản ứng với chất 18c (block 1) tạo thành dẫn xuất etyl este 27. Nhóm Boc của este 27 đƣợc loại bỏ nhờ phản ứng với TFA tạo thành muối 28, cuối cùng thủy phân chất 28 bằng LiOH trong hỗn hợp dung môi metanol/nƣớc ở nhiệt độ phòng trong thời gian 15h tạo thành hemiasterlin (1) với hiệu suất 83% [2] (sơ đồ 1.4). Sơ đồ 1.4. Tổng hợp mạch nhánh của hemiasterlin Nhƣ vậy, lần đầu tiên Andrenson đã tổng hợp toàn phần hemiasterlin với hiệu suất cao nhờ tổng hợp riêng biệt các block 1,2 và 3 trong cấu trúc của hemiasterlin. 7
1.5. CÁC PHƢƠNG PHÁP THAY ĐỔI BLOCK 1 Kết quả tổng hợp toàn phần hemiasterlin của Andrenson đã khẳng định sự khó khăn trong tổng hợp block 1, do phải thực hiện liên tiếp 15 phản ứng và phải điều khiển lập thể của nhóm metyl amoni, hiệu suất tổng không cao. Do đó, ngƣời ta đã có nhiều nghiên cứu nhằm cải tiến phƣơng pháp tổng hợp block 1. 1.5.1. Phƣơng pháp tổng hợp block 1 của Ayako Yamashita Nhằm cải tiến phƣơng pháp tổng hợp block 1 của hemiasterlin Ayako Yamashita và cộng sự đã nghiên cứu và đƣa ra hai phƣơng pháp tổng hợp. Phƣơng pháp đầu tiên qua con đƣờng tổng hợp azlacton, phƣơng pháp thứ hai qua tổng hợp epoxit từ nguyên liệu đầu aryl andehit. Tổng hợp block 1 qua con đƣờng tổng hợp azlacton đƣợc tóm tắt nhƣ sơ đồ sau: Sơ đồ 1.5. Tổng hợp block 1 bằng con đƣờng azlacton Các aryl andehit 29 phản ứng với axetyl glyxin trong sự có mặt của xúc tác natri axetat, dung môi anhidrit axetic khan, tại nhiệt độ phòng tạo thành 8
chất chìa khóa azlacton 30. Thủy phân azlacton 30 trong dung dịch NaOH 1N ở nhiệt độ 80oC, ngay sau đó đƣợc axit hóa trong HCl 5N tạo thành axit 31. Axit 31 đƣợc metyl hóa bằng tác nhân MeI trong sự có mặt của kiềm NaOH trong dung môi THF tạo thành dẫn xuất dimethyl 32. Tiếp theo, dimethyl 32 phản ứng với MeNH2 trong dung môi THF tại nhiệt độ 55oC tạo thành imin 33, imin 33 đƣợc khử hóa chọn lọc bằng tác nhân BF3/pyridine ở nhiệt độ 60oC trong thời gian 4h tạo thành hợp chất 34 (block 1) [15,16,17,18]. Phƣơng pháp tổng hợp qua con đƣờng azlacton ở trên còn gặp nhiều khó khăn trong giai đoạn thủy phân azlacton 30 về axit 31 do quá trình thủy phân không chọn lọc do tạo thành amid và hiệu suất phản ứng thấp. Do đó, Ayako Yamashita đã đƣa ra phƣơng pháp thứ hai là qua con đƣờng epoxit hóa, sơ đồ tổng hợp đƣợc tóm tắt nhƣ sau: Sơ đồ 1.6. Tổng hợp block 1 bằng con đƣờng epoxy hóa Andehit 35 phản ứng với isopropyldiphenylsulfonium tetraﬂuoroborate 36 trong sự có mặt của tác DME và xúc tác kiềm mạnh LDA trong dung môi CH2Cl2 ở -78oC sau đó nâng dần lên -40oC trong 15h tạo thành epoxide 37 [19]. Tiếp theo, mở vòng 37 với sự có mặt của acid Lewis trong benzen ở 60oC tạo thành andehit 38 với hiệu suất 89%. Phản ứng của 38 với MeNH2, KCN, MeOM trong H2O cho amino-nitril 39, hiệu suất 89%. Thủy phân nhóm nitril của chất 39 bằng LiOH trong H2O2 trong thời gian chậm (2-5 9
ngày) nhận đƣợc 40 với hiệu suất thấp 25%. Sau đó, thực hiện phản ứng in situ của chất 40 với lƣợng dƣ Boc2O trong dung môi MeCN thu đƣợc chất trung gian 41, sau đó bổ sung tác nhân DMAP và i-Pr2EtN tạo thành chất trung gian 42, tiếp theo thủy phân chất trung gian 42 trong NaOH tạo thành chất 43 (block 1), hiệu suất 88% [18,19,20]. 1.5.2. Phƣơng pháp tổng hợp block 1 của Vedej Do sự khó khăn cho tổng hợp nhóm dimetyl của block 1 nên Vedej đã đƣa ra phƣơng pháp tổng hợp block1 từ nguyên liệu có chứa sẵn hai nhóm dimetyl, sơ đồ phản ứng đƣợc trình bày nhƣ sau: Sơ đồ 1.7. Tổng hợp block 1 của Vedej Nguyên liệu dimetyl 44 phản ứng với (R)-2-phenylglycinol với sự có mặt của Sc(OTf)3 và Bu3SnCN, trong dung môi CH2Cl2 ở 0oC tạo thành hỗn hợp racemic 45 và 46. Tiếp theo hợp chất 45 và 46 đƣợc oxy hóa với H2O2 trong môi trƣờng kiềm K2CO3, trong dung môi DMSO và MeOH ở 45oC thu đƣợc cặp đồng phân tƣơng ứng 47, 48. Hợp chất 48 đƣợc khử hóa bằng H2 nhờ xúc tác Pd(OH)2/C trong MeOH thu đƣợc chất 49. Sau đó chất 49 phản ứng với BtsCl trong môi trƣờng kiềm Na2CO3 và dung môi CH2Cl2-H2O cho hợp chất 50. Metyl hóa hợp chất 50 bằng MeI trong dung môi DMF ở 35oC tạo thành chất 51. Cuối cùng, bảo vệ nhóm amid bậc một của chất 51 bằng 10
Boc2O có mặt của xúc tác DMAP trong dung môi CH3CN thu đƣợc chất 52 [20]. Nhƣ vậy, block 1 đƣợc Vedej tổng hợp qua 6 bƣớc tƣơng đối phức tạp với hiệu suất 50%. 1.5.3. Tổng hợp block 1 của Durst Block 1 đã đƣợc Durst tổng hợp từ nguyên liệu N-methyllindole (53) và 3,3-dimethyloxirane-2-carbonitrilequa 8 bƣớc phản ứng, đƣợc tóm tắt nhƣ sau: Sơ đồ 1.8. Tổng hợp block 1 của Durst Nguyên liệu đầu 53 phản ứng với cyanodimetylepoxid 54, có mặt của SnCl4 trong dung môi CH2Cl2 ở -78oC tạo thành chất 55. Thủy phân hợp chất 55 bằng NaOH trong dung môi EtOH tạo thành hợp chất cacbonyl 56, hiệu suất 95%. Tiếp theo, chất 56 phản ứng với (R)-phenylglycinol và khử hóa bằng TMSCN trong dung môi CH2Cl2 tạo thành chất 57. Loại bỏ nhóm (R)- phenylglycinol nhờ phản ứng thủy phân tạo thành chất 58. Bảo vệ một nguyên tử hydro của nhóm NH2 của 58 nhờ phản ứng với Boc2O trong sự có mặt của xúc tác Na2CO3 trong dung môi THF/H2O, sau đó metyl hóa bằng MeI trong dung môi DMF, xúc tác NaH tạo thành hợp chất 59 với hiệu suất 65%. Hợp chất 59 dễ dàng đƣợc thủy phân trong NaOH tạo thành block 1 [22]. 1.6. PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP BLOCK 2 VÀ BLOCK 3 Ngƣời ta cũng có thể thay đổi cấu trúc của block 2 và block 3 để tổng hợp các dẫn xuất mới của hemiasterlin có cấu trúc lý thú. Trọng tâm của việc thay đổi cấu trúc trên block 2 và block 3 làm đa dạng hóa cấu trúc của các 11