VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN HÓA HỌC
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT
TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO CỦA CÁC HỢP CHẤT
QUINAZOLIN
Chuyên ngành : Hóa học hữu cơ
Mã số : 9.44.27.01
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
1
HÀ NỘI – 2019
Công trình đƣợc hoàn thành tại Viện Hóa học- Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt nam
Người hướng dẫn khoa học:
1. GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến
2. TS. Đặng Thị Tuyết Anh
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, tại Học
viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam. Số 18 - Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội. Vào
hồi ... giờ …..ngày ... tháng ... năm 2019
2
A. GIỚI THIỆU VỀ LUẬN ÁN
1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án
Quinazoline là lớp chất đầy tiềm năng trong thiết kế tổng hợp các loại
thuốc chống ung thư theo cơ chế ức chế enzyme kinase [1-4]. Gefitinib
(Iressa), erlotinib (Tarceva), lapatinib (Tykerb) và vandetanib (Caprelsa) là
các hợp chất quinazoline tiêu biểu đã được đưa vào sản xuất thuốc điều trị
ung thư. Trong đó Gefitinib và Erlotinib là thuốc hoá trị liệu thụ thể yếu tố
tăng sinh biểu bì (EGFR) thế hệ đầu tiên được sử dụng để điều trị ung thư
phổi không tế bào nhỏ. Thuốc Erlotinb là một dẫn xuất của quinazoline có
tên thương mại là Tarceva, được sản xuất bởi hãng dược phẩm Hoffmann -
La Roche. Thuốc được sử dụng có hiệu quả cao cho điều trị bệnh ung thư
phổi không phải tế bào nhỏ (UTPKPTBN) có đột biến hoạt hóa EGFR. Đây
là phương pháp đột phá trong điều trị UTPKPTBN tạo ra cơ hội kéo dài thời
gian sống với chất lượng sống cao hơn. Ở Việt Nam, thuốc Tarceva có thành
phần là erlotinib hydrochloride chưa được sử dụng rộng rãi, trước hết vì chi
phí điều trị bằng Tarceva rất đắt tiền, 2.000 USD/chu kỳ điều trị (một chu kỳ =1
tháng), giá bán trên thị trường Việt Nam khoảng 42 triệu đồng/lọ /30 viên loại 150mg.
Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá hoạt tính gây độc tế
bào của các hợp chất quinazolin” là hướng nghiên cứu rất có ý nghĩa khoa
học và thực tiễn.
2. Mục tiêu luận án: 1. Nghiên cứu cải tiến quy trình tổng hợp thuốc erlotinib hydrocloride.
2. Nghiên cứu tổng hợp và xác định cấu trúc dẫn xuất quinazoline.
3. Nghiên cứu tổng hợp và xác định cấu trúc của các hợp chất lai giữa các
1
dẫn xuất quinazoline với các azide qua cầu nối triazole.
4. Nghiên cứu thử hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất lai tổng hợp được
trên ba dòng tế bào ung thư ở người bao gồm KB (ung thư biểu mô, Hep-G2
(ung thư gan) và Lu (ung thư phổi không phải tế bào nhỏ).
3. Điểm mới của luận án:
a. Đã tổng hợp thành công erlotinib hidrocloride theo quy trình cải tiến mới.
b. Tổng hợp được 23 dẫn xuất quinazoline mới trong đó 19 dẫn xuất lai
chứa vòng triazole:
* 4 dẫn xuất lai của erlotinib với các azide khác nhau qua cầu nối triazole
* 4 dẫn xuất quinazoline -4- amin chứa nhóm crown ete ở vị trí C-6, C-7
theo con đường hoàn toàn mới. Các dẫn xuất này dùng để lai hóa với các
azide có các hoạt tính khác qua cầu nối triazole bằng phản ứng click.
* 15 hợp chất lai của các crown ether quinazoline với các azide qua cầu nối triazole
c. Đã khẳng định được cấu trúc của các hợp chất lai mới từ kết quả phân tích dữ liệu phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR và 13C- NMR, HMBC, HSQC) và phổ khối lượng (HRMS).
d. Đã đánh giá hoạt tính của 19 dẫn xuất quinazoline mới trên ba dòng tế bào
ung thư ở người bao gồm KB (ung thư biểu mô, Hep-G2 (ung thư gan) và Lu
(ung thư phổi không phải tế bào nhỏ) trong đó có 13 chất có khả năng gây
độc tế bào ung thư khảo sát. Trong số đó có 8 chất thể hiện hoạt tính chống
tế bào ung thư mạnh với giá trị IC50 có giá trị từ 2 đến 6 µM. e. Sử dụng mô phỏng protein docking để dự đoán hoạt tính hướng đích của
các hợp chất 120d, 122a, 122b, 123c
f. Đã tổng hợp được hợp chất 122a có hoạt tính ức chế mạnh nhất đối với cả
ba dòng tế bào KB, Hep-G2 và Lu với giá trị IC50 tương ứng là 0,04 µM, 0,14 µM và 1,03 µM, tương ứng cao gấp 100 lần so với erlotinib. Hợp chất 123c có
2
giá trị IC50 (1.49; 1.61; 1.81 µM) tương đương với chất chuẩn Ellipticine (IC50 lần lượt là 1.95; 2.72; 1.38 µM).
4. Bố cục của luận án:
Luận án gồm 129 trang gồm:
Mở đầu 2 trang.
Chương 1: Tổng quan 31 trang
Chương 2: Thực nghiệm 25 trang.
Chương 3: Kết quả và thảo luận 57 trang.
Phần tài liệu tham khảo có 122 tài liệu về lĩnh vực liên quan của luận án,
được cập nhật đến năm 2018.
Phần phụ lục gồm 62 trang gồm các loại phổ của các chất tổng hợp được.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Các chất được tổng hợp theo các phương pháp tổng hợp hữu cơ hiện đại
đã biết, có cải tiến và vận dụng thích hợp vào các trường hợp cụ thể. Sản
phẩm phản ứng được làm sạch bằng phương pháp sắc kí cột và kết tinh lại.
Cấu trúc của sản phẩm được xác định bằng các phương pháp phổ hiện đại như: IR, HRMS, ESI-MS, 1H-NMR, 13C-NMR, HMBC, HSQC, DEPT. Hoạt tính sinh học được thăm dò theo phương pháp của Mossman trên ba dòng tế
bào ung thư KB, Hep-G2và Lu.
Sử dụng mô phỏng protein docking để dự đoán hoạt tính hướng đích của các
hợp chất tổng hợp được.
B. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
Phần tổng quan của luận án trình bày các nội dung sau:
3
- Các phương pháp tổng hợp quinazoline - Các phương pháp tổng hợp erlotinib - Hoạt tính chống ung thư của dẫn xuất quinazoline - Phản ứng click - Kỹ thuật protein docking
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM
Thực nghiệm gồm 25 trang, trình bày chi tiết về các phương pháp
nghiên cứu, quy trình tổng hợp, tinh chế, các tính chất vật lý của các sản
phẩm nhận được như: điểm chảy, hình thái, màu sắc, hiệu suất phản ứng và dữ liệu chi tiết các phổ IR, HRMS, 1H-NMR, 13C-NMR, HMBC, HSQC, DEPT. CHƢƠNG 3: THẢO LUẬN KẾT QUẢ
3.1. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Luận án này tập trung nghiên cứu xây dựng quy trình tối ưu tổng hợp
erlotinib hydrochloride (sơ đồ 3.1) nhằm đưa ra quy trình tổng hợp erlotinib
hydrochloride có khả năng ứng dụng vào sản xuất ở Việt Nam, tổng hợp các dẫn
xuất mới của quinazoline (sơ đồ 3.2) và các hợp chất lai giữa khung quinazoline với
nhóm triazole (sơ đồ 3.3) để tìm kiếm các hợp chất mới có hoạt tính sinh học lý thú.
(a) BrCH2CH2OCH3, K2CO3, Bu4NHSO4, DMF, 110°C; (b) H2O, CH3OH, KOH, 30oC; (c)
Urea, 210-220°C; (d) P2O5, xylene, đun hồi lưu; (e) HNO3, acid acetic băng, 0°C; (f)
Na2S2O4, H2O, HCl; (g) DMF-DMA, acid acetic, toluen, 105°C; (h) 3-ethynylaniline, acid acetic, toluen, 60-110oC; (i) khí HCl, CH3OH, 15-20°C.
4
Sơ đồ 3.1: Quy trình tổng hợp erlotinib hydrocloride (93)
Sơ đồ 3.2: Tổng hợp các dẫn xuất quinazoline chứa nhóm crown ether ở vị trí
Thuốc thử và các điều kiện: (a) NH2OH.HCl, NaOH, MeOH, H2O, khuấy, 30-60 phút, 95- 98%; (b) Ac2O, hồi lưu, 8-12 h, 90-95%; (c) Na2S2O4, H2O, 50-65oC, 3-4 h, 80-85%; (d) 1,2- dicloethan, hoặc 1,3-dibrompropan, K2CO3, Bu4NHSO4, acetone, hồi lưu, 10 h; (e) H2O, MeOH, KOH, 30oC, 4 h; (f) Urea, 150-160 °C, 5 h; (g) P2O5, xylene, hồi lưu, 5 h; (h) HNO3, acid acetic băng, 0°C, 2 h (i) DMF-DMA, acid acetic, toluene, hồi lưu, 4-6 h; (k) 3- etynylaniline, acid acetic, toluene, 60oC-110oC, 4-6 h, 50-63%.
C-6, C-7
5
Sơ đồ 3.3: Tổng hợp các hợp chất lai của dẫn xuất quinazoline 119a-d với các azide qua cầu nối triazole. Thuốc thử và điều kiện: 1 equiv 4-anilinoquinazoline 119a-d, 1,1 azide equiv, 12 equiv DIPEA, 0,2 equiv CuI, THF, khuấy, 1-2 ngày, 70-90%.
3.2. TỔNG HỢP ERLOTINIB HYDROCLORIDE
Từ các phương pháp tổng hợp erlotinib hydrochloride được đề cập
trong tài liệu tham khảo như mô tả trong các sơ đồ 1.15-1.23 và các kết quả
nghiên cứu bước đầu của nhóm tác giả, nhận thấy mỗi phương pháp đều có
những ưu nhược điểm nhất định. Hai khó khăn lớn nhất của các phương
pháp là khử hóa nhóm nitro thành nhóm amin và phản ứng tổng hợp chất
trung gian 4-chloroquinazoline. Để lựa chọn con đường tổng hợp thuốc này
phù hợp với điều kiện ở Việt Nam, chúng tôi đã nghiên cứu kỹ các ưu và
nhược điểm của từng phương pháp kết hợp với những nghiên cứu bước đầu,
chúng tôi lựa chọn phương pháp phù hợp để nghiên cứu, cải tiến tổng hợp
erlotinib hydrochloride như trong sơ đồ 3.1.
Sản phẩm 93 được xác định cấu trúc bằng các phương pháp phổ hiện đại 1H-NMR, 13C-NMR. Erlotinib hydrocloride 93 là chất rắn màu vàng có điểm chảy 228-229oC. IR 3277, 3053, 3021, 2922, 2896, 2820, 2745, 2710, 1667, 1564, 1510, 1446, 1284, 1122, 8920 cm-1. 1H-NMR (DMSO-d6) 11,45
(s, 1H, NH); 8,81 (s, 1H, H-Ar); 8,30 (s, 1H, H-Ar); 7,90-7,72 (m, 2H, H-
Ar); 7,53-7,33 (m, 3H, HAr); 4,45-4,25 (m, 4H, CH2O); 3,79-3,70 (m, 4H, CH2O), 3,40 (s, 1H, C≡CH), 3,25 (s, 6H, OCH3). 13C-NMR (DMSO-d6)
170,2; 159,1; 155,1; 151,2; 147,3; 142,3; 130,9; 125,8; 124,0; 122,3; 117,65;
114,2; 108,8; 100,9; 87,1; 80,6; 76,7; 73,5; 51,3.
3.3. TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT LAI CỦA ERLOTINB- TRIAZOLE
Việc tổng hợp các hợp chất có cấu trúc lai giữa hai hoặc nhiều các
chất có hoạt tính sinh học với nhau cũng là vấn đề hết sức lý thú và mới mẻ,
hiện nay được nhiều nhà khoa học quan tâm. Tổng hợp một hợp chất lai từ
hai hợp chất có hoạt tính chống ung thư, đặc biệt là các chất hoạt động theo
6
cơ chế tác dụng khác nhau có thể làm tăng hoạt tính hoặc cải thiện những
nhược điểm của các hợp chất ban đầu. Mặt khác, các hợp chất có cấu trúc lai
khi đưa vào cơ thể sẽ được thủy phân dần dần nhờ những enzym trong cơ thể
tạo ra các chất ban đầu, do vậy giảm hiệu ứng phụ và tăng hiệu quả do có
thời gian bán hủy dài. Để tìm kiếm và mở rộng những hoạt tính mới lý thú của
các dẫn xuất erlotinib, chúng tôi đã nghiên cứu tổng hợp các hợp chất lai của
erlotinib với các azide qua cầu nối triazole bằng phản ứng click. Kết quả thu
được 4 dẫn xuất mới là 105a-d.
Hình 3.19: Cấu trúc hóa học và một số đặc trƣng vật lý của các hợp chất
105a-d
Cấu trúc dự kiến của các hợp chất lai 105a-d được khẳng định bằng các dữ kiện phổ IR, MS, 1H-NMR và 13C-NMR của chúng. 6,7-Bis(2-methoxyethoxy)-N-(3-(1-(3-nitro-phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-
yl)phenyl) quinazoline-4-amine 109b
7
Chất rắn không màu. Nhiệt nóng chảy 121oC. Hiệu suất 83%.
IR (KBr) cm-1: 2930, 1623, 1583, 1535, 1507, 1442, 1350, 1238, 1034, 928. 1H-NMR (DMSO-d6, 500 MHz) δ: 9.61 (1H, s, NH), 9.56 (1H, s), 8.81 (1H, t, J = 2 Hz), 8.51-8.47 (2H, m), 8.40 (1H, s), 8.35-8.33 (1H, m), 7.95-7.92
(3H, m), 7.67 (1H, d, J = 5.5 Hz), 7.53 (1H, t, J = 8 Hz), 7.23 (1H, s), 4.33-
4.28 (4H, m, CH3OCH2CH2O), 3.81-3.75 (4H, m, CH3OCH2CH2O), 3.38 (3H, s, OCH3), 3.36 (3H, s, OCH3). 13C-NMR (DMSO-d6, 125 MHz) δ: 156.4, 153.6, 152.9, 148.6, 148.1, 147.7, 140.2, 137.2, 131.6, 103.2, 129.2,
125.9, 123.1, 122.4, 120.6, 120.1, 119.1, 114.6, 108.2, 103.3, 70.1, 70.0,
68.4, 68.1, 58.4, 58.3. LC-MS/MS (m/z) Theo tính toán: C28H28N7O6: 558.2023 [M+H]+, Tìm thấy: 558.2061. 3.4. TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT LAI CỦA DẪN XUẤT QUINAZOLINE
CHỨA NHÓM CROWN ETHER Ở VỊ TRÍ C-6, C-7.
Những nghiên cứu về mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính sinh
học (SAR) của các chất ức chế EGFR cho thấy rằng bộ khung 4-
anilinoquinazoline rất quan trọng đối với hoạt động ức chế EGFR, và các
nhóm thế tại vị trí C-6 và C-7 chủ yếu đóng góp vào tính chất hóa lý của
chúng với khả năng tương thích tốt với các nhánh cồng kềnh
[15,16,104,105]. Với những lợi thế này, trong những năm gần đây, nhiều dẫn
xuất 4-anilinoquinazoline đã được thiết kế và tổng hợp liên tiếp. Trong số
đó, các chất tương tự anilinoquinazoline được kết hợp với các chất ức chế
men tyfin EGFR mới [17,106,107]. SAR cho thấy rằng các dị vòng có chứa
oxy có kích thước vòng cao hơn 12 thành viên là các anilinoquinazoline hợp
nhất, và nhóm thế được ưu tiên trên 4-anilino là một halogen như clo, brôm,
hoặc nhóm phenyl ở vị trí meta [17,107]. Một số trong số chúng được chứng
minh là hoạt động trong xét nghiệm phosphoryl hóa nội bào EGFR qua trung
gian trong tế bào khối u của con người A431 [17] trong khi một loại khác
8
cho thấy có hoạt tính rất mạnh chống phân ly bởi sự ức chế của cả hai thụ
thể tyrosine kinase bao gồm EGFR, VEGFR, PDGFR, và nonreceptor TKs
bao gồm C-Src và Abl kinase với hoạt tính ức chế cao hơn chống lại EGFR
[107]. Theo kết quả được đề cập ở trên, và xuất phát từ erlotinib, chúng tôi
đã nghĩ ra và tổng hợp serie của các quinazoline hợp nhất vòng dioxygenated
chứa nhóm ethynyl ở vị trí meta của aniline không có vòng, với mục đích thu
thập các tác nhân hiển thị các hoạt động chống ung thư mạnh hơn.
Trong nghiên cứu này, sự tổng hợp các crown ether quinazoline
119a-d qua 5-6 bước bằng hai con đường khác nhau. Một là từ các
benzaldehyd khác nhau, hai là từ acid 3,4-dihidroxy benzoic 106 như mô tả
trong sơ đồ 3.14.
Các phản ứng tổng hợp các dẫn xuất quinazoline theo sơ đồ 3.2
Kết quả thu được 4 dẫn xuất quinazoline chứa nhóm crown ether ở vị trí C-6, C-7
Hình 3.26: Cấu trúc của 4 hợp chất 4-aminoquinazoline chứa nhóm
crown ether ở vị trí C-6, C-7 119a-d.
Cấu trúc của các hợp chất 119a-d được xác định đơn giản dựa trên
9
phân tích dữ liệu phổ, bao gồm IR và 1H-NMR, HRMS.
3.5. TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT LAI QUINAZOLINE-TRIAZOLE
Sau khi có được các 4-anilinoquinazoline chúng tôi tiến hành tổng hợp
các hợp chất lai của chúng với các azide khác nhau qua cầu nối triazole. Kết
quả thu được một loạt các dẫn xuất lai mới với ba hợp phần. Hợp phần 4-
anilinoquinazoline coi như phần khung, vòng triazole và hợp phần aryl gắn
với các nhóm thế thay đổi. Hầu hết các chất ức chế men EGFR-tyrosine
kinase đều có cùng một bộ 4-anilinoquinazoline, chỉ có các nhóm thế và các
chuỗi bên biến đổi. Do đó, sự thay thế nhóm axetylen ở vị trí C-3 của vòng
phenyl trong phân tử quinazoline ban đầu bởi một hạt nhân triazole bằng một
liên kết đơn có thể làm cứng cấu trúc của phân tử tạo thành. Do đó làm tăng
liên kết hydro giữa vòng triazole và xương sống peptide của các thụ thể
EGFR từ đó cải thiện các hoạt động ức chế của các hợp chất lai thu được.
Bên cạnh đó, chúng tôi cũng xem xét ảnh hưởng của các nhóm thế triazolyl
đến chức năng hoạt hóa sinh học của chất, đặc biệt là hai nhóm nitro- và
trifluoromethylphenyltriazole. Do đặc tính hóa học và vật lý của nitơ và flo
mà sự có mặt của một trong hai nhóm nguyên tử như NO2 và CF3 trong phân tử có thể làm tăng hoạt tính dược học có lợi cho các phân tử thu được. Do đó
các nhà hóa học hữu cơ và dược phẩm ngày càng quan tâm đến thiết kế tổng
hợp các khung chứa hai loại nhóm chức NO2 và CF3. Với những lí do đó, chúng tôi tiếp tục sử dụng phản ứng click với xúc tác đồng (I) gắn kết các
alkyne trung gian quan trọng 119a-d với nitrophenyl- và
trifluoromethylphenylazide tạo ra các hợp chất lai triazole thay thế 4-
10
anilinoquinazoline-mục tiêu 120-123a-d với hiệu suất 70-90% (sơ đồ 3.3). Cấu trúc của các hợp chất lai 120-123a-d được xác định bằng quang phổ 1H- NMR, 13C-NMR và MS (ESI) của chúng. Đáng chú ý, phổ 1H-NMR của các hợp chất lai cho thấy một pic singlet tại 9,17-9,65 ppm tương ứng với
triazolyl proton, trong khi phổ 13C-NMR cho thấy các đỉnh ở 120-123 ppm và 147-149 ppm tương ứng với đặc tính CH và Cq của vòng triazole.
Phản ứng tổng hợp các hợp chất lai theo sơ đồ 3.3
Kết quả thu được 4 dãy các hợp chất lai của các hợp chất 119a-d
3.5.1. Tổng hợp các hợp chất lai của dẫn xuất 119a
Các hợp chất lai dãy 120a-d đều là các tinh thể không màu có điểm chảy từ 186-267oC. Hiệu suất tổng hợp 72%-90%.
120b, 242-243oC, 87%. 120a, 212oC, 87%
120d, 186oC, 90% 120c, 267oC. 72%
Hình 3.32: Cấu trúc hóa học và đặc trƣng vật lí của các hợp chất lai 120a-d
Cấu trúc của hợp chất 120a được chứng minh bằng các phổ IR, NMR.
11
N-(3-(1-(2-nitrophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)phenyl)quinazolin-4-amine (120a)
Chất rắn không màu. Nhiệt độ nóng chảy 212oC. Hiệu suất 87%. IR (KBr) 3132, 2924, 2853, 1611, 1568, 1538, 1492, 1411, 1354, 1033, 924, 888, 773 cm-1. 1H-NMR (DMSO-d6, 500 MHz) δ 9.96 (1H, s, NH), 9.19 (1H, s), 8.65 (1H, s), 8.62 (1H, d, J = 8 Hz), 8.50 (1H, t, J = 1.5 Hz), 8.26
(1H, d, J = 7.5 Hz), 8.03-7.95 (3H, m), 7.88 (2H, t, J = 7 Hz), 7.82 (1H, d, J = 7.5 Hz), 7.68-7.65 (2H, m), 7.54 (1H, t, J = 8 Hz). 13C-NMR (DMSO-d6, 125 MHz) δ 157.9, 154.5, 149.7, 147.1, 144.1, 139.9, 134.5, 133.1, 131.3,
130.2, 129.3, 129.1, 127.8, 127.5, 126.4, 125.6, 123.0, 122.9, 122.5, 121.0, 119.3, 115.2. ESI-MS (m/z) Theo tính toán: C22H16N7O2: 410.1287 [M+H]+; Tìm thấy: 410.3196.
Cấu trúc của các chất 120b-d được chứng minh tương tự của hợp chất 120a
bằng các phổ IR, NMR, MS.
3.5.2. Tổng hợp các hợp chất lai của dẫn xuất 119b
121a 121b
121c 121d
Cấu trúc các hợp chất lai của chất 119b
Cấu trúc của hợp chất lai 121d được chứng minh bằng các phổ IR, NMR,
12
HSQC, HMBC, DEPT, MS.
5-(4-(3-([1,3]Dioxolo[4,5-g]quinazolin-8-ylamino)phenyl)-1H-1,2,3-
triazol-1-yl)-2-(trifluoro-methyl)benzonitrile (121d)
Chất rắn màu vàng nhạt. Nhiệt độ nóng chảy 256-257oC. Hiệu suất 90%. IR (KBr) 3282, 3132, 2238 (CN), 1615, 1580, 1529, 1493, 1470,
1439, 1386, 1315, 1271, 1242, 1217, 1183, 1135, 1030, 911, 845, 790, 688 cm-1. 1H-NMR (DMSO-d6, 500 MHz) δ 9.60 (1H, s, H-triazole), 9.53 (1H, s, NH), 8.59 (1H, s, H-19), 8.54 (1H, d, J = 8.5 Hz, H-23), 8.49 (1H, s, H-2),
8.47 (2H, m, H-11, H-22), 8.14 (1H, s, H-5), 7.93 (1H, d, J = 8 Hz, H-15),
7.63 (1H, d, J = 7.5 Hz, H-13), 7.52 (1H, t, J = 8 Hz, H-14), 7.19 (1H, s, H- 9), 6.25 (2H, s, OCH2). 13C-NMR (DMSO-d6, 125 MHz) δ 156.9 (C-4), 153.0 (C-2), 152.4 (C-6), 148.6 (C-9a), 148.0 (C-16), 147.3 (C-8), 140.3 (C-
10), 139.7 (C-18), 137.5 (C-22), 132.7 (q, J = 32.5 Hz, C-21), 129.8 (C-12),
129.2 (C-14), 123.7 (C-23), 122.2 (C-15), 120.4 (C-13), 120.2 (C-17), 118.9
(C-11), 1181 (C-19), 115.0 (C≡N), 110.2 (C-4a), 107.7 (C-20), 104.6 (C-9),
102.3 (C-7), 98.9 (C-5). HRMS Theo tính toán: C25H15F3N7O2: 502.1161 [M+H]+; Tìm thấy: 502.1233.
Cấu trúc của các chất 121a-c được chứng minh tương tự chất 121d
bằng các phổ IR, NMR, MS.
3.5.3 Tổng hợp các hợp chất lai của dẫn xuất 119c
Kết quả tổng hợp các hợp chất lai của hợp chất 119c thu được 4 hợp chất lai 122a-d
Cấu trúc của hợp chất 122a được chứng minh bằng các phổ IR, NMR,
13
HSQC, HMBC, DEPT, MS.
N-(3-(1-(2-nitrophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)phenyl)-7,8-dihydro
[1,4]
dioxino [2,3-g] quinazolin-4-amine (122a)
Chất rắn màu vàng sáng. Hiệu suất: 80%. Nhiệt nóng chảy: 195oC. IR (KBr) 3134, 1603, 1568, 1531, 1505, 1415, 1348, 1289, 1220, 1066, 901 cm-1. 1H-NMR (DMSO-d6, 500 MHz) δ 9.67 (1H, br.s, NH), 9.17 (1H, s), 8.49 (2H, s), 8.26 (1H, d, J = 8 Hz), 8.14 (1H, s), 8.02-7.97 (2H, m),
7.95 (1H, d, J = 8 Hz), 7.88 (1H, t, J = 8 Hz), 7.63 (1H, d, J = 7.5 Hz), 7.51 (1H, t, J = 8 Hz), 7.19 (1H, s), 4.42 (4H, d, J = 3.5 Hz, OCH2). 13C-NMR (DMSO-d6, 125 MHz) δ 156.7, 152.9, 149.2, 147.1, 145.7, 144.1, 143.7,
140.2, 134.5, 131.3, 130.1, 129.2, 129.1, 127.5, 125.6, 122.8, 122.1, 120.6,
118.9, 112.3, 110.0, 108.5, 64.5, 64.2. HRMS (ESI+) m/z theo tính toán: C24H18N7O4 [M+H]+ 468.1342, thực tế: 468.1416. Cấu trúc của các hợp chất còn lại được chứng minh bằng các phổ IR, NMR, MS.
3.5.4 Tổng hợp các hợp chất lai của dẫn xuất 119d
Cấu trúc của các hợp chất dãy 123a-c được chứng minh bằng các phổ IR,
NMR, MS.
N-(3-(1-(2-nitrophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)phenyl)-8,9-dihydro-7H-
[1,4] dioxepino[2,3-g]quinazolin-4-amine (123a)
14
Chất rắn không màu. Nhiệt độ nóng chảy 278oC. Hiệu suất 79%.
IR (KBr) 2926, 1609, 1574, 1537, 1479, 1415, 1350, 1330, 1064, 991 cm-1. 1H-NMR (DMSO-d6, 500 MHz) δ 9.81 (1H, s, NH), 9.17 (1H, s), 8.58 (1H, s), 8.48 (1H, s), 8.26 (1H, dd, J = 8 Hz, J = 1 Hz), 8.18 (1H, d, J =
9 Hz), 8.02-7.97 (2H, m), 7.91 (1H, d, J = 8 Hz), 7.89 (1H, td, J = 8.5 Hz, J
= 2 Hz), 7.65 (1H, d, J = 8 Hz), 7.51 (1H, t, J = 8 Hz), 7.26 (1H, d, J = 9
Hz), 4.36-4.31 (4H, m, OCH2), 2.24 (2H, t, J = 5.5 Hz, OCH2CH2CH2O). 13C-NMR (DMSO-d6, 125 MHz) δ 157.7, 154.3, 153.0, 147.2, 144.2, 140.1, 134.7, 131.5, 130.2, 129.4, 129.2, 127.6, 125.7, 122.9, 122.6, 121.1, 121.0,
119.4, 117.5, 70.8, 70.7, 30.9. HRMS theo tính toán: C25H20N7O4: 482.1499 [M+H]+; Tìm thấy: 482.1573. 3.6. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO CỦA CÁC HỢP
CHẤT QUINAZOLINE, QUINAZOLINE-TRIAZOLE
3.6.1. Kết quả thử hoạt tính độc tế bào
Quá trình khảo sát hoạt tính gây độc tế bào được thực hiện tại phòng
Hóa sinh ứng dụng của viện Hóa học. Các hợp chất sau tổng hợp được đánh
giá hoạt tính gây độc tế bào với 3 dòng tế bào ung thư ở người, bao gồm KB
(ung thư biểu mô, Hep-G2 (ung thư gan) và Lu (ung thư phổi không phải tế
bào nhỏ). Chúng tôi sử dụng Erlotinib, erlotinib hydrochloride (nguyên liệu
bào chế thuốc chữa ung thư phổi không phải tế bào nhỏ) và ellipticine làm
chất đối chứng dương tính. Các kết quả thử hoạt tính được trình bày trong
Bảng 3.5. Như thể hiện trong Bảng 3.5, nói chung, các hợp chất tổng hợp
được đều thể hiện các tác dụng ức chế độc tế bào tốt trong hầu hết các
trường hợp và có hoạt tính ức chế cao hơn so với các thuốc tham chiếu
15
erlotinib và erlotinib hydrochloride.
Bảng 3.5: Hoạt tính gây độc tế bào của các hợp chất tổng hợp đƣợc
TT
R1,R2
R
IC50 (KB), µM
IC50 (Lu), µM
Hợp chất
H
-OCH2O-
-O(CH2)2O-
-O(CH2)3O-
119a 120a 120b 120c 120d 119b 121a 121b 121c 121d 119c 122a 122b 122c 122d 119d 123a 123b 123c
IC50 (HepG2), µM 4.16 4.64 286.75 8.11 1.86 26.17 207.01 6.88 11.29 6.10 2.84 0.14 0.88 230.02 6.09 69.89 43.35 76.81 1.61 25.01 14.17 2.72
4.16 4.76 259.74 9.16 4.50 64.88 216.84 6.66 44.48 27.46 3.36 1.03 5.67 54.77 4.44 80.67 14.75 230.40 1.81 99.76 31.15 1.38 5.46 5.50 104.20 5.47 1.46 75.60 193.33 6.35 30.10 4.59 2.60 0.04 3.51 79.09 0.27 54.83 20.44 53.17 1.49 13.01 49.62 1.95 - 2-NO2 3-NO2 4-NO2 3-CN-4-CF3 - 2-NO2 3-NO2 4-NO2 3-CN-4-CF3 - 2-NO2 3-NO2 4-NO2 3-CN-4-CF3 - 2-NO2 3-NO2 3-CN-4-CF3 Erlotinib Erlotinib.HCl Ellipticine 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Sự thay thế bởi các dị vòng oxy khác nhau trên các vị trí 6 và 7 của bộ
khung quinazoline đã ảnh hưởng đến sự ức chế độc tế bào khác nhau. Kết
quả hoạt tính cho thấy hợp chất 119a và dẫn xuất dioxin 119c rõ ràng có
hoạt tính độc tế bào mạnh hơn các dẫn xuất dioxolan và dioxepine 119b,
119d. Hiệu quả của những thay thế không thuận lợi này có thể là kết quả của
16
sự cản trở vô trùng. Đặc biệt hơn nữa, các hợp chất 119a và 119c được tìm
thấy là chất ức chế độc tế bào chống lại cả ba dòng tế bào ung thư mạnh hơn
erlotinib và erlotinib hydrochloride với IC50 có giá trị từ 2 đến 6 µM.
Bằng phản ứng click tạo cầu nối triazole liên kết hai hợp phần crown
ether quinazoline 119 với các azide đã tạo ra dãy các hợp chất lai 120-123 có
hoạt tính độc tế bào tăng lên đáng kể. So sánh với dược điển và các thuốc
tham chiếu có tác động độc tế bào với giá trị giá trị IC50 từ 2 đến 100 µM thì các hợp chất lai tổng hợp được 120a, c, d, 121b, d, 122a, b , d và 123c có
tác động mạnh hơn khá nhiều (với giá trị IC50 dao động từ 0.04 µM đến 25 µM). Kết quả này cho thấy đây là một con đường tổng hợp các hợp chất đầy
hứa hẹn trong hoạt động chống lại các dòng tế bào ung thư này. Điều tra sơ
bộ về các mối quan hệ cấu trúc hoạt động (SAR) của các hợp chất lai tổng
hợp 120-123 đã cho thấy bản chất của các vòng dị thế oxy và nhóm aryl liên
kết với vòng triazole đã ảnh hưởng đến hoạt tính độc tế bào đáng kể. Ví dụ,
kết quả cho thấy hoạt tính độc tế bào của dioxan thay thế tương tự 122a-d
mạnh hơn so với dioxolane tương ứng, dioxepine, và các chất tương tự
không có biến dị oxy thế (IC50: 122a> 120a> 123a> 121a, 122b> 121b> 123b> 120b, 122d> 123c ≈ 120d> 121d). Đặc biệt, hợp chất 122a cho thấy
hoạt tính ức chế mạnh nhất đối với cả ba dòng tế bào KB, HepG2 và Lu với
giá trị IC50 tương ứng là 0,04 µM, 0,14 µM và 1,03 µM, tương ứng cao gấp 100 lần so với erlotinib. Sự có mặt của một nhóm rút điện tử mạnh như NO2, và CF3 của aryl liên kết với triazole có thể cải thiện đáng kể các hoạt động tế bào. Kết quả cho thấy khi thế vào một nhóm trifluoromethyl của aryl dường
như tốt hơn so với một nhóm nitro (IC50: 120d> 120a> 120c> 120d, 121d> 121b> 121c> 121b, 123c> 123a> 123b). Ngoài ra, những vị trí thế của các
nhóm thế trong aryl dường như cũng ảnh hưởng đến hoạt tính độc tế bào của
chất. Trên thực tế, với cùng một nhóm thế nitro, sự thay thế tại vị trí orto tốt
17
hơn ở vị trí meta hoặc para trong hầu hết các trường hợp.
3.6.2. Nghiên cứu docking các hợp chất đã tổng hợp đƣợc trên thụ thể EGFR
Các hợp chất mới được thiết kế và tổng hợp dựa trên khung cấu trúc
các hợp chất quinazoline tiêu biểu, đặc biệt là erlotinib. Trong số các hợp
chất đó tìm thấy các hợp chất 120d, 122a, 122b, 123c có hoạt tính gây độc tế
bào rất tốt, đặc biệt là hợp chất 122a cho thấy hoạt tính ức chế mạnh nhất đối
với cả ba dòng tế bào KB, Hep-G2 và Lu với giá trị IC50 tương ứng là 0,04 µM, 0,14 µM và 1,03 µM, tương ứng cao gấp 100 lần so với erlotinib.
Phương pháp mô phỏng protein docking được sử dụng. Protein
docking là kỹ thuật mô hình hóa nhằm dự đoán vị trí và cấu trúc thuận lợi
mà phân tử chất đó có thể gắn kết trên các đích tác dụng của nó, thường là
phân tử protein. Do erlotinib có khả năng ức chế EGFR không hoạt hóa và
EGFR-TKD đột biến trong tế bào ung thư phổi không phải tế bào nhỏ (non-
small-cell lung cancer, NSCLC) chúng tôi hướng đến nghiên cứu tương tác
giữa 120d, 122a, 122b, 123c với các kiểu hình (phenotype) khác nhau của
hệ EGFR.
Để chuẩn bị mô hình protein, chúng tôi thu thập và xử lý các cấu
trúc tinh thể tia X của EGFR từ ngân hàng dữ liệu Protein PDB
(https://www.rcsb.org/): 1) EGFR hoạt hóa không đột biến mang mã 1M17
và 2ITX, 2) EGFR hoạt hóa mang đột biến L834R có mã 2ITV, và 3) EGFR
không hoạt hóa mang mã 4HJO và 1XKK. Các hợp chất 120d, 122a, 122b,
123c được xây dựng cấu trúc 3D sử dụng
phần mềm LigPrep-Schrodinger (https://www.schrodinger.com/ligprep). Mô
phỏng docking được thực hiện trên chương trình ICM-pro bản 3.8
(www.molsoft.com/icmpro).
Kết quả docking cho thấy cả 4 hợp chất 120d, 122a, 122b, 123c đều
có tương tác tốt với EGFR cả ở dạng hoạt hóa (đột biến hay không đột biến)
18
và không hoạt hóa hình 3.47 Do đặc tính thân dầu của trung tâm hoạt động
của cả 3 đích, khung aminoquinazoline tạo một mạng lưới dày đặc tương tác
van der Waals với các acid amin quan trọng như Leu844, Val726, Ala743,
Lys745 của đột biến L858R. Ngoài ra, nhóm triazole cũng tương tác mạnh
với các acid amine thân dầu tại miệng túi như Lys745. Nhìn chung các hợp
chất đầu cho thấy khả năng ức chế EGFR cả ở dạng hoạt hóa và không hoạt
hóa. Tuy nhiên, khác với erlotinib, cả 4 hợp chất này thể hiện hoạt tính yếu
hơn trên các đích EGFR hoạt hóa(có hoặc không đột biến), trong khi hoạt
tính trên các đích EGFR không hoạt hóa mạnh hơn. Năng lượng liên kết tính
được cho Erlotinib trên cả ba hệ là dao động từ -7,1 đến 9,9 kcal/mol. Trong
khi đó, các hợp chất 120d, 122a, 122b, 123c cho mức năng lượng tương tác
với EGFR hoạt hóa cao hơn erlotinib (từ -10,0 đến -10,6 kcal/mol). Năng
lượng tính cho hệ EGFR không hoạt hóa cao hơn (từ -10,6 đến -12,3
kcal/mol).
Tóm lại, kết quả nghiên cứu mô phỏng docking phân tử đã giúp dự
đoán hoạt tính hướng đích của các hợp chất 120d, 122a, 122b, 123c, góp
phần giải thích cơ chế gây độc tế bào của các hợp chất này. Kết hợp nghiên
cứu lý thuyết và thực nghiệm hợp chất 122a có thể được xem là một hit mới,
làm định hướng cho tổng hợp hợp chất dẫn đường mới ức chế EGFR, hướng
19
điều trị ung thư phổi trong tương lai.
Compound 120d
Compound 123c
Compound 122a
Compound 122b
Hình 3.47: Sơ đồ 2D thể hiện tƣơng tác docking của các hợp chất 120d, 122a,
122b, 123c với các vị trí hoạt động của 3 đích protein EGFR.
(Trong đó các nguyên tử được phân loại theo mầu, số trong các ô là năng lượng
liên kết (kcal/mol) của các hợp chất).
20
122a 120d IC50 (µM): 0.04 (KB); 0.14 IC50 (µM): 1.46 (KB); 1.86 (HepG2); 1.03 Lu (HepG2);
122b 119c
IC50 (µM): 0.88 (HepG2); IC50 (µM): 2.6 (KB); 2.84 (HepG2);
123c
122d IC50 (µM): 0.27 (KB); IC50 (µM): 1.49 (KB); 1.61 (HepG2); 1.81( Lu)
21
Hình 3.48: Cấu trúc của một số hợp chất lai có hoạt tính tốt
KẾT LUẬN
1. Luận án đã tổng hợp thành công erlotinib hydrocloride theo quy trình cải tiến.
2. Đã tổng hợp được 39 chất trong đó có 23 dẫn xuất quinazoline; 19 hợp
chất lai mới chưa thấy trong các công bố trước bao gồm:
* 4 hợp chất lai của erlotinib –triazole.
* 4 hợp chất lai của N-(3-ethynylphenyl)quinazoline-4-amine
(119a) và azide qua cầu nối triazole.
* 4 hợp chất lai của N-(3-ethynylphenyl)-[1,3]dioxolo[4,5-
g]quinazoline-8-amine (119b) và azide qua cầu nối triazole.
* 4 hợp chất lai của N-(3-ethynylphenyl)-7,8-dihydro-
[1,4]dioxino[2,3-g]quinazoline-4-amine (119c) và azide qua cầu
nối triazole.
* 3 hợp chất lai của N-(3-ethynylphenyl)-8,9-dihydro-7H-
[1,4]dioxepino [2,3-g]quinazoline-4-amine (119d) và azide qua
cầu nối triazole.
3. Đã chứng minh được cấu trúc của 19 hợp chất lai mới bằng các phương pháp phổ hiện đại như IR, 1H-NMR, 13C-NMR, DEPT, HSQC, HMBC,
phổ khối lượng phân giải cao (HRMS).
4. Đã thử hoạt tính gây độc tế bào với 19 hợp chất tổng hợp được trên ba
dòng tế bào ung thư ở người KB, Hep-G2 và Lu. Kết quả cho thấy
nhiều hợp chất lai có hoạt tính rất tốt, tốt hơn rất nhiều so với erlotinib
như các hợp chất 120a, 120d; 121b, 121d; 122a, 122b , 122d và 123c.
22
Đặc biệt, hợp chất 122a cho thấy hoạt tính ức chế mạnh nhất đối với cả
ba dòng tế bào KB, Hep-G2 và Lu với giá trị IC50 tương ứng là 0,04
µM, 0,14 µM và 1,03 µM, tương ứng cao gấp 100 lần so với erlotinib.
5. Sử dụng mô phỏng protein docking để dự đoán hoạt tính hướng đích của
các hợp chất 120d, 122a, 122b, 123c, góp phần giải thích cơ chế gây
23
độc tế bào của các hợp chất này.
CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1. Nghiên cứu quy trình cải tiến tổng hợp erlotinib. Tạp chí Hóa học số 6e2, tập
54, tr 1 (2016).
2. . Nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất của erlotinib N-(3-ethynylphenyl)-7,8-
dihydro-[1,4]dioxino[2,3-g]quinazolin-4-amin. Tạp chí Hóa học, số 5E34,
tập 55, tr 13-16 (2017).
3. Synthesis and cytotoxicity evaluation of novel substituted triazole–
erlotinib hybrid compounds. Vietnam iournnal of chemistry, volume 56,
Number 4e1, (2018).
4. Design, synthesis and evaluation of novel hybrids between 4-
anilinoquinazolines and substituted triazoles as potent cytotoxic agents.
24
Bioorganic & Meedicinal Chemistry Letters 28, 3741-3747.(2018).
