Thạc Sĩ Nghiên cứu tổng hợp và xác định hoạt tính sinh học của một số dẫn xuất hemiasterlin

Luận án tiến sĩ năm 2014
Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp và xác định hoạt tính sinh học của một số dẫn xuất hemiasterlin




i

MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT a
DANH MỤC SƠ ĐỒ b
DANH MỤC HÌNH e
DANH MỤC BẢNG BIỂU g
DANH MỤC PHỤ LỤC . h
MỞ ĐẦU . 1
Chương 1: TỔNG QUAN . 4
1.1. HEMIASTERLIN 4
1.1.1. Phân lập hemiasterlin . 4
1.1.2. Hoạt tính sinh học của hemiasterlin . 5
1.2. TỔNG HỢP TOÀN PHẦN HEMIASTERLIN THEO ANDERSEN . 6
1.3. TỔNG HỢP DẪN XUẤT HEMIASTERLIN HTI-286 10
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HEMIASTERLIN NHỜ THAY
ĐỔI CẤU TRÚC CỦA BLOCK 1 . 12
1.4.1. Phương pháp tổng hợp của Andersen 12
1.4.2. Phương pháp tổng hợp của Ayako Yamashita [9] 14
1.4.3. Phương pháp tổng hợp của Vedej [14] . 18
1.4.4. Phương pháp tổng hợp của Durst [15] . 19
1.5. TỔNG HỢP CÁC HEMIASTERLIN NHỜ
THAY ĐỔI BLOCK 2 21
1.6. TỔNG HỢP HEMIASTERLIN NHỜ THAY ĐỔI BLOCK 3 . 24
1.7. QUAN HỆ CẤU TRÚC HOẠT TÍNH CỦA CÁC HEMIASTERLIN28
1.8. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN 29
Chương 2: THỰC NGHIỆM . 31
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, NGUYÊN LIỆU ii

VÀ THIẾT BỊ 31
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu . 31
2.1.2. Hóa chất và dung môi . 31
2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất bằng
sắc kí lớp mỏng. 31
2.1.4. Xác nhận cấu trúc . 32
2.2. TỔNG HỢP N-AXETYLGLYXIN . 33
2.3. TỔNG HỢP BENZOFURAN-3-CACBANDEHIT 33
2.3.1. Tổng hợp etyl 2-(2-axetylphenoxy)axetat 33
2.3.2. Tổng hợp axit 2-(2-axetylphenoxy)axetic 34
2.3.3. Tổng hợp 3-metylbenzofuran . 34
2.3.4. Tổng hợp chất 129h 35
2.4. TỔNG HỢP CÁC AZLACTON 35
2.4.1. Tổng hợp (Z)-2-metyl-4-(naphthalen-2-ylmetylen)oxazol-
-5(4H)-on . 35
2.4.2. Tổng hợp (Z)-4-(furan-3-ylmetylen)-2-metyloxazol-5(4H)-on . 36
2.4.3. Tổng hợp (Z)-2-metyl-4-(thiophen-3-ylmetylen)oxazol-
-5(4H)-on 37
2.4.4. Tổng hợp (Z)-4-(3-metoxybenzyliden)-2-metyloxazol-5(4H)-on . 37
2.4.5. Tổng hợp (Z)-4-(4-metoxybenzyliden)-2-metyloxazol-5(4H)-on 38
2.4.6. Tổng hợp (Z)-4-(3-bromobenzyliden)-2-metyloxazol-5(4H)-on . 38
2.4.7. Tổng hợp (Z)-4-(4-bromobenzyliden)-2-metyloxazol-5(4H)-on . 39
2.4.9. Tổng hợp (Z)-4-(benzofuran-3-ylmetylen)-
-2-metyloxazol-5(4H)-on . 40
2.5. TỔNG HỢP CÁC AXIT (Z)-3-ARYL-2-HYDROXYACRYLIC 40
2.5.1. Tổng hợp axit (Z)-2-hydroxy-3-(naphthalen-2-yl)acrylic . 40 iii

2.5.2. Tổng hợp axit (Z)-3-(benzofuran-3-yl)-2-hydroxyacrylic . 41
2.6. TỔNG HỢP CÁC AXIT 3-ARYL-3-METYL-2-OXOBUTANOIC 42
2.6.1. Tổng hợp axit 3-metyl-3-(naphthalen-2-yl)-2-oxobutanoic . 42
2.6.2. Tổng hợp axit 3-(benzofuran-3-yl)-3-metyl-2-oxobutanoic . 42
2.7. TỔNG HỢP BLOCK 1 CÓ CHỨA NAPTHALEN VÀ
BENZOFURAN 43
2.7.1. Tổng hợp axit 3-metyl-2-(metylamino)-
-3-(naphthalen-2-yl)butanoic 43
2.7.2. Tổng hợp axit 3-(benzofuran-3-yl)-3-metyl-2-(metylamino)butanoic 44
2.8. TỔNG HỢP BLOCK 1 CÓ CHỨA HỆ α,β-CACBONYL-N-AXETYL
LIÊN HỢP . 44
2.8.1. Tổng hợp axit (Z)-2-axetamido-3-(naphthalen-2-yl)acrylic 44
2.8.2. Tổng hợp axit (Z)-2-axetamido-3-(furan-3-yl)acrylic 45
2.8.3. Tổng hợp axit (Z)-2-axetamido-3-(thiophen-3-yl)acrylic . 46
2.8.4. Tổng hợp axit (Z)-2-axetamido-3-(3-metoxyphenyl)acrylic . 46
2.8.5. Tổng hợp axit (Z)-2-axetamido-3-(4-metoxyphenyl)acrylic . 47
2.8.6. Tổng hợp axit (Z)-2-axetamido-3-(3-bromophenyl)acrylic 48
2.8.7. Tổng hợp axit (Z)-2-axetamido-3-(4-bromophenyl)acrylic 48
2.9. TỔNG HỢP BLOCK 3 49
2.9.1. Tổng hợp các Weinreb amit 49
2.9.1.1. Tổng hợp Weinreb amit 136a [6,8,38-41] . 49
2.9.1.2. Tổng hợp Weinreb amit 136b [6,8,38-41] . 49
2.9.2. Tổng hợp các andehit . 50
2.9.2.1. Tổng hợp andehit 137a . 50
2.9.2.2. Tổng hợp andehit 137b 50
2.9.3. Tổng hợp các E-olefin . 51 iv

2.9.3.1. Tổng hợp olefin 138a . 51
2.9.3.2. Tổng hợp olefin 138b . 51
2.9.4. Tổng hợp muối trifloaxetat của block 3 52
2.9.4.1. Tổng hợp muối trifloaxetat của block 3 chứa nhóm NH . 52
2.9.4.2. Tổng hợp muối trifloaxetat của block 3 chứa nhóm N-metyl 53
2.10. TỔNG HỢP DIPEPTIT BLOCK 2-3 53
2.10.1 Tổng hợp block 2-3 chứa nhóm NH . 53
2.10.2. Tổng hợp block 2-3 chứa nhóm N-metyl 54
2.10.3. Tổng hợp muối trifloaxetat của block 2-3 chứa nhóm NH . 55
2.10.4. Tổng hợp muối trifloaxetat của block 2-3 chứa nhóm N-metyl 55
2.11. TỔNG HỢP HEMIASTERLIN NHỜ THAY THẾ NHÓM
N-METYLINDOL BẰNG NAPTHALEN VÀ BENZOFURAN 56
2.11.1. Tổng hợp các este hemiasterlin 56
2.11.2. Tổng hợp axit hemiasterlin . 60
2.12. TỔNG HỢP HEMIASTERLIN CHỨA HỆ α,β-CACBONYL-N-
AXETYL LIÊN HỢP 63
2.12.1. Tổng hợp hemiasterlin có chứa nhóm NH trên block 3 63
2.12.1.1. Tổng hợp este hemiasterlin 63
2.12.1.2. Tổng hợp axit hemiasterlin 69
2.12.2. Tổng hợp hemiasterlin có chứa nhóm N-metyl trên block 3 . 74
2.12.1.1. Tổng hợp este hemiasterlin 74
2.12.1.2. Tổng hợp axit hemiasterlin 79
2.13. XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO CỦA CÁC
HEMIASTERLIN . 83
2.13.1. Phương pháp thử hoạt tính gây độc tế bào . 83
2.13.2. Môi trường nuôi cấy và cách tiến hành thử hoạt tính gây độc tế bào 83 v

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 85
3.1. CHIẾN LƯỢC TỔNG HỢP TOÀN PHẦN HEMIASTERLIN . 85
3.2. TỔNG HỢP AZLACTON . 87
3.2.1. Tổng hợp benzofuran-3-cacbandehit 87
3.2.2. Tổng hợp N-axetyl glyxin 91
3.2.3. Tổng hợp (Z)-2-metyl-4-(naphthalen-2-ylmetylen)oxazol-5(4H)-on 91
3.2.4. Tổng hợp (Z)-2-metyl-4-(aryl-2-ylmetylen)oxazol-5(4H)-on . 94
3.3. TỔNG HỢP BLOCK 1 NHỜ THAY THẾ N-METYLINDOL BẰNG
NAPHTHALEN VÀ BENZOFURAN . 94
3.3.1. Tổng hợp axit (Z)-2-hydroxy-3-(aryl-2’-yl)acrylic . 95
3.3.1.1. Tổng hợp axit (Z)-2-hydroxy-3-(naphthalen-2’-yl)acrylic 95
3.3.1.2. Tổng hợp axit (Z)-3-(benzofuran-3’-yl)-2-hydroxyacrylic 97
Sơ đồ 3.12 97
3.3.2. Tổng hợp axit 3-aryl-3-metyl-2-oxobutanoic 97
3.3.2.1. Tổng hợp axit 3-(naphthalen-3’-yl)-3-metyl-2-oxobutanoic 98
3.3.2.2. Tổng hợp axit 3-(benzofuran-3’-yl)-3-metyl-2-oxobutanoic) 100
3.3.3. Tổng hợp axit 3-metyl-2-(metylamino)-3-arylbutanoic 100
3.3.3.1 Tổng hợp axit 3-metyl-2-(metylamino)
-3-(naphthalen-2’-yl)butanoic 100
3.3.3.2. Tổng hợp axit 3-(benzofuran-3’-yl)-3
-metyl-2-(metylamino)butanoic 102
3.4. TỔNG HỢP BLOCK 1 CÓ CHỨA HỆ α,β-CACBONYL-N-AXETYL
LIÊN HỢP . 103
3.4.1. Tổng hợp axit (Z)-2-axetamido-3-(furan-3’-yl)acrylic 103
3.4.2. Tổng hợp axit (Z)-2-axetamido-3-arylacrylic 105
3.5. TỔNG HỢP BLOCK 3 106 3.5.1. Tổng hợp Weinreb amit của L-Boc-valin 107
3.5.2. Tổng hợp N-metyl Weinreb amit
3.5.3. Khử hóa các Weinreb amit 109
3.5.4. Tổng hợp block 3 có chứa nhóm bảo vệ Boc 111
3.5.5. Loại bỏ nhóm bảo vệ Boc của block 3 113
3.6. TỔNG HỢP DIPEPTIT CỦA BLOCK 2-3 . 114
3.6.1. Tổng hợp dipeptit block 2-3 có chứa nhóm NH . 114
3.6.2. Tổng hợp dipeptit block 2-3 có chứa nhóm N-metyl 116
3.6.3. Loại bỏ nhóm bảo vệ Boc của block 2-3 . 117
3.7. TỔNG HỢP HEMIASTERLIN NHỜ THAY NHÓM
N-METYLINDOL BẰNG NAPHTHALEN VÀ BENZOFURAN . 118
3.7.1. Tổng hợp các este hemiasterlin . 118
3.7.2. Tổng hợp các axit hemiasterlin 124
3.8. TỔNG HỢP CÁC HEMIASTERLIN CHỨA HỆ
α,β-CACBONYL-N-AXETYL LIÊN HỢP . 127
3.8.1. Tổng hợp các hemiasterlin chứa nhóm NH trên block 3 127
3.8.1.1. Tổng hợp các este hemiasterlin . 127
3.8.1.2. Tổng hợp các axit hemiasterlin 131
3.8.2. Tổng hợp các hemiasterlin chứa nhóm N-metyl trên block 3 . 133
3.8.2.1. Tổng hợp các dẫn xuất este hemiasterlin . 134
3.8.2.2. Tổng hợp các axit hemiasterlin 137
3.9. XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO CỦA
HEMIASTERLIN . 140
KẾT LUẬN . 142




1

MỞ ĐẦU
Nghiên cứu tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học từ sinh vật
biển là xu hướng đang phát triển mạnh mẽ. Hiện nay, có khoảng gần 20000
hợp chất được phân lập từ sinh vật biển. Tuy nhiên, việc thu thập mẫu sinh
vật biển rất khó khăn và số lượng 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 đường sinh học hoặc hóa học.
Nghiên cứu tổng hợp toàn phần và bán tổng hợp các hợp chất có nguồn gốc
sinh vật biển được 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 [2,49-61].
Hemiasterlin là một tripeptit có hoạt tính chống ung thư ở ngưỡng
nM (0,3 nM) với nhiều dòng tế bào ung thư thực nghiệm, được phân lập từ
loài hải miên Hemiasterella minor vào năm 1994 [1]. Hoạt tính gây độc tế
bào của hemiasterlin do làm ngưng trệ sự phân bào ở giai đoạn metaphase
của động học tế bào nhờ ức chế quá trình polyme hóa tubulin và depolyme
hóa microtubule do gắn lên vị trí vinca peptit trên tubulin. Tác động này
tương tự như một số thuốc gắn lên tubulin đã được ứng dụng trong điều trị
ung thư như paclitaxel (3,9 nM) hoặc vinblastin (0,79 nM) [4].

Do hàm lượng trong thiên nhiên rất thấp và việc thu thập mẫu khó
khăn [1,2]. Hợp chất này có cấu trúc lý thú và hoạt tính sinh học cao nên
được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tổng hợp. Đã có rất nhiều 2

nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất mới của hemiasterlin bằng cách thay đổi
các nhóm thế trên ba axit amin (ba block) của phân tử hemiasterlin tạo
thành các dẫn xuất hemiasterlin có cấu trúc độc đáo và hoạt tính rất lý thú
[1-9,34]. Trong số đó, các dẫn xuất có cấu trúc lược giản của hemiasterlin 2
và 3 có hoạt tính mạnh hơn cả hemiasterlin [7,8].

Các nghiên cứu cũng đã phát hiện một số hemiasterlin (63a, 63b) có
cấu hình phi thiên nhiên (R) của nguyên tử cacbon gắn với nhóm NH-metyl
trên block 1 vẫn thể hiện hoạt tính mạnh [9].

Ngoài ra, một số hợp chất thiên nhiên 4, 5 có độc tính mạnh với tế
bào ung thư có nhóm α,α-dimetylbenzylic được thay bằng hệ α,β-
cacbonylbenzylic[32,33,35].

Như vậy, nghiên cứu tổng hợp tìm kiếm các cấu trúc mới của
hemiasterlin, đặc biệt là các chất có cấu trúc lược giản vẫn đang được rất
nhiều nhà khoa học quan tâm. Do đó đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp và xác định hoạt tính sinh học của một số dẫn xuất hemiasterlin” rất có ý nghĩa
khoa học và thực tiễn. Đề tài được thực hiện nhờ biến đổi cấu trúc ban đầu
của hemiasterlin bằng việc thay thế nhân N-metylindol bằng các bioisostere
naphthalen và benzofuran; tổng hợp các hợp chất có cấu hình thiên nhiên
(S) và phi thiên nhiên (R) của nguyên tử cacbon gắn với nhóm NH-metyl
trên block 1 và tổng hợp các dẫn xuất hemiasterlin có cấu trúc lược giản
chứa hệ α,β-cacbonyl-N-axetyl liên hợp (chứa hệ Michael) nhằm tìm kiếm
các hợp chất mới của hemiasterlin.





145

TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Talpir, R., Benayahu, Y., Kashman, Y., Pannell, L. & Schleyer, M.
“Hemiasterlin and geodiamolide TA- two new cytotoxic peptides
from the marine sponge Hemiasterella minor (Kirkpatrick)”,
Tetrahedron Lett, 1994, 35, 4453-4456.
2. Coleman, J. E., de Silva, E. D., Kong, F., Andersen, R. J. & Allen, T.
M. “Cytotoxic peptides from the marine sponge Cymbastela sp.”,
Tetrahedron, 1995, 51, 10653-10662.
3. Coleman, J. E., Patrick, B. O., Andersen, R. J. & Rettig, S.,
“Hemiasterlin Methyl Ester”, J. Acta Cryst. Sec. C, 1996, C52, 1525-
1527.
4. Anderson, H. J., Coleman, J. E., Andersen, R. J. & Roberge, M.
“Cytotoxic peptides hemiasterlin, hemiasterlin A and hemiasterlin B
induce mitotic arrest and abnormal spindle formation”, Cancer
Chemother. Pharmacol, 1997, 39, 223-226.
5. Gamble, W. R.; Durso, N. A.; Fuller, R. W.; Westergaard, C. K.;
Johnson, T. R.; Sackett, D. L.; Hamel, E.; Cardellina II, J. H.;
Boyd,M. R. “Cytotoxic and tubulin-interactive hemiasterlins from
Auletta sp. and Siphonochalina spp. sponges”, Bioorg. Med. Chem.,
1999, 7, 1611-1615.
6. Raymond J. Andersen and John E. Coleman, “Total synthesis of (-)-
hemiasterlin, a structurally novel tripeptide that exhibits potent
cytotoxic activity”, Tetrahedron Letters, 1997, 38(3), 317-320.
7. Andersen, R.; Piers, E.; Nieman, J.; Coleman, J.; Roberge M.
“Hemiasterlin Analogs”, 1999, WO99/32509.
8. Nieman, J. A. et al., “Synthesis and Antimitotic/Cytotoxic Activity
of Hemiasterlin Analogues”, J. Nat. Prod., 2003, 66, 183-199.
9. Ayako Yamashita et al, “Synthesis and activity of novel analoges of
hemiasterlin as inhibitors of tubulin polymerization: modification of
the A segment”, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 2004,
14, 5317-5322. 146

10. Erlenmeyer, E. Justus Liebigs, “Ueber die Condensation der
Hippursäure mit Phtalsäureanhydrid und mit Benzaldehyd”, Ann.
Chem., 1893, 275, 1.
11. Herbst,R. M.; Shemin, D, “α-acetaminocinnamic acid”, Org. Synth.
1939, 19, 1.
12. Matsuyama, H.; Nakamura, T.; Iyoda, M., “Synthesis of Fischer-Type
(Alkoxy)carbene Complexes Using Diphenylsulfonium Salts with
Functionalized Alkyl Groups”, J. Org. Chem., 2000, 65, 4796.
13. Ishihara, K.; Hanaki, N.; Yamamoto, H., “Tris(pentafluorophenyl)boron
as an Efficient Catalyst in the Stereoselective Rearrangement of
Epoxides”, Synlett, 1995, 7, 721-722.
14. Vedejes, E., Kongkittingam, C., “A Total Synthesis of (-)-Hemiasterlin
Using N-Bts Methodology”, J. Org. Chem., 2001, 66, 7355-7364.
15. Reddy, R.; Jaquith, J.B., Neelagiri, V.R., Saleh-Hanna, S., Durst, T.,
“Asymmetric Synthesis of the Highly Methylated Tryptophan
Portion of the Hemiasterlin Tripeptides”, Org. Lett., 2002, 4(5),
695-697.
16. Chuan Niu et al, “Tubulin inhibitors. Synthesis and biological
activity of HTI-286 analogs with B-segment heterosubstituents”,
Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 2004, 14, 4329–4332
17. Schmidt, U.; Schumacher, A.; Mittendorf, J.; Riedl, B.,
“Contribution to the synthesis of aureobasidin A. Synthesis of
cyclopeptolides containing the sequence leucyl-N-methyl-
hydroxyvalyl-(2R)-oxy-(3R)-methyl-pentanoic acid”, J. Pept. Res.,
1998, 52, 143.
18. Frerot, E.; Coste, J.; Pantaloni, A.; Dufour, M.-N.; Jouin, P.,
“PyBOP® and PyBroP: Two reagents for the difficult coupling of
the α,α-dialkyl amino acid”, Tetrahedron, 1991, 47, 259.
19. Arie Zask et al, “D-piece modifications of the hemiasterlin analog
HTI-286 produce potent tubulin inhibitors”, Bioorganic & Medicinal
Chemistry Letters, 2004, 14, 4353-4358.
20. Chuansheng Niu, Douglas M. Ho, Arie Zask, Semiramis Ayral
Kaloustian, “Absolute configurations of tubulin inhibitors taltobulin
(HTI-286) and HTI-042 characterized by X-ray diffraction analysis