Luận án Nghiên cứu tổng hợp các hợp chất piperazinedion

t piperazinedion từ hợp chất cis-113a Từ hợp chất cis-113a được đóng vòng nhờ phản ứng với 5 đương lượng metylamin trong dung môi EtOH ở nhiệt độ phòng trong thời gian 24h nhận được dẫn xuất piperazinedion 114a (sơ đồ 3.12) với hiệu suất cao 95%. Cấu trúc của 114a được chứng minh bằng các phương pháp phổ hiện đại như: IR, MS, 1H-NMR và 13C-NMR. Sơ đồ 3.12: Tổng hợp hợp chất piperazinedion 114a. Trên phổ IR của hợp chất 114a (Phụ lục 76) có các đỉnh hấp phụ đặc trưng của nhóm amin bậc II thể hiện ở đỉnh hấp phụ 3307cm-1, đỉnh hấp phụ của nhóm cacbonyl 1655cm -1 . Ngoài ra, trên phổ IR còn xuất hiện các đỉnh hấp phụ của các liên kết C-H bão hòa, C-O, C-H và C=C của nhân thơm. Trên phổ ESI-MS (phụ lục 77) cho pic ion phân tử ở m/z 376,1 [M+H]+ và 374,1 [M-H]+ phù hợp với công thức phân tử C22H21N3O3 của hợp chất 114a. Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 114a (hình 3.3) xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của proton có mặt trên phân tử. Tín hiệu cộng hưởng của ba proton singlet tại 2,95 ppm là đặc trưng của nhóm N-CH3. Tín hiệu cộng doublet-doublet với hằng số tương tác 11,5 và 16,0 Hz tại 3,10 ppm được gán cho proton H-12a. Tín hiệu của proton H-12b cộng hưởng tại 3,62 ppm với hằng số tương tác 4,5 và 16,0 Hz. Proton ở 97 vị trí H-3 thể hiện cặp doublet tại 3,83 ppm và 4,03 ppm với hằng số tương tác 16,0 Hz. Proton ở vị trí H-13 là tín hiệu doublet-doublet tại 4,23 ppm với hằng số tương tác 4,0 và 11,5 Hz. Proton ở vị trí H-6 là tín hiệu singlet tại 6,11 ppm. Ngoài ra, trên vùng trường thấp trên 1H-NMR của hợp chất 114a thể hiện tín hiệu cộng hưởng của 8 proton thơm, tín hiệu của nhóm metoxi cộng hưởng tại 3,63 ppm. Hình 3.3: Phổ 1H-NMR của hợp chất 114a Phổ 13C-NMR thể hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của 22 nguyên tử cacbon của chất 114a, trong đó có hai tín hiệu của nhóm cacbonyl. Phân tích phổ trên cho phép khẳng định cấu trúc của hợp chất 114a. 98 Hình 3.4: Phổ 13C-NMR của hợp chất 114a Cơ chế đóng vòng giữa hợp chất cis-113a với metylamin được giải thích như sau: Sơ đồ 3.13: Cơ chế tổng hợp piperazinedion 114a. Tương tự, đồng phân cis-113a cho phản ứng lần lượt với các hợp chất etylamin hoặc n-propyamin, n-butylamin, benzylamin, 4-metoxibenzylamin nhận được các hợp chất 114b-f với hiệu suất phản ứng đạt 92-97%. Các hợp chất được làm sạch bằng sắc 99 ký cột. Cấu trúc của các hợp chất 114b-f cũng được chứng minh bằng các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Sơ đồ 3.14: Tổng hợp các hợp chất piperazinedion 114 Như vậy, từ hợp chất cis-113a, đã tổng hợp được 6 dẫn xuât piperazinedion 114a-f với hiệu suất cao, cấu trúc được chứng minh bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân. 3.4.2 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ hợp chất trans-113a Bằng cách tương tự, hợp chất trans-113a phản ứng với 5 đương lượng metylamin, etylamin, n-propyamin, n-butylamin, benzylamin, 4-metoxibenzylamin trong dung môi EtOH ở nhiệt độ phòng trong 24h nhận được các hợp chất 115a-f với hiệu suất phản ứng đạt 87-96% (Sơ đồ 1.15). Cấu trúc của các hợp chất 115a-f được chứng minh bằng các phương pháp phổ IR, MS, 1H-NMR và 13C-NMR. Sơ đồ 3.15: Tổng hợp các hợp chất piperazinedion 115 100 Hình 3.5: Phổ 1H-NMR của hợp chất 115a So sánh phổ 1H-NMR của các sản phẩm piperazinedion cis 114a (Hình 3.3) và trans 115a (Hình 3.5) nhận thấy, độ dịch chuyển hóa học ( ) của proton ở C-6 khác nhau nhiều. Đồng phân cis 114a thì của proton C-6 dịch chuyển về phía trường cao, trong khi đồng phân trans 115a thì của proton C-6 dịch chuyển về phía trường thấp. Khi so sánh các cặp đồng phân cis 114 và trans 115 khác cũng thu được kết quả tương tự (bảng 3.2). Bảng 3.2: So sánh phổ 1H-NMR của hợp chất 114 và 115 Piperazinedion Nhóm thế R C6-H Hợp chất 114 Hợp chất 115 Metyl 6,11 7,00 Etyl 6,21 7,00 n-Propyl 6,17 7,00 n-Butyl 6,17 6,99 Benzyl 6,20 6,96 4-metoxibenzyl 6,18 6,97 101 Kết quả ở bảng 3.2 phù hợp với khung tetrahidro-β-cacbolin ban đầu, từ đó rút ra nhận xét, có thể phân biệt cặp đồng phân cis/trans bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Từ thành công tạo vòng piperazinedion bằng các amin bậc 1, tiếp theo hợp chất trans-113a phản ứng với 5 đương lượng dung dịch NH3 trong môi trường EtOH nhận được 115g với hiệu suất 90%. Cấu trúc của hợp chất 115g được chứng minh bằng các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Sơ đồ 1.16: Tổng hợp hợp chất piperazinedion 115g Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 115g (hình 3.6) xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của proton có mặt trên phân tử. Tín hiệu doublet-doublet-doublet với hằng số tương tác 1,0, 12,0 và 13,0 Hz tại 2,99 ppm được gán cho proton H-12a. Tín hiệu của proton H-12b cộng hưởng tại 3,5 ppm với hằng số tương tác 4,5 và 15,5 Hz. Tín hiệu của nhóm metoxi cộng hưởng tại 3,7 ppm. Hai tín hiệu cộng hưởng doublet- doublet tại 4,04 và 4,32 ppm được gán cho 2 proton H-3a và H-3b. Proton ở vị trí H- 13 là tín hiệu doublet-doublet tại 4,10 ppm với hằng số tương tác 4,0 và 11,5 Hz. Proton ở vị trí H-6 là tín hiệu singlet tại 7,0 ppm. Ngoài ra, trên vùng trường thấp trên 1 H-NMR của hợp chất 115g thể hiện tín hiệu cộng hưởng của 8 proton thơm. 102 Hình 3.6: Phổ 1H-NMR của hợp chất 115g Nhóm NH của hợp chất 115g được bảo vệ nhờ phản ứng với anhidrit axetic trong sự có mặt của pyridin nhận được hợp chất 115h với hiệu suất 94%. Cấu trúc của hợp chất 115h được chứng minh bằng các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Sơ đồ 3.17: Tổng hợp hợp chất piperazinedion 115h Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 115h xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của proton có mặt trên phân tử. So với phổ của hợp chất 115g, phổ của 115h xuất hiện thêm tín hiệu cộng hưởng của ba proton singlet tại 2,57 ppm là đặc trưng của nhóm axyl (Ac). 103 Hình 3.7: Phổ 1H-NMR của hợp chất 115h Trên phổ 13C-NMR thể hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của 23 nguyên tử cacbon của chất 115h, trong đó có ba tín hiệu của nhóm cacbonyl. Phân tích phổ trên cho phép khẳng định cấu trúc của hợp chất 115h. Hình 3.8: Phổ 13C-NMR của hợp chất 115h 104 Như vậy, từ dẫn xuất trans-113a chúng tôi đã tổng hợp thêm 8 dẫn xuât piperazinedion 115a-h với hiệu suất cao, cấu trúc được chứng minh bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân. 3.4.3. Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ các hợp chất cis- 113b Từ thành công của các phản ứng ở trên, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu tổng hợp các hợp chất piperazinedion mới từ hợp chất cis-113b nhằm tìm kiếm các hợp chất có cấu trúc mới và hoạt tính sinh học lý thú. Đầu tiên, hợp chất cis-113b được vòng hóa với 5 đương lượng (eq) của metylamin trong dung môi EtOH ở nhiệt độ phòng trong thời gian 24h nhận được chất 118a với hiệu suất 91% sau khi được làm sạch bằng sắc ký cột. Sơ đồ 3.18: Tổng hợp hợp chất piperazinedion 118a Cấu trúc của 118a được chứng minh bằng phương pháp phổ IR, MS, 1H-NMR và 13 C-NMR. Trên phổ IR của hợp chất 118a có các đỉnh hấp phụ đặc trưng của nhóm amin bậc II thể hiện ở đỉnh hấp phụ 3234cm-1, đỉnh hấp phụ của nhóm cacbonyl 1650cm-1. Ngoài ra, trên phổ IR còn xuất hiện các đỉnh hấp phụ của các liên kết C-H bão hòa, C- O, C-H và C=C của nhân thơm. Trên phổ ESI-MS cho pic ion phân tử ở m/z 424,0 [M] + phù hợp với công thức phân tử C21H18BrN3O2 của hợp chất 118a. Trên phổ 1H-NMR của 118a xuất hiện đầy đủ các tín hiệu của các proton có mặt trong phân tử. Phổ 1H-NMR và 13C-NMR có dạng tín hiệu cộng hưởng tương tự như của chất 114a nhưng mất đi tín hiệu của nhóm metoxi. 105 Hình 3.9: Phổ 1H-NMR của hợp chất 118a Hình 3.10: Phổ 13C-NMR của hợp chất 118a Tương tự, hợp chất cis-113b phản ứng lần lượt với các hợp chất etylamin hoặc n-propyamin, n-butylamin, benzylamin, 4-metoxibenzylamin nhận được các hợp chất 118b-f với hiệu suất phản ứng đạt 90-97%. Cấu trúc của các hợp chất 118b-f được chứng minh bằng các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. 106 Sơ đồ 3.19: Tổng hợp các hợp chất piperazinedion 118 Như vậy, từ hợp chất cis-113b chúng tôi đã tổng hợp được 6 hợp chất piperazinedion 118a-f với hiệu suất cao, cấu trúc được chứng minh bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân. 3.4.4 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ hợp chất trans-113b Tương tự, hợp chất trans-113b phản ứng lần lượt với các hợp chất metylamin hoặc etylamin, n-propyamin, n-butylamin, benzylamin, 4-metoxibenzylamin nhận được các hợp chất 119a-f với hiệu suất phản ứng đạt 89-93%. Cấu trúc của các hợp chất 119b-f được chứng minh bằng các phương pháp phổ IR, MS, 1H-NMR và 13C- NMR. Sơ đồ 3.20: Tổng hợp các hợp chất piperazinedion 119 Như vậy, từ hợp chất trans-113b luận án đã tổng hợp thành công 6 hợp chất piperazinedion mới là 119a-f với hiệu suất cao, cấu trúc được chứng minh bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân. Phổ 1H-NMR của các sản phẩm piperazinedion cis-118 và trans-119 cũng thu được kết quả giống như với các hợp chất cis-114/trans- 107 115, nghĩa là đồng phân cis-118 thì độ chuyển dịch hoá học ( ) của proton tại vị trí C- 6 dịch chuyển về phía trường cao, trong khi đồng phân trans 119 dịch chuyển về phía trường thấp. 3.4.5 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ các hợp chất cis-113d Thay thế các nhóm thế trên nhân thơm bằng các halogen sẽ làm thay đổi các hiệu ứng trong phân tử do halogen là các nhóm phản hoạt hóa nhân thơm. Nhằm đa dạng hóa cấu trúc của các hợp chất piperazinedion và tìm kiếm các chất có hoạt tính sinh học lý thú, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ hợp chất cis-113d có chứa nhân thơm thế brom. Đầu tiên, hợp chất cis-113d phản ứng với metylamin trong dung môi etanol ở nhiệt độ phòng trong thời gian 24h nhận được hợp chất 120a với hiệu suất 88% (sơ đồ 3.21). Cấu trúc của 120a được chứng minh bằng các phương pháp phổ IR, MS, 1H- NMR và 13 C-NMR. Sơ đồ 3.21: Tổng hợp hợp chất piperazinedion 120a Tương tự, hợp chất cis-113d phản ứng lần lượt với các hợp chất etylamin hoặc n-propylamin, n-butylamin, benzylamin và 4-metoxibenzylamin nhận được các hợp chất 120b-f với hiệu suất phản ứng đạt 89-95% (sơ đồ 3.22). Cấu trúc của các hợp chất 120b-f được chứng minh bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. 108 Sơ đồ 3.22: Tổng hợp các hợp chất piperazinedion 120 Như vậy, từ hợp chất cis-113d, luận án đã tổng hợp thành công 6 hợp chất piperazinedion mới 120a-f. Cấu trúc của các hợp chất được chứng minh bằng các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. 3.4.6 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ các hợp chất trans-113d Tiếp tục tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ hợp chất trans-113d có chứa nhân thơm thế brom. Bằng cách tương tự, hợp chất trans-113d phản ứng lần lượt với các hợp chất metylamin hoặc etylamin n-propylamin, n-butylamin, benzylamin và 4- metoxibenzylamin nhận được các hợp chất 121a-f với hiệu suất phản ứng đạt 88-93% (sơ đồ 3.23). Cấu trúc của các hợp chất 121a-f được chứng minh bằng phương pháp phổ IR, MS, 1H-NMR và 13C-NMR. Sơ đồ 3.23: Tổng hợp các hợp chất piperazinedion 121 109 Tiếp theo, hợp chất trans-113d phản ứng với 5 đương lượng amoniac trong dung môi EtOH ở nhiệt độ phòng, nhận được hợp chất 121g với hiệu xuất 89% (sơ đồ 3.24). Cấu trúc của 121g được chứng minh bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Sơ đồ 3.24: Tổng hợp các hợp chất piperazinedion 121g Hình 3.11: Phổ 1H-NMR của hợp chất piperazinedion 121g Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 121g (hình 3.11) xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của các proton có mặt trên phân tử. Tín hiệu doublet-doublet-doublet với hằng số tương tác 1,0, 12,0 và 15,0 Hz tại 3,01 ppm được gán cho proton H-12a. Tín hiệu của proton H-12b cộng hưởng tại 3,52 ppm với hằng số tương tác 4,0 và 15,5 Hz. tín hiệu cộng hưởng doublet-doublet tại 4,02 ppm với hằng số tương tác là 2,5 và 18,0 Hz gán cho H-3a, tín hiệu cộng hưởng doublet tại 4,11 ppm với hằng số tương tác là 110 18 Hz được gán H-3b. Proton ở vị trí H-13 là tín hiệu doublet-doublet tại 4,20 ppm với hằng số tương tác 4,0 và 12,0 Hz. Proton ở vị trí H-6 là tín hiệu singlet tại 7,0 ppm. Ngoài ra, ở vùng trường thấp trên 1H-NMR của hợp chất 121g thể hiện tín hiệu cộng hưởng của 8 proton thơm. Phổ 13C-NMR thể hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của 20 nguyên tử cacbon của chất 121g, trong đó hai tín hiệu của nhóm cacbonyl ở 161,8 và 167,7 ppm. Phân tích phổ trên cho phép khẳng định cấu trúc của hợp chất 121g. Hình 3.12: Phổ 13C-NMR của hợp chất piperazinedion 121g Tiếp theo, để bảo vệ nhóm NH hợp chất 121g phản ứng với anhidrit axetic trong pyridin nhận được hợp chất axetyl hóa 121h (sơ đồ 3.25). Sơ đồ 3.25: Tổng hợp các hợp chất piperazinedion 121h Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 121h xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của proton có mặt trên phân tử. So với phổ của hợp chất 121g, phổ của 121h xuất hiện 111 thêm tín hiệu cộng hưởng của ba proton singlet tại 2,58 ppm là đặc trưng của nhóm axyl (Ac). Hình 3.13: Phổ 1H-NMR của hợp chất piperazinedion 121h Hình 3.14: Phổ 13C-NMR của hợp chất piperazinedion 121h 112 Trên phổ 13C-NMR thể hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của 22 nguyên tử cacbon của chất 121h, trong đó có ba tín hiệu của nhóm cacbonyl. Phân tích phổ trên cho phép khẳng định cấu trúc của hợp chất 121h. Như vậy, từ hợp chất trans-113d chúng tôi đã tổng hợp thành công 8 hợp chất piperazinedion mới 121a-h. Cấu trúc của các hợp chất được chứng minh bằng các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Khi so sánh phổ 1H-NMR của các sản phẩm piperazinedion cis 120 và trans 121 cũng thu được kết quả, đồng phân cis 120 thì của proton C-6 dịch chuyển về phía trường cao, còn đồng phân trans 121 thì của proton C-6 dịch chuyển về phía trường thấp. 3.4.7 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ hợp chất cis- 113e Thay thế nhân thơm benzen bằng napthalen có thể làm thay đổi hoạt tính sinh học của hợp chất. Nhằm tìm kiếm các hợp chất có cấu trúc mới và có hoạt tính lý thú chúng tôi tiếp tục nghiên cứu tổng hợp các hợp chất piperazinedion có chứa nhân napthalen. Đồng phân cis-113e phản ứng với 5 đương lượng metylamin trong dung môi etanol ở nhiệt độ phòng trong thời gian 24h nhận được hợp chất 116a với hiệu suất 89% (sơ đồ 3.26). Cấu trúc của 116a được chứng minh bằng các phương pháp phổ IR, MS, 1 H-NMR, và 13 C-NMR. Sơ đồ 3.26: Tổng hợp hợp chất piperazinedion 116a Tương tự, hợp chất cis-113e phản ứng lần lượt với các hợp chất etylamin hoặc n-propylamin, n-butylamin, benzylamin và 4-metoxibenzylamin nhận được các hợp chất 116b-f với hiệu suất phản ứng đạt 92-96% (sơ đồ 3.27). Cấu trúc của các hợp chất 116b-f được chứng minh bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. 113 Sơ đồ 3.27: Tổng hợp các hợp chất piperazinedion 116 Trên phổ 1H-NMR (hình 3.15) xuất hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của các proton của hợp chất 116b. Tín hiệu triplet ở vùng trường cao tại 1,17 ppm đặc trưng cho 3H của nhóm CH3, tín hiệu multiplet tại 3,30-3,37 ppm được gán cho 2H của nhóm CH2, hai tín hiệu doublet-doublet tại 3,65 và 3,8 ppm được gán cho 2 proton là H-12a và H12b, hai tín hiệu doublet tại 3,9 và 4,03 ppm được gán cho 2 proton là H-3a và H-3b, tín hiệu cộng hưởng tại 4,32 ppm doublet-doublet được gán cho proton H-13, tín hiệu singlet tại 6,34 ppm được gán cho H-6. Ngoài ra, trên phổ xuất hiện đầy đủ các pic của 11 đặc trưng cho proton của vòng benzen và naphtalen. Hình 3.15: Phổ 1H-NMR của hợp chất 116a 114 Mặc khác, trên phổ 13C-NMR (hình 1.16) thể hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của 26 nguyên tử cacbon của chất 116b, trong đó có hai tín hiệu của nhóm cacbonyl. Phân tích phổ trên cho phép khẳng định cấu trúc của hợp chất 116b. Hình 3.16: Phổ 13C-NMR của hợp chất 116a Như vậy, từ hợp chất cis-113e luận án đã tổng hợp thành công 6 hợp chất piperazinedion mới 116a-f. Cấu trúc của các hợp chất được chứng minh bằng các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. 3.4.8 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ hợp chất trans- 113e Tiếp tục hướng tổng hợp các hợp chất piperazinedion có nhóm thế napthalen nhằm tìm kiếm các hợp chất có cấu trúc mới và có hoạt tính lý thú, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ hợp chất trans- 113e. Hợp chất trans-113e phản ứng lần lượt với các hợp chất metylamin hoặc etylamin, n- propylamin, n-butylamin, benzylamin và 4-metoxibenzylamin nhận được các hợp chất 117b-f với hiệu suất phản ứng đạt 92-96% (sơ đồ 3.28). Cấu trúc của các hợp chất 117b-f được chứng minh bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. 115 Sơ đồ 3.28: Tổng hợp các hợp chất piperazinedion 117 Như vậy, từ hợp chất trans-113e luận án đã tổng hợp thành công 6 hợp chất piperazinedion mới 117a-f. Cấu trúc của các hợp chất được chứng minh bằng các phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Khi so sánh phổ 1H-NMR của các sản phẩm piperazinedion cis 116 và trans 117 cũng thu được kết quả, đồng phân cis 116 thì của proton C-6 dịch chuyển về phía trường cao, còn đồng phân trans 117 thì của proton C-6 dịch chuyển về phía trường thấp. 3.4.9 Tổng hợp các hợp chất piperazinedion từ các hợp chất cis/trans- 113f Ngoài hoạt tính sinh học quý được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, các hợp chất piperazinedion còn là nguyên liệu cho tổng hợp toàn phần nhiều hợp chất thiên nhiên có hoạt tính cao. Để chuyển hóa tiếp được các hợp chất piperazinedion, đầu tiên hợp chất cis- 113f phản ứng với 5 đương lượng amoniac, trong dung môi etanol ở nhiệt độ phòng nhận được hợp chất 122 với hiệu suất 95% (sơ đồ 3.29). Cấu trúc của 122 được chứng minh bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân. Sơ đồ 3.29: Tổng hợp hợp chất piperazinedion 122 116 Trong điều kiện phản ứng tương tự, hợp chất trans-113f phản ứng với 5 đương lượng amoniac trong dung môi EtOH, nhận được hợp chất 123 với hiệu suất 92%. Cấu trúc của 123 được chứng minh bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân. Sơ đồ 3.30: Tổng hợp hợp chất piperazinedion 123 Trên phổ 1H-NMR xuất hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của các proton của hợp chất 122. Tín hiệu doublet-doublet-doublet với hằng số tương tác 1,0; 12,0 và 14,0 Hz tại 3,00ppm được gán cho H-12a. Tín hiệu doublet-doublet với hằng số tương tác 4,5 và 15,5 Hz được gán cho H-12b. Hai tín hiệu doublet với hằng số tương tác là 14,5 Hz được gán cho H-3a và H-3b. Tín hiệu doublet với hằng số tương tác là 11,5 Hz gán cho H-13. Tín hiệu singlet tại 6,38 ppm được gán cho H-6. Ngoài ra trên vùng trường thấp của phổ 1H-NMR, thể hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của 7 proton thơm của vòng benzen và vòng furan. Hình 3.17: Phổ 1H-NMR của hợp chất 122 117 Phổ 13C-NMR của hợp chất thể hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của 18 nguyên tử cacbon của hợp chất 122, trong đó hai tín hiệu của nhóm cacbonyl cộng hưởng tại 167,94 và 161,89 ppm. Tín hiệu của hai nhóm CH2 cộng hưởng tại 27,12 ppm (C-12) và 44,73 ppm (C-3). Hai tín hiệu của nhóm CH cộng hưởng tại 45,05 ppm (C-6) và 52,38 ppm (C-13). Các tín hiệu còn lại là của cacbon thơm. Từ kết quả phân tích phổ 1H-NMR và 13C-NMR cho phép khẳng định cấu trúc của hợp chất 122. Hình 3.18: Phổ 13C-NMR của hợp chất 122 Cấu trúc của hợp chất trans-123 cũng được chứng minh tương tự. Trên phổ 1H- NMR và 13 C-NMR của hợp chất 123 xuất hiện đầy đủ các tín hiệu giống như hợp chất 122, trong đó tín hiệu cộng hưởng proton dạng singlet của H-6 tại 6,45 ppm, trong khi tín hiệu này ở hợp chất 122 là 6,38 ppm. Bước tiếp theo, các hợp chất 122 và 123 tiếp tục được axyl hóa nhóm NH nhờ phản ứng với anhiđrit axetic với sự có mặt của pyridin nhận được hai dẫn xuất axyl 124 và 125 nhằm bảo vệ nhóm NH cho chuyển hóa tiếp theo. Cấu trúc của 124 và 125 được chứng minh bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân. 118 Sơ đồ 3.31: Tổng hợp hợp chất piperazinedion 124 Sơ đồ 3.32: Tổng hợp hợp chất piperazinedion 125 Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 124 và 125 ngoài các tín hiệu cộng hưởng của các proton giống như hợp chất 122 và 123, còn xuất hiện thêm tín hiệu cộng hưởng singlet của 3 proton tại 2,6 ppm đặc trưng cho nhóm axyl. Hình 3.19: Phổ 1H-NMR của hợp chất 124 119 Ngoài ra, trên phổ 13C-NMR của hai hợp chất này đều xuất hiện thêm 2 tín hiệu cộng hưởng tại 171,9 ppm gán cho nhóm cacbonyl và 27,3 ppm gán cho nhóm metyl của nhóm axyl. Hình 3.20: Phổ 13C-NMR của hợp chất 124 Như vậy, từ nguyên liệu là hai đồng phân cis/trans-113f luận án đã tổng hợp được 4 hợp chất piperazinedion mới là 122-125. Cấu trúc của các hợp chất này đều được chứng minh bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Đây cũng là những nguyên liệu cho tổng hợp các hợp chất mới mô phỏng các hợp chất tự nhiên. Tóm lại, từ nguyên liệu đầu là L-tryptophan luận án đã tổng hợp thành công 56 hợp chất piperazinedion mới có khung tetrahidro-β-cacbolin với hiệu suất cao. Cấu trúc của các hợp chất này đều được chứng minh bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. 3.5. TỔNG HỢP PIPERAZINEDION MÔ PHỎNG HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN Việc đưa thêm các nhóm thế vào vị trí C3 của vòng piperazinedion nhằm tìm kiếm các hợp chất mới theo mô phỏng các hợp chất có nguốn tự nhiên có hoạt tính sinh học mạnh như (-)-phenylahistin (8), roquefortin C (10)... cũng được nhiều nhà khoa học quan tâm [52,53,107,115]. Do đó, chúng tôi tiếp tục tổng hợp hợp chất piperazinedion mới từ hợp chất trans-113d qua bốn bước phản ứng, để đưa vào vị trí C3 một nhóm thế mới. 120 Đầu tiên, tổng hợp hợp chất 121h qua hai bước (phần 3.4.6). Sau đó, hợp chất 121h phản ứng với ba đương lượng andehit trong sự có mặt của tác nhân kiềm Cs2CO3. Phản ứng được thực hiện trong hỗn hợp dung môi DMSO/EtOAC ở nhiệt độ 80 o C, nhận được hợp chất 131 với hiệu suất 43%. Sơ đồ 3.33: Tổng hợp hợp chất piperazinedion 131 Cấu trúc của sản phẩm 131 được chứng minh bằng cộng hưởng từ hạt nhân. Trên 1 H-NMR của 131 mất đi tín hiệu singlet của hai proton ở 3,55 ppm, đồng thời xuất hiện tín hiệu singlet của proton olefin trong khoảng 6,8 ppm. Ngoài ra, trên phổ 1 H-NMR còn xuất hiện thêm các tín hiệu của một nhóm metoxi và 4 proton của nhân thơm thế 1,3. Phân tích phổ 1H-NMR cho phép khẳng định cấu trúc của hợp chất 131. Hình 3.21: Phổ 1H-NMR của hợp chất piperazinedion 131 Cơ chế của phản ứng andol giữa 121h và 3-metoxibenzandehit giải thích như sau: 121 Sơ đồ 3.34: Cơ chế tổng hợp hợp chất 131 Tiếp theo, hợp chất 131 tiếp tục được bảo vệ nhóm chức NH bằng anhidrit axetic trong sự có mặt của piridin nhận được hợp chất axyl hóa 131a. Hỗn hợp phản ứng này được khử hóa bằng hydro trong sự có mặt của xúc tác Pd/C, nhận được sản phẩm 132. Cấu trúc của 132 được chứng minh bằng các phương pháp phổ hiện đại. Sơ đồ 3.35: Tổng hợp các hợp chất piperazinedion 132 Phổ 1H-NMR của 132 xuất hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của các proton có mặt trên cấu trúc của phân tử. Tín hiệu cộng hưởng của một proton doublet-doublet- doublet tại 2,84 ppm với hằng số tương tác là 1,5, 12,0 và 15,0 Hz là đặc trưng của proton H-12a, trong khi proton H-12b cũng thể hiện dưới dạng tín hiệu doublet- doublet-doublet tại 2,99 pm. Phổ 1H-NMR xuất hiện cặp tín hiệu doublet-doublet tại 3,49 và 3,57 ppm với hằng số tương tác J=4,5 và 15,0 Hz được gán cho nhóm metylen của mạch nhánh benzyl cho phép khẳng định liên kết olefin đã được khử hóa. Ngoài ra, tín hiệu cộng hưởng prton doublet-doublet tại 4,27 ppm với hằng số tương tác 4,0 và 12,0 Hz được gán cho proton H-3 (nhóm metin được tạo thành do phản ứng khử 122 hóa olefin). Các tín hiệu của proton thơm và các proton khác có mặt đầy đủ trên phổ. Các dữ liệu phổ trên cho phép khẳng định cấu trúc của hợp chất 132. Hình 3.22: Phổ 1H-NMR của hợp chất piperazinedion 132 Như vậy, chúng tôi đã tổng hợp thành công 2 hợp chất piperazinedion mới là 131 và 132 mô phỏng theo cấu trúc của các hợp chất thiên nhiên có nhóm thế ở C-3. Cấu trúc của các hợp chất được chứng minh bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân. 3.6. TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT PIPERAZINEDION CÓ KHUNG HEXAHYDROPYPERAZIN-[1, 2-b]-ISOQUINOLIN Các hợp chất hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin được sử dụng làm khung cacbon chính cho tổng hợp toàn phần các hợp chất thiên có hoạt tính sinh học mạnh như saframycin và ecteinascidin... Các hợp chất hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin được nghiên cứu tổng hợp qua năm bước phản ứng từ nguyên liệu đầu naphthalen-1,4- dion, etyl 2-(diphenylmetyleneamino) axetat và các amin bậc một. 3.6.1. Tổng hợp hợp chất tetrahydrobenzo[g]isoquinolin Đầu tiên, thực hiện phản ứng khử hóa naphthalen-1,4-dion được nhờ tác nhân khử thiếc (II) clorua trong axit clohydric trong dung môi metanol. Tiếp theo sản phẩm 123 khử được metyl hóa nhờ tác nhân dimetyl sunfat có mặt của tác nhân kiềm K2CO3 trong dung môi axeton nhận được 1,4-dimetylnaphthalen (126). Sơ đồ 3.36: Tổng hợp hợp chất 1,4-dimetylnaphthalen Cấu trúc của hợp chất 126 được chứng minh bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân nhờ xuất hiện tín hiệu của các nhóm metoxi tại 3,97 ppm và tín hiệu của vòng napthalen thế 1,4. Hình 3.23: Phổ 1H-NMR của hợp chất 1,4-dimetylnaphthalen Hợp chất 126 được metylenbrom hóa tại vị trí 2,3 nhờ phản ứng với parafocmandehit và HBr 33% trong axit axetic ở 70oC nhận được hợp chất 127. Sơ đồ 3.37: Tổng hợp hợp chất 2,3-bis(bromomethyl)-1,4-dimethoxynaphthalene 124 Cấu trúc của hợp 127 được chứng minh bằng phổ 1H-NMR. Trên phổ xuất hiện thêm tín hiệu của hai nhóm metylenbrom tại 5,00 ppm đồng thời mất đi tín hiệu của 2 proton thơm ở vị trí 2,3 của nhân naphthalen. Hình 3.24: Phổ 1H-NMR của hợp chất 2,3-bis(bromomethyl)-1,4- dimethoxynaphthalene Hợp chất 127 phản ứng với etyl 2-(diphenylmetyleneamino)axetat trong sự có mặt của xúc tác chuyển pha Bu4NHSO4 và dung dịch KOH 30%, ở nhiệt độ phòng. Sau xử lý, hỗn hợp được thêm THF và HCl 2N, khuấy ở nhiệt độ phòng nhận được hợp chất chìa khóa tetrahydrobenzo[g]isoquinolin 128. Sơ đồ 3.38: Tổng hợp hợp chất tetrahydrobenzo[g]isoquinolin Cơ chế của phản ứng được giải thích như sau : 125 Sơ đồ 3.39: Cơ chế tổng hợp hợp chất tetrahydrobenzo[g]isoquinolin Cấu trúc của 128 được chứng minh bằng phổ 1H-NMR và 13C-NMR. Trên phổ 1 H-NMR của 128 xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của các proton có mặt trong phân tử. Tín hiệu cộng hưởng của 3 proton triplet tại 1.33 ppm (3H, t, J= 7, Me) và tín hiệu multiplet tại 4,27 ppm (2H, m, OCH2) là đặc trưng của nhóm etoxy. Cặp tín hiệu doublet-doublet tại 3,02 ppm và 3,40 ppm với các cặp tương tác tương ứng là J=10,0, 17,0 Hz và 5,0 và 17,0 Hz được qui gán cho cho hai proton của H-4. Proton H- 3 là tín hiệu doublet-doublet tại 3,74 ppm có hằng số tương tác J= 5,0 và 10,0 Hz. Hai proton H-1 được thể hiện dưới hai cặp tín hiệu doublet tại 4,15 ppm và 4,50 ppm với cùng một hằng số tương tác J=16,6 Hz. Hình 3.25: Phổ 1H-NMR của hợp chất tetrahydrobenzo[g]isoquinolin 126 Phổ 13C-NMR của 128 xuất hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của 18 nguyên tử cacbon. Trong đó, nhóm metyl cộng hưởng tại 14,26 ppm, hai nhóm metylen cộng hưởng lần lượt tại 26,75 ppm (C-4) và 43,09 ppm (C-1), tín hiệu tại 55,69 ppm được gán cho C-3, hai nhóm metoxy cộng hưởng lần lượt tại 61.24 ppm và 61.33 ppm, tín hiệu tại 61,20 ppm được gán cho nhóm C-1’, nhóm cacbonyl cộng hưởng tại 173,12 ppm, các tín hiệu của vòng thơm cũng được thể hiện đầy đủ trên phổ. Các dữ liệu phổ trên cho phép khẳng định cấu trúc của tetrahydrobenzo[g]isoquinolin 128. Hình 3.26: Phổ 13C-NMR của hợp chất tetrahydrobenzo[g]isoquinolin 3.6.2 Tổng hợp hợp chất Etyl 2-(2-cloroaxetyl)-5,10-dimetoxy-1,2,3,4- tetrahiđrobenzo[g]isoquinolin-3-cacboxylat Hợp chất tetrahydrobenzo[g]isoquinolin 128 chính là nguyên liệu đầu sử dụng cho phản ứng tổng hợp hợp chất trung gian 129 qua một bước phản ứng duy nhất với hợp chất 2-cloaxetyl clorua trong sự có mặt của trietylamin trong dung môi diclometan ở nhiệt độ phòng nhận được dẫn xuất axetyl hóa 129. Hiệu suất phản ứng đạt 70%. Sơ đồ 3.40: Tổng hợp hợp chất trung gian 129 127 Cấu trúc của 129 được chứng minh bằng phổ 1H-NMR. Trên phổ 1H-NMR của 129 xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của các proton như trong hợp chất 128, ngoài ra trên phổ 1H-NMR của hợp chất 129 xuất hiện thêm tín hiệu của OCH2Cl tại vị trí 3.97-4.07 ppm (2H, m, OCH2). Hình 3.27: Phổ 1H-NMR của hợp chất trung gian 129 Như vậy, chúng tôi đã tổng hợp thành công hợp chất Etyl 2-(2-cloroaxetyl)- 5,10-dimetoxy-1,2,3,4-tetrahiđrobenzo[g]isoquinolin-3-cacboxylat 129 với hiệu 70% nhờ phản ứng của 128 với cloaxetylclorua. 3.6.3 Tổng hợp các hợp chất hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin Hợp chất 129 được vòng hóa với năm đương lượng của metylamin trong dung môi etanol nhận được các dẫn xuất hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin 130a hiệu suất 83% (Sơ đồ 3.41). Cấu trúc của các sản phẩm được chứng minh bằng các phương pháp phổ IR, MS, 1H-NMR và 13C-NMR. Sơ đồ 3.41: Tổng hợp hợp chất piperazinedion 130a 128 Trên phổ IR của hợp chất 130a có đỉnh hấp phụ tại 2988 cm-1 và 2901 cm-1 đặc trưng của các liên kết C-H bão hòa, đỉnh hấp phụ tại 1658cm-1 đặc trưng cho nhóm C=O, đỉnh hấp phụ tại 1057 cm-1 đặc trưng cho C-O-C. Ngoài ra, trên phổ IR còn xuất hiện các đỉnh hấp phụ của các liên kết C-H và C=C của nhân thơm. Trên phổ ESI-MS cho pic ion phân tử ở m/z 341,0 [M+H]+ phù hợp với công thức phân tử C19H20N2O4 của hợp chất 130a. Phổ 1H-NMR của hợp chất 130a xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng. Tín hiệu cộng hưởng của proton nhóm N-CH3 thể hiện ở 3,05 (3H, s). Tín hiệu cộng hưởng dạng doublet-doublet tại 2,95 ppm với hằng số tương tác 12,0 và 16,5 Hz được gán cho vị trí H-13a. Vị trí H-13b là tín hiệu doublet-doublet tại 3,84 ppm với hằng số tương tác 4,0 và 16,5 Hz. Tín hiệu của hai nhóm metoxy cộng hưởng tại 3,89 và 3,93 ppm. Tín hiệu singlet của hai proton tại 4,07 ppm là đặc trưng của nhóm metylen (H- 3). Vị trí proton H-14 cộng hưởng tại 4,17 ppm, là tín hiệu doublet-doublet với hằng số tương tác 3,5 và 12,0 Hz. Hai tín hiệu doublet tại 4,45 ppm và 5,54 ppm đều có hằng số tương tác 17,5 Hz được qui gán cho vị trí H-6a và H-6b. Ngoài ra, trên phổ thể hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của 4 proton thơm có mặt trong phân tử. Hình 3.28: Phổ 1H-NMR của hợp chất piperazinedion 130a Phổ 13C-NMR thể hiện đầy tín hiệu cộng hưởng của 19 nguyên tử cabon có mặt trong phân tử. 129 Hình 3.29: Phổ 13C-NMR của hợp chất piperazinedion 130a Bằng phương pháp tương tự, khi cho hợp chất 129 phản ứng với 5 đương lượng amin bậc 1 khác như: etylamin; n-propylamin; n-butylamin; benzylamin; 4- metoxibenzylamin; 2-metoxietylamin và xiclohexylamin trong dung môi etanol ở nhiệt độ phòng, nhận được 7 hợp chất 130b-h với hiệu suất tương ứng được tóm tắc như trong sơ đồ 3.42. Cấu trúc của các hợp chất được xác định bằng các phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân. Sơ đồ 3.42: Tổng hợp các hợp chất piperazinedion 130 Tiếp theo, hợp chất 129 được vòng hóa với năm đương lượng của amoniac trong dung môi etanol nhận được hợp chất 130i hiệu suất 81%. Cấu trúc của các sản phẩm được chứng minh bằng phương pháp cộng hưởng hạt nhân. 130 Sơ đồ 3.43: Tổng hợp các hợp chất piperazinedion 130i Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 130i xuất hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của các proton. Hai tín hiệu cộng hưởng doublet-doublet tại 3.04 ppm với hằng số tương tác J=12.0, 16.5 Hz và 3.84 ppm với hằng số tương tác J=4.0, 16.5 Hz được gán lần lượt cho H-13a và H-13b, hai tín hiệu singlet tại 3.91 ppm và 3.92 ppm được gán cho hai nhóm metoxy, tín hiệu singlet tại 4.16 ppm được gán cho H-3, tín hiệu doublet- doublet tại 4.23 ppm được gán cho H-14, hai tín hiệu doublet tại 4.52 ppm và 5,50 ppm được gán cho H-6a và H-6b, các tín hiệu cộng hưởng của 4 proton thơm cũng xuất hiện đầy đủ trên phổ. Hình 3.30: Phổ 1H-NMR của hợp chất piperazinedion 130i Trên phổ 13C-NMR thể hiện đầy tín hiệu cộng hưởng của 18 nguyên tử cabon có mặt trong phân tử. Các dữ liệu phổ trên cho phép khẳng định cấu trúc của hợp chất 130i. 131 Hình 3.31: Phổ 13C-NMR của hợp chất piperazinedion 130i Sau đó, hợp chất 130i được axyl hóa nhóm NH nhờ phản ứng với anhidrit axetic trong sự có mặt của pyridin nhận được dẫn xuất axyl hóa 130j. Sơ đồ 3.44: Tổng hợp các hợp chất piperazinedion 130j Cấu trúc của 130j được chứng minh bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Cấu trúc được khẳng định rõ ràng trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR với sự xuất hiện thêm pic cộng hưởng singlet của 3 proton của nhóm axetyl tại 2,62 ppm. 132 Hình 3.32: Phổ 1H-NMR của hợp chất piperazinedion 130j Như vậy, luận án đã tổng hợp thành công 10 hợp chất piperazinedion 130a-j có khung hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin từ nguyên liệu đầu là naphthalen-1,4-dion với hiệu suất cao. Cấu trúc của các hợp chất này đều được chứng minh bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân. 3.7 TỔNG HỢP TADALAFIL Tadalafil là một piperazinedion được tổng hợp toàn phần có khả năng ức chế enzym PDE-5 nên được sử dụng làm thuốc trong điều trị rối loạn sinh lý nam giới và còn được sử dụng để điều trị bệnh tăng huyết áp động mạch phổi [42-44]. Đây là thuốc sắp hết hạn quyền bảo hộ nên được nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm nghiên cứu tổng hợp, nhằm ứng dụng vào sản xuất thương mại. Xây dựng qui trình tối ưu cho tổng hợp thuốc tadalafil vẫn đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Do đó, luận án nghiên cứu xây dựng qui trình tổng hợp tadalafil với qui mô 100g/mẻ nhằm tìm kiếm qui trình triển khai tổng hợp tadalafil có khả năng ứng dụng vào sản xuất. 3.7.1 Tổng hợp hợp chất (1R,3R)-metyl 1-(3,4-metylendioxiphenyl)-2,3,4,9- tetrahiđro-1H-pyrido[3,4-b]indol-3-carboxylat hydroclorua Bước chìa khóa trong qui trình tổng hợp tadalafil là giai đoạn tổng hợp cis 102a thông qua phản ứng Pictet-Spengler từ hai nguyên liệu đầu là metyl este của D- tryptophan với piperonal (sơ đồ 3.45). Trong luận án này chúng tôi đưa ra các kết quả nghiên cứu về điều kiện tối ưu để nhận được đồng phân cis 102a với độ chọn lọc lập 3H, Ac 133 thể cao và hiệu suất tốt nhất, nhằm tìm kiếm điều kiện tốt nhất cho qui trình phản ứng tổng hợp tadalafil ở qui mô 100g/mẻ. Sơ đồ 3.45: Tổng hợp hợp chất 102 Trên cơ sở của các công bố [108,109], chúng tôi lựa chọn dung môi cho phản ứng Pictet-Spengler là các dung môi cho độ chọn lọc lập thể cao nhất và hiệu suất tốt nhất, dung môi được lựa chọn là t-BuOH, nitrometan, axetonnitrin và THF thời gian phản ứng ban đầu là 48h (sơ đồ 3.45). Kết quả được đánh giá dựa trên hiệu suất phản ứng và tỷ lệ động phân cis/trans (102a/102b) thu được (bảng 3.3). Bảng 3.3: Dung môi và thời gian phản ứng Pictet-Spengler ở qui mô 5g/mẻ STT Dung môi Thời gian Hiệu suất Tỷ lệ cis / trans STT Dung môi Thời gian Hiệu suất Tỷ lệ cis / trans 1 t-BuOH 48h 80 96/4 7 Nitrometan 36h 98 99/1 2 Nitrometan 48h 98 99/1 8 Axetonitrin 36h 96 98/2 3 Axetonitrin 48h 97 98/2 9 Nitrometan 30h 96,5 99/1 4 THF 48h 56 95/5 10 Axetonitrin 30h 91 98/2 5 Nitrometan 42h 98 99/1 11 Nitrometan 24h 93 99/1 6 Axetonitrin 42h 96 98/2 12 Axetonitrin 24h 91 98/2 Từ bảng 3.3 nhận thấy, với dung môi nitrometan và axetonitrin có hiệu suất cao nhất, đặc biệt là sự chọn lọc lập thể rất cao, tỷ lệ đồng phân cis/trans đạt 99/1 đối với dung môi nitrometan và 98/2 đối với dung môi axetonitrin, kết quả này phù hợp với tài liệu đã công bố [108,109]. Tỷ lệ đồng phân cis/trans được xác định dựa trên phổ NMR, tín hiệu proton tại vị trí H-1 của hai đồng phân cis 102a và trans 102b là cơ sở để xác định tỷ lệ. Tín hiệu cộng hưởng proton H-1 của hai đồng phân được phân tách 134 trong từ trường, trong đó H-1 của cis 6a (δH-1 = 5,17 ppm) chuyển dịch về phía trường cao hơn trans 6b (δH-1=5,29 ppm) (Hình 3.33), tỷ lệ diện tích của hai tín hiệu này tương ứng với tỷ lệ của hai đồng phân cis/trans trong hỗn hợp. Hình 3.33: Phổ 1H-NMR của hợp chất piperazinedion 102 Tiếp theo, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu tìm thời gian phản ứng Pictet-Spengler tốt nhất với hai dung môi có độ chọn lọc lập thể cao là nitrometan và axetonitrin. Các phản ứng được thực hiện tương tự ở các thời gian phản ứng khác nhau 42h, 36h, 30h và 24h, kết quả được chỉ ra trong bảng 3.3. Từ bảng 3.3 nhận thấy thời gian phản ứng không ảnh hưởng nhiều đến tỷ lệ hai đồng phân cis/trans đối với cả dung môi nitrometan và axetonitrin. Hiệu suất phản ứng đạt hiệu suất tốt nhất với dung môi nitrometan tại thời gian phản ứng 36h. Như vậy, dung môi nitrometan là dung môi tối ưu nhất cho phản ứng Pictet-Spengler cho độ chọn lọc lập thể cao nhất 99/1 và hiệu suất phản ứng đạt 98%, thời gian tối ưu để thực hiện phản ứng với qui mô 100g/mẻ là 36h. 3.7.2 Tổng hợp hợp chất (1R,3R)-metyl 1-(3,4-metylendioxiphenyl)-2-(2- cloroaxetyl)-2,3,4,9-tetrahydro-1H-pyrido[3,4-b]indol-3-carboxylat Tiếp theo, hợp chất cis 102a được axyl hóa nhờ phản ứng với 1,5 đương lượng cloaxetyl clorua, có mặt của tác nhân kiềm nhận được dẫn xuất 103. Các điều kiện tối ưu cho phản ứng như lựa chọn tác nhân kiềm, dung môi phản ứng đều được nghiên cứu. 135 Sơ đồ 3.46: Tổng hợp hợp chất 103 Bảng 3.4: Điều kiện phản ứng tổng hợp chất 103 ở qui mô 100g/mẻ STT Dung môi Xúc tác Thời gian Hiệu suất 1 EtOAc Et3N 2h 95% 2 CH2Cl2 Et3N 2h 98% 3 CH3CN Et3N 2h 93% 4 EtOAc:H2O=1:1 NaHCO3 24h 98% 5 CH2Cl2:H2O=1:1 NaHCO3 24h 95% 6 CH3CN:H2O NaHCO3 24h 95% Các công bố trước đây dung môi cho phản ứng axyl hóa cis 102a chủ yếu sử dụng dung môi diclometan, xúc tác kiềm là trietylamin [108,109], trong công trình này chúng tôi thử nghiệm phản ứng trong nhiều loại dung môi khác nhau với nhiều hệ xúc tác kiềm để lựa chọn được điều kiện phản ứng phù hợp nhất và cho hiệu quả cao. Kết quả thực nghiệm được chỉ ra trong bảng 3.4. Từ bảng 3.4 nhận thấy các dung môi khác nhau đều cho hiệu suất cao trên 90%. Các phản ứng thực hiện trong điều kiện đồng thể với xúc tác kiềm là trietylamin và pyridin thời gian phản ứng xảy ra rất nhanh trong 2h. Phản ứng thực hiện trong hệ dị thể gồm dung môi hữu cơ và nước, xúc tác phản ứng là NaHCO3 thời gian phản ứng cần dài hơn lên đến 24h. Tuy nhiên, với hệ đồng thể sản phẩm cần phải có thời gian làm sạch lâu hơn bằng kết tinh lại nhiều lần trong metanol/nước (8/2), để loại bỏ trietylamin và pyridin, trong hệ dị thể chỉ dùng nước và chiết bằng dung môi etyl axetat hoặc diclomethan sau đó kết tinh lại trong metanol/nước (8/2) thu được sản phẩm sạch. 3.7.3 Tổng hợp tadalafil Cuối cùng, các dẫn xuất axyl 103 được đóng vòng β-cacbolin nhờ phản ứng với 5 đương lượng metylamin trong thời gian 48h nhận được tadalafil (sơ đồ 3.47). 136 Sơ đồ 3.47: Tổng hợp tadalafil Cấu trúc của các hợp chất tadalafil được chứng minh bằng các phương pháp phổ IR, MS, 1H-NMR và 13C-NMR. Trên phổ IR của hợp chất tadalafil (11) có đỉnh hấp phụ tại 3321 cm-1 đặc trưng của nhóm amin bậc hai, đỉnh hấp phụ tại 1674 cm-1 đặc trưng cho nhóm C=O, đỉnh hấp phụ tại 1040 cm-1 đặc trưng cho C-O-C. Ngoài ra, trên phổ IR còn xuất hiện các đỉnh hấp phụ của các liên kết C-H bão hòa, C-H và C=C của nhân thơm. Trên phổ ESI-MS cho pic ion phân tử ở m/z 390,0 [M+H]+ và 387,9 [M-H] + phù hợp với công thức phân tử C22H19N3O4 của hợp chất tadalafil. Trên phổ 1H-NMR của hợp chất 11 xuất hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của proton có mặt trên phân tử. Tín hiệu cộng hưởng singlet của ba proton tại 2,97 ppm là đặc trưng của nhóm N-CH3. Tín hiệu cộng hưởng doublet-doublet với hằng số tương tác 12,0 và 16,0 Hz tại 3,14 ppm được gán cho proton H-12a. Tín hiệu cộng hưởng của proton H-12b tại 3,52 ppm với hằng số tương tác 4,5 và 16,0 Hz. Proton ở vị trí H-3 thể hiện là cặp doublet tại 3,87 ppm và 4,17 ppm với hằng số tương tác 17,0 Hz. Proton ở vị trí H-13 là tín hiệu doublet-doublet tại 4,19 ppm với hằng số tương tác 4,0 và 11,5 Hz. Proton ở vị trí H-6 là tín hiệu singlet tại 6,09 ppm. Ngoài ra, trên vùng trường thấp trên 1H-NMR của hợp chất 11 thể hiện tín hiệu cộng hưởng của 8 proton thơm, tín hiệu cộng hưởng của nhóm etylen tại 5,80 ppm. Độ dịch chuyển hóa học và các hằng số tương tác phù hợp với cấu trúc của tadalafil đã được công bố trong tài liệu [108,109]. 137 Hình 3.34: Phổ 1H-NMR của tadalafil Phổ 13C-NMR thể hiện đầy đủ các tín hiệu cộng hưởng của 22 nguyên tử cacbon của chất 11, trong đó có hai tín hiệu của nhóm cacbonyl. Phân tích phổ trên cho phép khẳng định cấu trúc của hợp chất 11 là tadalafil. Hình 3.35: Phổ 13C-NMR của tadalafil Từ kết quả này và kết quả tổng hợp hợp chất 102a và 103, chúng tôi rút ra quy trình sản xuất tadalafin như sơ đồ 3.48: 138 Sơ đồ 3.48: Quy trình sản xuất tadalafil 100g/mẻ Đun hồi lưu 36h 80g D-tryptophan metyl este hidroclorua 47,2g Piperonal 500 ml CH3NO2 Làm lạnh 0oC Kết tinh, lọc Khuấy ở 0-5oC, 24h Sản phẩm 102a, 98% 0,8 lít hỗn hợp EtOAc:H2O (1:1) 78g NaHCO3 Chiết 3 lần Rửa Làm khan, loại bỏ dm 50g Na2SO4 500ml K2CO3 10% 1,5 lít EtOAc Kết tinh lại 1,0 lít CH2Cl2 Khuấy ở nhiệt độ phòng, 48h Sản phẩm 103, 98% Loại bỏ dm, CH3NH2 CH3NH2 (100ml, 40%) 0,6 lít EtOH Rửa, kết tinh Hỗn hợp nước/isopropanol (10%) Tadalafin, 91% 1,5 lít CH3NO2 1,5 lít CH3NO2 30ml ClCOCH2Cl 139 Như vậy, từ việc tổng hợp các hợp chất piperazinedion chứa khung tetrahidro- β-cacbolin và nghiên cứu những công bố trước đây về tổng hợp tadalafil. Luận án đã đưa ra quy trình tối ưu tổng hợp tadalafil quy mô 100g/mẻ với hiệu suất 86,5% từ nguyên liệu D-tryptophan metyl este hidroclorua. 3.8. XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO CỦA MỘT SỐ HỢP CHẤT PIPERAZINEDION Phương pháp thử khả năng gây độc tế bào in vitro được Viện Ung thư Quốc gia Hoa kỳ (NCI) xác nhận là phép thử gây độc tế bào chuẩn nhằm sàng lọc, phát hiện các chất có khả năng kìm hãm sự phát triển hoặc diệt tế bào ung thư ở điều kiện in vitro [116]. Các hợp chất piperazinedion được chúng tôi thử nghiệm gây độc tế bào trên các dòng tế bào ung thư ở người được cung cấp từ bộ sưu tập giống chuẩn Hoa Kỳ (American Type Culture Collection – ATCC) gồm: Tế bào ung thư biểu mô KB (Human epidermic carcinoma), ung thư gan Hep-G2 (Hepatocellular carcinoma), ung thư phổi LU (Human lung carcinoma) và ung thư vú MCF-7 (Human breast carcinoma), nhằm tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính mạnh. Kết quả thử hoat tính gây độc tế bào được tóm tắt như bảng sau: Bảng 3.5: Kết quả xác định độc tính trên 4 dòng tế bào ung thư (Lu, KB, Hep- G2, MCF7) của một số hợp chất piperazinedion STT Hợp chất Giá trị IC50 (µg/ml) LU Giá trị IC50 (µg/ml) KB Giá trị IC50 (µg/ml) Hep_G2 Giá trị IC50 (µg/ml) MCF-7 1 119c >128 >128 >128 >128 2 118f >128 >128 >128 >128 3 119f >128 >128 >128 >128 4 119d 107 102.5 >128 116.61 5 117f >128 >128 >128 >128 6 117b >128 >128 >128 >128 7 117c >128 >128 >128 >128 8 116f >128 >128 >128 >128 9 117a >128 >128 >128 >128 10 116b >128 >128 >128 >128 140 STT Hợp chất Giá trị IC50 (µg/ml) LU Giá trị IC50 (µg/ml) KB Giá trị IC50 (µg/ml) Hep_G2 Giá trị IC50 (µg/ml) MCF-7 11 116c >128 62.31 >128 >128 12 115a 30.85 24.59 118 >128 13 115b 71.36 88.1 >128 >128 14 114c >128 >128 >128 >128 15 115d >128 >128 >128 >128 16 114a >128 >128 >128 >128 17 114b >128 >128 >128 >128 18 115c >128 117.3 >128 >128 19 114d >128 >128 >128 >128 20 116e >128 >128 >128 >128 21 116d 99.2 4.4 8 >128 22 117d >128 >128 >128 >128 23 117e >128 >128 >128 >128 24 120f >128 >128 >128 >128 25 121f >128 >128 >128 >128 26 121e >128 >128 >128 >128 27 121d >128 >128 >128 >128 28 121c >128 >128 >128 >128 39 121b >128 >128 >128 >128 30 120b >128 27.5 >128 >128 31 120c >128 29.73 >128 >128 32 120d 23.69 23.71 128 >128 33 120e 27.28 32 >128 >128 34 120a 116.5 17.7 >128 >128 141 STT Hợp chất Giá trị IC50 (µg/ml) LU Giá trị IC50 (µg/ml) KB Giá trị IC50 (µg/ml) Hep_G2 Giá trị IC50 (µg/ml) MCF-7 35 121a 90.28 32 >128 >128 36 114f 128 8 >128 >128 37 114e 22.96 7.58 32 >128 38 118b >128 32 >128 >128 39 118c >128 27.5 >128 >128 40 118d >128 9.16 38.5 >128 41 115f >128 >128 >128 >128 42 119a 8 3.59 12.36 >128 Từ bảng 3.5 nhận thấy có 18/42 mẫu có hoạt tính ức chế sự phát triển của tế bào ung thư đáng lưu ý, tập trung vào hai dòng ung thư là KB và LU. Trong đó các mẫu 114e, 114f, 118d, 119a và 116d thể hiện hoạt tính với dòng KB tương đối mạnh với giá trị IC50 trong khoảng 3.59-9.16 µg/ml. Mẫu 119a gây độc tế bào tương đối mạnh với cả hai dòng KB và LU, trong khi mẫu 116d gây độc tế bào mạnh với hai dòng Hep-G2 và KB nằm trong khoảng IC50 < 10 µg/ml. Hình 3.36: Một số hợp chất có hoạt tính mạnh với dòng tế bào KB Kết quả này cho thấy, những hợp chất piperazinedion tổng hợp được có cấu trúc đơn giản hơn các hợp chất piperazinedion thiên nhiên có cùng bộ khung 142 tetrahydro-β-cacbolin, tuy nhiên nó vẫn có được hoạt tính gây độc trên một số dòng tế bào. Kết quả này cũng khẳng định, nghiên cứu thiết kế tổng hợp các hợp chất piperazinedion lược giản mô phỏng theo cấu trúc của các hợp chất piperazinedion thiên nhiên có ý nghĩa khoa học. Từ 5 hợp chất 114e, 114f, 116d, 119a và 118d có hoạt tính mạnh với dòng tế bào KB (hình 3.36), tiếp tục nghiên cứu cải tiến cấu trúc để có các hợp chất có hoạt tính cao hơn. Đây là những kết quả rất lý thú cho nghiên cứu sâu hơn về hoạt tính của lớp chất này. 143 KẾT LUẬN 1. Đã tổng hợp thành công 6 cặp đồng phân cis/trans chứa khung tetrahidro-β- cacbolin từ nguyên liệu đầu là L-tryptophan và các anđehit bằng phản ứng Pictet- Spengler. Từ nguyên liệu trung gian này, đã nghiên cứu tổng hợp được 56 hợp chất piperazinedion mới chứa khung tetrahidro-β-cacbolin với hiệu suất cao. 2. Từ các nguyên liệu đầu naphthalen-1,4-dion, etyl 2-(diphenylmetyleneamino) axetat và các amin, đã nghiên cứu tổng hợp được 10 hợp chất piperazinedion mới có khung hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin qua năm bước phản ứng. Cấu trúc của sản phẩm được chứng minh bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân. 3. Đã tổng hợp thành công 2 hợp chất piperazinedion mới mô phỏng theo cấu trúc của hợp chất thiên nhiên (-)-phenylahistin. Cấu trúc các hợp chất này đã được xác định bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân. 4. Đã nghiên cứu và xây dựng quy trình tối ưu tổng hợp tadalafil với quy mô 100g/mẻ với hiệu suất 86,5%. 5. Đã khảo sát hoạt tính gây độc tế bào của 42 mẫu hợp chất piperazinedion tổng hợp, nhận thấy có 18/42 mẫu thử có hoạt tính ức chế sự phát triển của tế bào ung thư đáng lưu ý, tập trung vào hai dòng ung thư là KB và LU. Đáng chú ý, mẫu 119a gây độc tế bào tương đối mạnh với cả hai dòng KB (3,59 μg/ml) và LU (8,0 μg/ml), trong khi mẫu 116d gây độc tế bào mạnh với hai dòng Hep-G2 (8,0 μg/ml) và KB (4,4 μg/ml). 144 ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN 1. Luận án đã tổng hợp được 56 hợp chất piperazinedion mới chứa khung tetrahidro- β-cacbolin từ nguyên liệu đầu L-tryptophan qua 4 bước 2. Luận án đã tổng hợp được 10 hợp chất piperazinedion mới có khung hexahydropyrazin-[1,2b]-isoquinolin qua năm bước phản ứng. 3. Luận án đã tổng hợp thành công 2 hợp chất piperazinedion mới mô phỏng theo cấu trúc của hợp chất thiên nhiên (-)-phenylahistin. 4. Luận án xây dựng quy trình tối ưu tổng hợp tadalafil với quy mô 100g/mẻ với hiệu suất 86,5%. 5. Luận án đã xác định được 18 hợp chất piperazinedion mới chứa khung tetrahidro-β- cacbolin có hoạt tính ức chế sự phát triển của tế bào ung thư, tập trung vào hai dòng ung thư là KB và LU. Trong đó chất piperazinedion 119a gây độc tế bào tương đối mạnh với cả hai dòng KB (3,59 μg/ml) và LU (8,0 μg/ml), chất piperazinedion 116d gây độc tế bào mạnh với hai dòng Hep-G2 (8,0 μg/ml) và KB (4,4 μg/ml). 145 CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 1. Vũ Đức Cƣờng, Phạm Thế Chính, Đặng Thị Tuyết Anh, Ngô Quốc Anh, Nguyễn Văn Tuyến, “Tổng hợp một số dẫn xuất mới của diketopiperazin”. Tạp chí Hóa học. 2014, Số 6A, tập 52, 208-211. 2. Nguyen Van Tuyen, Vu Duc Cuong, Ngo Quoc Anh, Pham The Chinh, Dang Thi Tuyet Anh, Hoang Thi Phuong, Pham Thi Tham, Nguyen Thi Bich Thuan, Nguyen Thi Hanh and Vu Thi Thu Ha, Synthesis of several piperazidinedione derivatives, Vietnam Journal of Chemistry 2013, 51(5A), 17-21. 3. Nguyen Van Tuyen, Vu Duc Cuong, Ngo Quoc Anh, Pham The Chinh, Dang Thi Tuyet Anh, Hoang Thi Phuong, Pham Thi Tham, Nguyn Bich Thuan, Nguyen Thi Hanh, Doan Duy Tien, Vu Thi Thu Ha, “Synthesis of piperazinedion derivatives containing naphthalens moiety”, Proceedings of the 2nd VAST-KAST, NXb Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, ISBN: 978-604-913-143-1, 2013, 170-176. 4. Vu Duc Cuong, Pham The Chinh, Dang Thi Tuyet Anh, Pham Thi Tham, Ngo Quoc Anh, Nguyen Van Tuyen, “Synthesis and evaluation of the activity new piperazinedion derivatives”, Proceedings of the first VAST-BAS, NXb Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, ISBN: 978-604-913-143-1, 2014, 413-420. 5. Đặng Thị Tuyết Anh, Phạm Thế Chính, Vũ Đức Cƣờng, Hoàng Thị Phương, Nguyễn Hà Thanh, Phạm Thị Thắm, Đoàn Duy Tiên, Nguyễn Văn Tuyến, “Nghiên cứu qui trình tổng hợp tadalafil”, Tạp chí Hóa học, 2015, số 6e1-2, tập 53, 272-276. 6. Phạm Thế Chính, Đặng Thị Tuyết Anh, Vũ Đức Cường, Nguyễn Hà Thanh, Phạm Thị Thắm, Nguyễn Tuấn Anh, Trần Thị Phương, Đoàn Duy Tiên, Nguyễn Văn Tuyến, “Tổng hợp một số dẫn xuất mới của tadalafil”, Tạp chí Hóa học, 2015, số 6e1-2, tập 53, 277-281.