Tổng hợp một số dẫn xuất từ acid shkimic

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 2 - thuốc mới. Trong luận văn này chúng tôi đặt nhiệm vụ nghiên cứu tổng hợp hợp chất etyl 4,5-epoxyshikimat ở điều kiện Việt Nam. Etyl 4,5-epoxyshikimat có thể được xem như là một chất trung gian quan trọng để tổng hợp nên nhiều chất hữu cơ khác. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACID SHIKIMIC 1.1.1 Nguyên liệu để lấy acid shikimic Acid shikimic (có tên IUPAC là acid (3R,4S,5R)-3,4,5-trihydroxylcyclohex-1- en carboxylic) lần đầu tiên được tách ra từ quả của một loại hồi có độc tính, gọi là hồi Nhật Bản Illicium religiosum vào năm 1885 bởi Eijkman [13]. Cây Hồi Việt Nam có tên khoa học là Illicium verum Hook.f (thuộc họ Hồi Illiciaceae) mà dân gian ta thường gọi là hoa hồi [1]. Ở nước ta, hoa hồi có nhiều ở các tỉnh Cao Bằng, Lạng Sơn và một số lượng ít hơn ở các tỉnh Hà Giang, Tuyên Quang, Bắc Cạn và Thái Nguyên dưới dạng rừng trồng hoặc bán hoang dại [2]. Đây là điều kiện thuận lợi để chiết lấy acid shikimic. Như vậy, nước ta được xem là quốc gia có nguồn nguyên liệu acid shikimic dồi dào. Acid shikimic là một chất trung gian then chốt trong quá trình sinh tổng hợp của thực vật và vi sinh vật [5,6]. Vì thế nó là đối tượng của nhiều công trình nghiên cứu khoa học cơ bản. Tuy nhiên trước đây thế giới ít có nghiên cứu sản xuất acid shikimic vì nó chưa có ý nghĩa thực tiễn quan trọng. Gần đây acid shikimic trở nên quan trọng do nhu cầu nguyên liệu để sản xuất thuốc trị cúm gia cầm H5N1. Chỉ có một số ít loài thực vật có chứa một lượng acid shikimic đáng kể, trong đó quan trọng nhất là quả hồi Illicium verum và cây Bạch quả Gingo biloba. Nhiều loài thực vật khác cũng chứa acid shikimic nhưng so sánh với hoa hồi thì hàm lượng nó kém hơn nhiều (bảng 1) [9,10]. LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 3 - Bảng 1.1: Hàm lượng acid shikimic có trong một số loài thực vật STT Tên cây cỏ Hàm lượng acid shikimic (%) STT Tên cây cỏ Hàm lượng acid shikimic (%) 1 Illicium verum 9.01 7 Saxifraga stolonifera 0.62 2 Ginkgo biloba 5.30 8 Macleya cordata 0.41 3 Metasequoia glyptostroboides 2.24 9 Rosa multiflora 0.36 4 Platanus orientalis 1.93 10 Commelina communis 0.28 5 Matteuccia struthiopteris 0.91 11 Iris pseudoacorus 0.14 6 Liquidambar 3.50 12 Hydrangea macrophylla 0.11 Từ hoa hồi có thể chiết ra 3-9% acid shikimic. Ngoài thành phần chính của hoa hồi là acid shikimic còn có một số chất tinh dầu khác có hàm lượng nhỏ như acid p-anisic, acid protocatechuic, anetol, safrol, miristicin [30]… Gần đây nhất vào năm 2008 Liza đã tách acid shikimic có trong hạt Liquidambar styraciua với hàm lượng đạt từ 2,4-3,7% [24]. Trung bình 30 kg hoa hồi khô ở Viêt Nam tách ra được 1 kg acid shikimic sạch. Dưới đây là quy trình chiết tách acid shikimic từ hoa hồi của “nhóm H5N1” ở Viện Hóa học Hà Nội (sơ đồ 1.1) [2]. LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 4 - Sơ đồ 1.1: Quy trình chiết tách acid shikimic từ hoa hồi [2] Acid shikimic cũng thu được bằng cách lên men ở các sinh vật tự dưỡng như vi khuẩn Escherichia Coli. Gần đây phương pháp tổng hợp sinh học này được Frost và các cộng sự đã hòan thiện quy trình sản xuất acid shikimic bằng công nghệ lên men vi sinh, với một chủng Escherichia Coli tái tổ hợp, nuôi bằng con đường glucoza, cho phép các sinh vật này tích lũy đủ lượng acid shikimic cần thiết để có thể sử dụng trong thương mại [12, 23]. Phần lớn acid shikimic sử dụng thương mại hiện nay chủ yếu được lấy từ hoa hồi và từ sự tổng hợp ở vi khuẩn Escherichia Coli [18]. Quả hồi phơi khô được nghiền thành bột (100g) Chiết soxhlet với etanol 95%. Dịch sau khi chiết Cô quay, cho nước vào loại bỏ phần không tan. Cho qua cột trao đổi ion, giải ly bằng acid acetic 25% Cặn dịch acid acetic Sắc ký cột sephadex, giải ly bằng metanol Thu được 7.02g acid shikimic LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 5 - 1.1.2 Sinh tổng hợp acid shikimic và các hợp chất hương phương từ acid shikimic Trong thực vật và vi khuẩn, acid shikimic được tạo ra từ carbohydrat, erytro- 4-phos-phat và phosphoenol pyruvat. Phosphoenol pyruvat và erytro-4-phosphat tác động với nhau để tạo ra 3-deoxy-arabinoheptulsonat-7-phosphat (DAHP) sử dụng enzym DAHP làm xúc tác. DAHP sau đó được chuyển thành acid 3-dehydroquinic (DHQ) sử dụng xúc tác enzym DHQ. DHQ sau đó bị khử nước thành 3- dehydroshikimat bởi tác động của enzym dehydrat hóa DHQ, sau đó bị khử tiếp thành acid shikimic nhờ enzym hydro hóa (sơ đồ 1.2) [6, 9]. CO2HO3PO CHO C OHH C OHH CH2OPO3 C CH2 C OHHO C OHH C OHH CH2OPO3 CO2H O Phosphoenol -pyruvat HO CO2H OH OH O OH OH O CO2H OH OH CO2H HO Erytro 4- phosphat 3-Deoxy-arabino heptulosonat-7- phosphat (DAHP) Acid 3-dehydro quinic (DHQ) Acid 3-dehydro shikimic Acid shikimic Enzym dehydrat DHQ Enzym DHQ Enzym DAHP + Enzym hydro hóa Sơ đồ 1.2: Sinh tổng hợp acid shikimic Vào năm 1950, Davis phát hiện acid shikimic là một tiền chất để sinh tổng hợp các amino acid hương phương như: L- phenylalanin, L-tyrosin và L-tryptophan cũng như coenzym folat, các isoprenoid quinon và các chất trao đổi như folat, p- aminobenzoat (sơ đồ 1.3) [10, 20]. LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 6 - COOH HO OH OHCOOH OH COOH OHO COOH NH2H COOH NH2HO COOH H COOH HO Acid shikimic (1) acid phenylpyruvic acid p-hydroxylphenylpyruvic phenylalanin tyrosin acid cinnamic acid p-hydroxylcinnamic (acid p-coumaric) PHENYLPROPANOID Sơ đồ 1.3: Sinh tổng hợp các phenylpropanoid từ acid shikimic (1) 1.1.3 Một số đặc điểm của acid shikimic Quả hồi nước ta có vị cay ngọt, mùi thơm, tính ấm có tác dụng kích thích, làm dễ tiêu hóa, chóng co giật, ức chế sự lên men ruột nên được dùng chữa đau bụng, ho, thấp khớp, làm gia vị và được dùng để chưng cất lấy tinh dầu Hồi [1]. Mặc dù acid shikimic được phát hiện từ năm 1885 nhưng mãi đến năm 1937 thì cấu trúc của nó mới được xác định bởi Fischer và Dangschat (hình 1.1) [15]. Ở điều kiện thường, acid shikimic là chất rắn, màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 188oC, tan tốt trong H2O, trong cồn, trong metanol và ít tan trong dung môi hữu cơ. Năng lực triền quang α = -176 (c= 4, H2O, 25oC) [3]. LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 7 - COOH HO OH OH H OHH H HO H OH HHO2C H Hình 1.1: Cấu trúc của acid shikimic (1) Từ cấu tạo của acid shikimic ở trên, chúng tôi nhận thấy có nhiều điểm quan trọng đáng chú ý như: Phân tử có 3 nhóm hydroxyl kế cận nhau gắn trên 3 nguyên tử carbon thủ tính, 1 nhóm carboxyl và một nối đôi carbon-carbon. Đây là những nhóm chức cơ bản, hoạt động hóa học mạnh. Do đó hóa tính của acid shikimic rất đa dạng, phong phú, là điều kiện thuận lợi để tổng hợp được nhiều hợp chất hữu cơ có giá trị. 1.2 MỘT SỐ DẪN XUẤT ĐƯỢC TỔNG HỢP TỪ ACID SHIKIMIC Do phân tử có 3 nhóm -OH nằm kế cận nhau trong phân tử và cùng gắn trên 3 nguyên tử carbon thủ tính nên rất thuận lợi cho một số tổng hợp phi đối xứng. Trong các quy trình tổng hợp thường bảo vệ nhóm chức này trước khi thực hiện phản ứng. Có rất nhiều chất để bảo vệ diol như aldehyd, ceton…Tùy những chất cần tổng hợp mà có thể bảo vệ cis-diol hoặc trans-diol trong phân tử. Trên thế giới đã có nhiều nhóm nghiên cứu tổng hợp các dẫn xuất từ acid shikimic và trong đó một số dẫn xuất có tính kháng khuẩn, kháng virus và kháng ung thư [17, 18, 21, 36]. 1.2.1 Tổng hợp acid 3(R)-amino-4(R),5(R)-dihydroxy-l-cyclohexen-l-carboxylic (2) Năm 1996 nhóm của Adams tổng hợp acid (2) qua 7 giai đoạn thì nhóm –OH tại C-3 được thay thế bằng nhóm –NH2 [4]. Trong tổng hợp này, cis-diol được bảo vệ trước tiên, rồi sau đó chuyển đổi nhóm chức tại C-3 để được nhóm –NH2 tại C-3 (sơ đồ 1.4). LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 8 - CO2H HO OH OH PhCH(OMe)2 TsOH.H2O CO2H H2N OH OH CO2CH3 N3 OH OH CO2CH3 N3 OBz OAc CO2CH3 Br OBz OAc NBS CCl4 PPh3, H2ONaOMe MeOH NaN3 CO2CH3 O O OH THFMeOH CO2CH3 O O OAc CO2CH3 HO OH OH CH3OH HCl (2) Ac2O C5H5N Sơ đồ 1.4: Tổng hợp acid 3(R)-amino-4(R),5(R)-dihydroxy-l-cyclohexen-l- carboxylic (2) 1.2.2 Tổng hợp acid 3(S)-fluoro-4(S),5(R)-dihydroxy-l-cyclohexen-l-carboxylic (4), 3(S)-cloro-4(S),5(R)-dihydroxy-l-cyclohexen-l-carboxylic (5) và acid chorismic (6) Brettle tổng hợp các hợp chất trên vào năm 1996 [7]. Đầu tiên tác giả chuyển acid shikimic thành hợp chất epoxid (3). Epoxid này cũng có trong tự nhiên được tách lần đầu tiên vào năm 1981 từ nấm Chalara microspora [15]. Từ epoxid (3), một số hợp chất với nhóm halogen ở C-3 có thể được tổng hợp. Epoxid (3) cũng được dùng để tổng hợp acid chorismic (6). Acid chorismic (6) là một chất trung gian quan trọng trong thực vật và động vật (sơ đồ 1.5) [5]. LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 9 - CO2H OH OHCl HCl CO2H HO OH OH CO2CH3 OH O HF, C 5 H 5N CO2H OH OHF CH 2 Cl 2 CF3CO2H, H2O (1) (3) (4) (5) CO2H OH O CO2H (6) Sơ đồ 1.5: Tổng hợp acid 3(S)-fluoro-4(S),5(R)-dihydroxy-l-cyclohexen-l-carboxylic (4), 3(S)-cloro-4(S),5(R)-dihydroxy-l-cyclohexen-l-carboxylic (5) và acid chorismic (6) 1.2.3 Tổng hợp 3-phosphat shikimat (7) Hợp chất này được Chahoua tổng hợp vào năm 1992 [8]. Trong tổng hợp có bảo vệ cis-diol ở vị trí C-3 và C-4. Tuy nhiên quy trình tổng hợp rất dài. Vào năm 2000, Shih đã rút ngắn được quy trình tổng hợp thêm 3 bước, ông sử dụng 2,2,3,3- tetrametoxybutan (TMB) làm chất bảo vệ thì được một hỗn hợp sản phẩm bảo vệ trans- và cis-diol với hiệu suất 75-85%. Đun hoàn lưu 3 giờ thì tỉ lệ trans:cis là 1:1.5 nhưng khi đun hòan lưu 18 giờ thì sản phẩm bảo vệ trans-diol được tạo ra nhiều hơn so với cis-diol. Sau 3 ngày đun hòan lưu thì tách được 72% sản phẩm bảo vệ trans- diol. Từ sản phẩm bảo vệ trans-diol, Chahoua thực hiện một số phản ứng để tạo ra 3- phosphatshikimat (7) (sơ đồ 1.6) [31]. LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 10 - COOH HO OH OH COOMe HO OH OH COOMe O O OH MeO OMe COOMe HO O O OMe MeO TBM, (MeO)3CH COOMe O O O OMe MeO P O BnO OBn COONa O OH OHP O NaO ONa 1. (iPr)2NP(OBn)2 tetrazol 2. mCPBA 1. TMsBr 2. NaOH (7) MeOH MeOH HCl + (28%) (72%) Sơ đồ 1.6: Tổng hợp 3-phosphat shikimat (7) 1.2.4 Tổng hợp (-)-metyl-3-epi-shikimat (8) Trong trường hợp này, Armesto thay đổi cấu hình của nhóm –OH tại C-3. Trước tiên cho acid shikimic phản ứng với butan-2,3-dion trong metanol với xúc tác (± )CSA và trimetylortoformat, thu được ester 1,2-diacetalmetyl. Sau đó thực hiện phản ứng Mitsunobu và đem thủy giải trong môi trường acid thì thu được sản phẩm (8) (sơ đồ 1.7) [5]. CO2H HO OH OH CO2Me O OH O MeO OMe CO2Me O OPNB O MeO OMe CO2Me HO OH OH a b c,d (a) (MeCO)2, CH(OMe)3, , MeOH (b) PNBOH, PPh3, DEAD, THF (c) MeONa, MeOH (d) CF3CO2H-H2O (8) CSA Sơ đồ 1.7: Tổng hợp (-)-metyl-3-epi-shikimat (8) LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 11 - 1.2.5 Tổng hợp zeylenon (9) Trong tự nhiên, zeylenon được tách từ loài Uvaria Grandiflora, là chất ức chế sự chuyển đổi nucleotid trong tế bào ung thư Ehrlich. Mức độ kháng ung thư được thực hiện trên các tế bào ở người HCT-8, BGC-823, Bel-7402. Năm 2006 nhóm của Zhang đã tổng hợp được zeylenon từ acid shikimic [36]. Đầu tiên metyl hóa acid shikimic, sau đó bảo vệ chọn lọc trans-diol với butan-2,3-diol và sử dụng phản ứng Mitsunobu để chuyển cấu hình của nhóm –OH tại C-3. Sau khi chuyển đổi cấu hình của nhóm –OH tại C-3 Zhang thực hiện một số phản ứng để tạo ra (-)-zeylenon (9) (sơ đồ 1.8). CO2H HO OH OH CO2CH3 HO OH OH CO2CH3 HO O O OCH3 OCH3 CO2CH3 O O OCH3 OCH3 HO a b c CH2OBz OH OHBzO O O O CH2OH O O OCH3 OCH3 HO CH2OBz O O OCH3 OCH3 BzO CH2OBz O O OCH3 OCH3 BzO OH HO CH2OBz O O OCH3 OCH3 BzO O O O CH2OBz OBz O O O CH2OBz BzO HO HO O d e f g h i k (9) (a) SOCl2 , CH3OH, 10oC (b) (CH3CO)2, CH(OCH3)3 , CSA, CH3OH (c) DEAD, Ph3P, p-O2NC6H4COOH, THF (d) DIBAL-H, toluen, -78oC (f) OsO4, NMO, THF/H2O (e) BzCl, DMAP, pyridin (g) (CH3)2C(OCH3)2, TsOH, CH2Cl2 (h) i-Pr2NEt, MOMCl, CH2Cl2 (i) Triphosgen, pyridin, CH2Cl2 (k) SeO2, THF, pyridine/H2O Sơ đồ 1.8: Tổng hợp zeylenon (9) LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 12 - 1.2.6 Tổng hợp pericosin A (10) Pericosin A cũng như những pericosin khác (B, C, D, E) có hoạt tính mạnh với các tế bào ác tính P388 gây ung thư ở người. Trong tự nhiên pericosin được tách từ các loài tảo biển Aplysia kurodai [30,35]. Vào năm 1997, Numata đã tổng hợp thành công pericosin A từ acid shikimic qua 9 giai đoạn với hiệu suất quá trình tổng hợp khoảng 9,5% (sơ đồ 1.9). Từ acid shikimic, Numata đã gắn thêm nhóm -Cl tại C-6 và chuyển đổi cấu hình của nhóm –OH tại C-5. CO2H HO OH OH CO2Me O O OH CO2Me O O O CO2Me O O OR CO2Me O O OR2 HO R1O CO2Me O O HO AcO O CO2Me O O AcO O CO2Me O O OR2 R1O CO2Me O O OR2 Cl CO2Me HO OH OH Cl (10) NaBH4 OsO4 Me3N-O TBSCl, imidazol R=H R=TBDMS R1=H, R2=TBSAc2O Bu4NF R1=Ac, R2=TBS R1=Ac, R2=H TBSCl R1=Ac, R2= HR1=Ac, R2=TBS R1=H, R2=TBS K2CO3 TFA, pyridin SOCl2 TFA, MeOHNaBH4 Dess Martin Dess Martin Sơ đồ 1.9: Tổng hợp pericosin A (10) LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 13 - 1.2.7 Tổng hợp acid 4 β -acetamido-5α -amino-3α -(1-etylpropoxy)-2-fluoro-1- cyclohexen -1 -carboxylic (11) Acid (11) có hoạt tính sinh học với loại virus gây bệnh ung thư như (AMV)- RT và (RAV-RT). Qua nhiều giai đoạn từ acid shikimic, Kim và các cộng sự đã gắn thêm fluoro tại C-2, chuyển đổi cấu hình tại C-4 và C-5 và biến đổi các nhóm –OH thành các nhóm chức khác (sơ đồ 1.10) [21]. CO2HHO HO OH O O OR' ODMB F O OR F O ZO F N3 AcHN CO2HO F NH2 AcHN R R R=H, R'=MOM R=CH3, R'=H DMB=2,5-dimetoxy benzyl a,b c, d, e, f k, l R=H R=CH2OCH3 Z=CH2OCH2OCH3 Z=CHO Z=CO2CH2CH3 (1) g, h (a) p-TsOH, MeOH (b) p-TsOH, 3-pentanon (c) MsCl, Et3N (d) BH3. Me2S, TMSOTf (e) KHCO3 (f) MOMCl, i-Pr2EtN (g) p-TsOH,MeOH (h) oxalyl chlorur, DMSO (i) KHCO3, NaClO2 (j) EtOH, 1,3-diisopropylcarbodiimid (k) PPh3,THF/H2O (l) KOH,THF c, d (11) Sơ đồ 1.10: Tổng hợp acid 4β -acetamido-5α -amino-3α -(1-etylpropoxy)-2-fluoro- 1-cyclohexen-1-carboxylic (11) 1.2.8 Tổng hợp các dẫn xuất của acid shikimic bằng phản ứng ghép cặp Heck và Mitsunobu Trong tổng hợp này Miao chọn –OH tại C-3 để thực hiện phản ứng Mitsunobu vì có thể tạo thêm được 1 vòng với nối đôi alcen của acid shikimic sử dụng phản ứng Heck. Để thực hiện được phản ứng Mitsunobu tại C-3 của acid shikimic trước hết Miao chuyển các nhóm –OH còn lại thành epoxid (12) (sơ đồ LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 14 - 1.11). Sau khi thu được epoxid (12) từ acid shikimic, hàng trăm hoặc hàng ngàn chất có thể được tổng hợp sử dụng phản ứng Mitsunobu và phản ứng Heck. (hình 1.2) [19] . HO HO OH CO2H HO HO OH CO2Me HO CO2Me O HO CO2H O a b c (12) (a) MeOH (b) PPh3, DEAD/ THF (c) LiOH, THF/H2O Sơ đồ 1.11: Tổng hợp epoxid (12) O SiN H O HO O Phản ứng Misunobu Phản ứng Heck Hình 1.2: Vị trí có thể thực hiện phản ứng ghép cặp 1.2.9 Tổng hợp oseltamivir phosphat (13) Oseltamivir là một hợp chất hữu cơ ở thể rắn, có công thức phân tử là C16H28N2O4, danh pháp IUPAC là etyl-(3R,4R,5S)-4-acetylamino-5-amino-3-(1- etylpropoxy)-1-cyclohexen-1-carboxylat. Oseltamivir là thuốc chống virus nhờ khả năng ức chế enzim neuraminidase (NA) của chúng [14, 21, 22, 32]. Oseltamivir là một tiền dược và thường được dùng dưới dạng muối phosphat. Trong gan nó sẽ được chuyển đổi thành chất có hoạt tính là acid carboxylic GS-4071. Oseltamivir có ưu điểm là dùng ở dạng uống và là chất đầu tiên thuộc nhóm hoạt chất này được phát triển đến giai đoạn sản xuất thương mại. Đầu tiên nó được công ty Gilead Sciences phát triển thành thuốc, rồi sau đó chuyển giao cho hãng Hoffman La Roche tiếp tục phát triển và thương mại hóa dưới tên Tamiflu. Hiện nay Roche là Hãng độc quyền LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 15 - sản xuất thuốc này tới 2016. Tamiflu hiện được dùng để chữa bệnh cúm do vius H1N1 và H5N1 gây ra. Acid shikimic là nguyên liệu tự nhiên lý tưởng để tổng hợp oseltamivir do phân tử của nó đã có sẵn các nhóm chức cơ bản cần thiết với cấu hình không gian phù hợp, nhất là nó có nối đôi nằm đúng ở vị trí C-1. 1.2.9.1 Tổng hợp oseltamivir phosphat (13) theo Kim Vào năm 1996, ngay từ những nghiên cứu mở đường của mình, Kim và các cộng sự đã tổng hợp ra oseltamivir phosphat từ acid shikimic [21, 22]. Trong tổng hợp này, Kim ứng dụng khả năng hoạt động hóa học của vòng epoxid và vòng aziridin để chuyển đổi cấu hình tại C-4 và C-5 và thay thế O tại C-4 và C-5 bằng N. Trước hết Kim tạo ra vòng aziridin thứ nhất tại C-4 và C-5 từ acid shikimic thông qua vòng epoxid. Sau đó mở vòng và đóng vòng aziridin thứ hai tại C-3 và C-4 đồng thời cũng chuyển đổi được cấu hình tại C-4 và C-5. Sau cùng, khi mở vòng aziridin thứ hai thì tạo ra được N tại C-4 và C-5 (sơ đồ 1.12). LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 16 - OH CO2HHO HO CO2CH3RO O CO2CH3MOMO RO N3 CO2CH3MOMO HN CO2CH3MOMO H2N N3 CO2CH3 HN N3 CO2CH3 AcHN N3 O CO2H AcHN NH2 O R=H R=MOM R=H R=Ms R=H R=MOM (b) MeOCH2Cl, DIPEA,CH2Cl2 (c) NaN3, NH4Cl, MeOH/H2O (d) MeSO2Cl, Et3N,CH2Cl2 (e) Ph3P,THF (f) NaN3, NH4Cl, DMF (a) Theo [26] a b c d e f g h,i k,l m,n (g) CH3OH, HCl (h) TrCl, Et3N (i) CH3SO2Cl, Et3N (k) BF3.Et2O, 3-pentanol (l) Ac2O, DMAP, Py (m) Ph3P, THF (n) KOH, THF, H2O (13) Sơ đồ 1.12: Tổng hợp oseltamivir phosphat (13) theo Kim 1.2.9.2 Tổng hợp oseltamivir phosphat (13) theo Rohloff Năm 1997, Rohloff và các cộng sự đã xây dựng một phương pháp tổng hợp và có thể triển khai trên quy mô công nghiệp (sơ đồ 1.13). Khác với Kim, Rohloff bảo vệ nhóm –OH tại C-3 trước rồi sau đó tạo thành vòng aziridin tại C-4 và C-5 thông qua epoxy. Khi mở vòng với thân hạch N thì chuyển đổi được cấu hình tại C-4 và C-5 đồng thời cũng thay thế được O bằng N tại C-4 và C-5 [32]. LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 17 - OH CO2HHO HO OMs CO2EtO O OMs CO2EtO HO CO2EtO O CO2EtO HO N3 CO2EtO HN CO2EtO RHN N3 CO2Et AcHN NH2.H3PO4 O (a) EtOH, SOCl2 (b) 3-pentanon, TsOH (c) MsCl, Et3N (d) TMSOTf, BH3. Me2S (e) KHCO3, EtOH (f) NaN3, NH4Cl, EtOH (g) Me3P (h) NaN3, NH4Cl, DMF (i) Ac2O (k) H2, Ni, Ra (i) 85% H3PO4 a, b, c d e f g h k, l R=H R=Aci (13) Sơ đồ 1.13: Tổng hợp oseltamivir phosphat (13) theo Rohlff 1.2.9.3 Tổng hợp oseltamivir phosphat (13) theo Federspiel Giống như Rohloff, Federspiel cũng muốn bảo vệ nhóm –OH tại C-3 trước, nhưng Federspiel không ứng dụng hóa học azid để tạo vòng aziridin vì azid luôn tiềm ẩn nguy cơ độc tính và khả năng phát nổ nếu triển khai sản xuất trên quy mô công nghiệp. Sau khi tạo thành vòng epoxid Federspiel mở vòng epoxid với amin và sau đó chuyển đổi cấu hình tại C-4 và chuyển hóa O tại C-4 thành N [14]. Federspiel đã hòan thiện các quy trình tổng hợp vào năm 1999 và hiện nay công ty dược phẩm Roche của Thụy Sĩ đang nắm giữ bản quyền tổng hợp này (sơ đồ 1.14). LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 18 - CO2EtO O CO2EtO AcHN HN CO2R AcHN NH2.H3PO4 Ok, l CO2EtO H2N HN CO2EtO NH2 HO CO2EtO HN HO a, b c, d e, f, g, h i (a) allylamin, MgBr2.OEt2, t-BuOMe/MeCN (b) (NH4)2SO4, H2O (c) Pd/ C, EtOH, H2NCH2CH2OH (d) H2SO4, H2O (e) PhCHO, t-BuOMe, H2O (f) MsCl, Et3N (g) allylamin (h) HCl, H2O (i) Ac2O, AcOH, MsOH, t-BuOMe (k) Pd/ C, EtOH, H2NCH2CH2OH (l) H3PO4, EtOH (13) Sơ đồ 1.14: Tổng hợp oseltamivir phosphat (13) theo Federspiel 1.2.9.4. Tổng hợp oseltamivir phosphat (13) theo Nie Vào đầu năm 2009, Nie cũng đã đưa ra phương pháp mới để tổng hợp oseltamivir phosphat (13) từ acid shikimic (1) [28, 29]. Khác với ba tác giả kia, Nie đầu tiên tạo ra vòng aziridin tại C-3 và C-4, sau đó biến đổi nhóm –OH tại C-5 thành nhóm dễ xuất -OMs. Khi mở vòng aziridin với thân hạch O thì N tại C-4 và O tại C- 3 được tạo ra. Cuối cùng thực hiện phản ứng thế với azid sẽ biến đổi cấu hình và tạo ra N tại C-5 (sơ đồ 1.15). LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC TỔNG HỢP CÁC DẪN XUẤT TỪ ACID SHIKIMIC - 19 - COOHHO HO OH COOEtHO HO OH COOEtMsO MsO OMs COOEtN3 MsO OMs COOEt OMs HN COOEt OMs AcN COOEt OMs O AcHN COOEt N3 O AcHN COOEt AcHN O NH2 .H3PO4 Ph3P,THF Et3N, H2O Ac2O, Et3N EtOH,H2O 3-Pentanol BF3OEt2 NaN3 EtOAc H2,Lindar H3PO4 Et3N, MsCl EtOAc NaN3 Me2CO/H2O SOCl2 EtOH (13) Sơ đồ 1.15: Tổng hợp oseltamivir phosphat (13) theo Nie