Tổng hợp, hoạt tính độc tế bào ung thư biểu mô của một số xeton - Không no đi từ p-cresol - Dương Ngọc Toàn

Dương Ngọc Toàn và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 55 - 59 55 TỔNG HỢP, HOẠT TÍNH ĐỘC TẾ BÀO UNG THƯ BIỂU MÔ CỦA MỘT SỐ XETON ,- KHÔNG NO ĐI TỪ p-CRESOL Dương Ngọc Toàn1*, Lâm Thị Thu2 1Trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Nguyên, 2Trường THPT Thành phố Cao Bằng – Tỉnh Cao Bằng TÓM TẮT 2-hidroxy-5-methylacetophenon được tổng hợp bằng phản ứng chuyển vị Fries của 4- methylphenylacetate với xúc tác AlCl3. Sản phẩm sau đó đã được biến đổi bởi sự ngưng tụ với aldehyde thơm để tạo thành các xeton α,β-không no mới (3 hợp chất). Bằng phản ứng đóng vòng đã tổng hợp được 01 hợp chất benzothiazepin đi từ xeton ,- không no trên và o- aminothiophenol. Cấu trúc của các sản phẩm này đã được xác nhận bởi các phương pháp phổ IR, 1 H NMR, 13C NMR, HSQC, HMBC, MS. Hoạt tính sinh học của các hợp chất đã được nghiên cứu. Từ khóa: acetophenon, Fries, p-cresyl, aldehydes, ,-unsaturated ketones. ĐẶT VẤN ĐỀ Các xeton ,- không no là một lớp chất hữu cơ phong phú mà trong phân tử của chúng có chứa nhóm vinyl xeton (-CO-CH=CH-). Hoạt tính sinh học đa dạng của các xeton ,- không no, đặc biệt các hợp chất có chứa nhân thơm, như kháng khuẩn, chống nấm, diệt cỏ dại và trừ sâu, chống ung thư gan, phổi... đã được đề cập trong nhiều công trình nghiên cứu [1, 2, 3, 4]. Để góp phần vào việc tổng hợp các xeton ,-không no mới và thăm dò hoạt tính sinh học của chúng, chúng tôi nghiên cứu tổng hợp các xeton ,- không no đi từ p-cresol, đồng thời chúng tôi chuyển hóa 01 xeton ,- không no thành 01 hợp chất benzothiazepin. THỰC NGHIỆM Các xeton ,- không no được tổng hợp theo sơ đồ dưới đây: Giai đoạn (1): Cho vào bình cầu đáy tròn 10,4 mL p-cresol (0,1 mol) và 23,6 mL acetic anhydride (0,1 mol). Đun và khuấy hỗn hợp phản ứng ở 1300C với thời gian 4 giờ, để nguội hỗn hợp phản ứng đến nhiệt độ phòng. Hỗn hợp sau phản ứng được trung hòa bằng dung dịch NaHCO3, sau đó chiết bằng dung môi diethyl ether ta thu được dung dịch nước (lớp dưới) và dung dịch diethyl ether (lớp trên). Làm khan dung dịch chiết diethyl ether (lớp trên) bằng Na2SO4 khan, cất thu hồi dung môi diethyl ether bằng máy cất quay chân không. Dung dịch ester p-tolylacetate thu được có màu vàng với hiệu suất 67%. * OH CH3 (CH3CO)2O OCOCH3 CH3 AlCl3 OH CH3 COCH3 ArCHO NaOH 40% OH CH3 O Ar (1) (2) (3) (Ia-c) OH CH3 N S Ar (IId)(4) o_NH2C6H4SH acid acetic b¨ng Ar: p-CH3C6H4 * Email: duongngoctoan@dhsptn.edu.vn Dương Ngọc Toàn và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 55 - 59 56 Giai đoạn (2): Cho vào bình cầu đáy tròn 250 mL, trên gắn hoàn lưu có ống dẫn khí dẫn vào chậu nước, cho hỗn hợp 37,5 mL p–tolyl acetate (0,25 mol) và 83,4 gam AlCl3 khan (0,625 mol) được chuẩn bị ở nhiệt độ phòng, đun khuấy hỗn hợp đến 120oC trong thời gian 1 giờ. Khí HCl thoát ra mạnh được dẫn vào chậu nước. Sau khi kết thúc phản ứng, rót hỗn hợp vào dung dịch nước đá chứa acid HCl đặc, khuấy trong nước đá rồi để qua đêm. Cô lập sản phẩm bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước. Dung dịch hỗn hợp thu được sau khi chưng cất lôi cuốn hơi nước được chiết bằng CH2Cl2. Loại bỏ dung dịch nước ở lớp trên, dung dịch CH2Cl2 ở lớp dưới được rửa lại bằng nước, sau đó làm khan bằng Na2SO4 khan. Lọc và thu hồi dung môi CH2Cl2 bằng máy cất quay chân không, 2-hidroxy-5- methylacetophenon thu được là tinh thể hình kim không màu với hiệu suất 43%. Giai đoạn (3): Trong sự khuấy trộn và làm lạnh đến 0oC nhỏ từ từ từng giọt 10 mL dung dịch NaOH 40% vào hỗn hợp 0,01 mol aldehyde thơm và 0,01 mol 2-hidroxy-5- methylacetophenon (1,5 gam) và 20mL dung dịch C2H5OH. Hỗn hợp được khuấy ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ. Sau đó hỗn hợp được axit hóa bởi dung dịch acid axetic: nước 1:1 được tính toán sẵn sao cho tới môi trường trung tính. Kết tủa tách ra được lọc hút, rửa bằng nước lạnh và để khô ngoài không khí. Sau đó kết tinh lại các chất bằng dung môi etanol. Giai đoạn (4): Đun hồi lưu 30-40 giờ hỗn hợp gồm 1 mmol xeton ,- không no với 1 mmol o-aminothiophenol trong dung môi etanol tuyệt đối và xúc tác là 5 - 7 giọt axit axetic băng. Sản phẩm tách ra được lọc hút và kết tinh lại trong etanol đến khi trên bản mỏng silicagel chỉ cho một vết gọn và tròn. Phổ hồng ngoại của các hợp chất được đo dưới dạng viên nén với KBr trên máy FTS- 6000; Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) được đo trong dung môi DMSO-d6 trên máy BRUKER XL-500 tại Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Phổ khối lượng của các hợp chất nghiên cứu được ghi trên máy AutoSpec Premier (USA). Hoạt tính độc tế bào của các hợp chất được chúng tôi thử nghiệm tại phòng Hóa sinh ứng dụng – Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Phương pháp thử hoạt tính độc tế bào được tiến hành theo tài liệu [5, 6]. Bảng 1. Dữ liệu vật lí của các xeton ,- không no tổng hợp từ p-cresol OH CH3 O Ar (Ia-c) Hợp chất Ar tonc, o C Rf * H (%) IR (cm -1 ) Phổ MS υCO liên hợp υOH δ-CH= Mtt +MS Ia m-Clophenyl 189-190 0,81 78 1645 3434 977 272,5 272,8 274,8 (3:1) Ib p-Bromphenyl 195-196 0,69 73 1646 3428 976 317 316,8 318,8 (1:1) Ic Phenyl 186-187 0,79 76 1638 - 992 238 238,9 (*Bản mỏng silicagel, hệ dung môi n-hexan:ethylacetate 7:1 theo thể tích) Dương Ngọc Toàn và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 55 - 59 57 Phương pháp thử độ độc tế bào in vitro được Viện Ung thư Quốc gia Hoa kỳ (NCI) xác nhận là phép thử độ 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. Các dòng tế bào ung thư nghiên cứu được nuôi cấy trong các môi trường nuôi cấy phù hợp có bổ sung thêm 10% huyết thanh phôi bò (FBS) và các thành phần cần thiết khác ở điều kiện tiêu chuẩn (5% CO2; 37 0C; độ ẩm 98%; vô trùng tuyệt đối). Tùy thuộc vào đặc tính của từng dòng tế bào khác nhau, thời gian cấy chuyển cũng khác nhau. Tế bào phát triển ở pha log sẽ được sử dụng để thử độc tính. Thử độc tế bào: 200 µl dung dịch tế bào ở pha log nồng độ 3.104 tế bào/ml vào mỗi giếng (đĩa 96 giếng) trong môi trường RPMI 1640 cho các dòng tế bào HepG2, KB. Mẫu thử được xử lý với tế bào ở các nồng độ pha loãng khác nhau sao cho đạt đến nồng độ cuối cùng là 128 µg/ml; 32 µg/ml; 8 µg/ml; 2 µg/ml; 0,5 µg/ml. Ủ 370C, 5% CO2 3 ngày. Giếng điều khiển gồm 200 µl dung dịch tế bào 3.10 4 tế bào/ml, ủ 370C, 5% CO2 3 ngày; thêm 50 µl MTT (1 mg/ml pha trong môi trường nuôi cấy không huyết thanh) và ủ tiếp ở 37 0C/ 4giờ; loại bỏ môi trường, thêm 100 µl DMSO lắc đều đọc kết quả ở bước sóng 540 nm trên máy spetrophotometter Genios TECAN. Phần trăm kìm hãm sự phát triển của tế bào được tính toán dựa trên số liệu đo mật độ quang học OD trên máy quang phổ TECAN theo công thức sau: ODmẫu thử - ODcontrol(-) IC= 100% .__________________________ ODcontrol(+) - ODcontrol(-) Giá trị IC50 được tính dựa trên kết quả số liệu phần trăm kìm hãm sự phát triển của tế bào bằng phần mềm máy tính table curve. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Sau khi kết tinh lại, các chất đã được kiểm tra độ tinh khiết bằng cách đo nhiệt độ nóng chảy, sắc ký bản mỏng với hệ dung môi n-hexan- ethylacetate với tỉ lệ 7:1 (theo thể tích) và nhờ các phương pháp phổ. Kết quả cho thấy các hợp chất thu được có độ tinh khiết cao. Bảng 2. Dữ kiện phổ 1H NMR của một số xeton ,-không no đi từ p-cresol OH CH3 O Ar 7 8 3 4 9 2 6 1 5 Hợp chất Ar Phổ 1H NMR: δ ppm (JHz) H 8 , H 9 Các proton 3, 5, 6 Các proton vòng Ar OH 4-CH3 Ia 10 11 12 13 1415 Cl 8,02 và 7,78 (J=15,5) 8,05 (1H, s, H 3 ); 7,38 (1H, dd, H 5 , J=8,5 và 1,5); 6,90 (1H, d, H 6 , J=8,5). 7,94 (2H, d, H 12,14 , J: 8,5). 7,54 (2H, d, H 11,15 , J: 8,5). 12,27 (1H, s) 2,31 (3H, s) Ib 10 11 12 13 1415 Br 8,07 và 7,80 (J=16) 8,05 (1H, d, H 3 , J=1,5); 7,38 (1H, dd, H 5 , J=8 và 1,5); 6,91 (1H, d, H 6 , J=8,5). 7,88 (2H, d, H 12,14 , J: 8,0). 7,68 (2H, d, H 11,15 , J: 8,0). 12,25 (1H, s) 2,32 (3H, s) Ic 10 11 12 13 1415 8,04 và 7,84 (J=15) 8,05 (1H, s, H 3 ); 7,36 (1H, dd, H 5 , J=8); 6,90 (1H, d, H 6 , J=8). 7,89 (2H, H 11,15 ). 7,46 (3H, d, H 12,13,14 ). 12,35 (1H, s) 2,31 (3H, s) Dương Ngọc Toàn và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 55 - 59 58 Trên phổ hồng ngoại của chúng đều thấy xuất hiện các đỉnh hấp thụ đặc trưng cho dao động hoá trị của nhóm carbonyl liên hợp ở vùng 1638 - 1646 cm -1, đặc biệt có đỉnh hấp thụ ở vùng 976 - 992 cm -1 đặc trưng cho dao động biến dạng không phẳng của nhóm vinyl ở cấu hình trans (xem bảng 1). Phổ cộng hưởng từ proton (1H NMR) của các xeton ,- không no thấy xuất hiện một đôi doublet với dạng hiệu ứng mái nhà nằm trong vùng 7,78 – 8,07 ppm với hằng số tương tác spin-spin là J=15 -16 Hz, điều này xác định cấu hình của nhóm vinyl là trans. Ngoài ra trên phổ cũng xuất hiện các tín hiệu đặc trưng cho chuyển dịch hoá học của các proton khác có mặt trong phân tử. Trên phổ 1H NMR của các hợp chất tổng hợp được chúng tôi nhận thấy xuất hiện tín hiệu cộng hưởng ở vùng trường thấp, với độ chuyển dịch hóa học từ 12,25 – 12,35 ppm, siglet, cường độ 1H. Dựa vào phổ 2D NMR chúng tôi quy kết đây là tín hiệu của proton nhóm -OH, proton này có chuyển dịch về vùng trường thấp như vậy là do sự tạo thành liên kết hiđro với nguyên tử O của nhóm C=O trong nhóm vinyl xeton ngay bên cạnh tạo vòng 6 cạnh bền vững. Trên phổ 13C NMR của hợp chất Ia chúng tôi nhận thấy xuất hiện đầy đủ tín hiệu cộng hưởng của các nguyên tử carbon không tương đương. Nhằm quy kết chính xác các tín hiệu cộng hưởng của các nguyên tử carbon trên phổ 13C NMR của hợp chất Ia chúng tôi đã tiến hành ghi phổ 2D NMR. Dữ kiện phổ 13C NMR của hợp chất Ia quy kết được trình bày trong Bảng 3. Bảng 3. Dữ kiện phổ 13C NMR của hợp chất Ia (, ppm) C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 159,8 127,9 130,3 120,2 137,2 117,4 193,3 C8 C9 C10 C11,15 C12,14 C13 CH3 122,5 143,0 133,4 128,9 130,7 135,3 19,8 Nhằm chuyển hóa dãy xeton ,-không no tổng hợp được, chúng tôi cho phản ứng với hợp chất o-aminothiophenol trong dung môi etanol với xúc tác acid acetic băng. Kết quả tổng hợp hợp chất benzothiazepin IId được trình bày dưới đây: 4 9 10 6 11 5 8 1 2 3 1213 14 15 7 16 17 18 19 N S OH H3C H3C Ha Hb Hc IId: IR (υ, cm -1 ): 3017, 2916, 2853, 1593, 1556; 1 H NMR (DMSO-d6, 500 MHz, δ ppm): 2,26 (1H, s, CH3); 2,27 (1H, s, CH3); 2,89 (1H, t, J: 13, Hb); 3,45 (1H, dd, J: 13,0 và 5,0, Ha); 5,22 (1H, dd, J: 13,0 và 5,0, Hc); 6,89 (1H, d, J: 8, H-6); 7,12 (1H, d, J: 8; H-16,18); 7,25 (4H, m, H-5, H-11, H-15,19); 7,33 (1H, d, J:8, H-9); 7,55 (3H, m, H-3, H-10, H-12); 13 C NMR (DMSO-d6, δ ppm): 20,0 (CH3), 20,5 (CH3), 36,1 (Ca, b), 58,8 (Cc), 117,4 (C-6), 117,6 (C-2), 123,5 (C-13), 125,2 (C-9), 125,9 (C-15, 19), 126,3 (C-11), 127,2 (C-4), 128,9 (C-16, 18), 129,4 (C-3), 130,1 (C-10), 134,4 (C-5), 134,9 (C-12), 136,8 (C-17), 140,5 (C- 14), 148,4 (C-8), 159,4 (C-1), 173,9 (C-7). Hoạt tính độc tế bào được Viện Ung thư Quốc gia Hoa Kỳ (NCI) xác nhận là phép thử độ độc tế bào nhằm sàng lọc, phát hiện các chất có khả năng kìm hãm sự phát triển tế bào ở điều kiện in vitro. Dòng tế bào ung thư ở người: KB-ung thư biểu mô là dòng luôn luôn được sử dụng trong các phép thử độ độc tế bào. Giá trị IC50  128 g/mL được coi là có khả năng kìm hãm sự phát triển tế bào ung thư biểu mô. Kết quả thử nghiệm hoạt tính độc tế bào dòng KB-ung thư biểu mô được trình bày ở Bảng 4. Bảng 4. Hoạt tính gây độc tế bào trên dòng KB (ung thư biểu mô) STT Hợp chất Nồng độ chất thử (g/mL) và phần trăm ức chế (%) IC50 (g/mL) 128 32 8 2 0,5 1 Ia 56 32 23 15 6 104±6,1 2 Ib 58 56 25 2 0 27,37±3,0 3 Ic 98 95 48 25 22 9,02±2,8 Dương Ngọc Toàn và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 55 - 59 59 Từ Bảng 4 chúng tôi nhận thấy cả 3 hợp chất đem thử đều có hoạt tính chống ung thư biểu mô, đặc biệt hợp chất Ic với gốc Ar là phenyl có hoạt tính độc tế bào với dòng KB-ung thư biểu mô tương đối tốt với giá trị IC50: 9,02±2,8 g/ml. KẾT LUẬN Bằng phản ứng của các aldehyde thơm với 2- hidroxy-5-methylacetophenon đã tổng hợp được 03 hợp chất xeton ,-không no. Đã tổng hợp được 01 hợp chất benzothiazepin đi từ xeton ,- không no và o- aminothiophenol. Cấu tạo của các sản phẩm đã được xác nhận bằng các phương pháp phổ IR, NMR, MS. Hoạt tính gây độc tế bào trên dòng KB – ung thư biểu mô của 03 hợp chất xeton ,- không no tổng hợp được đã được thử nghiệm. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Dương Ngọc Toàn (2015), Luận án Tiến sĩ Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội. 2. Nguyễn Minh Thảo, Nguyễn Văn Vinh, Trần Quốc Toàn, Nguyễn Đức Chỉnh, Đồng Thị Duyên (2009), “Tổng hợp một số xeton ,-không no đi từ các dẫn xuất axetyl cumarin”, Tạp chí Hóa học, Tập 47 (1), tr. 22-27. 3. Nguyễn Minh Thảo (2007), Nghiên cứu tổng hợp, hoạt tính sinh học và khả năng ứng dụng của một số xeton ,- không no có chứa nhân dị vòng: Indol, furan, cumarin, quinolin, Báo cáo kết quả thực hiện đề tài trọng điểm cấp Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội. 4. Nakamura Y., and et al (2004), “A tropical ginger sesquiterpene, activates phase II drug metabolizing enzymes”, FEBS Lett., 572(1-3), pp. 245-250. 5. Fresney R. I. (1993), Culture of animal Cells; John Wiley & Sons Inc., New York, A manual of basis techniques, 3 rd Edition. 6. Scudiero D. A., Shoemaker R. H., Kenneth D. PP., Monks A., Tierney S., Nofziger T. H., “Currens M. J., Seniff D., Boyd M. R. (1988), Evaluation of a soluable tetrazolium/formazan assay for cell growth and drug sensitivity in culture using human and other tumor cell lines”, Cancer Reseach, 48, pp. 4827-4833. ABSTRACT SYNTHESIS, CYTOTOXIC ACTIVITY OF EPITHELIAL CANCER OF SOME ,-UNSATURATED KETONES FROM p-CRESOL Duong Ngoc Toan 1* , Lam Thi Thu 2 1University of Education - TNU 2Cao Bang High School – Cao Bang province 2-hydroxy-5-methylacetophenon was prepared by Fries rearrangement reaction of 4- methylphenylacetate ester by catalysis of Lewis acids. Then this intermediate compound was transformed by condensation with aromatic aldehydes to form a series of new α,β-unsaturated ketones (3 compounds). The structure of these products were confirmed by IR, 1 H NMR, 13 C NMR, HSQC, HMBC and MS spectroscopic data. The biological activities of these compounds have been inves. Keywords: acetophenon, Fries, p-cresyl, aldehydes, ,-unsaturated ketones. Ngày nhận bài: 14/11/2018; Ngày hoàn thiện: 07/12/2018; Ngày duyệt đăng: 15/12/2018 * Email: duongngoctoan@dhsptn.edu.vn