Giới thiệu: Các dẫn xuất nucleoside với hoạt tính chống virus
Lây nhiễm virus gây ra nhiều dịch bệnh nguy hiểm như cúm, viêm gan B & C, và đặc biệt là AIDS, với khoảng 25 triệu người tử vong do AIDS vào năm 2007 và 33 triệu người sống chung với HIV/AIDS Mỗi ngày có trung bình 6.800 ca nhiễm mới và hơn 5.700 ca tử vong do AIDS Virus viêm gan B ảnh hưởng đến một phần ba dân số toàn cầu, trong khi tại Việt Nam, hơn 42.000 người đã chết vì HIV/AIDS và tỷ lệ người nhiễm viêm gan B đứng trong nhóm cao nhất thế giới Để hiểu rõ về cơ chế hoạt động và hạn chế của thuốc chống virus, cần tìm hiểu về cấu trúc và sự lây lan của virus.
Virus điển hình bao gồm một lớp vỏ protein (capsid) và bên trong chứa acid nucleic (DNA hoặc RNA) Bộ gene của virus không chỉ mã hóa các protein bảo vệ vật liệu di truyền mà còn mã hóa các protein cần thiết cho quá trình sinh sản của virus trong chu kỳ xâm nhiễm Phức hợp giữa acid nucleic và vỏ capsid được gọi là nucleocapsid, và một số loại virus còn có thêm màng bao (envelop).
Hình 1.1 : Cấu tạo của virus
Virus có tính kí sinh nội bào bắt buộc, chỉ có thể sinh sản khi xâm chiếm tế bào sống khác do thiếu khả năng tự sinh sản Retrovirus, một loại virus đặc biệt, có khả năng phiên mã RNA thành DNA nhờ enzyme phiên mã ngược (reverse transcriptase - RT) DNA này sau đó được tích hợp vào DNA của tế bào chủ, làm cho RT trở thành mục tiêu quan trọng trong nghiên cứu thuốc chống virus, đặc biệt là HIV.
Quá trình sao chép của retrovirus như HIV bao gồm năm giai đoạn chính Đầu tiên, virus gắn và xâm nhập vào màng tế bào chủ thông qua quá trình dung hợp, giải phóng bộ lõi gene RNA vào tế bào Tiếp theo, RNA được phiên mã thành DNA nhờ enzyme phiên mã ngược RT, và DNA này được chèn vào DNA nhiễm sắc thể của tế bào chủ bởi enzyme integrase Hệ gene của virus sau đó được biểu hiện, dẫn đến việc sản xuất các protein virus trong quá trình sinh tổng hợp của tế bào Cuối cùng, RNA và protein virus lắp ráp lại và thoát khỏi tế bào chủ qua quá trình nảy chồi, mang theo lớp vỏ bọc lipid từ màng tế bào Các virus mới được tạo ra tiếp tục lây nhiễm cho các tế bào lành mạnh, với mỗi tế bào bị nhiễm có khả năng sản xuất hàng nghìn virus mới, nhanh chóng lây lan trong toàn bộ cơ thể.
Hình 1.2 : Quá trình sao chép của retrovirus trong tế bào chủ [54]
Có nhiều loại thuốc chống HIV được phát triển dựa trên cơ chế tác động vào chu trình sao chép của virus, bao gồm: thuốc ức chế enzyme phiên mã ngược nucleoside (NRTIs), thuốc ức chế enzyme phiên mã ngược không phải nucleoside (NNRTIs), thuốc ức chế enzyme protease (PIs) và thuốc ức chế quá trình dung hợp của virus Trong điều trị, các loại thuốc này thường được sử dụng kết hợp (drug cocktail) để tăng cường hiệu quả, phương pháp này được gọi là liệu pháp điều trị chống retrovirus hoạt tính cao (HAART).
Enzyme phiên mã ngược RT là mục tiêu chính trong phát triển thuốc chống HIV, với trọng tâm nghiên cứu vào các thuốc ức chế enzyme này, đặc biệt là các nucleoside (NRTIs) trong suốt 30 năm qua Đến nay, FDA đã cấp phép cho 7 dẫn xuất nucleoside và 1 dẫn xuất nucleotide để điều trị HIV, trong khi nhiều dẫn xuất nucleoside khác vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm lâm sàng Ngoài việc điều trị HIV, các dẫn xuất nucleoside còn được sử dụng để điều trị các bệnh do virus khác như thủy đậu, zona, HCMV, herpes simplex, và viêm gan B và C.
Các dẫn NRTI được FDA thông qua
Nhờ quá trình trao đổi chất, NRTIs được đưa vào tế bào và sau đó nhóm 5’-hydroxyl được phosphoryl hóa thành 5’-triphosphate qua 3 bước với sự hỗ trợ của các kinetase Triphosphate nucleoside tương tác với enzyme phiên mã ngược RT, ức chế cạnh tranh với các nucleotide tự nhiên Tuy nhiên, do dẫn xuất nucleotide của NRTIs không có nhóm 3’-OH, chúng hoạt động như tác nhân kết thúc mạch, làm dừng quá trình phiên mã RNA của virus, từ đó ngăn chặn sự nhân lên của virus.
Hình 1.3: Cơ chế ức chế RT của các dẫn xuất nucleoside [13]
Nhược điểm của NRTIs là triphosphate cùng với mono và diphosphate nucleoside có ái lực với enzyme tế bào, gây ra tác dụng phụ cho người điều trị Hơn nữa, sự biến đổi cao của virus làm giảm hiệu quả của thuốc và dẫn đến kháng thuốc Để tăng cường hiệu quả điều trị, nhiều loại thuốc với cơ chế tác dụng và mức độ kháng thuốc khác nhau được sử dụng kết hợp Do đó, việc tìm kiếm các thuốc mới có hoạt tính mạnh hơn và ít tác dụng phụ hơn là rất cần thiết trong nghiên cứu và phát triển phương pháp điều trị HIV cũng như các bệnh do virus khác.
Định hướng nghiên cứu
Nhiều dẫn xuất nucleoside đã được tổng hợp thông qua việc sửa đổi vòng carbohydrate và/hoặc phần bazơ Đặc biệt, khi phần đường được thay thế bằng vòng carboxylic, với nguyên tử oxi được thay bằng nhóm CH2, các dẫn xuất này cho thấy hoạt tính mạnh mẽ và độ bền cao hơn dưới tác động của enzyme phosphorylase, enzyme có nhiệm vụ phân hủy liên kết glycoside Nhiều hợp chất trong nhóm này đã được nghiên cứu và tổng hợp, bao gồm các dẫn xuất chứa vòng cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane và cyclohexane.
[20, 53] Một số đã được dùng làm thuốc chống virus như aristeromycin A [46], neplanocin A [8], abacavir [29], baraclude [43], và lobucavir [24].
Các dẫn xuất cyclobutyl nucleoside đã thu hút sự chú ý nghiên cứu sau khi oxetanocin A được phát hiện có hoạt tính chống virus mạnh Hướng nghiên cứu này đã dẫn đến sự phát hiện hai dẫn xuất mới, cyclobut-A và cyclobut-G, có hoạt tính kháng virus herpes và viêm gan B in vitro Nhiều phương pháp tổng hợp các dẫn xuất này đã được nghiên cứu và công bố, trong đó một số hợp chất thể hiện hoạt tính đáng chú ý.
Nghiên cứu về sửa đổi phần bazơ đã cho thấy nhiều kết quả khả quan, với một số hợp chất hoạt tính đáng chú ý như Bredinin, một imidazole nucleoside được sử dụng làm thuốc ức chế miễn dịch; Ribavirin, thuốc điều trị viêm gan; và các dẫn xuất 1,2,3-triazole TSAO, được áp dụng trong điều trị viêm gan C và HIV.
Gần đây, dẫn xuất 1,2,3-triazole đã thu hút sự chú ý trong nghiên cứu và tổng hợp nhờ vào quy trình tổng hợp đơn giản và tiềm năng hoạt tính quý giá, bao gồm khả năng chống HIV, kháng vi khuẩn và chống dị ứng.
Một số dẫn xuất N- và C-nucleoside chứa dị vòng như Showdomycin, Tiazofurin, Pyranomycin và Ribavirin, được biết đến là những tác nhân chống virus và chống khối u hiệu quả.
Trên cơ sở đó, tôi đề xuất ý tưởng tổng hợp một số dẫn xuất cyclobutane nucleoside mới có phần bazơ là vòng 1,2,3-triazole.
Phương pháp tổng hợp
Tổng hợp phần vòng cyclobutane
Hiện nay, các phân tử chứa vòng nhỏ, đặc biệt là cyclobutane và cyclobuten, đang ngày càng được chú trọng trong tổng hợp hữu cơ Sự quan tâm này xuất phát từ việc các dẫn xuất cyclobutane và cyclobuten có thể được tổng hợp bằng những phương pháp đáng tin cậy với hiệu suất cao, mở rộng khả năng ứng dụng Ngoài ra, sức căng của vòng nhỏ tạo điều kiện cho chúng phản ứng theo nhiều hướng khác nhau, tùy thuộc vào cơ chế phản ứng và đặc điểm của các nhóm thế Trong vòng 20 năm qua, khoảng 3.000 trong số hơn 10.000 sáng chế và công bố khoa học về tổng hợp hữu cơ liên quan đến hóa học của cyclobutane Cyclobutane có thể được tổng hợp qua nhiều phương pháp khác nhau.
The conversion of (E) and (Z)-silyl and aryl-substituted homoallylic methanesulfonates into cis- and trans-1-silyl-2-borylcyclobutane, as well as 1-phenyl-2-borylcyclobutane, is achieved using CuCl/dppp as a catalyst, along with bis(pinacolato)diboron and K(O-t-Bu) in THF.
Các hợp chất cyclobutane có thể được tổng hợp với hiệu suất cao và chọn lọc lập thể thông qua phản ứng dime hóa dị hợp [2+2] của hai enone mạch hở khác nhau Phản ứng này được thực hiện dưới ánh sáng nhìn thấy và có sự hiện diện của chất xúc tác quang hóa [Ru(bipy)3]Cl2.
Phản ứng giữa alkyne đầu mạch và alkene dưới sự xúc tác của phức cation Au(I) tạo ra cyclobutene với độ chọn lọc cấu tạo cao.
Muối cobalt đóng vai trò là chất xúc tác trong phản ứng cộng hợp [2+2] giữa các alkene vòng như cyclopropen và cyclohexene với alkyne, cho phép đạt được độ chọn lọc hóa học cao Độ chọn lọc này phụ thuộc vào bản chất của alkene cũng như loại phối tử tạo phức với chất xúc tác.
Một phương pháp phổ biến để tổng hợp cyclobutane và cyclobuten là phản ứng quang hóa cộng hợp đóng vòng [2+2] giữa olefine và acethylen với enone vòng và lactone α,β-không no Phản ứng này có ưu điểm là khả năng kiểm soát lập thể của sản phẩm, sử dụng nguyên liệu đơn giản và không yêu cầu xúc tác đắt tiền.
Tổng hợp phần bazơ 1,2,3-triazole
Phản ứng cộng hợp Huisgen giữa azide và alkyne tạo ra vòng 5 1,2,3-triazole là một quá trình quan trọng trong hóa học hữu cơ Phản ứng này, được phát hiện bởi Huisgen, diễn ra thông qua sự kết hợp của hai hợp chất này, dẫn đến việc hình thành một cấu trúc vòng mới.
Alkyne 1 phản ứng với azide 2 tại 98 0 C không dung môi sau 18h cho ra sản phẩm 3 là hỗn hợp của 2 đồng phân thế 1,4 và 1,5 [44].
Phản ứng cộng hợp 1,3 có đặc điểm tỏa nhiệt mạnh, nhưng lại yêu cầu năng lượng hoạt hóa cao, dẫn đến tốc độ phản ứng chậm ngay cả khi thực hiện ở nhiệt độ cao Hơn nữa, sản phẩm của phản ứng này thường tạo ra hỗn hợp hai đồng phân vị trí 1,4 và 1,5, gây khó khăn trong việc tách biệt và sử dụng.
Vào năm 2002, Morten Meldal tại phòng thí nghiệm Carlsberg ở Đan Mạch và Valery Fokin cùng K Barry Sharpless tại viện nghiên cứu Scripps đã độc lập nghiên cứu việc sử dụng xúc tác Cu(I) trong phản ứng hóa học Sự hiện diện của Cu(I) đã loại bỏ hai nhược điểm chính của phản ứng, giúp tăng tốc độ phản ứng lên đến 10^7 đến 10^8 lần so với không có xúc tác Phản ứng này chỉ tạo ra duy nhất đồng phân 1,4 và diễn ra hiệu quả trong khoảng nhiệt độ rộng, có thể thực hiện ở nhiệt độ phòng và ít bị ảnh hưởng bởi pH (từ 4 đến 12) Nó có thể diễn ra trong môi trường nước và nhiều loại dung môi hữu cơ, với các nhóm chức của hợp chất phản ứng tương đối dung hòa với điều kiện phản ứng Sản phẩm cuối cùng dễ dàng tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng dưới dạng tinh khiết thông qua quá trình chiết đơn giản, không cần tinh chế lại hay sắc ký cột.
Xúc tác có thể sử dụng trực tiếp muối Cu(I) như CuI hoặc được hình thành trong quá trình phản ứng thông qua việc khử Cu(II) bằng muối natri ascobate hoặc Cu kim loại.
Thuật ngữ "hóa học Click" được Sharpless giới thiệu từ năm 2001, mô tả các phản ứng có hiệu suất cao và ứng dụng rộng rãi trong tổng hợp hóa học Sản phẩm của các phản ứng này thường là duy nhất và dễ dàng tinh chế mà không cần qua sắc ký cột Quy trình thực hiện đơn giản, sử dụng dung môi dễ loại bỏ và không gây hại Phản ứng cộng hợp alkyne - azide với xúc tác Cu (I) là một ví dụ điển hình, đáp ứng đầy đủ các tiêu chí của hóa học Click Cơ chế của phản ứng này được Sharpless trình bày rõ ràng.
Khác với quá trình cộng hợp đóng vòng không có xúc tác, đồng acetilide được tạo ra từ 1-alkyne và sau đó cộng hợp với azide để tạo hợp chất trung gian vòng 6 cạnh Quá trình này giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng, làm tăng tốc độ phản ứng và cho phép nó xảy ra ở nhiệt độ thường Do cơ chế không phải là phản ứng cộng hợp 1,3, phản ứng này được gọi là phản ứng cộng hợp azide-alkyne xúc tác Cu(I) (Copper(I)-catalyzed Azide-Alkyne Cycloaddition - CuAAC).
Gần đây, phức pentamethylcyclopentadienyl ruthenium clorua [Cp*RuCl] đã được công nhận là một chất xúc tác hiệu quả cho phản ứng cộng hợp đóng vòng azide-alkyne Khác với phương pháp CuAAC, RuAAC tạo ra sản phẩm đồng phân 1,5 và có khả năng hoạt động với các alkyne trong mạch, dẫn đến việc hình thành 1,2,3-triazole với ba nhóm thế khác nhau.
Phản ứng với xúc tác Ruthenium được cho là đi theo con đường sau [9]:
Trong những năm gần đây, phản ứng “Click” đã trở nên phổ biến với nhiều phương pháp tổng hợp và điều kiện phản ứng đa dạng được nghiên cứu Mục tiêu là nâng cao khả năng ứng dụng của phản ứng này trong từng trường hợp cụ thể.
Phản ứng acyl hóa chọn lọc lập thể với xúc tác enzyme
Nhóm hydroxyl có thể được acyl hóa chọn lập thể nhờ xúc tác enzyme [11, 23]:
Thậm chí với hai nhóm CH2OH khác cấu hình, có thể acetyl hóa chọn lọc nhóm CH2OH gắn với C cấu hình R [1]:
Định hướng tổng hợp
Dựa trên ý tưởng ban đầu và việc tham khảo tài liệu, chúng tôi dự định tổng hợp một số cyclobutane nucleoside, phù hợp với điều kiện và khả năng thực hiện.
Sơ đồ tổng hợp lùi dự kiến:
Kết Quả và Thảo Luận
Tổng hợp hợp chất trung gian chìa khóa azide
Hợp chất trung gian chìa khóa azide 1 được tổng hợp theo sơ đồ sau:
NH 3 /MeOH OTBDPS tBuPh 2 SiCl OH imidazole
DMF 5 OAc cis-Cyclobut-3-ene-1,2-dicarboxylic anhydride 3 có thể được tổng hợp bởi phản ứng quang hóa cộng hợp đóng vòng [2+2] giữa acetylene và maleic anhydride.
Phản ứng này sử dụng nguyên liệu giá rẻ, nhưng yêu cầu điều kiện phản ứng khá khắc nghiệt Hệ thống phản ứng cần được chiếu đèn UV công suất cao để đạt hiệu quả tối ưu.
Để giảm thời gian phản ứng và thực hiện ở nhiệt độ thấp (-60°C) là một thách thức lớn, đặc biệt khi duy trì điều kiện này trong nhiều giờ có thể rất nguy hiểm Nếu bộ phận làm lạnh không hoạt động hiệu quả, nhiệt độ hệ phản ứng có thể tăng nhanh, dẫn đến nguy cơ cháy và nổ Gần đây, Huet và cộng sự đã cải tiến phương pháp bằng cách sử dụng 1,2-dichloroethene thay vì acetylene, cho phép thực hiện phản ứng quang hóa cộng hợp [2+2] với acide maleic dưới ánh sáng UV 400 W ở nhiệt độ phòng, với hệ thống đèn được làm mát bằng nước Phương pháp này cho phép sử dụng cả hai đồng phân Z- và E-1,2-dichloroethene, tạo ra sản phẩm là hỗn hợp 3 đồng phân 2.
Cả 3 đồng phân đều được khử với Zn hoạt hóa để thu được cis-Cyclobut-3- ene-1,2-dicarboxylic anhydride 3 [18].
Diol 4 được tổng hợp bằng cách khử anhydride 3 sử dụng LiAlH4 trong môi trường THF Trước khi tiến hành phản ứng, THF được làm khan bằng sodium kim loại và sau đó chuyển trực tiếp vào hệ phản ứng trong điều kiện khí.
Phản ứng xảy ra với toàn bộ lượng chất Sau khi thêm KOH, muối vô cơ được tạo ra và rửa nhiều lần bằng diethyl ether và dicloromethane Dịch rửa được kiểm tra để đảm bảo chất đã được loại bỏ hoàn toàn Sản phẩm thu được có độ tinh khiết tương đối cao, không cần tinh chế thêm.
Diol 4 được acetyl hóa chọn lọc nhóm hydroxyl gắn với carbon có cấu hình
Phản ứng giữa R và vinyl acetate được xúc tác bởi enzyme lipase Pseudomonas fluorescens, được khảo sát bởi Huet và các cộng sự trong nhiều điều kiện khác nhau Ở nhiệt độ 4 °C, phản ứng đạt hiệu suất 85% và 92% ee Khi giảm nhiệt độ, hiệu suất và ee tăng, nhưng thời gian phản ứng cũng kéo dài Cụ thể, tại 0 °C, hiệu suất đạt 97% với 98% ee sau 9 giờ; tại -15 °C, hiệu suất vẫn là 97% với 98,5% ee sau 19 giờ Kết quả tối ưu đạt được ở -25 °C sau 20,5 giờ với 97% hiệu suất và 98,5% ee Phản ứng cần được dừng ngay khi phát hiện diacetyl qua kiểm tra TLC, vì nếu tiếp tục, ee của sản phẩm sẽ giảm do enzyme PFL cũng xúc tác cho phản ứng thủy phân nhóm ester gắn với carbon có cấu hình R của diacetat.
Sản phẩm acetate 5 cần được bảo quản ở nhiệt độ thấp để ngăn chặn hiện tượng chuyển nhóm acetyl giữa hai nhóm hydroxy Khi mẫu acetate 5 với độ tinh khiết 86% ee được để ở nhiệt độ phòng trong 17 ngày, độ tinh khiết này giảm xuống còn 71%.
Với điều kiện phòng thí nghiệm cho phép, chúng tôi thực hiện phản ứng ở -
Quá trình làm lạnh bằng đá muối ở nhiệt độ 10 độ C kết thúc sau 16 giờ, được kiểm tra bằng bản mỏng Acetate 5 thu được dưới dạng dầu không màu với mùi đặc trưng, có chỉ số quang hoạt 24 [α]D = -8,5 (c = 2, CHCl3) Theo tài liệu tham khảo, chỉ số quang hoạt 20 [α]D = -8,9 (c = 2, CHCl3) cho mẫu có độ tinh khiết 98% ee.
Nhóm hydoxy được bảo vệ bằng TBDPS và sau đó nhóm acetyl được loại bỏ bằng NH3/MeOH với hiệu suất cao Tiếp theo, nhóm hydroxy được chuyển thành mesylate 8, sau đó thực hiện phản ứng thế với NaN3 để tạo ra hợp chất trung gian azide 1.
Cấu trúc của hợp chất này được khẳng định bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân và phổ khối.
Tổng hợp các dẫn xuất cyclobutane nucleoside
Sau khi thu được hợp chất trung gian azide 1, chúng tôi tiếp tục thực hiện phản ứng cộng hợp đóng vòng lưỡng cực 1,3 azide-alkyne Huisgen:
Phản ứng “Click” được thực hiện với một số dẫn xuất acetylene đầu mạch sau.
Bảng 2.1: Các sản phẩm và hiệu suất của phản ứng “Click”
STT Dẫn xuất acetylene Sản phẩm Hiệu suất
Phản ứng được khảo sát trong nhiều hệ dung môi khác nhau như EtOH, EtOH : H2O 1 : 1, MeOH, MeOH : H2O 1 : 1, propanol, propanol : H2O 1 : 1, BuOH, BuOH : H2O 1 : 1, và CH3CN Kết quả cho thấy phản ứng đạt hiệu quả tốt nhất khi thực hiện trong hệ dung môi t-BuOH : H2O 1 : 1 Ngoài ra, các tỷ lệ xúc tác khác nhau cũng đã được nghiên cứu.
Phản ứng giữa 20 mol-% CuSO4.5H2O và 200 mol-% natri ascobate diễn ra hoàn toàn sau khi khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng, với natri ascobate được sử dụng dư để khử hoàn toàn Cu(II) thành Cu(I) và ngăn ngừa sự oxy hóa ngược Dung dịch CuSO4 được nhỏ từ từ vào hỗn hợp phản ứng trong khi khuấy mạnh để đảm bảo sự phân tán đều Kết quả kiểm tra bằng TLC cho thấy chất đầu đã hoàn toàn phản ứng, ngoại trừ trường hợp số 5 với một lượng nhỏ azide sau 48 giờ Sản phẩm thô tương đối sạch, chỉ cần lọc qua cột silica gel với dung môi ethyl acetate Tuy nhiên, propargyl clorua không tham gia vào phản ứng “Click” do tương tác với natri ascobate, và acid propiolic cũng không thành công do sản phẩm không bền, dễ phân hủy.
Sản phẩm từ các phản ứng "Click" tiếp tục được chuyển hóa thông qua quá trình monohydroxy và dihydroxy hóa nối đôi Quá trình monohydroxy hóa diễn ra thông qua phản ứng hydrobo hóa và oxi hóa sử dụng H2O2/NaOH.
Tác nhân B2H6 có thể được thay thế bằng LiAlH4 kết hợp với BF3.Et2O, dẫn đến sự hình thành B2H6 trong phản ứng Mặc dù phản ứng diễn ra tương đối hiệu quả, sản phẩm thu được là hỗn hợp bốn đồng phân, và các vết tương ứng với các đồng phân này không thể phân biệt khi chạy TLC Qua việc sử dụng cột silica gel, chỉ có thể tách ra một lượng nhỏ một đồng phân (khoảng 5% so với tổng sản phẩm) Vì lý do đó, chúng tôi quyết định không tiếp tục thực hiện monohydroxy hóa và sẽ tìm kiếm phương pháp thay thế trong tương lai để thu được các đồng phân riêng biệt.
Quá trình dihydroxy hóa được thực hiện với N-methylmorpholine N-oxide (NMO) với xúc tác OsO4 trong hệ dung môi THF : H2O 4 : 1.
Phản ứng tạo ra hai đồng phân có thể tách biệt hoàn toàn Đồng phân a có độ phân cực thấp hơn và Rf cao hơn đồng phân b Tỷ lệ của đồng phân b trong hỗn hợp sản phẩm lớn hơn so với a, điều này phù hợp với lý thuyết của phản ứng dihydroxy hóa Ví dụ, trong sản phẩm từ phản ứng “Click” số 4 (bảng 2.1), tỷ lệ hỗn hợp là 110mg/150mg.
Tiếp đó nhóm bảo vệ TBDPS được loại bỏ bằng tetrabutyl ammonium fluoride (TBAF) trong THF Ở giai đoạn này hiệu suất phản ứng chưa được cao.
Sản phẩm thô từ phản ứng dihydroxy hóa có thể tách nhóm bảo vệ mà không cần phải tách riêng và tinh chế hai đồng phân Sau khi tách nhóm bảo vệ, hỗn hợp sản phẩm sẽ được tách riêng Phương pháp này cho kết quả tốt hơn so với việc tách riêng các đồng phân trước và loại bỏ nhóm bảo vệ sau Vì vậy, chúng tôi quyết định không tách riêng hai đồng phân trong giai đoạn dihydroxy hóa mà sẽ loại bỏ nhóm bảo vệ trước rồi mới tách hai đồng phân.
Sau khi tách nhóm bảo vệ, việc loại bỏ muối amoni tạo ra từ phản ứng gặp nhiều khó khăn Để loại bỏ muối amoni, pha hữu cơ cần được rửa nhiều lần bằng dung dịch NH4Cl bão hòa hoặc NH4ClO4 bão hòa Một thách thức khác là các hợp chất cyclobutane nucleoside tan tốt trong nước; do đó, với các hợp chất có nhóm thế ở vòng 1,2,3-triazole, lượng chất mất đi sau khi rửa là đáng kể, trong khi các hợp chất có nhóm thế nhỏ như -CH2OH hoàn toàn tan trong pha nước Qua nhiều nghiên cứu, chúng tôi đã đạt được kết quả khả quan khi chạy hỗn hợp thô qua cột sephadex, giúp tách gần hết muối amoni khỏi hỗn hợp Phân đoạn thu được sau đó được tinh chế bằng cột silica gel.
Hai đồng phân có nhóm thế ester được chuyển thành amide khi tác dụng với
Bảng 2.2: Các dẫn xuất cyclobutane nucleoside thu được
STT Sản phẩm “Click” Cyclobutane nucleoside Tỷ lệ
Các đặc trưng cấu trúc của các cyclobutane nucleoside
Các dẫn xuất nucleoside cyclobutane tổng hợp có những đặc điểm cấu trúc chung, vì vậy chúng tôi sẽ phân tích cấu trúc của một ví dụ điển hình Thông tin về dữ liệu phổ của từng chất đã được trình bày trong phần thực nghiệm.
Ta xét hợp chất sau (N3F1):
Trên phổ 1 H NMR của các nucleoside cyclobutane, có tín hiệu đặc trưng của 1 proton từ vòng 1,2,3-triazole ở dạng singlet và tín hiệu của 8 proton từ vòng đường cyclobutane Hợp chất N3F1 khi được phân tích trong dung môi DMSO-d6 cho thấy tín hiệu của 3 proton từ 3 nhóm hydroxyl, cùng với tín hiệu của các proton vòng thơm từ nhóm thế aryl.
Phổ 1H NMR của N3F1 cho thấy sự hiện diện của các tín hiệu đặc trưng trong phổ 13C NMR, bao gồm 6 carbon từ vòng cyclobutane với 2 CH2 và 4 CH Bên cạnh đó, tín hiệu ở khoảng 145 ppm đại diện cho bậc 4 của vòng triazole, trong khi tín hiệu ở khoảng 123 ppm thuộc về CH của vòng triazole Ngoài ra, còn có tín hiệu của các carbon vòng thơm và nhóm thế CF3 dưới dạng quartet.
Sau đây ta tìm hiểu tiếp phổ hai chiều của hợp chất trên:
Hình 2.3: Phổ hai chiều của N3F1
Từ các phổ trên ta thu được bảng dữ liệu sau:
Bảng 2.3: Dữ kiện phổ của N3F1 stt Tín hiệu 13 C Tín hiệu 1 H HMBC (C-H) COSY C
Hợp chất này được đo trong dung môi MeOD-d4 nên không có tín hiệu của các hydro OH.
Các phổ của hai đồng phân tương tự nhau:
Hình 2.6 : Phổ hai chiều của N3F2 Để phân biệt hai đồng phân này ta phải dùng đến phổ NOESY
Trên phổ NOESY của đồng phân 17a, do H1, H2 không ở cùng mặt phẳng với hai nhóm CH2 5 và CH2 6 cho nên không có tương tác xa H1-H5 và H1-H6
Trên phổ NOESY của đồng phân 17b, do H1, H2 ở cùng mặt phẳng với hai nhóm CH2 5 và CH2 6 cho nên có tương tác xa H1-H5 và H2-H6
Trên phổ -MS của N3F1 và N3F2 đều cho peak M/z = 378.0 ứng với
[M.2H2O – 1H] -1 (Do phân tử nucleoside có phần đường nên dễ ngậm nước).
Với các dữ kiện phổ ở trên, cấu trúc của các dẫn xuất cyclobutane nucleoside đã được khẳng định.
Phương pháp chung: Phổ khối ESI-MS được ghi trên máy LC/MSD
Agilent Series 1100 NMR được ghi trên máy Bruker Avance 500 MHz Đèn UV
400 W được sử dụng trong phản ứng quang hóa.
Chemicals for reaction purchases are sourced from Aldrich and Merck For column chromatography, Merck's Silica Gel 60 (0.015-0.040 mm) is utilized as the adsorbent Thin-layer chromatography employs pre-coated aluminum plates with Merck 60 F254 silica gel The color development agents used include CeSO4, Dragendorff, and KMnO4.
Anhydride của acide 3,4-dichlorocyclobutane-1,2-dicarboxylic (2)
Trong một bình phản ứng quang hóa 1 L, thêm 45 g (0.46 mol) anhydride maleic và 39 mL (0.50 mol) dichloroethylene vào 900 mL AcOEt Hỗn hợp này được chiếu đèn tử ngoại trong 48 giờ để tiến hành phản ứng.
Đèn UV 400 W được sử dụng để chiếu sáng trong quá trình xử lý dung môi, giúp cất loại dưới áp suất giảm Sản phẩm thu được là chất rắn màu trắng, có thể sử dụng cho các phản ứng tiếp theo mà không cần tinh chế.
Anhydride của acide cis-cyclobut-3-en-1,2-dicarboxylic (3)
Trong một bình phản ứng 2 L, chứa 600 mL toluen khan và 35 g hợp chất anhydride dichloro trong 213 mL dung dịch anhydride acetic, hỗn hợp được đun nóng đến 60°C Sau khi hòa tan hoàn toàn, 400 g bột Zn đã hoạt hóa được thêm vào và hỗn hợp được duy trì ở 90°C trong 48 giờ Sau khi phản ứng, hỗn hợp được lọc qua celite khi còn ấm, và Zn được rửa bằng toluen nóng Dung dịch lọc được cô cạn dưới áp suất giảm và cất đồng thời với toluen năm lần Dầu thu được được hút chân không trong 1 ngày ở 40°C, và sản phẩm cuối cùng kết tinh trong ether dưới dạng các tinh thể hình kim màu trắng với khối lượng 16.1 g (0.13 mol; 72%).
O cis-3,4-bis(hydroxymethyl)cyclobut-1-en (4)
Hỗn hợp LiAlH4 (10 g; 255 mmol) trong THF khan (150 mL) được làm lạnh ở 0°C và thêm anhydride cyclobuten 3 (5.93 g; 47.8 mmol) trong THF khan (60 mL) dưới khí Argon Sau 19 giờ đun hồi lưu, hỗn hợp được làm lạnh về -10°C và thêm dung dịch KOH 2M (60 mL) để trung hòa Dung dịch phản ứng được đưa về nhiệt độ phòng, sau đó thêm ether (125 mL) và lọc qua phễu lọc xốp Các muối kim loại được rửa bằng ether (100 mL) và CH2Cl2 (100 mL) Dung môi được cất dưới áp suất giảm, chất cặn hòa tan trong CH2Cl2 (125 mL), làm khô bằng Na2SO4, lọc và cô quay Sản phẩm diol thu được dưới dạng dầu không màu, tương đối tinh khiết (5.13 g, 44.9 mmol, 94%).
OH 1 H NMR (500 MHz, CDCl3) 6.02 (s, 2H); 4.07 (s broad, 2H); 3.80 (dd,
Lipase Pseudomonas fluorescens (10 mg, 470 units) được thêm vào dung dịch diol 4 (120 mg, 1.05 mmol) trong vinyl acetate (2.1 mL) ở nhiệt độ -10 độ C dưới khí trơ Quá trình phản ứng được theo dõi bằng phương pháp TLC với tỉ lệ dung môi CH2Cl2 : Et2O là 7 : 3 Sản phẩm diacetate bắt đầu xuất hiện trên bản mỏng với Rf = 0.83 sau một khoảng thời gian nhất định.
16 h), dung dịch phản ứng được pha loãng bằng Et2O và lọc Chất rắn được rửa với
Et2O (3x4 mL) và các dịch lọc cùng rửa được kết hợp và cô đặc dưới áp suất thấp, tạo ra sản phẩm 5 dưới dạng chất dầu với khối lượng 163 mg (1.05 mmol) và độ tinh khiết tương đối cao Sản phẩm này có thể được tinh chế thêm bằng cột silica gel, thu được 159 mg (1.02 mmol) với độ tinh khiết đạt 97%.
1 H NMR (500 MHz, CDCl3) : 6.13 (d, 1H, J=2.5 Hz), 6.10 (d, 1H, J=3.0), 4.35 (dd, 1H, J = 11.5, 6.0 Hz), 4.16 (dd, 1H, J = 11.5, 9.0 Hz), 3.75 (d, 2H, J=7.5 Hz), 3.25-3.18 (m, 2H), 2.08 (s, 3H).
(-)-[1S,4R)-4-({[tert-Butyl(diphenyl)silyl]oxy}-methyl)cyclobut-2-enyl]methyl acetate (6)
Hợp chất 5 (1.4 g, 8.97 mmol, 91.6 ee) được hòa tan trong 2.1 mL DMF, sau đó thêm t-butyl diphenylsilyl clorua (2.8 mL) và imidazole (737 mg) vào dung dịch Hỗn hợp được khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng, sau đó thêm 5 mL nước Sau khi chiết bằng diethyl ether (4 x 11 mL), pha hữu cơ được gộp lại và làm khan trên MgSO4 Dung môi được cất dưới áp suất thấp, cặn thu được được tinh chế trên cột silica gel với tỉ lệ n-hexane : ethyl acetate 95 : 5, cho sản phẩm cuối cùng dưới dạng một chất dầu không màu (3.35 g, 95%).
= 2.5 Hz), 6.11 (d, 1H, J = 2.5 Hz), 4.36 (dd, 1H, J = 11.0, 6.5 Hz), 4.23 (dd, 1H, J
(-)-[1S,4R)-4-({[tert-Butyl(diphenyl)silyl]oxy}-methyl)cyclobut-2-enyl] methanol (7)
Dung dịch NH3 trong methanol (7M, 161 mL) được thêm vào dung dịch hợp chất acetate 6 (3.35 g, 8,5 mmol) trong methanol (80 mL) ở nhiệt độ 0°C Hỗn hợp này được khuấy trong 48 giờ ở nhiệt độ phòng Sau khi loại bỏ các chất dễ bay hơi dưới áp suất thấp, sản phẩm thu được được tinh chế trên cột silica gel, cho ra hợp chất 7 (2.58 g).
1 H NMR (500 MHz, CDCl3) : 7.69 (dd, 4H, J = 8.0, 1.5 Hz), 7.45-7.39 (m, 6H),
(-)-((1S,4R)-4-((tert-butyldiphenylsilyloxy)methyl)cyclobut-2-enyl)methyl methanesulfonate (8)
Dung dịch được làm lạnh gồm 0.1 g (0.284 mmol) và 43.9 mg (0.4 mmol, 1.4 eq) methanesulfonyl clorua trong 2 mL ethyl acetate tới 0 °C và khuấy đều Triethylamin (57 mg; 2 eq) được thêm từ từ vào hỗn hợp phản ứng, sau đó khuấy ở nhiệt độ phòng (25 °C) trong 1 giờ cho đến khi phản ứng hoàn tất, kiểm tra bằng TLC Tiếp theo, thêm 3 mL H2O vào hỗn hợp, khuấy đều và chiết xuất bằng ethyl acetate (4 lần 5 mL) Gộp phần hữu cơ và làm khan bằng Na2SO4, sau đó loại bỏ dung môi dưới áp suất thấp Cặn thu được được tinh chế bằng cột silica gel (tỉ lệ n-hexane : ethyl acetate 4 : 1), sản phẩm cuối cùng là chất rắn màu trắng với hiệu suất đạt 85%.
1 H NMR (500 MHz, CDCl3) 7.66 (dd, 4H, J = 6.0 and 2.0 Hz); 7.44-7.38 (m, 6H), 6.18 (d, 1H, J = 2.5 Hz), 6.10 (d, 1H, J = 2.5 Hz), 4.57 (dd, 1H, J = 9.5, 6.5 Hz); 4.38 (dd, 1H, J = 9.5, 8.0 Hz), 3.82 (dd, 1H, J = 11.5, 6.0 Hz); 3.75 (dd, 1H, J = 11.5, 8.0 Hz), 3.84-3.30 (m, 1H), 3.23-3.20 (m, 1H), 2.90 (s, 3H), 1.05 (s, 9H).
(-)-(((1R,4S)-4-(azidomethyl)cyclobut-2- enyl)methoxy)(tert- butyl)diphenylsilane (1)
Natri azide (83 mg; 1.28 mmol) được thêm vào dung dịch mesylate 8 (0.274 g; 0.64 mmol) trong 5 mL DMF dưới môi trường khí trơ Hỗn hợp phản ứng được khuấy ở nhiệt độ 60°C trong 9 giờ và được theo dõi bằng phương pháp TLC Sau khi phản ứng kết thúc, 5 mL
H2O được thêm vào hỗn hợp và chiết xuất bằng ethyl acetate (4x5 mL) Các phần hữu cơ được gộp lại và làm khan bằng Na2SO4, sau đó dung môi được loại bỏ dưới áp suất thấp Cuối cùng, cặn thu được được tinh chế bằng cột silica gel, cho sản phẩm dưới dạng dầu không màu với hiệu suất 82% (0.183 g).
2H); 3.62 (dd, 1H, J.0 and 6.0 Hz); 3.41 (dd, 1H, J.0 and
Tổng hợp một số alkyne đầu mạch tert-butyldiphenyl(prop-2-yn-1-yloxy)silane