8 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN NGỌC TUẤN DẪN XUẤT PYRAZOL HÓA CURCUMINOID, PHỨC CHẤT VỚI CU(I), CU(II) VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CHÚNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC GIÁO DỤC VINH, 2012 9 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Các hợp chất pyrazol ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác nhau như xúc tác, hoá chất nông nghiệp, tổng hợp dược, … Sự thu hút của pyrazol và các dẫn xuất của chúng chính là do tính đa dạng cấu trúc của các hợp chất này cho phép tổng hợp một loạt các chất tương tự với một hoặc nhiều phần khác nhau trong công thức phân tử. Sự thay đổi này làm ảnh hưởng đến cấu trúc electron, dẫn đến sự mở rộng tính chất của những hợp chất có khung pyrazol. Một số phân tử pyrazol có hoạt tính sinh học dùng trong y học, được sử dụng làm dược phẩm làm thuốc chống ung thư, kháng khuẩn, chống viêm, kháng glycemi (antiglycemic), chống dị ứng và kháng virus…[62,23,59,34,10,52] Những năm gần đây, mỗi năm có hàng trăm công trình nghiên cứu tổng hợp và hoạt tính sinh học, đặc biệt là hoạt tính chống ung thư của các pyrazol và dẫn xuất của chúng được đăng trên các tạp chí Hoá học, Dược học, Y-sinh học… như Polyhedron, Inorganica Chimica Acta, Inorganic Biochemistry, European Journal of Medicinal Chemistry, Toxicology và Applied Pharmacology, Bioinorganic và Medicinal Chemistry, Journal of Inorganic Biochemistry… Các nghiên cứu hiện nay tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp mới các pyrazol và dẫn xuất của chúng, nghiên cứu cấu tạo bằng các phương pháp khác nhau và thăm dò hoạt tính sinh học của chúng. Mục tiêu của việc khảo sát hoạt tính sinh học là tìm kiếm được các hợp chất có hoạt tính cao, đồng thời đáp ứng tốt nhất các yêu cầu sinh – y học khác như không độc, không gây hiệu ứng phụ, không gây hại cho các tế bào lành để dùng làm thuốc chữa bệnh cho người và động vật nuôi. Kết hợp với hướng nghiên cứu về curcuminoid (hợp chất β-đixeton thiên nhiên) chiết xuất từ củ nghệ đã được ứng dụng khá rộng rãi trong y dược và thực phẩm, chúng tôi hy vọng rằng việc chuyển hóa các curcuminoid 10 thành dẫn xuất pyrazol và phức chất với kim loại của chúng có thể tạo ra các hợp chất có hoạt tính sinh học đáng chú ý. Mặc dù vậy, việc tách riêng các curcuminoid là rất khó khăn và tốn kém, trong khi các hợp chất này có tính chất rất giống nhau, do đó việc dẫn xuất hóa đồng thời các curcuminoid và khảo sát các phức chất tạo thành của chúng với ion Cu(I) và Cu(II) có ý nghĩa thực tiễn hơn so với các hợp chất riêng biệt. Vì vậy, để góp phần một phần nhỏ vào việc tổng hợp và nghiên cứu phức chất kim loại - pyrazol nhằm phát hiện các chất có hoạt tính sinh học, chúng tôi thực hiện đề tài: “Dẫn xuất pyrazol hóa curcuminoid, phức chất với Cu(I), Cu (II) và hoạt tính sinh học của chúng” cho nội dung nghiên cứu của luận văn tốt nghiệp Cao học Thạc sĩ chuyên ngành Hóa vô cơ. 2. Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu nhằm làm sáng tỏ khả năng dẫn xuất hóa được các curcuminoid thành hợp chất pyrazol bằng phản ứng với thiosemicarbazid và xác định các phức chất tạo thành trong hệ pyrazol – Cu(I) và pyrazol – Cu(II) và khảo sát hoạt tính kháng tế bào ung thư của chúng. 3. Nội dung nghiên cứu: Trong luận văn này, chúng tôi thực hiện các nội dung nghiên cứu sau: - Dẫn xuất pyrazol hóa các curcuminoid, tổng hợp được 3 hợp chất dẫn xuất pyrazol: pyrazol curcumin (PRC), pyrazol bis-demetoxycurcumin (PRbdC), pyrazol demetoxycurcumin (PRdC) và phức chất của chúng với Cu(I), Cu(II). - Nghiên cứu xác định thành phần và cấu trúc của phối tử và phức chất. Thăm dò hoạt tính sinh học của phức chất, hoạt tính ức chế sự phát triển của tế bào ung thư. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Phức chất của Cu(I), Cu(II) với dẫn xuất pyrazol hóa curcuminoid 5. Phương pháp nghiên cứu: 11 Phương pháp phân tích và tổng hợp lí thuyết: nghiên cứu các tài liệu khoa học về đối tượng nghiên cứu, phục vụ cho đề tài. Nhóm các phương pháp thực nghiệm: tiến hành nghiên cứu đối tượng bằng thực nghiệm tổng hợp các mẫu chất, các phương pháp phổ hiện đại, phương pháp thử nghiệm hoạt tính sinh học in-vitro nhằm hoàn thành nhiệm vụ của đề tài. Nhóm các phương pháp toán học: tính toán và xử lí số liệu thực nghiệm, sử dụng phần mềm Excel, ChemBioDraw, . 6. Những đóng góp mới của đề tài: + Dẫn xuất pyrazol hóa curcuminoid, tổng hợp được 3 hợp chất dẫn xuất pyrazol: pyrazol curcumin (PRC), pyrazol bis-demetoxycurcumin (PRbdC), pyrazol demetoxycurcumin (PRdC). + Tổng hợp các phức chất của chúng với Cu(I), Cu(II). Từ đó, nghiên cứu các phức chất tổng hợp được bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại, phương pháp phổ hấp thụ electron và phương pháp phổ khối lượng, xác định công thức phân tử các phối tử và phức chất tạo thành. + Bước đầu thử hoạt tính kháng ung thư của phối tử và phức chất trên dòng tế bào ung thư gan HEP– G2, ung thư phổi LU tế bào nhỏ, RD và MCF- 7. Trên cơ sở các kết quả đạt được, chúng tôi hy vọng có thể đóng góp phần nhỏ hiểu biết về phức chất của các pyrazol, dẫn xuất pyrazol và hoạt tính sinh học của chúng. 12 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Thiosemicacbazit và pyrazol: 1.1.1. Thiosemicacbazit: Thiosemicacbazit là chất rắn kết tinh màu trắng, nóng chảy ở 181-183 0 C. Kết quả nghiên cứu nhiễu xạ tia X cho thấy phân tử có cấu trúc như sau: a c b d (1) (2) (4) MËt ®é ®iÖn tÝch a=118.8 b=119.7 c=121.5 d=122.5 N = -0.051 N = 0.026 C = -0.154 N = 0.138 S = -0.306 (1) (2) (4) o o o o Gãc liªn kÕt S NH C NH 2 NH 2 Trong đó các nguyên tử N (1) , N (2) , N (4) , C, S cùng nằm trên một mặt phẳng. Ở trạng thái rắn, phân tử thiosemicacbazit có cấu hình trans (nguyên tử S nằm ở vị trí trans so với nhóm N (1) H 2 ) [1]. Khi thay thế một nguyên tử hidro nhóm N (4) H 2 bằng các gốc R khác nhau ta thu được các dẫn xuất của thiosemicacbazit. Ví dụ như 4-phenyl thiosemicacbazit, 4-etyl thiosemicacbazit, 4-metyl thiosemicacbazit,… Trong môi trường bazơ, thiosemicacbazit tồn tại cân bằng tautome: Liên kết C- S có độ bội lớn hơn 2, liên kết C –N 1 , C – N 2 có độ bội lớn hơn 1, các liên kết khác có độ bội gần bằng 1. Chính sự liên hợp này đã góp phần làm cho phân tử thiosemicacbazit có thể liên kết phối trí mạnh với ion 13 kim loại qua nguyên tử lưu huỳnh và nguyên tử nitơ trong sự tạo thành phức chất. 1.1.2.Pyrazol: Thuật ngữ pyrazol được đưa ra bởi Ludwig Knorr năm 1883. Pyrazol là chất cơ bản đầu tiên cho một dãy các hợp chất vòng thơm đơn giản hữu cơ của các hợp chất dị vòng được đặc trưng bởi một cấu trúc vòng 5 cạnh với thành phần bao gồm ba nguyên tử cacbon và hai nguyên tử nitơ ở các vị trí liền kề. Các hợp chất trên được phân loại là ankaloid, được xác định có tác dụng dược lý trên cơ thể người, mặc dù các hợp chất này rất hiếm trong tự nhiên. Năm 1959, pyrazol tự nhiên đầu tiên là 1-pyrazolyl-alanine được phân lập từ hạt giống dưa hấu [28] Pyrazole Các dẫn xuất pyrazol từ lâu đã có ứng dụng trong hóa chất nông nghiệp và ngành công nghiệp dược phẩm như thuốc diệt cỏ và hoạt chất dược phẩm. Sự thành công gần đây của các chất ức chế COX-2 pyrazol đã tiếp tục nhấn mạnh tầm quan trọng của những hợp chất dị vòng trong hóa dược. Những năm gần đây, sự quan tâm ngày càng tăng đối với các pyrazol trong lĩnh vực dược phẩm. Nhiều nghiên cứu ban đầu phát hiện những thuộc tính của các pyrazol như chất ức chế dehydrogenase rượu [51], các chất có khả năng chống dị ứng [62,23], tác nhân giảm đau [59], chống viêm [34]. Một trong những cách tổng hợp các hợp chất pyrazol là dùng hidrazin hay sản phẩm thế của nó ngưng tụ với hợp chất dicacbonyl [47] theo sơ đồ hình 1.1 : 14 Hình 1.1: Cơ chế cộng hợp hiradzin và sản phẩm thế của chúng (phenyl hydrazin, 2,4-dinitrophenyl hydrazin, carbohydrazit, 2-hydrazino pyridin, 2-Furoic hydrazit) 1.1.3. Phức chất của kim loại chuyển tiếp với các dẫn xuất pyrazol: Phức chất của các kim loại chuyển tiếp ngày càng được quan tâm, đặc biệt là việc nghiên cứu cấu trúc phân tử ảnh hưởng đến hoạt tính kháng ung thư của các hợp chất này, bắt đầu từ phát hiện của Rosenberg et al. [10,52] về hoạt tính chống ung thư của phức chất cisplatin. Mặc dù cisplatin có hoạt tính rất tuyệt vời chống lại nhiều loại ung thư khác nhau, nhưng độc tính của nó là 15 mối quan tâm lớn đối với các nhà khoa học. Vì lý do này các nhà nghiên cứu tiếp tục tìm kiếm các hợp chất ít độc hơn. 1.1.3.1 Phối tử hai càng: Các phức chất được mô tả trong phần này có các ion kim loại liên kết với một phối tử hai càng có một vòng pyrazol là các phối tử 1-17 (Hình 1.2). Hình 1.2. Cấu trúc Phối tử hai càng (1-17) Một số kiểu phối tử và phức chất được đề cập đến chi tiết hơn sau đây. • Một pyrazol và một amin béo: Phối tử 1 và 2 đã được tổng hợp, tuy nhiên, việc điều chế phức chất của paladi(II) và đồng (II) làm phân hủy các phối tử này [11]. • Một pyrazol và một pyridin: Pyrazolylmethylpyridin 3 - 5, dễ dàng tạo thành phức chất tỷ lệ 1:1 với PdCl 2 [35]. Sử dụng phối tử 3 và 4, đã tách được phức chất mới có cấu dạng ghế của ruthenium (II) [Ru(η 6 -C 6 H 6 )(3)Cl][PF 6 ] và [Ru(η 6 -C 6 H 6 )(4)Cl][PF 6 ], 16 cấu trúc của các phức được xác định bởi phổ 1 H-NMR trong dung dịch CD 3 CN [57]. Sử dụng phối tử 3, để tổng hợp phức chất của cobalt (II) (S= 3/2) và nickel (II) (S=1) người ta thu được các phức chất [Co(3)Cl 2 ], [M(3) 2 Cl 2 ].4H 2 O (M= Co và Ni ) và [M(3) 3 ][ClO 4 ] 2 .H 2 O (M= Co và Ni) [41]. Việc tổng hợp và nghiên cứu tính chất của một hợp chất nitrit liên kết với đồng(II) [Cu(4) 2 (NO 2 )][ClO 4 ] đã được thực hiện [42]. Cấu trúc của phần cation cho thấy các nguyên tử kim loại được phối trí với hai nguyên tử nitơ của pyridyl, hai nguyên tử nitơ của pyrazol và một nguyên tử oxy của NO 2 . Phức chất đồng (II) được mô tả là hình chóp vuông bị biến dạng. Tính chất quang , tính chất từ, và tính oxi hóa khử của [Cu(4) 2 (NO 2 )][ClO 4 ] cũng đã được nghiên cứu. Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể của [Co(3) 2 Cl 2 ].4H 2 O Phối tử 6, là phối tử khá linh động (Hình 1.4) do sự chuyển đổi qua lại hai cấu dạng thuyền của phức chất Pd(6)Cl 2 [35]. Cấu trúc đơn tinh thể Pd(6)Cl 2 được xác định bằng phương pháp X-ray tại 133 0 K cho thấy có sự liên kết của phối tử 6 với nguyên tử palladi ở dạng vuông phẳng với độ dài liên kết bình thường [35]. Vì vậy, dự đoán sẽ xuất hiện tương tác nhằm bố trí các nguyên tử trong không gian để không gây ra biến dạng liên kết. Vòng chelat chứa nguyên tử palladi tồn tại dưới cấu dạng thuyền (b trong hình 3). Hai mặt phẳng của vòng pyrazol và pyridin có xu hướng lệch nhau một góc khoảng 71°. Phối tử 7 cũng dễ dàng tạo phức chất tỷ lệ 1:1 với PdCl 2 , và cũng cho kết quả tương tự với phối tử 3-5 [35] 17 Hình 1.4. Sự chuyển đổi qua lại hai cấu dạng thuyền của phức chất Pd(6)Cl 2 • Một pyrazol và một imidazol: Các phức chất thu được là PtMe2(8) và fac-PtIMe3(8) đã được công bố [8]. • Một pyrazol và một benzimidazol: Các phức chất của phối tử 9 hiện chưa được công bố [11]. Tuy nhiên phối tử 10 tạo thành một loạt các phức chất: Fe(10) 2 (ClO 4 ) 2 .C 2 H 5 OH, Ni(10) 2 (NCS) 2 .H 2 O, Cu(10) 2 (ClO 4 ) 2 , Cu(10)(NCS)(ClO 4 ), và Pd(10)Cl 2 [11]. Phối tử 11 cũng đã tổng hợp được vài phức chất như: Pd(11)Cl 2 không tan trong nước; Cu(11) 2 (ClO 4 ) 2 và Ni(11) 2 (ClO 4 ) 2 .C 2 H 5 OH [11]. Phức chất niken (II) [36] có cấu trúc bất đối xứng của cùng một cation Ni(11) 2 (ClO 4 ) (Hình 4). Hình 1.5 Phân tích bằng X-ray cấu trúc tinh thể hai cation isomeric của Ni(11) 2 (ClO 4 ) 2 .C 2 H 5 OH • Một pyrazol và một isoxazol: Phản ứng của phối tử 12 với [PdCl 4 ] 2- tạo thành [Pd(12)Cl 2 ], trong đó phối tử có lẽ liên kết với palladi thông qua cả hai nguyên tử nitơ của pyrazol và isoxazol [11]. Tương tự phối tử 13 và 14 cũng tạo phức với palladi(II). Phổ 1 H-NMR của [Pd(13)Cl 2 ] cho thấy có hai dạng: [Pd(13)Cl 2 ] và [Pd 2 (13) 2 Cl 4 ], với tỷ lệ gần 4:1. Cấu trúc tinh thể của [Pd(14)Cl 2 ] cho thấy chúng là một phức chất dạng cis-diclo với phối tử hai càng. . DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN NGỌC TUẤN DẪN XUẤT PYRAZOL HÓA CURCUMINOID, PHỨC CHẤT VỚI CU(I), CU(II) VÀ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA CHÚNG LUẬN VĂN. pyrazol hóa curcuminoid, phức chất với Cu(I), Cu (II) và hoạt tính sinh học của chúng cho nội dung nghiên cứu của luận văn tốt nghiệp Cao học Thạc sĩ