Chuyển Hóa Hóa Học Hợp Chất Triterpene Khung Lupane Và Hoạt Tính Sinh Học Của

1.3. Các hợp chất triterpene khung lupane

1.3.1. Cấu trúc hóa học

Hợp chất triterpene khung lupane thuộc lớp chất triterpene (C30Hn) - được tạo bởi 6 đơn vị isopren hợp với nhau bởi 2 mảnh C15 nối với nhau ở giữa theo cách đầu - đầu, đuôi - đuôi [44]. Về mặt cấu trúc hóa học các triterpene khung lupane có hệ năm vòng (6-6-6-6-5) với các nhóm thế thường là các nhóm metyl ở các vị trí C-4và , C-8, C-10, C-14, C-17và nhóm thế isopropyl ở vào vị trí C-19.

Các triterpene khung lupane tồn tại tương đối phổ biến trong những loài thực vật bậc cao. Triterpene khung lupane đầu tiên được tìm thấy ở trong vỏ hạt đậu Lupin (Lupinus luteus), thuộc họ Leguminosae có chứa nhóm OH ở vị trí C-3, chính vì điều này mà các hợp chất thuộc nhóm này có tên gọi là lupeol [45].

1.3.2. Hoạt tính sinh học

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 169 trang tài liệu này.

Trong quá trình nghiên cứu hợp chất thiên nhiên nói chung, các hợp chất triterpene khung lupane nói riêng, các nhà khoa học đã thấy được những hoạt tính quý báu của hợp chất thuộc nhóm triterpene khung lupane.

Lupeol (48) là hợp chất thuộc nhóm triterpene khung lupane có chứa trong nhiều loài thực vật, trong các loại rau như bắp cải trắng, hạt tiêu, dưa chuột, cà chua, trong trái cây như ô liu, quả sung, xoài, dâu tây, nho đỏ và trong cây thuốc như nhân sâm Mỹ. Mohammad Saleem đã chứng minh được chất này có khả năng chống viêm và ung thu rất tốt [46]. Ở một nghiên cứu gần đây của M.A. Fernandez cho thấy lupeol có thể gây độc đối với các dòng tế bào Hep-G2, A-431, H-4IIE với giá trị IC50 lần lượt là 77; 101; 77,6M và khả năng chống oxi hóa cao. Chính vì

vậy, lupeol còn được ứng dụng trong mỹ phẩm bảo vệ da [47].

Tia cực tím là nguyên nhân phổ biến nhất của ung thư da. Hợp chất 3β, 25- epoxy-3α-hydroxylup-20(29)-ene-28-oic acid (49) được tìm thấy ở loài Liquidamber styraciflua (họ Hamamelidaceae) có thể hoạt động như một khởi sự chống khối u mạnh do UVB gây ra [48].

Hai hợp chất (+)-20(29)-lupene-3β,11α-diol (50) phân lập từ loài Salvia deserta và (+)-1,11-dihydroxy-20(29)-lupene-3-one (51) từ loài Nepeta hindostana (Labiatae) đều có khả năng kháng khuẩn cao, giảm mức cholesterol [45].

Hợp chất (+)-12,20 (29)- lupadiene-3β,27,28-triol (52) được phân lập từ loài cây trúc đào (Nerium oleander), thuộc họ Apocynaceae có khả năng chống HIV và khối u ác tính [49].

Acid 3-hydroxy-lup-20(29)-ene-23,28-dioic (53) là một triterpene diacid khung lupane có hàm lượng cao tới 7% trọng lượng lá khô của loài cây chân chim (Schefflera octophylla), loài cây được dân gian dùng làm thuốc chữa bệnh về gan [50].

Betulin hay 20(29)-lupene-3,28-diol (54) là một chất đặc trưng cho khung lupan, được phân lập lần đầu tiên vào năm 1988 từ loài Betula alba (Betulaceae). Qua nhiều công trình nghiên cứu cho thấy chất này có mặt trong nhiều loài thực vật thuộc các họ khác nhau và có nhiều hoạt tính như: hoạt tính gây độc tế bào, hoạt tính chống HIV, có tác dụng bảo vệ gan và làm giảm khả năng gây độc của CdCl2 ở nồng độ thấp [51].

Ngoài betulin (54), betulinic acid (55) cũng là một triterpene khung lupane được tìm thấy từ nhiều loài Betula (Betulaceae). Ở nồng độ 5M betulinic acid đã ức chế đáng kể sự phát triển của TPA (2,5g) khi được kích thích bởi 50g hợp chất 7,12-dimethylbenzanthracen [52]. Ngoài ra, theo tài liệu công bố năm 2013 của

K. Julius và các cộng sự, betulinic acid có khả năng chống oxi hóa cao với IC50 = 0,141μg/ml, đặc biệt khi kết hợp với acid ascorbic thì khả năng chống oxi hóa càng tăng (IC50 = 0,037μg/ml) [53]. Tuy nhiên, betulinic acid được nhắc đến nhiều với khả năng chống HIV cao, khả năng ức chế sự phiên bản của virus HIV trong tế bào Lympo-H9 [54]. Hoạt tính cao và hàm lượng trong thực vật lớn nên 55 và các dẫn xuất của chúng hiện đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu về mặt hóa học, dược lý và đặc biệt là mối quan hệ giữa cấu trúc và hoạt tính sinh học [55], [56].

1.4. Chuyển hóa hóa học hợp chất triterpene khung lupane và hoạt tính sinh học của chúng

Với mục tiêu tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học, các nhà khoa học đã tiến hành chuyển hóa hóa hóa học ở một số triterpene khung lupane có hoạt tính sinh học cao. Đặc biệt các chất có khả năng chuyển hóa phong phú nhờ sự có mặt của các nhóm OH, COOH, nối đôi Δ 20(29) trong phân tử như betulin, betulinic acid, 23-hydroxy betulinic acid…được quan tâm.

1.4.1. Chuyển hóa nhóm OH

1.4.1.1. Chuyển hóa thành ester

Có rất nhiều công trình khoa học đã chỉ ra rằng các dẫn xuất tạo ester ở vị trí 3-OH của betulinic acid cho hoạt tính cao hơn hẳn so với hợp chất acid ban đầu [57], [58]. Tiến hành phản ứng ester hoá trong pyridine với tác nhân tham gia phản ứng là các acid anhydride hoặc các acyl chloride (Sơ đồ 1.1) và thử hoạt tính sinh học các dẫn xuất, Kashiwada đã chỉ ra được 3-O-(3',3'-dimethylsuccinyl) betulinic acid (56.6) có hoạt tính kháng HIV rất mạnh với giá trị EC50 3,5 10-4 M và độ chọn lọc TI > 20000 trong trường hợp tế bào lymphô H9 bị nhiễm cấp [54].

Sơ đồ 1.1: Ester hoá acid betulinic ở vị trí 3-OH tạo hợp chất 56.1–56.8[54]

Theo một công bố gần đây, dẫn xuất 3-O-3’-Methylsuccinyl-betulinic acid

(57) được tổng hợp theo Sơ đồ 1.2 có khả năng chống HIV mạnh với giá trị EC50 = 0,0087 μM, thấp hơn rất nhiều so với betulinic acid (EC50 = 1,4 μM), thậm chí còn thấp hơn cả AZT (EC50 = 0,034 μM). Ngoài ra, 57 có giá trị TI = 6,3 × 103, thấp hơn so với bevirimat (TI= 20000), một loại thuốc đã được thử nghiệm lâm sàng

[54], [59].

Sơ đồ 1.2: Ester hoá betulinic acid ở vị trí 3-OH tạo hợp chất 57 [54], [59]

Bên cạnh đó, nhóm các nhà khoa học người Nga, Oxana B. Kazakova cũng chứng minh các dẫn xuất ester hóa ở vị trí C-3, C-28 của betulin (54) (Sơ đồ 1.3) cũng cho hoạt tính sinh học đáng chú ý [60]. Cả hai hợp chất 58 và 59 đều có khả năng kháng lại chủng virus ung thư cổ tử cung HPV-11. Ngoài ra, 58 còn có hoạt tính bảo vệ gan, chống loét, chống viêm, hoạt tính điều hòa miễn dịch và hoạt tính kháng HIV.

Sơ đồ 1.3. Chuyển hóa nhóm 3β-OH, 28-OH của betulin [60]

Theo Nguyễn Văn Tuyến và cộng sự, betulin được phản ứng với các acid anhydride trong dung môi CH2Cl2, ở nhiệt độ phòng từ 23-26 giờ để tạo thành các este 60, 61 [61]. Các ester tạo thành tác dụng với ethylclorua format, dung môi CH2Cl2, xúc tác triethylamine ở 0oC trong 60 phút thu được hai sản phẩm 62, 63 tương ứng. Tiếp tục cho thêm triethylamine và AZT vào trong bình phản ứng và khuấy ở 0oC trong 60 phút, sau đó nâng lên đến nhiệt độ phòng trong 12 giờ, nhận được các hợp chất 64, 65 (Sơ đồ 1.4). Điều đáng chú ý là hai hợp chất lai AZT với betulin (64, 65) đều có hoạt tính chống HIV cao hơn rất nhiều so với các thuốc kháng HIV truyền thống như Zidovidin (AZT), Lamivudin (3TC), Stavudin (d4T) với 0,1 µM < EC50 < 0,3µM.

Sơ đồ 1.4. Chuyển hóa nhóm 28-OH của betulin tạo dẫn xuất 64, 65 [61]

1.4.1.2. Chuyển hoá thành ketone, acid, oxime, amine

Đây là các chuyển hóa được quan tâm đến trong các dẫn xuất của betulinic acid. Betulinic acid được oxy hoá bằng CrO3/pyridine thành ketone (66), sau đó sản phẩm này phản ứng với hydroxylamine cho oxime (67), khử hoá 67 với NaBH4 cho amine (68) (Sơ đồ 1.5) [62].

Sơ đồ 1.5: Chuyển hoá nhóm 3-OH của betulinic acid thành ketone, oxime, amine [62]

Trong một công bố năm 2013, C. B. Leopoldo và các cộng sự đã chỉ ra khả năng chống ung thư của hợp chất betulonic acid (66) mạnh hơn rất nhiều so với betulinic acid trên hầu hết các dòng tế bào được thử với IC50 từ 5,97 đến 14,0μM [59].

Betulinic acid (55) ngoài được tìm thấy từ nhiều loài Betula (Betulaceae), nó còn được bán tổng hợp từ betulin (54) qua hợp chất 3-oxo-betulinic acid (69) với độ chọn lọc betulinic acid lên đến 85% và 15% còn lại là 3-epi-betulinic (70) (Sơ đồ 1.6) [57], [63]. Kết quả nghiên cứu cho thấy chất 55 có nhiều hoạt tính ưu việt hơn rất nhiều so với 54.

Sơ đồ 1.6. Tổng hợp acid betulinic từ betulin [57], [63]

1.4.1.3. Chuyển hóa thành carbamate

Nghiên cứu hoạt tính gây độc tế bào của betulinic acid và các dẫn xuất của nó, Rita C.Santos đã tiến hành tổng hợp hàng loạt các dẫn xuất cacbamate theo Sơ đồ 1.7 [64]. Từ betulinic acid (55) và 3-oxo-betulinic acid (69) khi cho tác dụng với 1,1’-cacbonylbis(2’-metylimidazole) (CBMI) trong THF khan hoặc tác dụng với 1,1’-cacbonyl-di(1,2,4-triazole) (CDT) trong THF khan nhận được các chất 71, 73,

74. Trong đó, 71 và 74 có khả năng gây độc trên dòng tế bào ung thư tuyến tiền liệt PC-3 ở người với nồng độ ức chế tối thiểu IC50 lần lượt là 1,1 và 1,8 µM.

CDT

THF khan, N2,

N N N

N N

N71

CBMI, THF, N2

N N

O2, t-BuOK, t-BuOH

40oC

CDT, THF, N2

O O

H3C O N

N O

73 74

Sơ đồ 1.7: Tổng hợp các dẫn xuất carbamate của betulinic acid [64]

Năm 2010, Harish Komera và cộng sự đã tiến hành tổng hợp các dẫn xuất carbamate của betulin (54) (75-79) bằng phản ứng với ethyl isocyanate và phenyl isocyanate trong dung môi chloroform, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ 60oC trong 48h (Sơ đồ 1.8) [65]. Theo kết quả nghiên cứu hoạt tính gây độc tế bào của các dẫn xuất mới trên 15 dòng tế bào ung thư, các chất 75 và 78 đều có khả năng ức chế tế bào ung thư phổi.