Hóa học và Kỹ thuật môi trường<br />
<br />
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ RƯỢU ALLYLIC DẪN XUẤT<br />
CỦA PIRIDIN, CHẤT TRUNG GIAN TỔNG HỢP<br />
KHÁNG SINH NIKKOMYCIN Z<br />
Bùi Thùy Trang2, Chu Chiến Hữu3,<br />
Đỗ Huy Thanh1, Cao Hải Thường1*<br />
<br />
Tóm tắt: Nikkomycin Z là chất kháng sinh thuộc nhóm peptit, chất này đã được<br />
thử nghiệm pha I và pha II cho kết quả tốt, an toàn và ít tác dụng phụ. Dòng kháng<br />
sinh này có tính chất ức chế mạnh quá trình sinh tổng hợp chitin và có hoạt tính<br />
kháng nấm, diệt côn trùng…Một trong những phương pháp mới, hiệu quả tổng hợp<br />
hoạt chất này là đi từ rượu allylic và N-tert-butylsulfinyl imin. Trong bài báo này,<br />
chúng tôi nghiên cứu điều chế rượu allylic, chất trung gian quan trọng trong quá trình<br />
tổng hợp Nikkomycin Z.<br />
Từ khóa: Nikkomycin Z, Chất kháng sinh, Chất ức chế, Sinh tổng hợp.<br />
<br />
1. MỞ ĐẦU<br />
Nikkomycin là dòng kháng sinh thuộc nhóm peptit được phân lập từ<br />
Streptomyces tendae [1] and Streptomyces cacaoi [2]. Kháng sinh này là chất ức<br />
chế cạnh tranh quá trình tổng hợp chitin, kháng nấm và kháng côn trùng… Phát<br />
triển từ năm 2005, Nikkomycin Z được đầu tư nghiên cứu tại Đại học Arizona làm<br />
vacine điều trị bệnh “Valley Fever”. Bệnh này thuộc loại nhiễm trùng phổi do một<br />
loại nấm, trong y học bệnh còn được gọi là coccidioidomycosis. Hiện nay,<br />
Nikkomycin Z đã được thử nghiệm lâm sàng ở pha I và pha II và được đánh giá là<br />
hiệu quả và an toàn trong điều trị bệnh [3].<br />
Nikkomycin Z là phân tử phức tạp chứa nhiều nhóm chức và nhiều trung tâm<br />
bất đối trong phân tử. Hiện nay, phương pháp phổ biến tổng hợp Nikkomycin Z<br />
được thực hiện bằng phản ứng ngưng tụ giữa amino axit 2 và Uracin Polyoxin C 3<br />
[4] (sơ đồ 1).<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Sơ đồ 1. Cấu trúc của Nikkomycin Z và các hợp chất<br />
trung gian quan trọng 2, 3.<br />
<br />
<br />
178 B.T.Trang, C.C.Hữu, Đ.H.Thanh, C.H.Thường,“Nghiên cứu điều chế … nikkomycin Z.”<br />
Nghiên cứu khoa học công nghệ<br />
<br />
Chất quan trọng nhất trong quy trình tổng hợp này là amino axit 2 với 3 trung<br />
tâm lập thể có cấu hình (2S, 3S, 4S) gắn với dị vòng piridin. Hợp chất này có thể<br />
được điều chế từ ancol allylic và tert-butylsulfinyl imin [5].<br />
Trong bài báo này chúng tôi nghiên cứu qui trình tổng hợp dẫn xuất rượu allylic<br />
của piridin ứng dụng để điều chế amino axit 2 từ 6-methylpyridin-3-ol (sơ đồ 2).<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Sơ đồ 2. Điều chế ancol allylic dẫn xuất của piridin.<br />
<br />
2. PHẦN THỰC NGHIỆM<br />
Tất cả các hóa chất sử dụng đều là hóa chất của Acros Organics có độ tinh khiết<br />
trên 98%. Dung môi sử dụng tinh khiết, khan đều được cất mới. Các phản ứng<br />
được thực hiện trong các bình cầu nhám ở nhiệt độ xác định có sử dụng máy khuấy<br />
từ gia nhiệt. Tiến trình phản ứng được theo dõi bằng sắc ký bản mỏng sử dụng chất<br />
chỉ thị dung dịch KMnO4. Chất được tách và tinh chế bằng phương pháp sắc ký cột<br />
SiO2 kích thước hạt 0,040-0,063 mm. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H, 13C chụp<br />
bằng máy Brucker Avance 500 MHz trong dung môi CDCl3 tại Viện Hàn lâm<br />
Khoa học và Công nghệ Việt Nam; Phổ IR chụp bằng máy Perkin Elemer<br />
Spectrum IR 400 tại Học viện Kỹ thuật Quân sự.<br />
Điều chế 5-(benzyloxy)-2-methylpyridine (I). Cho 3,7g 6-methylpyridin-3-ol<br />
(33 mmol, 1đl) và 35 ml DMF khan vào bình kín dung tích 100 ml trong môi<br />
trường khí nitơ. Dung dịch được khuấy rồi làm lạnh về 0oC, cho lần lượt 1,7g NaH<br />
60%(43 mmol, 1,3 đl) và 6,4g benzyl bromua (37 mmol, 1,1 đl) vào bình. Duy trì<br />
nhiệt độ ở 0oC cho đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn (thời gian khoảng 1h, tiến<br />
trình phản ứng được kiểm tra bằng sắc kí bản mỏng). Sau khi kết thúc phản ứng<br />
thêm 20 ml H2O vào hỗn hợp rồi chiết bằng EtOAc (3 x 30 ml). Pha hữu cơ được<br />
thu hồi, làm khô bằng Na2SO4, cất quay ở áp suất thấp rồi tách bằng sắc ký cột<br />
SiO2 (Hexan/EtOAc: 1/1) thu được 5,91g sản phẩm I là chất lỏng màu nâu đậm<br />
(90%).<br />
Điều chế 5-(benzyloxy)-2-methylpyridine 1-oxide (II). Hòa tan hoàn toàn<br />
3,85g chất I (19,3 mmol, 1 đl) trong CHCl3 (35 ml) ở 0oC rồi cho từ từ 6,23g m-<br />
CPBA 75% (27 mmol, 1,4 đl) vào dung dịch. Đưa phản ứng lên nhiệt độ phòng rồi<br />
tiếp tục khuấy cho đến khi kết thúc phản ứng (khoảng 1h, kiểm tra tiến trình phản<br />
ứng bằng sắc kí bản mỏng). Sau khi kết thúc phản ứng, thêm 10 ml NaHCO3 bão<br />
hòa rồi chiết bằng dung dịch EtOAc (3 x 20 ml). Pha hữu cơ được thu hồi, làm khô<br />
<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 179<br />
Hóa học và Kỹ thuật môi trường<br />
<br />
bằng Na2SO4, tách bằng sắc ký cột (Hexan/EtOAc: 4/6) thu được sản phẩm II<br />
(3,61g, 87%).<br />
Điều chế (5-(benzyloxy)pyridin-2-yl)methyl acetate (III). Cho 7,96g chất II<br />
(37 mmol, 1đl) và 7,0 ml Ac2O (74 mmol, 2 đl) vào bình kín 50 ml. Hỗn hợp phản<br />
ứng được đun hồi lưu cho đến khi hợp chất II phản ứng hết. Làm lạnh về nhiệt độ<br />
phòng rồi thêm 10 ml H2O vào bình. Chiết hỗn hợp bằng EtOAc (3 x 20 ml), làm<br />
khô bằng Na2SO4, cất quay ở áp suất thấp rồi tách bằng sắc ký cột (Hexan/EtOAc:<br />
8/2) thu được sản phẩm là III (7,41 g, 67%).<br />
Điều chế (5-(benzyloxy)pyridin-2-yl)methanol (IV). Cho 5,45g chất III (21<br />
mmol, 1đl), 150 ml CH3OH và 2,93 g K2CO3 (21 mmol, 1đl) vào bình kín dung<br />
tích 250 ml. Hỗn hợp phản ứng được khuấy ở 0oC trong khoảng thời gian 3h thì<br />
phản ứng kết thúc (kiểm tra tiến trình phản ứng bằng sắc kí bản mỏng). Thêm 10<br />
ml H2O vào hỗn hợp rồi chiết bằng EtOAc (3 x 30 ml). Thu hồi pha hữu cơ rồi làm<br />
khô bằng Na2SO4. Cất loại bỏ dung môi rồi tách bằng sắc ký cột (Hexan/EtOAc:<br />
1/1) thu được 3,97g sản phẩm IV (88%).<br />
Điều chế 5-(benzyloxy)picolinaldehyde (V). Cho 2,0 ml oxalyl clorua (22,8<br />
mmol, 2đl) vào 3,5 ml DMSO và 17 ml CH2Cl2 rồi làm lạnh về -78oC trong bình<br />
chứa khí trơ nitơ. Nhỏ giọt dung dịch chứa 2,45 gchất IV (11,4 mmol, 1 đl) trong<br />
10ml CH2Cl2, thêm tiếp 12,7 ml Et3N (91,2 mmol, 8 đl) vào bình rồi đưa hồn hợp<br />
lên nhiệt độ phòng. Duy trì phản ứng ở nhiệt độ này trong thời gian 2h cho đến khi<br />
xảy ra hoàn toàn. Sau khi kết thúc phản ứng thêm 10 ml NaCl bão hòa vào hỗn hợp<br />
và chiết bằng EtOAc (3 x 20 ml). Pha hữu cơ được thu hồi, làm khô, loại bỏ dung<br />
môi rồi tách bằng sắc ký cột SiO2 (Hexan/EtOAc: 8/2) thu được sản phẩm V là<br />
chất lỏng màu vàng (2,33 g, 96%).<br />
Dẫn xuất rượu 1-(5-(benzyloxy)pyridin-2-yl)prop-2-en-1-ol (VI). Hòa tan<br />
hoàn toàn 2,87 g hợp chất V (13,5 mmol, 1 đl) trong 140 ml dung môi THF khan ở<br />
-78oC, thêm từ từ 26,9 ml vinyl magiebromua 1M (26,9 mmol, 2 đl) vào hỗn hợp<br />
phản ứng. Đưa phản ứng về nhiệt độ phòng rồi duy trì ở nhiệt độ đó trong thời<br />
gian 2h thì phản ứng kết thúc (tiến trình phản ứng được theo dõi bằng sắc kí bản<br />
mỏng). Sau khi phản ứng kết thúc, thêm 20 ml dung dịch NaCl bão hòa vào hỗn<br />
hợp rồi chiết bằng EtOAc (3 x 30 ml). Pha hữu cơ được thu hồi, làm khô bằng<br />
Na2SO4, cất quay ở áp suất thấp rồi tách bằng sắc ký cột (Hexan/EtOAc: 8/2) thu<br />
được sản phẩm VI là chất lỏng màu vàng nhạt (3,08g, 95%).<br />
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br />
Amino axit 2 được điều chế từ ancol allylic dẫn xuất của piridin và tert-butyl sulfinyl<br />
imin bằng phản ứng đồng phân hóa Mannich. Rượu allylic này được điều chế từ hợp<br />
chất 6-methylpyridin-3-ol qua 6 bước được thể hiện trong sơ đồ 2 như trên.<br />
Đầu tiên, hợp chất hidroxi piridin được bảo vệ nhóm OH bằng phản ứng với<br />
NaH, BnBr (benzyl bromua) trong DMF thu được hợp chất I là chất lỏng màu<br />
<br />
<br />
<br />
180 B.T.Trang, C.C.Hữu, Đ.H.Thanh, C.H.Thường,“Nghiên cứu điều chế … nikkomycin Z.”<br />
Nghiên cứu khoa học công nghệ<br />
<br />
vàng nhạt với hiệu suất 90%. Tiếp theo, thực hiện quá trình chuyển hóa nhóm<br />
metyl của hợp chất I thành nhóm andehit (hợp chất V). Ban đầu hợp chất I được<br />
phản ứng với m-CPBA (axit meta-Clopeoxibenzoic) trong CH2Cl2 tạo thành sản<br />
phẩm trung gian II là oxit nitơ với hiệu suất 87%. Hợp chất II được dễ dàng<br />
chuyển hóa thành este của axit axetic III bằng cách đun hồi lưu trong dung môi<br />
anhidrit axetic trong 3 giờ với hiệu suất 67%. Thủy phân hợp chất III trong dung<br />
môi CH3OH với xúc tác bazơ K2CO3 thu được ancol bậc một IV làchất rắn màu<br />
trắng với hiệu suất 88%. Oxi hóa chọn lọc ancol này thành andehit V được thực<br />
hiện bằng tác nhân oxalyl clorua ở -78oC trong dung môi hỗn hợp DMSO-CH2Cl2<br />
(tỷ lệ 1/5) với hiệu suất 96%. Cuối cùng, phản ứng cộng hợp Grignard giữa vinyl<br />
magiebromua với andehit V trong THF tạo thành ancol allylic VI là chất lỏng màu<br />
vàng nhạt với hiệu suất 95%. Cấu trúc của VI được xác định bằng phương pháp<br />
vật lý hóa lí hiện đại, phương pháp phổ hồng ngoại IR và phổ cộng hưởng từ hạt<br />
nhân 1H, 13C NMR như được chỉ ra trong hình 1, 2,3.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình1. Phổ hồng ngoại của rượu 1-(5-(benzyloxy)pyridin-2-yl)prop-2-en-1-ol.<br />
Trong phổ hồng ngoại có các dao động hóa trị νOH rượu 3400 cm-1; νC-H thơm 3100<br />
cm-1 và 3000 cm-1; νC-O-C ete 1300 cm-1 và 1200 cm-1; νCH=CH nhân thơm 1600 cm-1; νC-<br />
-1<br />
OH 1100 cm .<br />
Trong phổ 1H-NMR có pic 7,40-7,20 (m,7H (5HAr + 2Hpyrin)); 8,27(s, 1H<br />
(CHN)); 5,99-5,93 (m, 1H, (CH=CH2)); 5,41-5,38 (m, 1H(-CHOH)); 5,07 (s, 1H<br />
(OH)).<br />
Trong phổ 13C-NMR có các pic tín hiệu 115,9 (C-1); 121,1 (C-2); 74,0 (C-3);<br />
152,6 (C-4); 136,0 (C-5); 123,0 (C-6); 154,1 (C-7); 136,0 (C-8); 70,4 (C-9); 139,6<br />
(C-10); 127,4 (C-11, C-15); 128,6 (C-12, C-14); 128,2 (C-13).<br />
<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 181<br />
Hóa học và Kỹ thuật môi trường<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
BnO<br />
<br />
N<br />
OH<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân1H-NMR<br />
của 1-(5-(benzyloxy)pyridin-2-yl)prop-2-en-1-ol.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân13C-NMR<br />
của 1-(5-(benzyloxy)pyridin-2-yl)prop-2-en-1-ol.<br />
<br />
Các kết quả thu được cho thấy hợp chất thu được có cấu trúc hoàn toàn phù<br />
hợp với công thức đã đề nghị.<br />
<br />
<br />
182 B.T.Trang, C.C.Hữu, Đ.H.Thanh, C.H.Thường,“Nghiên cứu điều chế … nikkomycin Z.”<br />
Nghiên cứu khoa học công nghệ<br />
<br />
4. KẾT LUẬN<br />
Đã thiết lập được quy trình tổng hợp ancol allylic 1-(5-(benzyloxy)pyridin-2-<br />
yl)prop-2-en-1-ol (VI), chất trung gian quan trọng để điều chế chất kháng sinh<br />
Nikkomycin Z từ 6-methylpyridin-3-ol qua 6 bước với hiệu suất tổng cộng 42%.<br />
Các hợp chất trung gian cũng như sản phẩm cuối đều được phân lập, tinh chế và<br />
xác định cấu trúc bằng phổ hồng ngoại và phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-<br />
NMR,13C-NMR.<br />
<br />
<br />
TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
[1]. (a) U. Dahn, H. Hagenmaier, H. Hohne, W. A. Konig, G. Wolf, H. Zahner,<br />
“Stoffwechselprodukte von Mikroorganismen”, Archives. Microbiology.<br />
1976, 107, 143–160; (b) H. Hagenmaier, A. Keckeisen, H. Zahner, W. A.<br />
Konig, “Aufklọrung der Struktur des Nukleosidantibiotikums Nikkomycin X”,<br />
Lieigs, Ann. Chem. 1979, 1494–1502.<br />
[2]. M. Uramoto, K. Kobinata, K. Isono, T. Higashijima, T. Miyazawa, E. E.<br />
Jenkins, J. A. McCloskey, “Chemistry of the neopolyoxins, pyrimidine and<br />
imidazoline nucleoside peptide antibiotics”, Tetrahedron 1982, 38(11), 1599–<br />
1608.<br />
[3]. The Search for the Cure for Valley Fever Nikkomycin Z Development at the<br />
University of Arizona June 2011; http:// www.vfce.arizona.edu.<br />
[4]. Hiroyuki, Akita,Yoshiki Takano, Katsushi Nedu and Keisuke Kato; “First<br />
chiral synthesis of the N-terminal amino acid congener of nikkomycin Z based<br />
on lipase-catalyzed enantioselective acetylation of a primary alcohol<br />
possessing two stereogenic centers”, Tetrahedron: Asymmetry 2006, 17,<br />
1705–1714.<br />
[5]. H. T. Cao, T. Roisnel, A. Valleix, R. Gree, “Nickel-Catalyzed Tandem<br />
Isomerization-Mannich Reaction”, Synthesis 2011, 10, 1088-1088.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 183<br />
Hóa học và Kỹ thuật môi trường<br />
<br />
ABSTRACT<br />
STUDY ON SYNTHESIS OF THE ALLYIC ALCOHOL OF PYRIDINE<br />
DERIVATIVES, KEY INTERMEDIATE FOR THE ANTIBIOTIC NIKKOMYCIN Z<br />
<br />
<br />
Nikkomycin Z is a peptidyl nucleoside antibiotic, this moleculehas been<br />
tested in clinical phase I and phase II.This antibiotic is potent competitive<br />
inhibitor of chitin synthetase and exhibit antifungal, insecticidal and<br />
acaricidal activities. The new efficient method for asymmetric synthesis of<br />
this molecule is from allylic alcohol and N-tert-butylsulfinyl imine. In this<br />
paper, we decrisbe a method for synthesis of key intermediate for<br />
Nikkomycin Z from 6-methylpyridin-3-ol.<br />
<br />
Keywords: Antibiotic, Nikkomycin Z, Inhibitor, Synthetase, Key intermediate.<br />
<br />
<br />
<br />
Nhận bài ngày 09 tháng 07 năm 2015<br />
Hoàn thiện ngày 30 tháng 07 năm 2015<br />
Chấp nhận đăng ngày 07 tháng 09 năm 2015<br />
<br />
Địa chỉ: 1Khoa Hóa Lý Kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Bộ Quốc phòng;<br />
2<br />
Khoa Khoa học Cơ bản, Học viện Hậu cần, Bộ Quốc phòng;<br />
3<br />
Viện Hóa học - Vật liệu, Viện KH-CNQS, Bộ Quốc phòng;<br />
Liên hệ: Cao Hải Thường, Khoa Hóa Lý Kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quân sự,<br />
Số 236 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội. Điện thoại: 0978.945.469.<br />
*Email: haithuongcao@yahoo.com, thuongch@.mta.edu.vn<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
184 B.T.Trang, C.C.Hữu, Đ.H.Thanh, C.H.Thường,“Nghiên cứu điều chế … nikkomycin Z.”<br />