Gabapentin là một trong các loại thuốc động kinh thế hệ mới được sử dụng phổ biến trong điều trị động kinh hiện nay. Trên cơ sở các quy trình đã tổng hợp gabapentin trên thế giới, đã tiến hành khảo sát các phản ứng đầu tiên trong quy trình tổng hợp gabapentin.
Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học KHẢO SÁT TỔNG HỢP CHẤT NỀN ỨNG DỤNG TỔNG HỢP THUỐC TRỊ ĐỘNG KINH GABAPENTIN Nguyễn Ngọc Thanh Luân* Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh * Tác giả liên hệ: nnthanhluan@gmail.com TĨM TẮT Gabapentin loại thuốc động kinh hệ sử dụng phổ biến điều trị động kinh Trên sở quy trình tổng hợp gabapentin giới, tiến hành khảo sát phản ứng quy trình tổng hợp gabapentin Kết cho hai phản ứng có hiệu suất cao điều kiện thực tế phù hợp để áp dụng Việt Nam phản ứng với acetonitrile để tạo thành 2-cyclohexylidene acetonitrile phản ứng với ethyl cyanoacetate để tạo thành ethyl 2-cyano-2-cyclohexylideneacetate Từ áp dụng để tiếp tục phản ứng quy trình điều chế gabapentin Từ khóa: Cyclohexanone, gabapentin, thuốc trị động kinh, tổng hợp, acetonitrile, ethyl cyanoacetate SURVEY REACTION SUBTRATE APPLIED FOR SYNTHESIS ANTIEPILEPTIC DRUG GABAPENTIN Nguyen Ngoc Thanh Luan* University of Science – VNU Ho Chi Minh City * Corresponding Author: nnthanhluan@gmail.com ABSTRACT Gabapentin is one of the newer generics used in the treatment of epilepsy Based on the globally accepted Gabapentin processes, the first reactions in the gabapentin synthesis process was conducted The results for the two highly efficient and practical conditions suitable for use in Vietnam were reacted with acetonitrile to form 2-cyclohexylidene acetonitrile and reacted with ethyl cyanoacetate to form ethyl 2-cyano-2 cyclohexylideneacetate Thus, it can be used to continue the subsequent reactions in the gabapentin preparation process Keywords: Cyclohexanone, gabapentin, antiepileptic drug, synthesis, acetonitrile, ethyl cyanoacetate nhận điều kiện sau đây: + Có hai động kinh khơng kiểm sốt (hoặc phản xạ) xuất cách 24 + Có động kinh khơng kiểm sốt (hoặc phản xạ) xác xuất động kinh tượng tự phát (ít 60%) sau hai động kinh khơng kiểm sốt xảy mười năm tới + Được chẩn đoán hội chứng động kinh Bệnh động kinh điều trị với nhiều phương pháp như: điều trị chế độ tiết thực, sinh hoạt lao, điều trị phẫu thuật hay điều trị thuốc (hóa liệu pháp) Trong hóa liệu pháp thường sử dụng với loại thuốc phenobarbital, phenytoin, carbamazepine, acid valproic, gabapentine, lamotrigine, felbamate, TỔNG QUAN Động kinh bệnh mãn tính chiếm tỷ lệ khoảng 0,5 – 2% dân số, có 60% bệnh nhân trẻ em Tuy nhiên số bệnh nhân chữa trị khỏang 50% bệnh nhân Tỷ lệ tử vong trạng thái động kinh từ 40% bệnh nhân, tai nạn gây động kinh 0,5% Theo Liên đoàn chống động kinh giới ILAE, động kinh (epileptic seizure) xuất triệu chứng hoạt động mức, đồng nhóm tế báo thần kinh (neuron) não bộ.(Fisher et al., 2014) Năm 2014, Liên đoàn chống động kinh giới ILAE thay đổi định nghĩa bệnh động kinh để phù hợp với tình hình thực tế Bệnh động kinh (epilepsy) bệnh não xác 35 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 vigabatrine, oxcarbazepine, tiagabine, zonisamide, topiramate Trong gabapentin thường sử dụng điều trị co giật ngắn, co cứng với ưu điểm tác dụng phụ, tương tác với thuốc khác, gây độc với thể (Storm-Mathisen et al., 1974) Kỷ yếu khoa học (0,21 ml, 2,04 mmol) acetonitrile (471 mg, 11,48 mmol) cho vào bình cầu kim tiêm hóa chất Tiếp tục đun hoàn lưu vào 7h Sau phản ứng 10 ml nước cho vào bình cầu để pha lỗng hỗn hợp sau phản ứng Tiếp theo cho vào ml dung dịch HCl 1N để trung hòa lượng KOH dư sau phản ứng Thực chiết lỏng-lỏng ethyl acetate lần, lần 15 ml Pha hữu sau chiết làm khan Na2SO4 sau quay áp suất để loại bỏ dung môi Tiến hành sắc ký cột với hệ dung môi n-hexane: ethyl acetate để thu sản phẩm LU01 LU02 LU01 IR (KBr): 3352, 2933, 2861, 23000, 1668 cm–1 H-NMR (CDCl3): δ =1,50-1,74 ppm (m, 10H); 1,97 ppm (brs, 1H), 2,50 (s, 2H) LU02 H-NMR (CDCl3): δ =1,50-1,74 ppm (m, 26H); 2,53 ppm (s, 1H), 5,01 (s, 1H) 5,61 (s, 2H) Hướng Giai đoạn 1: Điều chế ethyl 2-cyano-2cyclohexylideneacetate Cyclohexanone (200 mg, 2,04 mmol), ethyl cyanoacetate (226 mg, 2,00 mmol), piperidine (30 mg, 0,35 mmol), toluene (3 ml), acid acetic (30 mg, 0,5 mmol) thêm vào bình cầu Bình cầu gắn ống hồn lưu đun hồn lưu 8h với nhiệt độ sơi toluene (110oC) Sau phản ứng 10 ml nước cho vào bình cầu, sau hỗn hợp bình cầu chiết lỏng-lỏng với ethyl acetate phễu chiết lỏng-lỏng Việc chiết lỏng-lỏng thực lần, lần với 15 ml ethyl acetate Pha hữu gộp lại làm khan với Na2SO4, sau quay áp suất để loại bỏ dung môi Thu hỗn hợp dạng dầu màu vàng Thực sắc ký cột với hệ dung môi n-hexane–ethyl acetate để thu sản phẩm LU03 dạng dầu màu vàng nhạt IR (KBr): 3452, 2938, 2862, 2200, 1.728, 1.604 cm–1 H-NMR (CDCl3): δ= 1,65 (quin, J= 6,2 Hz, 2H); 1,72 (quin, J= 6,2 Hz, 2H); 1,79 (quin, J= 6,2 Hz, 2H); 2,65 (t, J= 6,2 Hz, 2H); 2,96 (t, J= 6,2 Hz, 2H) Giai đoạn thủy phân decarboxyl Cân 200 mg ethyl 2-cyano-2- Nhiều nhà khoa học giới Satzinger, Griffiths, Hartenstein, Bryans (Li and Johnson, 2006) nghiên cứu quy trình tổng hợp nên thuốc trị động kinh gabapentin với nhiều phản ứng khác Tuy nhiên Việt Nam chưa có cơng bố khoa học nghiên cứu thuốc trị động kinh Vì việc khảo sát phản ứng quy trình tổng hợp Gabapentin bước cần thiết để có quy trình tổng hợp gabapentin phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam Vì đề nghị khảo sát phản ứng sơ đồ sau đây: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Thiết bị dụng cụ nghiên cứu Máy cô quay chân không EYELA, bếp đun khuấy từ Phổ 1H-NMR 13C-NMR ghi máy cộng hưởng từ hạt nhân BRUKER tần số 500 MHz cho 1H- NMR 125 MHz cho 13C-NMR GC-MS thực máy sắc ký khí đầu dị khối phổ AGILENT với việc tiêm mẫu tự động Phổ hồng ngoại thực máy BUKER máy JASCO FT-IR 6.600 với mẫu KBr Phương pháp nghiên cứu Hướng 1: điều chế 2cyclohexylidieneacetonitrile Potassium hydroxide (127 mg, 2,04 mmol) ml n-hexane cho vào bình cầu cổ Đun hồn lưu đến nhiệt độ 60oC vòng 15 phút Sau hỗn hợp cyclohexanone 36 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 cyclohexylideneacetate vào bình cầu, sau tiếp tục cho 3ml H2SO4 60% vào đun hoàn lưu 8h Màu phản ứng chuyển sang cam nâu dần Hỗn hợp sau phản ứng pha loãng với H2O chiết lỏng-lỏng với ethyl acetate Thực chiết lần, lần 15 ml gộp dịch trích làm khan với Na2SO4 Sau tiến hành quay áp suất để thu hỗn hợp sản phẩm Tiến hành sắc ký cột với hệ dung môi để thu sản phẩm Sản phẩm thu có dạng chất rắn vàng nhạt LU04 H-NMR (CDCl3): δ =1,55-1,73 ppm (m, 6H); 2,52 ppm (s, 2H), 2, 87 (s, 2H) C-NMR(CDCl3): δ =25,8; 27,9; 28,3; 31,3; 36,4; 106,2, 118,0; 174,1; 174,2 ppm LC/MS tR=0,2min, [M+H]+=164,0661 Ngồi nghiên cứu cịn tiến hành khảo sát phản ứng như: điều chế ethyl 2-(1hydroxycyclohexyl)acetate thông qua phản ứng với ethyl acetate hay phản ứng với ethyl chloroacetate với xúc tác Zn; điều chế diethyl 2-cyclohexylidenemalonate điều chế 2cyclohexylidenemalonic acid Kỷ yếu khoa học tolune) base (KOH, NaOH, t-BuOK, NaH) thu điều kiện tối ưu phản ứng sử dụng dung môi acetonitrile base KOH đun hoàn lưu thời gian 7h H=(44%) Hướng Giai đoạn 1: Điều chế ethyl 2-cyano-2cyclohexylideneacetate Sản phẩm phản ứng xác định cấu trúc phương pháp phổ NMR cho xác nhận với cơng thức dự đốn Phản ứng cho hiệu suất khả quan 50% điều kiện ban đầu phù hợp để tiếp tục khảo sát điều kiện Khảo sát tỷ lệ tác chất chất Cố định tỷ lệ base, acid acetic, dung môi, thời gian phản ứng 8h thay đổi tỷ lệ chất tác chất Với việc khảo sát tỷ lệ chất tác chất, nhận thấy tỷ lệ tác chất tăng dần hiệu suất tăng theo tỷ lệ thuận (Phản ứng 14, 15, 16, 17, 18) Do tăng tác chất, tỷ lệ tương tác chất tác chất tăng nên hiệu suất phản ứng tăng Tuy nhiên tăng đến tỷ lệ 1,0:1,5 đạt điều kiện tối ưu nên việc tăng không làm tăng hiệu suất phản ứng nên sử dụng tỷ lệ 1,0:1,5 để tiếp tục khảo sát điều kiện lại Khảo sát thời gian phản ứng Trước tiên khảo sát thời gian tối đa phản ứng 8h Thời gian cho hiệu suất tương đối cao 69% Sau chúng tơi giảm thời gian thực phản ứng xuống 5h hiệu suất phản ứng giữ 69% Sau thời gian phản ứng giảm 2h hiệu suất phản ứng giảm cịn 50% Do thời gian ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng này, thời gian tác chất chất có hội phản ứng với phản ứng chưa hồn tồn nên hiệu suất thấp Cịn thời gian 8h dài hiệu suất phản ứng khơng thay đổi nhiều Do thời gian phản ứng đạt hiệu suất tốt 5h Khảo sát vai trò acid acetic Với việc khảo sát vai trò acid acetic phản ứng nhận thấy diện acid acetic không quan trọng phản ứng Do thực phản ứng với lượng nhỏ nên không sử dụng phương pháp chưng cất để thu lấy sản phẩm KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hướng 1: điều chế 2cyclohexylidieneacetonitrile Kết phản ứng cho sản phẩm với hiệu suất tương đối (44%) sản phẩm khó lập có nhiều tạp chất Thực sắc ký để xác định hàm lượng sản phẩm cho thấy phổ đồ GC-MS LUU01 cho thấy hàm lượng sản phẩm lên đến 44% tổng khối lượng, ứng với hiệu suất phản ứng lên tới 49% Đây hỗn hợp đồng phân 2cyclohexylideneacetonitrile 2-(cyclohex1-en-1-yl)acetonitrile Tuy nhiên việc cô lập đồng phân riêng biệt không khả thi phương pháp để cô lập hai sản phẩm phức tạp tốn kém, đồng thời phản ứng thực sản phẩm giống nên chúng tơi khơng tiến hành cô lập hai sản phẩm Dựa phổ 1HNMR, thơng qua tỷ lệ tích phân mũi Holefin 5,03ppm 5.61ppm, cho thấy tỷ lệ sản phẩm 2cyclohexylideneacetonitrile: 2-(cyclohex-1en-1-yl)acetonitrile 1:2 Tiếp tục khảo sát điều kiện dung môi (Acetonitrile, chloroform, dichloromethane, 37 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 mà sử dụng phương pháp sắc ký cột để lập sản phẩm Vì sử dụng acid acetic để tạo muối không cần thiết Với khảo sát nghiên cứu chọn điều kiện tối ưu cho phản ứng tỷ lệ cyclohexanone ethyl cyanoacetate 1,0:1,5; thời gian thực phản ứng 5h, không cần acid acetic phản ứng Kỷ yếu khoa học đề nghị sản phẩm thu 2-cyano-2cyclohexylideneacetic acid Sản phẩm dừng lại giai đoạn thủy phân ester mà chưa qua giai đoạn thủy phân nitrile loại carboxyl Với phản ứng lại, phản ứng cho kết không khả quan điều kiện ảnh hưởng phản ứng khó xảy điều kiện nóng ẩm Việt Nam, hóa chất phịng thí nghiệm chưa đủ điều kiện để thực phản ứng (phản ứng điều chế ethyl 2-(1hydroxycyclohexyl)acetate), phản ứng sinh nhiều sản phẩm phụ tỷ lệ sản phẩm quan sát mỏng thấp nên không tiếp tục nghiên cứu hướng (diethyl 2-cyclohexylidenemalonate 2cyclohexylidenemalonic acid) Giai đoạn thủy phân decarboxyl Về lý thuyết phản ứng gồm giai đoạn chính: giai đoạn thủy phân ester thành acid, giai đoạn thủy phân nitrile thành amide sau thành acid, cuối giai đoạn loại nhóm CO2 diacid Ở giai đoạn khảo sát acid HCl + CH3COOH, H2SO4 60% thu kết tương tự Sản phẩm chất phân cực mạnh ethyl 2-cyano-2cyclohexylideneacetate, UV rõ với Rf= 0,3 với hệ dung môi n-hexane: ethyl acetate: acid acetic 5:5:0,1 Điều chứng tỏ phản ứng thủy phân có xảy Tuy nhiên tiến hành xác định cấu trúc độ tinh khiết phương pháp phân tích NMR, GCMS, chúng tơi nhận kết không tạo thành sản phẩm mong muốn Phổ GC-MS cho thấy sản phẩm chưa tinh khiết sản phẩm dự đốn khơng phải sản phẩm mong muốn Phổ C-NMR cho thấy có tín hiệu vùng 170 ppm, chứng tỏ có nhóm carbonyl tiếp cách tín hiệu vịng cyclohexyl carbon olefin Khi so sánh với phổ H-NMR LU03, tín hiệu vịng cyclohexyl nằm vị trí Với kết KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Chúng khảo sát tổng năm hướng để ứng dụng tổng hợp gabapentin Tuy nhiên nhận thấy phản ứng thực có phản ứngđiều chế 2cyclohexylidieneacetonitrile phản ứng điều chế ethyl 2-cyano-2cyclohexylideneacetate có khả triển khai quy mơ cơng nghiệp Giai đoạn cần khảo sát phản ứng thủy phân decarboxyl khảo sát điều kiênh thời gian, acid base, xúc tác phản ứng để tiếp tục ứng dụng quy trình Ngồi chúng tơi đề nghị khảo sát quy trình Mettler (Gareth Griffths, Mills and Previdoli, 1991) Việt Nam với phản ứng điều kiện phù hợp với thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO FISHER, R S et al (2014) "ILAE Official Report: A practical clinical definition of epilepsy", Epilepsia, 55(4), pp 475–482 GARETH GRIFFTHS, H M., MILLS, L S AND PREVIDOLI, F (1991) "Novel Syntheses of Gabapentin via Addition of Hydrocyanic Acid to Cyclohexylidenemalonate or Cyano (cyclohexy1idene) acetate", Helvetica Chimia Acta, 74, pp 309–314 LI, J J AND JOHNSON, D S (2006) The Art of Drug Synthesis Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons 38 ... trình tổng hợp nên thuốc trị động kinh gabapentin với nhiều phản ứng khác Tuy nhiên Việt Nam chưa có cơng bố khoa học nghiên cứu thuốc trị động kinh Vì việc khảo sát phản ứng quy trình tổng hợp Gabapentin. .. tỷ lệ chất tác chất Với việc khảo sát tỷ lệ chất tác chất, nhận thấy tỷ lệ tác chất tăng dần hiệu suất tăng theo tỷ lệ thuận (Phản ứng 14, 15, 16, 17, 18) Do tăng tác chất, tỷ lệ tương tác chất. .. nghiệp Giai đoạn cần khảo sát phản ứng thủy phân decarboxyl khảo sát điều kiênh thời gian, acid base, xúc tác phản ứng để tiếp tục ứng dụng quy trình Ngồi chúng tơi đề nghị khảo sát quy trình Mettler