(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu thăm dò tổng hợp propacetamol hydroclorid​

TỔNG QUAN

Tổng quan về propacetamol hydroclorid

1.1.1 Công thức cấu tạo, công thức phân tử

4-(Acetylamino)phenyl (diethylamino)acetat hydroclorid

+ N, N-diethylglycin 4-(acetylamino)phenyl ester hydroclorid

Bột kết tinh màu trắng hoặc gần như trắng

Tan tự do trong nước, ít tan trong ethanol, thực tế không tan trong aceton

Hóa tính của propacetamol là do có nhóm ester nối với nhân thơm, nhóm chức acetamid, N bậc 3 và nhân thơm

- Dễ bị thủy phân tạo paracetamol

- N bậc ba tạo tủa vàng với acid picric

- Cho kết tủa trắng với Ag + của ion Cl -

- Nhân thơm hấp thụ ánh sáng tử ngoại có thể dùng để định tính và định lượng

- Thủy phân trong môi trường HCl tạo 4-aminophenol, sản phẩm thủy phân tác dụng với FeCl 3 cho phức màu hồng và tạo tủa màu tím với thuốc thử kalibicromat [2,12]

Sơ đồ 1.1 Tính chất hóa học của propacetamol

1.1.3 Các phương pháp định tính, định lượng theo BP 2010

 Định tính a Phổ hồng ngoại của chế phẩm phải phù hợp với phổ hồng ngoại của propacetamol chuẩn b Cho phản ứng của ion clorid

 Định lượng: Phương pháp định lượng trong môi trường khan

Chuẩn độ bằng acid percloric trong môi trường acid acetic khan và anhydrid acetic, phát hiện điểm tương đương bằng chỉ thị đo thế

1ml acid pecloric 0,1M tương đương với 30,08 mg propacetamol hydroclorid Hàm lượng đạt từ 98,0% -102,0% tính theo chế phẩm khan [12]

1.1.4 Dược động học, cơ chế tác dụng, tác dụng và công dụng

Propacetamol là một tiền chất của paracetamol Khi vào máu chất này được thủy phân nhanh chóng bởi các enzym esterase trong huyết tương và giải phóng ra paracetamol [20]

Paracetamol chủ yếu được chuyển hóa tại gan và thải trừ qua thận, với hơn 95% dưới dạng liên hợp với acid glucuronic và sulfat Quá trình chuyển hóa diễn ra qua cytocrom P 450, tạo ra N-acetyl benzoquinonimin, một chất trung gian có khả năng liên hợp với glutathion để trở thành chất không còn hoạt tính Tuy nhiên, khi sử dụng liều cao, lượng N-acetyl benzoquinonimin tăng lên, dẫn đến cạn kiệt glutathion trong gan, từ đó gây tổn thương và hoại tử gan không hồi phục.

 Tác dụng và cơ chế

Sơ đồ 1.2 Sự thủy phân của propacetamol bởi esterase

Tác dụng dược lý của propacetamol cũng chính là tác dụng dược lý của paracetamol

Paracetamol là thuốc hạ sốt và giảm đau hiệu quả, nhưng không có tác dụng chống viêm Thuốc này giúp hạ sốt do nhiều nguyên nhân khác nhau mà không ảnh hưởng đến người bình thường, không làm thay đổi cân bằng acid-base, và không gây kích ứng dạ dày hay làm giảm kết tập tiểu cầu Tuy nhiên, sau khi tiêm propacetamol hydroclorid, người bệnh có thể cảm thấy đau tại chỗ tiêm và hạ huyết áp trong 15 phút đầu Sử dụng liều cao có thể dẫn đến các triệu chứng như buồn nôn, nôn mửa, chán ăn và đau bụng.

- Giảm đau trong các trường hợp: ung thư, đặc biệt trong giai đoạn hậu phẫu

- Điều trị triệu chứng sốt trong các bệnh nhiễm trùng, bệnh ác tính, khi các đường dùng khác (nhất là đường uống) không thích hợp

- Cần được thay thế ngay khi có thể dùng paracetamol bằng đường uống [8,20]

Sau khi thủy phân bởi esterase, 1g propacetamol giải phóng ra 0,5g paracetamol Dung dịch propacetamol có thể được tiêm bắp hoặc tiêm tĩnh mạch trực tiếp trong 1-2 phút, hoặc tiêm truyền tĩnh mạch 125ml dung dịch đẳng trương glucose 5% hoặc NaCl 0,9% trong vòng 15 phút Khoảng cách giữa các lần sử dụng phải ít nhất 4 giờ.

Chỉ định cho người lớn và trẻ em ≥ 17kg

Trẻ em: 20-30mg/kg/1lần, không vượt quá liều tối đa là 120mg/kg/ngày tương đương 60mg/kg/ngày paracetamol [19]

Người lớn nên sử dụng liều từ 1-2g, 2 đến 4 lần mỗi ngày, không vượt quá 6g/ngày, trừ trường hợp đặc biệt có thể lên đến 8g/ngày Đối với bệnh nhân suy thận nặng (độ thanh thải creatinin dưới 10ml/phút), khoảng cách giữa hai lần dùng thuốc tối thiểu là 8 giờ.

- Mẫn cảm với propacetamol và các thành phần của thuốc, đặc biệt là N,N- diethylglycin do thuốc giải phóng [11]

- Nghi ngờ có dị ứng với propacetamol, nhất là những nhân viên y tế tiếp xúc với thuốc có xuất hiện dị ứng [10]

 Chú ý đề phòng và thận trọng

Các báo cáo cho thấy nhân viên y tế đã bị eczema sau khi pha chế thuốc tiêm Do đó, việc đeo găng tay khi pha thuốc hoặc sử dụng hệ thống bơm hút thuốc là cần thiết để bảo vệ sức khỏe.

- Không để người có tiền sử eczema thao tác pha thuốc, tiếp xúc với thuốc [10]

1.1.5 Ưu và nhược điểm khi sử dụng propacetamol Ưu điểm :

- Tác dụng nhanh mạnh, kiểm soát được nồng độ trong máu hơn so với các đường dùng khác, thuận tiện cho bác sỹ khi cần giảm đau nhanh

- Ổn định về mặt hóa học, không bị ảnh hưởng bởi các tá dược so với thuốc tiêm paracetamol

Ngoài các tác dụng không mong muốn của paracetamol, còn có thêm một số nhược điểm khác của thuốc như:

- Gây dị ứng ở các nhân viên y tế khi pha chế thuốc tiêm tiếp xúc với propacetamol [10]

- Tác dụng phụ khác: chóng mặt, đau bụng, buồn nôn, tăng huyết áp 15 phút ngay sau khi tiêm, đau tại chỗ tiêm [20,8,16].

Đôi nét về tiền thuốc (prodrug)

Vào năm 1958, Adrien Alberlt đã giới thiệu khái niệm tiền thuốc (prodrug), đề xuất các phương pháp để điều chỉnh tính chất của thuốc và giảm độc tính Tuy nhiên, ý tưởng này chỉ thực sự được chú ý vào cuối năm sau đó.

Kể từ những năm 1970, nghiên cứu về tiền thuốc đã bắt đầu phát triển mạnh mẽ Trong giai đoạn 2001-2002, 14% thuốc mới được phê duyệt toàn cầu là tiền thuốc Hiện nay, tiền thuốc đang trở thành một trong những lĩnh vực thu hút sự quan tâm lớn của các nhà nghiên cứu và phát triển thuốc mới.

Tiền thuốc (prodrug) là những hợp chất không có tác dụng dược lý hoặc chỉ có tác dụng rất yếu khi thử nghiệm in vitro, nhưng khi vào cơ thể, chúng sẽ chuyển hóa thành các chất có hoạt tính.

1.2.2 Mục đích của tiền thuốc

1.2.2.1 Tiền thuốc cải thiện độ thấm qua màng/khả năng vận chuyển qua màng a Chuyển thuốc thành dạng ester và amid Đối với những nhóm thuốc có các nhóm chức phân cực hoặc dễ bị ion hóa như nhóm hydroxyl, nhóm amin, nhóm carboxylic thường có độ thấm qua màng kém

Temporarily converting functional groups into ester or amide forms is an effective strategy to enhance drug permeability through membranes These compounds can subsequently be hydrolyzed by non-specific enzymes such as esterase or amidase to release the active drug Examples include enalapril and enalaprilat, cefuroxime and cefuroxime acetate, as well as beclomethasone and beclomethasone dipropionate.

Hình 1.1 Tiền thuốc ester của enalaprilat b Thiết kế tiền thuốc cải thiện sự vận chuyển thuốc qua màng

Levodopa, một tiền thuốc của dopamin, là ví dụ điển hình trong điều trị bệnh Parkinson Do tính chất quá phân cực của dopamin, thuốc này không thể hấp thu qua đường tiêu hóa và cũng gặp khó khăn khi tiêm để vượt qua hàng rào máu não.

- Levodopa khi vào máu bị decarboxyl hóa tạo thành dopamin nhờ enzym L- aminoacid thơm decarboxylase

Levodopa được vận chuyển qua hàng rào máu não nhờ vào hệ thống vận chuyển tích cực L-amino acid Để giảm thiểu sự phân hủy sớm của levodopa ở ngoại vi, việc sử dụng đồng thời một trong hai thuốc ức chế enzym, carbidopa hoặc benserazid, là điều cần thiết.

Hệ vận chuyển tích cực (Hàng rào máu não)

Hình 1.2 Cơ chế tác dụng của Levodopa

1.2.2.2 Tiền thuốc kéo dài tác dụng

Các loại tiền thuốc như Bacampicillin, Testosterol propionat, tolmentin glycin, và haloperidol decanoat giúp giảm tần suất sử dụng, đồng thời giảm tác dụng phụ và độc tính Phương pháp phổ biến để tạo ra các tiền thuốc này là sử dụng ester hoặc amid có mạch alkyl dài từ 3 đến 10 carbon, với các nhóm chức như OH, NH2 hoặc COOH.

Não L-aminoacid thơm decarboxylase ở não

L-aminoacid thơm decarboxylase ngoại vi

Bacampicillin Ampicillin Hình 1.3 Tiền thuốc tạo tác dụng kéo dài của Ampicillin

Tuy nhiên cũng có những tiền thuốc kéo dài tác dụng không thuộc dạng ester hay amid, có thể gắn thêm nhóm –CH 3 hoặc tạo cầu nối -S-…

VD: Azathioprin là tiền thuốc kéo dài tác dụng của 6-mecaptopurin

Hình 1.4 Tiền thuốc của 6-mercaptopurin

1.2.2.3 Tiền thuốc làm thay đổi độ tan trong nước

Các tiền thuốc thường được bào chế để hỗ trợ việc sản xuất thuốc tiêm và thuốc nhỏ mắt Các nhóm chức phổ biến như -OH, -NH2 và -COOH được sử dụng để tăng độ tan Nhóm -OH có thể tạo ester với acid amin, muối phosphat hoặc dẫn chất succinat Ngoài ra, có thể tạo ra các nhóm chức đặc biệt như =S=O để tạo liên kết với amin, giúp hình thành muối tan với HCl hoặc HBr.

VD: Metronidazol và metronidazol N,N-dimethylglycinat, albendazol và albendazol sulfoxid, carbamazepin và N-gly-carbamazepin, paracetamol và propacetamol hydroclorid [24].

Hình 1.5 Tiền thuốc của albendazol

Hình 1.6 Tiền thuốc của carbamazepin

Hình 1.7 Tiền thuốc của dexamethason

Hình 1.8 Tiền thuốc của paracetamol

1.2.2.4 Tiền thuốc làm tăng độ bền hóa học, giảm chuyển hóa

Ampicillin Hectacillin Hình 1.9 Tiền thuốc hectacillin của ampicillin

Hetacillin là một hợp chất trong nhóm amin được thiết kế để ngăn chặn sự tấn công vào vòng β-lactam, từ đó bảo vệ cấu trúc và duy trì hoạt tính của ampicillin Khi vào cơ thể, hetacillin sẽ phân hủy từ từ, giải phóng ampicillin và aceton.

1.2.2.5 Tiền thuốc để đưa thuốc đến đích tác dụng

Tiền thuốc này được chế tạo thông qua việc tạo phức hợp với một chất mang thích hợp, cho phép chất mang được hấp thu một cách chọn lọc bởi các tế bào hoặc vi sinh vật gây bệnh.

VD: Mepredex là một tiền thuốc của methylprenisolon được thiết kế để đưa thuốc chọn lọc đến đại tràng dùng để điều trị viêm đại tràng mãn tính

Hình 1.10 Mepredex, tiền thuốc gắn dextran của methylprednisolon

1.2.2.6 Tiền thuốc làm giảm độc tính và tác dụng phụ

Các loại tiền thuốc có khả năng tăng độ thấm qua màng, giúp đưa thuốc đến đúng vị trí tác dụng một cách chọn lọc Ngoài ra, tiền thuốc còn có tác dụng kéo dài hiệu quả và tăng cường độ bền của thuốc, từ đó góp phần giảm độc tính và tác dụng phụ của thuốc.

Carbecitabin là một tiền thuốc của 5-fluorouracil dùng điều trị ung thư Carbetabin có độc tính trên đường tiêu hóa thấp hơn so với 5-fluorouracil [22]

Hình 1.11 Carbecitabin tiền thuốc của 5-fluorouracil

1.2.2.7 Tiền thuốc cải thiện mùi vị

Một số thuốc có mùi vị khó chịu gây ra những khó khăn khi sử dụng và làm giảm hiệu quả VD:

Cloramphenicol (vị đắng) Cloramphenicol palmitat (Không đắng)

Phương pháp tổng hợp propacetamol hydroclorid từ paracetamol 11 1 Tổng hợp tác nhân acyl hóa monocloroacetyl clorid

1.3.1 Tổng hợp tác nhân acyl hóa monocloroacetyl clorid

Monocloroacetyl clorid được tổng hợp trực tiếp từ thionyl clorid hay phosphor clorid và acid monocloroacetic khan

Sơ đồ 1.3 Tổng hợp monocloroacetyl clorid

Tổng hợp bằng phương pháp (1) thu được sản phẩm tinh khiết hơn do tạo thành SO 2 và HCl được loại đi dễ dàng ở trạng thái khí [1]

1.3.2 Các phương pháp tổng hơp propacetamol hydroclorid với tác nhân acyl hóa-monocloroacetyl clorid a Phương pháp 1: Theo Tang Linh và cộng sự tổng hợp năm 1990

Sơ đồ 1.4 Tổng hợp propacetamol hydroclorid

Paracetamol được hòa tan trong aceton, thêm K 2 CO 3, làm lạnh hỗn hợp xuống 0-

Để tổng hợp propacetamol hydroclorid, đầu tiên, nhỏ từ từ monocloroacetyl clorid vào hỗn hợp phản ứng ở 5 o C và khuấy trong 2 giờ, theo dõi tiến trình bằng TLC cloroform-toluen-aceton (13:5:2) Sau khi phản ứng kết thúc, lắp sinh hàn, tăng nhiệt độ lên 40 o C, thêm một lượng nhỏ KI và từ từ cho DEA vào, đun hồi lưu trong 2 giờ Khi phản ứng hoàn tất, để hỗn hợp nguội, lọc bỏ tủa, và cất quay thu hồi dung môi dưới áp suất giảm để thu được sản phẩm dạng dầu màu nâu đỏ Hòa tan dầu này trong ethanol, sau đó từ từ thêm acid hydrocloric đến khi pH đạt 2, lọc thu lấy tủa, rửa tủa 2 lần bằng aceton, và sấy ở 50 o C để thu được propacetamol hydroclorid thô với hiệu suất 78,2% và nhiệt độ nóng chảy 225-227 o C.

Nhận xét: Ở quy trình trên dùng tác nhân là cloroacetyl clorid, điều chế khó khăn và đắt tiền b Phương pháp 2: Theo Lei Miao

Sơ đồ 1.5 Tổng hợp propacetamol hydroclorid

Phản ứng qua 2 giai đoạn:

Trong giai đoạn 1, Paracetamol được hòa tan trong THF và pyridin, sau đó làm lạnh ở nhiệt độ 0-5 độ C Tiếp theo, chất này được acyl hóa bằng monocloroacetyl clorid và khuấy trong 2 giờ Cuối cùng, hỗn hợp được cho vào nước, lọc và tinh chế bằng ethanol 96%, thu được PAPC với hiệu suất đạt 80%.

Trong giai đoạn 2, PAPC được thêm từ từ vào TEA ở nhiệt độ 45 độ C và khuấy trong 2 giờ 45 phút Sau khi làm nguội, hỗn hợp phản ứng được cho vào nước đá và chiết xuất bằng ether Dịch chiết sau đó được làm khan bằng MgSO4 và cất quay để thu hồi ether dưới áp suất giảm, thu được propacetamol base ở dạng dầu Sản phẩm này sau đó được tạo muối với HCl trong aceton, lọc và rửa để thu được tủa, từ đó sản phẩm propacetamol hydroclorid được tạo ra với hiệu suất đạt 41%.

Ở giai đoạn 2, PAPC được thêm từ từ vào lượng dư DEA hoặc DEA/TEA, đun hồi lưu ở 45°C trong 2 giờ Hỗn hợp sau đó được hòa tan trong nước lạnh và chiết bằng ether Dịch chiết được làm khan bằng MgSO4, sau đó cất quay dưới áp suất giảm và acid hóa bằng HCl Cuối cùng, lọc và rửa tủa bằng aceton, sấy khô để thu được propacetamol hydroclorid với nhiệt độ nóng chảy 228°C.

Nhận xét: Ở gian đoạn 2 của cả hai quy trình trên phản ứng tiến hành khó khăn

Phương pháp 3 liên quan đến việc cho từ từ PAPC vào hỗn hợp DEA/TEA, tuy nhiên quy trình này khá phức tạp với nhiều công đoạn như chiết, làm khan và cất dưới áp suất giảm Ngoài ra, việc sử dụng dung môi ether có thể gây độc hại, ảnh hưởng đến an toàn trong quá trình thực hiện.

- Giai đoạn 1: Tổng hợp monocloroacetyl clorid bằng SOCl 2 và acid monocloroacetic

Sơ đồ 1.6 Tổng hợp monocloroacetyl clorid theo nghiên cứu trong nước

Quy trình: Đun hồi lưu acid monocloroacetic với SOCl 2 tỉ lệ mol (1:1,4), ở nhiệt độ 70-80 o C trong 4h Kết thúc phản ứng, chưng cất lấy sản phẩm ở nhiệt độ 100-

- Giai đoạn 2: Tổng hợp p-acetamidophenyl monocloroacetat

Sơ đồ 1.7 Tổng hợp p-acetamidophenyl monocloroacetat

Quy trình acyl hóa paracetamol sử dụng monocloroacetyl clorid với tỉ lệ mol 1:1,5 trong dung dịch NaOH 10% (tỉ lệ mol paracetamol: NaOH là 1:1,4) Trong quá trình này, pH được kiểm soát ở mức 7-8 bằng dung dịch NaOH 10%, với nhiệt độ phản ứng từ 5-10 độ C và thời gian phản ứng kéo dài từ 10-15 phút Sau khi phản ứng, sản phẩm được lọc rửa bằng nước lạnh đến khi đạt pH trung tính, sau đó sấy khô và tinh chế bằng ethanol 96%.

Giai đoạn 3: Tổng hợp propacetamol hydroclorid

Sơ đồ 1.8 Tổng hợp propacetamol hydroclorid

Quy trình tổng hợp PAPC bắt đầu bằng việc hòa tan PAPC trong aceton, sau đó nhỏ từ từ vào bình cầu chứa DEA với tỷ lệ mol PAPC:DEA là 1:3,5 Nhiệt độ được duy trì ở 40-50 độ C và liên tục khuấy trong 4 giờ Hỗn hợp phản ứng sau đó được cất quay ở 50 độ C dưới áp suất giảm để loại bỏ aceton và DEA Cuối cùng, sản phẩm được hòa tan trong ether, làm lạnh và lọc để loại bỏ tủa.

Dịch ether được cất quay dưới áp suất giảm thu được propacetamol base dạng dầu màu nâu đỏ

Hòa tan dầu bằng aceton và sử dụng hệ thống bình Kipp để tạo khí HCl từ hỗn hợp NaCl và H2SO4 đặc Sục khí HCl vào dung dịch propacetamol/aceton cho đến khi đạt pH từ 1-2 Để yên trong 1 giờ, sau đó lọc và rửa tủa bằng aceton đến khi pH trung tính Cuối cùng, sấy khô ở nhiệt độ 45-50°C và tinh chế bằng ethanol 96% Tác giả không công bố hiệu suất của quá trình này.

SOCl2 là một hóa chất độc hại, có khả năng phân hủy mạnh khi tiếp xúc với nước, điều này gây khó khăn trong việc thực hiện các phản ứng hóa học và dẫn đến hiệu suất thu được thấp Ngoài ra, quy trình tổng hợp của nó cũng rất phức tạp.

Sau khi tham khảo các tài liệu liên quan, chúng tôi nhận thấy những nhược điểm khi sử dụng tác nhân acyl hóa cloroacetyl clorid Do đó, chúng tôi đã đề xuất một giải pháp mới bằng cách sử dụng anhydrid acid hỗn tạp làm tác nhân acyl hóa.

Sơ đồ 1.9 Tổng hợp tác nhân anhydrid acd hỗn tạp

Quy trình sản xuất bắt đầu bằng việc đun hồi lưu hỗn hợp acid monocloroacetic và anhydrid acetic với tỉ lệ mol 1:1,2 ở nhiệt độ 138-140 độ C trong 3-4 giờ Sau khi phản ứng hoàn tất, tiến hành cất quay ở 80 độ C để loại bỏ acid acetic, thu được dung dịch màu vàng nhạt Ưu điểm của quy trình này là hiệu suất cao và sản phẩm đạt chất lượng tốt.

- Quy trình điều chế đơn giản

- Tác nhân dễ điều chế, ít gây độc hại, giá thành rẻ

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

Dụng cụ, hóa chất và phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện khóa luận, chúng tôi đã sử dụng nhiều hóa chất, dung môi và thiết bị từ phòng thí nghiệm Tổng hợp hóa dược thuộc Bộ môn Công nghiệp Dược.

Bảng 2.1 Dụng cụ được sử dụng trong khóa luận

Stt Tên thiết bị/ dụng cụ Xuất sứ

1 Bộ lọc hút chân không Buchner Buchi –Thụy Sĩ

2 Cân kỹ thuật XB 320 Precisa – Thụy Sĩ

4 Đèn soi UV sắc ký CN6 Vilber Lourmart – Đức

5 Máy cất quay chân không Buchi CH 9230

6 Máy đo pH Eutech Instrusments pH 510 Eutech – Mỹ

7 Máy khuấy từ gia nhiệt Wisd Wise stir MSH –

8 Máy tạo khí N 2 Nitrox UHP N0751

10 Tủ sấy Wisd Wiseven Serial No:

11 Bình cầu, bình sắc ký, bình 2 cổ, bình 3 cổ, bình định mức 25 ml,pipet, cốc có mỏ, ống nghiệm, đũa thủy tinh

- Phổ hồng ngoại IR được ghi trên máy Impact-410 Micolet tại Viện Hóa học- Viện Hàn lâm và Khoa học Công nghệ việt Nam

- Máy đo khối phổ HP-5989-MS (tại Viện Hóa học- Viện Hàn lâm và Khoa học Công nghệ Việt Nam)

- Máy đo phổ cộng hưởng từ Bruker 500MHz (tại Viện Hóa học- Viện Hàn lâm và Khoa học Công nghệ Việt Nam)

Bảng 2.2 Nguyên liệu dung môi được sử dụng trong khóa luận

Tên hóa chất và thuốc thử Nguồn gốc

Acid sulfuric đặc Trung Quốc

- Tổng hợp propacetamol theo các giai đoạn sau:

 Giai đoạn 1: Tổng hợp tác nhân acyl hóa anhydrid acetic hỗn tạp

 Giai đoạn 2: Tổng hợp p-acetamidophenyl monocloroacetat (PAPC)

 Giai đoạn 3: Tổng hợp propacetamol base

 Giai đoạn 4: Acid hóa propacetamol base tạo muối và tinh chế sản phẩm

- Kiểm tra độ tinh khiết và xác định cấu trúc các chất tổng hợp được

2.1.3.1 Tổng hợp hóa học và kiểm tra độ tinh khiết

- Sử dụng phương pháp tổng hợp hóa học, dựa trên các phản ứng:

 Phản ứng acyl hóa tạo sản phẩm trung gian PAPC

 Phản ứng alkyl hóa tạo propacetamol dạng base

 Acid hóa tạo muối propacetamol hydroclorid

- Dùng TLC để theo dõi tiến triển của phản ứng

- Kiểm tra độ tinh khiết của sản phẩm bằng TLC và nhiệt độ nóng chảy

- Các chất tổng hợp được xác định cấu trúc bằng các phổ: Phổ hồng ngoại (IR), phổ khối (MS), phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ( 1 H-NMR)

Phổ hồng ngoại (IR) được ghi nhận tại Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm và Khoa học Công nghệ Việt Nam, sử dụng máy Impact-410 Micolet Kỹ thuật nén KBr được áp dụng trong khoảng sóng 4000-400 cm-1, với các mẫu rắn được phân tán trong KBr đã sấy khô theo tỷ lệ khoảng 1:2000 và ép thành film mỏng dưới áp lực cao trong môi trường chân không.

Phổ khối lượng của các chất đã được ghi nhận bằng máy đo khối phổ 1100 series LC/MSD Trap Agilent tại Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm và Khoa học Công nghệ Việt Nam, sử dụng chế độ đo LC-MS.

Phổ cộng hưởng từ proton (1H-NMR) được ghi lại trên máy đo Bruker AV-500MHz tại Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm và Khoa học Công nghệ Việt Nam, sử dụng DMSO làm dung môi và trimethylsilan (TMS) làm chất đối chiếu.

THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Kết quả và thực nghiệm

Tổng hợp tác nhân acyl hóa: anhydrid acid hỗn tạp

Sơ đồ 3.1 Tổng hợp tác nhân acyl hóa anhydrid acid hỗn tạp

Tiến hành đun hồi lưu hỗn hợp gồm 10,0g acid monocloroacetic (0,11mol) và 12,0ml anhydrid acetic (0,13mol) với tỷ lệ mol acid monocloroacetic: anhydrid acetic là 1:1,2 ở nhiệt độ 138-140°C trong 3-4 giờ Sau khi phản ứng hoàn tất, hỗn hợp được để nguội và cất ở 80°C dưới áp suất giảm cho đến khi thể tích còn khoảng 20ml.

- Thu được dung dịch màu vàng nhạt của acetic monocloroacetic anhydrid

Tổng hợp p-acetamidophenyl monocloroacetat và khảo sát với xúc tác, dung môi khác nhau

Sơ đồ 3.2 Tổng hợp p-acetamidophenyl monocloroacetat

Hòa tan 6,0g paracetamol trong 10ml THF và thêm 4,8ml pyridin, khuấy cho hỗn hợp tan hoàn toàn Nhỏ từ từ 20ml acetic monocloroacetic anhydrid vào dung dịch, làm lạnh ở 0-5 o C và khuấy trong 4-5 giờ Sau khi phản ứng hoàn tất, cất hỗn hợp ở 80 o C để loại bớt THF, sau đó từ từ cho vào nước Lọc tủa tạo thành, rửa tủa bằng ethanol 96% và sấy ở 40-50 o C.

- Cảm quan: Màu trắng, tủa bông, xốp

- R f = 0,56 (Hệ dung môi khai triển diclomethan: methanol= 20: 1)

Hình 3.1 Sắc ký lớp mỏng paracetamol (trái) và PAPC (phải)

- PAPC thu được sạch, vết nhỏ gọn không xuất hiện vết của paracetamol, chứng tỏ phản ứng xảy ra hoàn toàn

- Sản phẩm gần như không còn tạp ester của acid acetic

* Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ số mol giữa paracetamol và monocloroacetic

Bảng 3.1: Khảo sát tỷ lệ mol giữa paracetamol: acid monocloroacetic đến hiệu suất

Tỷ lệ mol paracetamol: monocloroacetic Nhiệt độ Hiệu suất

Hình 3.2 Biểu đồ khảo sát tỷ lệ mol pracetamol/acid monocloroacetic

Biểu đồ cho thấy khi tỷ lệ mol paracetamol/acid monocloroacetic tăng lên 1/2,5, hiệu suất thu được tăng rõ rệt Tuy nhiên, khi tỷ lệ này tiếp tục tăng lên 1/3 và 1/3,5, hiệu suất không chỉ không tăng mà còn giảm Do đó, tỷ lệ mol tối ưu giữa paracetamol và acid monocloroacetic là 1:2,5 để đạt được hiệu suất cao nhất.

* Tiến hành khảo sát tổng hợp PAPC với xúc tác là K 2 CO 3 và dung môi aceton

Sơ đồ 3.3 Quy trình tổng hợp PAPC trong K 2 CO 3 /aceton

Hòa tan 6,0g paracetamol (0,04mol) trong 60ml aceton, sau đó thêm 18g K2CO3 Tiếp theo, từ từ cho 20ml acetic monocloroacetic anhydrid vào hỗn hợp và làm lạnh ở 0-5°C, khuấy trong 4-5 giờ Sau khi phản ứng kết thúc, kiểm tra bằng sắc ký để đảm bảo không còn paracetamol Cuối cùng, cho hỗn hợp vào nước, khuấy đều cho đến khi K2CO3 tan hết, sau đó lọc, rửa tủa và tinh chế bằng ethanol 96%.

- Thu được 3,18g PAPC thô Kết tinh lại trong ethanol 96%

Nhận xét: Với xúc tác K 2 CO 3 /aceton quy trình phản ứng dễ dàng hơn nhưng thu được hiệu suất thấp, tạo nhiều tạp ester của acid acetic

* Tiến hành khảo sát tổng hợp PAPC với xúc tác dung dịch NaOH 10%

Sơ đồ 3.4 Quy trình tổng hợp PAPC trong NaOH 10%

Hòa tan 6,0g paracetamol trong 16ml dung dịch NaOH 10% và làm lạnh ở 5-10 độ C Nhỏ từ từ 20ml acetic monocloroacetic anhydrid vào hỗn hợp và khuấy đều trong điều kiện lạnh Sử dụng dung dịch NaOH 10% để điều chỉnh pH về 7-8, khuấy liên tục trong 4-5 giờ Sau đó, lọc và rửa tủa bằng nước lạnh cho đến khi đạt pH trung tính, cuối cùng sấy khô và tinh chế bằng ethanol 96%.

Phản ứng thu được với hiệu suất thấp có thể do:

- Paracetamol đã thủy phân một phần tạo ra 4-aminophenol

- Môi trường kiềm làm anhydrid đã bị thủy phân nhanh chóng gây tốn tác nhân và phản ứng không hoàn toàn

Quy trình tổng hợp PAPC được sơ đồ hóa như sau:

Sơ đồ 3.5 Quy trình tổng hợp PAPC

Rót từ từ vào nước

Cất loại acid acetic Acyl hóa

Sơ đồ 3.6 Tổng hợp propacetamol base

Hòa tan 10,0g PAPC (0,044mol) vào 100ml aceton đun hồi lưu ở nhiệt độ 45-

Để thực hiện phản ứng, đầu tiên đun nóng hỗn hợp đến 50 độ C, sau đó thêm 15,1g K2CO3 và khuấy liên tục cho đến khi K2CO3 phân tán đều Tiếp theo, cho thêm 0,5g KI và khuấy trong 30 phút Sau đó, nhỏ từ từ 11,75ml DEA (0,11mol) với tỷ lệ PAPC: DEA là 1:2,5 vào hỗn hợp, tiếp tục khuấy thêm 2 giờ ở nhiệt độ 50 độ C Cuối cùng, khi phản ứng kết thúc, để nguội, lọc thu lấy dịch và tiến hành cất quay dịch.

60 o C đến kiệt để loại aceton và DEA dư, thu được propacetamol dạng dầu màu nâu đỏ

- Thu được 7,83g propacetamol thô dạng dầu

- Hiệu suất: 67,5% (theo lượng PAPC)

* Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ số mol giữa PAPC và DEA

Bảng 3.2 Khảo sát tỷ lệ mol giữa PAPC: DEA đến hiệu suất phản ứng

Tỷ lệ mol PAPC: DEA Nhiệt độ Hiệu suất

Hình 3.3 Biểu đồ khảo sát tỷ lệ mol PAPC/DEA Nhận xét:

Biểu đồ cho thấy khi tỷ lệ mol PAPC/DEA tăng lên 1/2,5, hiệu suất thu được tăng rõ rệt Tuy nhiên, khi tỷ lệ này tiếp tục tăng lên 1/3 và 1/3,5, hiệu suất không còn tăng nữa mà thậm chí còn giảm Do đó, tỷ lệ mol PAPC: DEA tối ưu để đạt hiệu suất cao nhất là 1: 2,5.

Chuyển thành dạng muối propacetamol hydroclorid

Sơ đồ 3.7 Tổng hợp paracetamol hydroclorid

- Bước một: Tạo HCl khí bằng NaCl khan và H2SO 4 đặc sau đó dẫn khí HCl hòa tan trong aceton lạnh

2NaCl (rắn) + H 2 SO 4(đặc) Na 2 SO 4 + 2HCl

Quy trình: Nhỏ từ từ 26,5ml H 2 SO 4 (0,5mol) đặc vào 58,5g NaCl (1mol), khí HCl sinh ra được dẫn vào một bình cầu chứa khoảng 150ml aceton được làm lạnh

- Bước hai: Tạo muối propacetamol hydroclorid

Để tiến hành phản ứng, hòa tan hoàn toàn 10g propacetamol base đã tổng hợp trong aceton Tiếp theo, thêm từ từ dung dịch HCl/aceton vào, khuấy liên tục cho đến khi đạt pH=2, sau đó tiếp tục khuấy thêm 30 phút để đảm bảo phản ứng hoàn toàn Cuối cùng, rửa tủa bằng aceton và sấy khô ở nhiệt độ 45-50 độ C.

- Cảm quan: Màu vàng nhạt

- Hiệu suất: 72,4% (theo lượng propacetamol base)

- R f = 0,22 (Hệ dung môi khai triển diclomethan: methanol= 20:1)

Hình 3.4 Sắc ký lớp mỏng sản phẩm paracetamol (trái), PAPC (giữa), propacetamol hydroclorid (phải)

Quy trình tổng hợp propacetamol hydroclorid từ PAPC đƣợc sơ đồ hóa nhƣ sau:

Kiểm tra độ tinh khiết

Chúng tôi đã kiểm tra độ tinh khiết của các chất tổng hợp được bằng sắc ký lớp mỏng và nhiệt độ nóng chảy như sau:

- TLC được tiến hành trên bản mỏng tráng sẵn silicagel GF 254 70-230 mesh, quan sát dưới đèn tử ngoại ở bước sóng 254nm

- Dung môi hòa tan: ethanol 96%

- Hệ dung môi khai triển: diclomethan: methanol (20: 1)

- Đo nhiệt độ nóng chảy bằng máy đo nhiệt độ nóng chảy EZ-Melt

Giá trị R f và nhiệt độ nóng chảy (t o nc ) của các chất được tóm tắt trong bảng sau:

Bảng 3.3 R f và t o nc của paracetamol và các chất tổng hợp được

Kết quả của phương pháp sắc ký lớp mỏng (TLC) trên hai hệ dung môi cho thấy chỉ xuất hiện một vết sản phẩm rõ ràng dưới ánh sáng đèn tử ngoại ở bước sóng 254nm, mà không có vết lạ nào Đặc biệt, do propacetamol là tiền chất, khi hòa tan trong dung môi ethanol 96%, nó đã bị thủy phân một phần, dẫn đến sự xuất hiện của vết paracetamol trong sắc ký.

- Nhiệt độ nóng chảy của các chất dao động ở khoảng hẹp từ 2-4 o C

Sơ bộ kết luận các chất tổng hợp được là tinh khiết

Tiến hành đo phổ để xác định cấu trúc các chất tổng hợp được.

Xác định cấu trúc các chất tổng hợp

3.3.1 Kết quả phân tích phổ của PAPC a Phổ hồng ngoại IR

Phân tích phổ đồ các chất tổng hợp cho phép nhận diện các dải hấp thụ đặc trưng liên quan đến dao động hóa trị và dao động biến dạng của các nhóm chức, cùng với các liên kết đặc trưng trong cấu trúc phân tử, như -CONH-, >CO, và -CCl.

Bảng 3.4 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại của PAPC

Chất Công thức ν max (cm -1 ) Nhóm

N-H (-CONH-) C=C (vòng thơm) C-H (-CH 3 ) C-H (-CH 2 -) C=O (-COO-) C=O (-CONH-) C-H (vòng thơm) C-O-C (ester) C-Cl

Kết quả cho thấy số sóng tương ứng với các dao động của các nhóm liên kết, trong đó dao động của nhóm NH thể hiện sự mạnh mẽ Phổ khối lượng (MS) cũng được đề cập để phân tích thêm về các đặc điểm của các nhóm liên kết này.

Bảng 3.5 Kết quả phân tích phổ khối lượng của PAPC

Chất Công thức cấu tạo m/z

Dựa vào dữ liệu phân tích phổ bảng và phổ đồ (phụ lục 2), có thể nhận thấy rằng trong phổ xuất hiện pic phân tử với số khối tương ứng với khối lượng phân tử dự kiến Điều này được xác nhận qua phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR).

Bảng 3.6 Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân của PAPC

Chất Công thức cấu tạo Số liệu phân tích 1 H-NMR

1H-NMR (DMSO): δ(ppm) 2,04 (3H; s; CH 3 -CO-);

10,02 (1H; s; -NHCO-) Ghi chú: δ: Độ dịch chuyển hóa học (ppm), s: singlet, d: doudlet, t: triplet, m: multiplet, J: hằng số tương tác spin- spin

Nhận xét: Dựa vào kết quả phân tích phổ bảng 3.6 và căn cứ vào phổ đồ (phụ lục 1-4) chúng tôi nhận thấy:

- Số lượng proton, độ dịch chuyển, độ bội của tín hiệu là phù hợp với công thức cấu tạo của PAPC

- Kết hợp với kết quả phổ IR, phổ MS có thể khẳng định chất chúng tôi tổng hợp được có công thức cấu tạo như dự kiến

3.3.2 Kết quả phân tích phổ của propacetamol a Phổ hồng ngoại IR

Bảng 3.7 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại của propacetamol hydroclorid

Chất Công thức cấu tạo ν max

N-H (-CONH-) C-H (vòng thơm) C-H (-CH 3 ) C-H (-CH 2 -) C=O (-COO-) C=O (-CONH-) C=C (vòng thơm) C-O-C (ester)

Dựa trên dữ liệu phân tích phổ bảng và phổ đồ, các số sóng tương ứng với dao động của các nhóm liên kết được xác nhận là phù hợp Ngoài ra, phổ khối lượng (MS) của propacetamol base cũng được xem xét để hỗ trợ cho các phân tích này.

Bảng 3.8 Kết quả phân tích phổ khối lượng của propacetamol base

Chất Công thức cấu tạo m/z

Nhận xét từ bảng dữ liệu cho thấy phổ có pic phân tử với số khối tương ứng chính xác với khối lượng phân tử được tính theo công thức dự kiến.

Bảng 3.9 Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của propacetamol hydroclorid

Chất Công thức cấu tạo Số liệu phân tích 1 H-NMR

1H-NMR (DMSO): δ(ppm) 1,26 (6H; t; J= 7; 2CH 3 -CH 2 -); 2,05 (3H; s; CH 3 CO-);

Ghi chú: δ: Độ dịch chuyển hóa học (ppm), s: singlet, d: doudlet, t: triplet, m: multiplet, J: hằng số tương tác spin- spin

Nhận xét: Dựa vào kết quả phân tích phổ bảng 3.9 và căn cứ vào phổ đồ (phụ lục 5-8) chúng tôi nhận thấy:

Số lượng proton và độ dịch chuyển tín hiệu trong phổ NMR của propacetamol hydroclorid cho thấy sự thay thế của Cl- bởi diethylamin và sự hình thành muối với HCl Cụ thể, phổ xuất hiện các pic ở δ 1,26 (6H; t; J= 7; 2CH3-CH2-), δ 3,26 (4H; m; J=5; 2-CH2-CH3) và δ 10,35 (1H; s; -NH+-).

- Kết hợp với kết quả phổ IR, phổ MS có thể khẳng định chất chúng tôi tổng hợp được có công thức cấu tạo như dự kiến.

Bàn luận

- Phản ứng acyl hóa tạo PAPC với tác nhân anhydrid acid hỗn tạp

Với tác nhân là anhydrid hỗn tạp thì nhóm acyl nào hoạt hóa mạnh hơn sẽ thế vào phân tử cần acyl hóa

Phản ứng giữa anhydrid acid hỗn tạp và paracetamol, cơ chế phản ứng xảy ra như sau:

Sơ đồ 3.9 Cơ chế phản ứng acyl hóa

Phản ứng acyl hóa xảy ra thường theo cơ chế ái điện tử Nguyên tử C của nhóm acyl mang điện tích dương nên là tác nhân ái điện tử

Hỗn hợp anhydrid acetic và acid monocloroacetic sẽ tạo ra tạp ester của acid acetic với paracetamol Để đạt hiệu suất phản ứng tốt nhất và giảm thiểu tạp chất, thực nghiệm cho thấy tỷ lệ monocloroacetic và anhydrid acetic là 1:1,2 là tối ưu.

Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất:

Xúc tác cho phản ứng acyl hóa thường là các base yếu hoặc acid, trong đó pyridin cho hiệu suất tốt nhất Việc sử dụng base mạnh có thể dẫn đến thủy phân tác nhân acyl hóa, trong khi base yếu có thể làm chậm phản ứng và giảm hiệu suất.

Quá trình acyl hóa sử dụng anhydrid acid kém hiệu quả hơn so với halogenid acid Do đó, sau khi thêm tác nhân, cần phải đun nóng nhẹ và khuấy đều để đạt được hiệu quả tối ưu.

 Cần phải hòa tan hết paracetamol trong THF và pyridin thì sẽ thu được hiệu suất cao hơn

 Sản phẩm thường có lẫn tạp ester của acid acetic qua thự nghiệm chúng tôi nhận thấy tinh chế bằng ethanol 96% sẽ loại được tạp này

Sau khi phản ứng, nếu hỗn hợp xuất hiện kết tủa, có thể tiến hành lọc và tinh chế tủa trong ethanol 96% Dịch lọc còn lại có thể được cất dưới áp suất giảm để loại bớt THF, sau đó từ từ rót vào nước, lọc tủa và thực hiện tinh chế tiếp.

- Phản ứng alkyl hóa tạo propacetamol dạng base

Sơ đồ 3.10 Các phản ứng N-alkyl hóa

Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất:

 Xúc tác bằng K 2 CO 3 và KI trong aceton qua khảo sát cho cho hiệu suất cao, cần dùng ít DEA và quá trình thực hiện phản ứng đơn giản

Cơ chế của xúc tác KI như sau:

Sơ đồ 3.11 Cơ chế xúc tác của KI

Để hòa tan hoàn toàn PAPC, cần sử dụng aceton làm dung môi và thực hiện quá trình hòa tan ở nhiệt độ 40-45 độ C, vì PAPC có độ tan thấp và để tránh hiện tượng thủy phân Sau khi PAPC đã hòa tan, thêm K2CO3 và KI vào hỗn hợp, sau đó khuấy trong 30 phút để kích hoạt KI cho phản ứng.

 Nhiệt độ phản ứng khoảng: 45-50 o C để tránh thủy phân PAPC

 Thời gian hồi lưu khoảng 2h là đủ để phản ứng hết với PAPC

 Sau phản ứng cần cất quay dịch dưới áp suất giảm loại hết aceton và DEA để khi acid hóa không được có tạp muối clorid của DEA

Amin bậc 3 Muối amoni bậc 4

 Cần hòa tan propacetamol trong aceton và dùng HCl khí trong aceton để làm phản ứng như vậy mới giảm được sự thủy phân của propacetamol trong HCl

Để giảm thiểu sự thủy phân, quá trình thực hiện cần nhỏ từ từ HCl khí/aceton vào dung dịch propacetamol Khi đạt pH=2, dừng lại và tiếp tục khuấy trong 30 phút để đảm bảo phản ứng hoàn toàn.

 Qua quá trình khảo sát chúng tôi nhận thấy tinh chế bằng methanol sẽ loại được bớt tạp paracetamol và 4-aminophenol

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

Trong quá trình thực hiện khóa luận này chúng tôi đã thu được một số kết quả như sau:

1 Tổng hợp thành công propacetamol hydroclorid từ paracetamol

 Khẳng định được cấu trúc của các chất trung gian và sản phẩm tổng hợp bằng phương pháp phân tích phổ IR, MS, 1 H-MNR

 Đánh giá sơ bộ độ tinh khiết của propacetamol bằng TLC và đo nhiệt độ nóng chảy

2 Khảo sát ảnh hưởng của các xúc tác đến hiệu suất quá trình phản ứng

 Khảo sát ảnh hưởng của K 2 CO 3 /aceton; dung dịch NaOH 10% đến hiệu suất tổng hợp PAPC

 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol đến hiệu suất tổng hợp của PAPC và propacetamol

1 Nghiên cứu khảo sát thêm các yếu tố, tối ưu hóa quy trình làm tăng hiệu suất của quá trình tổng hợp propacetamol

2 Kiểm nghiệm propacetamol đạt BP 2010 và triển khai tổng hợp ở quy mô pilot.