HÀ KIỀU OANH NGHIÊN cứu TỔNG hợp 16 DEHYDROPREGNENOLON ACETAT (16 DPA) từ DIOSGENIN KHÓA LUẬN tốt NGHIỆP dược sĩ

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI - - HÀ KIỀU OANH Mã sinh viên: 1701449 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP 16-DEHYDROPREGNENOLON ACETAT (16-DPA) TỪ DIOSGENIN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn: GS TS Nguyễn Đình Luyện TS Đào Nguyệt Sương Huyền Nơi thực hiện: Bộ môn Công nghiệp dược HÀ NỘI – 2022 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc gửi lời cảm ơn chân thành tới người thầy tôi, GS.TS Nguyễn Đình Luyện, TS Đào Nguyệt Sương Huyền TS Nguyễn Văn Hải đồng hành vượt qua bao khó khăn, ln quan tâm, động viên, tận tình hướng dẫn tơi, tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành khóa luận Tơi vơ biết ơn xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Văn Giang, NCS Bùi Thị Thanh Châm, DS Từ Thị Thu Trang quan tâm, động viên, hướng dẫn tôi, cho kinh nghiệm quý báu công việc sống Tôi xin trân trọng cảm ơn đơn vị: Bộ mơn Cơng Nghiệp Dược, Viện Hóa Học – Viện Hàn lâm khoa học Công nghệ, Khoa Hóa – Trường đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội nhiệt tình, giúp đỡ tơi q trình thực khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn anh chị, bạn (đặc biệt bạn Nguyễn Vân Anh, Trần Thu Thủy, Phan Quốc Hùng) em (đặc biệt em Đinh Thị Hoa, em Đặng Thái Hoàng, em Nguyễn Thị Mỹ Linh) thực khóa luận phịng thí nghiệm Tổng hợp Hóa dược, Bộ mơn Cơng nghiệp dược Cuối cùng, xin dành biết ơn sâu sắc tới bố mẹ gia đình tơi Cảm ơn gia đình ln u thương tơi, bên tơi, ủng hộ tơi để tơi có ngày hơm nay! Mặc dù cố gắng tạo mọi điều kiện song thời gian nghiên cứu ngắn, kiến thức thân hạn chế nên chắn khóa luận cịn nhiều thiếu sót Rất mong nhận đóng góp quý báu thầy bạn để khóa luận hồn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 22 tháng năm 2022 Sinh viên Hà Kiều Oanh MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ĐẶT VẤN ĐỀ .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 16-Dehydropregnenolon Acetat (16-DPA) .2 1.1.1 Cấu trúc hóa học 1.1.2 Tính chất lí hóa 1.2 Phân tích cấu trúc tác dụng thuốc nhóm steroid .3 1.3 Vai trò trung gian 16-DPA tổng hợp thuốc nhóm Steroid 1.3.1 Ứng dụng sinh tổng hợp prednison prednisolon .4 1.3.2 Ứng dụng tổng hợp số dẫn chất ức chế enzym 5α-reductase .6 1.3.3 Ứng dụng tổng hợp hormon Progesteron 1.4 Một số đường tổng hợp 16 - DPA công bố thực tế 1.4.1 Phương pháp tổng hợp từ diosgenin 1.4.2 Phương pháp tổng hợp từ solasodin 13 1.4.3 Phương pháp tổng hợp khác 13 1.5 Phân tích lựa chọn đường tổng hợp 16-DPA .14 1.5.1 Tổng quan đường tổng hợp 16-DPA .14 1.5.2 Đề xuất đường tổng hợp 17 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1 Hóa chất thiết bị sử dụng 18 2.2 Nội dung nghiên cứu .19 2.2.1 Tổng hợp hóa học 19 2.2.2 Khảo sát số thông số ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng .20 2.3 Phương pháp nghiên cứu .20 2.3.1 Tổng hợp hóa học 20 2.3.2 Kiểm tra độ tinh khiết chất tổng hợp 21 2.3.3 Xác định cấu trúc chất tổng hợp .21 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 22 3.1 Thực nghiệm, kết 22 3.1.1 Tổng hợp pseudodiosgenin diacetat (PDA) 22 3.1.2 Oxy hóa tạo Dioson 25 3.1.3 Tổng hợp 16-Dehydropregnenolon acetat (16-DPA) .26 3.1.4 Xây dựng quy trình tổng hợp 16-DPA 26 3.2 Xác định cấu trúc chất phương pháp phổ .29 3.2.1 Kết phân tích phổ hồng ngoại (IR) 29 3.2.2 Kết phân tích phổ khối lượng (MS) 30 3.2.3 Kết phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) 30 3.3 Bàn luận 35 3.3.1 Bàn luận phản ứng tổng hợp hóa học 35 3.3.2 Bàn luận đường tổng hợp 16-dehydropregnenolon acetat (16-DPA) 39 3.3.3 Bàn luận kết phân tích phổ .40 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .44 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT δ 13 C-NMR Độ chuyển dịch hóa học Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13 (Carbon 13 nuclear magnetic resonance) H-NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (Proton nuclear magnetic resonance) ATFAA Anhydrid trifuoroacetic Ac2O Anhydrid acetic CTCT Công thức cấu tạo CTPT Công thức phân tử DBU DCM 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en Dicloromethan DĐVN V Dược điển Việt Nam V DMSO Dimethyl sulfoxid đvC Đơn vị Carbon FDA Cục quản lí Thực phẩm Dược phẩm Hoa Kỳ (Food and MeOH Drug Administration) Methanol Py Pyridin TB TBATB Trung bình Tetrabutylammoni tribromid TEBA Triethyl benzyl ammonium clorid TMAI Tetramethyl-ammonium iod h Giờ IR Phổ hồng ngoại (Infrared) KLPT Khối lượng phân tử m/z Tỷ số khối lượng điện tích ion MS Phổ khối lượng (Mass spectrometry) Rf Hệ số lưu giữ (Retention factor) SKLM Stt Sắc ký lớp mỏng Số thứ tự to Nhiệt độ o t nc Nhiệt độ nóng chảy DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1 Phần trăm khối lượng nguyên tố 16-DPA Bảng 1-2 So sánh phương pháp nhóm tác giả Baruah cộng [5] so với phương pháp Marker [20], [21], [22] 12 Bảng 2-1 Danh mục dung mơi, hóa chất 18 Bảng 2-2 Danh mục dụng cụ, thiết bị .19 Bảng 3-1 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ mol acid boric: diosgenin .23 Bảng 3-2 Khảo sát ảnh hưởng xúc tác 23 Bảng 3-3 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ mol KMnO4: PDA .25 Bảng 3-4 Kết khảo sát độ lặp lại quy trình tổng hợp PDA quy mơ 0,5 g/mẻ 28 Bảng 3-5 Kết phổ IR chất 29 Bảng 3-6 Kết phổ MS chất 30 Bảng 3-7 Kết phổ 1H-NMR các chất 31 Bảng 3-8 Kết phổ 13C-NMR chất 33 Bảng 3-9 So sánh quy trình nhóm tác giả Baruah cộng (2016) [5] với quy trình thực tế .39 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1-1 Liên quan cấu trúc tác dụng (SAR) số steroid [3] Sơ đồ 1-2 Quy trình tổng hợp prednison prednisolon từ trung gian 16-DPA Sơ đồ 1-3 Quy trình tổng hợp dẫn chất ức chế enzym 5α-reductase qua 16-DPA Sơ đồ 1-4 Quy trình tổng hợp progesteron từ 16-DPA [20], [22] .8 Sơ đồ 1-5 Tổng hợp 16-DPA từ diosgenin Goswami cộng Sơ đồ 1-6 Tổng hợp 16-DPA từ diosgenin Chowdhury cộng 10 Sơ đồ 1-7 Tổng hợp 16-DPA từ diosgenin Baruah cộng 11 Sơ đồ 1-8 tóm tắt phương pháp tổng hợp khác từ diosgenin tạo PDA 12 Sơ đồ 1-9 Tổng hợp 16-DPA từ solasodin 13 Sơ đồ 1-10 Tổng hợp 16-DPA từ 3-acetoxysolanidin .14 Sơ đồ 1-11 Các giai đoạn quy trình tổng hợp 16-DPA 15 Sơ đồ 1-12 Giai đoạn dự kiến nghiên cứu .17 Sơ đồ 2-1 Quy trình tổng hợp 16- Dehydropregnenolon acetat (16-DPA) 20 Sơ đồ 3-1 Phản ứng tạo pseudodiosgenin diacetat (PDA) 22 Sơ đồ 3-2 Phản ứng oxy hóa tạo dioson 25 Sơ đồ 3-3 Phản ứng tạo 16-dehydropregnenolon từ dioson 26 Sơ đồ 3-4 Quy trình tổng hợp 16-DPA từ diosgenin 28 Sơ đồ 3-5 Cơ chế giai đoạn acetyl hóa/acetyl hóa mở vịng tạo PDA 35 Sơ đồ 3-6 Cơ chế phản ứng oxy hóa tạo dioson 37 Sơ đồ 3-7 Cơ chế tạo hợp chất diol từ alken KMnO4 37 Sơ đồ 3-8 Sơ đồ phản ứng oxy hóa cắt mạch tạo hợp chất ceton nhờ NaIO4 .38 Sơ đồ 3-9 Cơ chế phản ứng tạo 16-DPA từ dioson 38 ĐẶT VẤN ĐỀ 16-dehydropregnenolon acetat (16-DPA) ngày ứng dụng rộng rãi, xem hợp chất trung gian điển hình tổng hợp thuốc nhóm steroid hormon sinh dục, corticosteroid [6], chất ức chế enzym 5α-reductase [7], [29], [25] vài nhóm steroid mang hoạt tính sinh học khác [13] Steroid nhóm thuốc có cấu trúc phức tạp, đắt tiền, lại có ứng dụng nhiều lâm sàng điều trị rối loạn kinh nguyệt, điều trị ung thư cổ tử cung, chống viêm chống dị ứng, địi hỏi nhà hóa học tìm đường phù hợp để tổng hợp bán tổng hợp Nghiên cứu đưa Marker mở bước đầu ngành cơng nghiệp tổng hợp thuốc nhóm steroid nhờ từ nguồn dược liệu sẵn có, rẻ tiền [16] Ngày nay, thị trường tiêu thụ thuốc nhóm steroid chất trung gian giới ước tính đạt 3,840 triệu đô năm 2016 khả đạt 4,680 triệu đô năm 2021 Điều tạo sức hút lớn việc phát triển để tìm phương pháp tổng hợp thuốc nhóm steroid [13] Theo Quyết định số 376/QĐ-TTg ban hành ngày 17/03/2021 Thủ tướng Chính phủ, mục tiêu cụ thể đến năm 2025, thuốc sản xuất nước đạt 75 % số lượng sử dụng 60 % giá trị thị trường; tỷ lệ sử dụng dược liệu có nguồn gốc nước, thuốc dược liệu tăng thêm 10 % so với năm 2020 [1] Bằng việc ứng dụng nguồn dược liệu sẵn có với quy trình sản xuất thân thiện với mơi trường, việc sản xuất thuốc nhóm steroid qua trung gian 16 - DPA bước phát triển bền vững, đồng thời mang lại hiệu kinh tế cao kỷ 21 [4] Tuy nhiên Việt Nam thực tế sản xuất hợp chất 16-DPA - hợp chất trung gian tổng hợp thuốc nhóm steroid - có nguồn gốc dược liệu cịn hạn chế Vì vậy, dựa số nghiên cứu tổng hợp trước đó, chúng tơi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp 16-DPA từ diosgenin”, với mục tiêu sau: Tổng hợp 16 – DPA từ diosgenin quy mơ phịng thí nghiệm CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 16-dehydropregnenolon acetat (16-DPA) 1.1.1 Cấu trúc hóa học • Cơng thức hóa học [36]: Cơng thức cấu tạo 16-dehydropregnenolon acetat (16-DPA) • Tên khoa học [36]: [(3S,8R,9S,10R,13S,14S)-17-acetyl-10,13-dimethyl2,3,4,7,8,9,11,12,14,15-decahydro-1H-cyclopenta[a]phenanthren-3-yl] acetat • Cơng thức phân tử [36]: C23H32O3 • Khối lượng phân tử [36]: 356,5 đvC • Phần trăm khối lượng nguyên tố: Bảng 1-1 Phần trăm khối lượng nguyên tố 16-DPA Nguyên tố % (m) C H O 77,49 9,05 13,46 • Thông tin phổ [10]: - H-NMR (300MHz, CDCl3), δ (ppm): 1,0 (s, 3H, H-18); 1,2 (s,3H, H-19); 2,0 (s,3H, acetat protons); 2,2 (s, 3H, H-21); 4,6 (m, 1H, H-3); 5,4 (m, 1H, H-6); - 6,4 (m, 1H, H-16) ppm 13 C-NMR (CDCl3), δ (ppm): 34,2; 35,1; 78,6 (C-3); 39,5; 155,0(C-5); 142,3(C6); 32,0; 29,0; 46,2; 35,4; 20,9; 39,5; 40,5; 55,4; 34,7; 122,9 (C-16); 144,5 (C17); 16,7; 15,2; 178,9 (C-OCOCH3); 170,5 (C-20); 21,3 ppm - IR (cm−1): 1735, 1675, 1375, 1250, 1140, 950 - MS [M]+: 356,5 1.1.2 Tính chất lí hóa • Cảm quan: bột kết tinh màu trắng đến trắng ngà [10] • Nhiệt độ nóng chảy: 171 – 172 oC [4], [14], [24] • Độ tan: - Độ tan giảm dần dung môi: ethyl acetat > aceton > cyclohexan > ethanol > methanol [9] - Độ tan phụ thuộc vào nhiệt độ, độ tan tăng dần tăng nhiệt độ [28] - Độ tan CHCl3: 50 mg/mL [36] 1.2 Phân tích cấu trúc tác dụng thuốc nhóm steroid Sơ đồ 1-1 Liên quan cấu trúc tác dụng (SAR) số steroid [2] Với khung cấu trúc tương tự hormon steroid, từ hợp chất 16-DPA thơng qua q trình sinh tổng hợp tổng hợp hóa học tạo nhiều loại hormon [20], [15], [25] Các hormon có hoạt tính riêng biệt định điều trị rộng rãi [6], [7] 16-DPA đóng vai trị hợp chất trung gian tổng hợp hormon sinh dục, điển hình testosteron [19] Từ khung cấu trúc chung testosteron thực phản ứng hóa học khác để tạo dẫn chất với tác dụng mong muốn [2] Ví dụ: (i) Tạo chức ester nhóm OH C-17 [2] Đường dùng: dùng tiêm bắp, tác dụng kéo dài (24h) Chỉ định: • Nam: Điều trị thay thiểu sinh dục nam, rối loạn chức sinh dục, liệt dương • Nữ: điều trị ung thư vú, con, buồng trứng, rối loạn kinh nguyệt • Tác dụng tăng dưỡng (tăng đồng hóa protid) (ii) 17alpha-alkyl [2] Phụ lục Phổ MS pseudodiosgenin diacetat (PDA) Phụ lục Phổ MS 16-Dehydropregnenolon acetat (16-DPA) Phụ lục Phổ 1H-NMR diosgenin acetat (DA) Phụ lục Phổ giãn 1H-NMR diosgenin acetat (DA) Phụ lục Phổ giãn 1H-NMR diosgenin acetat (DA) Phụ lục 10 Phổ 1H-NMR pseudodiosgenin acetat (PDA) Phụ lục 11 Phổ giãn 1H-NMR pseudodiosgenin acetat (PDA) Phụ lục 12 Phổ giãn 1H-NMR pseudodiosgenin acetat (PDA) Phụ lục 13 Phổ 1H-NMR 16-dehydropregnenolon acetat (16-DPA) Phụ lục 14 Phổ giãn 1H-NMR 16-dehydropregnenolon acetat (16-DPA) Phụ lục 15 Phổ giãn 1H-NMR 16-dehydropregnenolon acetat (16-DPA) Phụ lục 16 Phổ 13C-NMR diosgenin diacetat (DA) Phụ lục 17 Phổ 13C-NMR pseudodiosgenin diacetat (PDA) Phụ lục 18 Phổ 13C-NMR 16-dehydropregnenolon acetat (16-DPA) BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI - - HÀ KIỀU OANH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP 16-DEHYDROPREGNENOLON ACETAT (16-DPA) TỪ DIOSGENIN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI – 2022 ... nguồn gốc dược liệu cịn hạn chế Vì vậy, dựa số nghiên cứu tổng hợp trước đó, chúng tơi tiến hành đề tài: ? ?Nghiên cứu tổng hợp 16- DPA từ diosgenin? ??, với mục tiêu sau: Tổng hợp 16 – DPA từ diosgenin. .. tổng hợp progesteron từ 16- DPA [20], [22] 1.4 Một số đường tổng hợp 16 - DPA công bố Hiện giới có nhiều đường tổng hợp 16 - dehydropregnenolon acetat (16- DPA) nghiên cứu công bố, xuất phát từ nhiều... phẩm Chất dạng dẻo dính 3.1.3 Tổng hợp 16- dehydropregnenolon acetat (16- DPA) Sơ đồ 3-3 Phản ứng tạo 16- dehydropregnenolon acetat (16- DPA) từ dioson ➢ Cách tiến hành: Đun hồi lưu dioson 10 mL