Nghiên cứu cải tiến quy trình tổng hợp anastrozol

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Bệnh ung thưvú 1.1.1 Khái quát bệnh ung thư vú Theo định nghĩa Hiệp hội Phòng chống Ung thư Quốc tế: “Ung thư nhóm 200 loại bệnh riêng biệt, khác nguyên nhân, phát triển cách thức điều trị có chung đặc trưnglà tăng trưởng ác tính tế bào bất thường mơ Các tế bào bất thường sinh sôi cách tùy tiện, xâm lấn vào mô rào cản tự nhiên, lan vào mô xung quanh mô xa, sinh sản không ngừng, dẫn tới chết không điều trị kịp thời”.[1] Ung thư vú tế bào ung thư phát triển từ tế bào ống (duct) hay tế bào nang (lobule) vú Nếu không chữa trị sớm, tế bào ung thư phát triển nhanh chóng vú, vào mạch máu hay mạch bạch huyết, chạy tới hạch, lây lan đến phận khác, gây đau đớn, tắc nghẽn cho thể cuối mang đến chết.[2] Phụ nữ lớn tuổi có nguy cao bị ung thưvú khơng có phụ nữ cho “q già” để khơng cần tầm sốt ung thư vú Theo nghiên cứu giới, tấtcả mọingườiđềucónguycơ bị ungthưvú,đặcbiệtlàở nhữngtrườnghợp sau: • Phụ nữ 50 tuổi hay người bị ung thư bên vú • Những phụ nữ có kinh nguyệt trước tuổi 12 hay mãn kinh sau tuổi 50 • Chưa có có sau tuổi 30 • Phụ nữ bị béo phì sau tuổi mãn kinh thường xuyên ăn nhiều thực phẩm giàu chất béo • Uống rượu, hút thuốc lá, tiếp xúc với hoá chất diệt sâu bọ có nguy cao bị ung thư vú • Ngồi ra, gia đình có người mắc bệnh bị di truyền.[3] 1.1.2 Một số phương pháp điều trị[2] Các phương pháp điều trị ung thư vú bao gồm: phẫu thuật, xạ trị, hóa trị, điều trị hormon, hay thường thấy kết hợp phương pháp Liệu pháp Hormon: Các liệu pháp hormon làm chậm ngưng phát triển tế bào ung thư Người ta thực liệu pháp cách thay đổi lượng hormon nữ tiết tự nhiên thể hay cách ngăn tế bào ung thư hấp thụ hormon Các thuốc trị ung thư vú hiệu thường dùng nay: - Tamoxifen: loại thuốc chống oestrogen Cơ chế hoạt động thuốc ngăn oestrogen tiến vào khuyến khích phát triển tế bào ung thư vú UICC, Ung thư học lâm sàng, Nhà xuất Y học,1995, p22-44 Hứa Thị Ngọc Hà, Nguyễn Sào Trung, 2007,Tìm Hiểu Bệnh Ung Thư Vú, Nhà xuất y học, TP Hồ Chí Minh Trần Phương Hạnh, Bệnh Học Đại Cương, 2003, Nhà xuất Y học, p 131-178 -1- - Các chất ức chế Aromatase: enzym chuyển hóa hormon nam thành hormon nữ, hoạt động cách ngăn chặn sinh sản oestrogen tế bào, làm giảm lượng oestrogen thể - Goserelin (Zoladex): loại thuốc điều giảm tuyến yên, giảm việc sản sinh hormon kích thích oestrogen não Ngồi ra, người ta cịn thực biện pháp phẫu thuật cắt bỏ khối u hay chí cắt bỏ buồng trứng nhằm ngưng việc sản sinh oestrogen từ buồng trứng 1.2 Sơ lược phân tử Anastrozol 1.2.1 Cấu trúc Anastrozol tên đầy đủ 1,3-benzendiacetonitril-α,α,α’,α’-tetramethyl-5-(1H-1,2,4triazol-1-yl-methyl) có cơng thức phân tử C17H19N5, khối lượng phân tử 293 N N NC N CN Hình 1.2.1: cấu trúc phân tử Anastrozol 1.2.2 Tác dụng dược lý[4] Anastrozol thuốc ức chế men aromatase thuộc nhóm khơng steroid, có tính chất chọn lọc cao tác dụng mạnh Ở phụ nữ sau mãn kinh, oestradiol sản xuất chủ yếu từ chuyển đổi androstenedion sang oestron nhờ phức hợp men aromatase mơ ngoại vi, sau oestron chuyển thành oestradiol Sự giảm lượng oestradiol máu chứng minh mang lại tác dụng có lợi cho bệnh nhân ung thư vú Bằng cách sử dụng thí nghiệm có độ nhạy cảm cao, người ta nhận thấy Anastrozol với liều 1mg ngày làm giảm 80% lượng oestradiol bệnh nhân sau mãn kinh Anastrozol khơng có hoạt tính kiểu progesteron, androgen hay oestrogen.Liều dùng ngày Anastrozol lên tới 10mg không gây ảnh hưởng đến tiết cortisol hay aldosteron, đo trước sau nghiệm pháp kích thích ACTH tiêu chuẩn, khơng cần phải cung cấp thêm corticoid 1.2.3 Liên quan cấu trúc tác dụng dược lý [5] Dựa theo thiết kế phân tử sử dụng chương trình GOLD, người ta xác định yếu tố quan trọng cấu trúc tạo mối liên quan cấu trúc Anastrozol với enzym Aromatase vị trí gây ức chế enzym sau: Thuocbietduoc.com.vn T Jackson, L W L Woo, M N Trusselle, S K Chander, A Purohit, M J Reed, B V L Potter, 2007, Org Biomol Chem (5), 2940-2952 -2- Nhân thơm phenyl, nhóm triazolylmethyl, nhóm dimethylpropionitrilchiếm khơng gian tương đương với vị trí hoạt động enzym liên kết vị trí hoạt động - Với cấu trúc nhóm dimethylpropionitril có kích thước 4,6Ao liên kết với acid amin Leu479 qua liên kết hydrogen vị trí hoạt động enzym ngăn cản tạo thành estrogen - Toàn cấu trúc nhân thơm nhóm nitril phân tử liên kết với chuỗi acid amin enzym Aromatase, acid amin liên quan Val370, Leu477, Val373, Phe134, Ile305 Và liên kết làm hoạt lực enzym - Trong phân tử Anastrozol có đặc biệt so với dẫn chất khác có diện nhóm dimethylpropionitril, nhóm có liên kết chặt chẽ với Ser478, vị trí hoạt động enzym - Sự diện nhóm triazol cho thấy gia tăng khả chế ngự không gian có hiệu liên kết bên vị trí hoạt động STS Do yếu tố mà Anastrozol chất dẫn có tính ức chế Aromatase Sulfatase mạnh so với chất dẫn khác chứng minh qua thử nghiệm in vivo - 1.2.4 So sánh hoạt tính Anastrozol với dẫn chất khác [5] Hoạt tính kháng ung thư Anastrozol nghiên cứu thử nghiệm in vivo tế bào JEG-3 với hoạt tính ức chế enzyme Aromatase Sulfatase 1.5 ± 0.5 nM < 10% Thử nghiệm lâm sàng chuột Wistar người ta đánh giá khả ức chế enzym Aromatase Sulfatase sau: % liver STS activity Percent Control ± s.e.m % plasma E2 levels 250 N N N NS X=OSO2NH2 N 200 NC CN N N 150 N N CN S N X CN S 100 X NS 70% ** 83% 50 98.5% 100% * PMSG-3hr Anastrozole 11 30 Treatment Hình 1.2.4: So sánh hoạt tính Anastrozol với dẫn chất khác -3- Như vậy, qua kết thực nghiệm người ta xác định khả ức chế enzym tốt Anastrozol với hoạt tính gan tìm thấy cao gần 160% mức độ E2 huyết tương thấp 1.3 Các quy trình tổng hợp Anastrozol nước giới Trên giới nay, tài liệu việc tổng hợp Anastrozol chủ yếu văn bảo hộ sản phẩm.[6]Có nhiều văn đăng ký phương pháp tổng hợp có khác biệt nhỏ số điều kiện phản ứng Tuy nhiên, đặc điểm chung phương pháp tổng hợp lại theo hai quy trình sau: quy trình đầu xuất phát từ mesitylen (Hình 1.3.1) quy trình thứ hai dùng chất xuất phát methyl 3,5dimethylbenzoat (Hình 1.3.2) CH3 CH3 KCN, TBAB NBS, BNO H3C CH3 Br CCl4 Br N CH3 brom hóa NaH, CH3I CN N N CH3 NC H2O, CH2Cl2 DMF NC CN NC CN K2CO3, ,DMF, RH Hình 1.3.1: quy trình tổng hợp Anastrozol từ mesitylen Trong chuỗi phản ứng này, nhóm metyl nhân mesitylen brom hóa việc dùng tác nhân brom hóa NBS với xúc tác BNO dung mơi CCl4 Hai nhóm cyano gắn vào phản ứng dị pha có tham gia xúc tác chuyển pha TBAB Phản ứng alkyl hóa với iodomethan tiếp cho ta nhánh dimethylpropionitril Gốc methyl cịn lại nhân thơmđược brom hóa theo chế gốc tự với tác nhân NBS hay sử dụng muối bromat kèm tác nhân oxy hóa Giai đoạn cuối cùng, phân tử tác dụng với muối natri triazol cho phân tử Anastrozol.Hiệu suất tồn phần quy trình nằm khoảng 19.5 % Nhược điểm quy trình việc sử dụng BNO peroxide bền, dễ gây nổ dung môi CCl4 vốn dung môi độc hại, khuyến cáo hạn chế tiếp xúc a) S K Saijansinh, P Gautam, H Hussain, S M Kumar, K J Shantilal, A V Kumar,US Patent2009, “Process for the Preparation of PureAnastrozole”,US2009221837 b) K Sajjansinh, S Manoj, K Singh, J Shantilal, K Virenda, K Agarwal, US Patent2009, US 20090247765 c)A Pontiroli et al, US Patent2009, “Purification Process for Anastrozole Intermediate” US 2009/0118517 A1 d) M Benes, Z Prosek, J Hykl, J Pis, US Patent 2008, “Process for Making Anastrozole”, US 2008/0076933 A1 e) H.-Y Hsieh, C.-P Wei, US Patent 2008, “Process for Preparation of Anastrozole” US 2008/0177081 A1 f)C Brainard et al Patent2007, WO 2007002722 g) K A Shahaji, J N Shriram, B S Bhaskar, US Patent 2006, US 2006189670 A1 20060824 h) M Schulze, K Stritzke, US Patent 2006, US 20060217569A1 -4- Ngoài ra, quy trình từ mesitylenkhá ngắn gọn giai đoạn brom hóa thứ hai gặp nhiều khó khăndoviệc tồn nhiều nhóm methyl cạnh tranh phản ứng Điều dẫn đến việc tạo nhiều sản phẩm phụ bất chấp diện tác nhân brom hóa chọn lọc hay chất xúc tác, hiệu suất trình brom hóa kháthấp Quy trình từ methyl 3,5-dimethylbenzoat ứng dụng nhằm khắc phục hạn chế COOCH3 COOCH3 NBS, BNO CCl4 H3C CH3 Br Br NaH, CH3I NC H2O, CH2Cl2 CN DMF COOCH3 N N CH2OH o LiBH4, t NC COOCH3 KCN, TBAB CN N SOCl2, Pyr NC CN NC K2CO3, ,DMF, triazol CN 10 Hình 1.3.2: quy trình tổng hợp Anastrozol từ methyl 3,5-dimethylbenzoat Các bước quy trình tổng hợp từ ester áp dụng tương tự quy trình với phản ứng brom hóa, cyano methyl hóa Sau hồn tất nhánh đối xứng vịng nhân thơm, nhóm ester khử LiBH4 trước clo hóa nhóm triazol để thu sản phẩm mong muốn Hiệu suất toàn phần quy trình nằm khoảng 15%, thấp quy trình từ mesitylen việc lập tinh chế sản phẩm brom hóa giai đoạn dễ dàng Quy trình khắc phục hạn chế phản ứng brom hóa giai đoạn dùng BNO CCl4 quy trình ban đầu Tại Việt Nam, nhóm tác giả viện dược liệu Hà Nội áp dụng quy trình tổng hợp xuất phát từ mesitylen để tổng hợp Anastrozol vào năm 2009 (Hình 1.3.3) KCN, DCM NBS, BPO Br DCE Br CN Br CN DCE N N NBS, BPO NC (n-Bu) 4NBr Mesitylen NC NaH, MeI N NC CN NNa DMF N N NC CN Anastrozol Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Xoan, Vũ Quang Hưng, Đặng Ngọc Bích,Tạp chí Dược liệu, 2009, 2, 136 -5- DMF Hình 1.3.3: quy trình tổng hợp Anastrozol tác giả Việt Nam Trong quy trình này, nhóm tác giả Việt Nam thay dung mơi CCl4trong phản ứng brom hóa dung mơi DCE, độc hại CCl4 Các bước cịn lại, nhóm nghiên cứu thực hồn tồn tương tự quy trình đăng tạp chí quốc tế bảo hộ văn sáng chế Hiệu suất tồn phần quy trình đạt % Quy trình bỏ CCl4 tiếp tục dùng BNO tác giả khác hiệu suất tồn phần quy trình thấp Từ quy trình trên, chúng tơi nhận thấy quy trình tổng hợp Anastrozol cải tiến cho kết khả quan hơn.Việc nâng cao hiệu suất gắn liền với nâng cao hiệu kinh tế yếu tố ưu tiên hàng đầu, đặc biệt cơng trình có khả ứng dụng sản xuất điều chế Anastrozol Đặc biệt ứng dụng kỹ thuật hóa học xanh việc sử dụng sóng siêu âm, vi sóng để cải tiến quy trình điều chế phân tử này, hy vọng tăng hiệu suất giảm thiểu thời gian, tác hại đến môi trường… nhằm hướng đến quy trình sản xuất tốt hơn, rẻ tiền ứng dụng Việt Nam -6- CHƯƠNG II NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP Các phản ứng hóa học thực phịng thí nghiệm Hóa Hữu Cơ – Khoa Dược ĐH Y Dược Tp HCM Các phản ứng siêu âm thực máy Ultrasonic Processor phịng thí nghiệm Hóa Hữu Cơ – Khoa Hóa – ĐH Khoa Học Tự Nhiên Tp HCM Các phản ứng điều kiện vi sóng tiến hành lị đơn cách Discover CEM phịng thí nghiệm Hóa Hữu Cơ – Khoa Hóa – ĐH Khoa Học Tự Nhiên Tp HCM Quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân đo máy Bruker 500 MHz Quang phổ hồng ngoại đo máy FTIR 8201 Shimazu TBAB, muối natri 1,2,4-triazol Merck sản xuất, độ tinh khiết 99% Các hóa chất dung mơi cịn lại Trung Quốc, độ tinh khiết > 95% 2.1 Tổng hợp phân tử mesitylen từ aceton [8] Cho 100.0 g (1.72 mol) aceton vào bình cầu -10 đến -15oC, cho cá từ vào khuấy.Pha 90 ml hỗn hợp acid H2SO4 đậm đặc PPAtheo tỉ lệ thể tích 10:1 cho từ từ vào bình phản ứng.Tiếp tục khuấy 2h sau cho hết acid vào (vẫn trì nhiệt độ thấp suốt thời gian khuấy) Chưng cất lôi nước thu lớp màu vàng nhạt trên.Tách lớp vàng nhạt bình lắng gạn rửa với nước sau rửa nước muối 10% thử giấy quỳ trung tính.Làm khan Na2SO4 khan, lọc thu lấy dịch lọc.Đem dung dịch sau rửa chưng cất áp suất giảm thu mesitylen (28.2 g, 41 %) nhiệt độ 120oC 2.2 Khảo sát phản ứng brom hóa mesitylen 2.2.1 Dùng tác chất Br2:[9] Trong bình cầu cổ, hòa tan mesitylen (6.00 g, 50 mmol) cyclohexan (150 ml).Cho brom (5.15 ml, 100 mmol) từ từ vào bình phản ứng bình nhỏ giọt nhiệt độ phịng, thấy nhạt màu brom tiếp tục cho thêm vào, đến hết Khi cho hết brom vào bình, tiếp tục khuấy nhiệt độ phòng vòng 3.5 hdưới ánh sáng đèn neon chiếu thẳng vào bình phản ứng.Đem hỗn hợp sau phản ứng rửa với dung dịch Na2SO3 10%, dung dịch NaHCO3 10%, nước muối bão hịa.Làm khan Na2SO4 khan Cơ quay đuổi dung môi kết tinh hỗn hợp thu ethanol, methanol, hỗn hợp dung môi như: EtOAc/n-hexan, isopropanol/toluen (9:1) để thu sản phẩm 3,5-dibromometyl toluen (6.66 g, 48 %) 2.2.2 Dùng tác nhânNBS [10] Cho mesitylen (0.60 g, mmol) vào bình cầu cổ, hịa tan dung môi acetonitril hay cloroform (5 ml) Cho hỗn hợp lên bếp, lắp hệ thống sinh hàn đun hồi lưu nhiệt độ R C Kimble, C Rai, J B Braun-Warth, “Preparation of mesytilene by dehydro-condensation of acetone”, 1966, US Patent, US 3267165 M Schulze, K Stritzke, “Process for side- chain bromination of alkylbenzenes”, 2006, US Patent, US 20060217569 A1 10 A S Khile, N S Joshi, S B Bhirud, “Process for the preparation of Anastrozole and intermediates”, 2006, US Patent, US 20060189670 A1 -7- sôi dung môi ChoNBS (1.89 g, 10.6 mmol) từ từ vào bình phản ứng (trong vịng 45 phút), cho hết NBS, tiếp tục khuấy nhiệt độ sôi dung môi thêm h ánh sáng đèn neon Đem hỗn hợp sau phản ứng rửa với dung dịch Na2SO3 10%, dung dịch NaHCO3 10%, nước muối bão hịa.Làm khan Na2SO4 khan Cơ quay đuổi dung mơi kết tinh hỗn hợp thu ethanol, methanol, hỗn hợp dung môi như: EtOAc/n-hexan; isopropanol/toluen (9:1) để thu sản phẩm 3,5-dibromometyl toluen 2.3 Khảo sát phản ứng cyano hóa 3,5-bis(bromomethyl)toluen Phản ứng khảo sát hai loại dung môi khác methanol hỗn hợp dicloramethan/nước Điều kiện phản ứng thay đổi việc nung nóng điều kiện thường, sau cải tiến phương pháp đun nóng lị vi sóng siêu âm 2.3.1 Phản ứng tiến hành hỗn hợp dung môi nước diclorometan 2.3.1.1 Điều kiện đun nóng bình thường Hịa tan 3,5-dibromometyl toluen (1.00 g, 3.6 mmol) diclorometan (3 ml) Cholần lượt KCN (0.94 g, 14.1 mmol), TBAB (0.09 g, 0.18 mmol) nước (1 ml) vào hỗn hợp phản ứng Khuấy mạnh 58 oC.Sau h, đem hỗn hợp sau phản ứng làm nguội tới nhiệt độ phòng.Thêm ml nước, thêm ml dicloromethan, chiết lấy pha hữu rửa với nước nước muối bão hòa làm khan Na2SO4 khan Lọc cô quay loại dung môi, kết tinh lại sản phẩm hỗn hợp dung môi: acetat etyl n-hexan để thu 0.15 g (45 % hiệu suất) sản phẩm hay tinh chế phương pháp sắc ký cột để thu 0.26 g (80 %) sản phẩm 2.3.1.2 Phản ứng có hỗ trợ vi sóng Cân 3,5-dibromometyl toluen (0.250 g, 0.9 mmol) vào ống nghiệm dành riêng cho tổng hợp vi sóng, cho diclorometan (0.75 ml) vào hịa tan hồn tồn Cho KCN (0.234 g, 3.6 mmol), TBAB (0.025 g, 0.05 mmol) nước (0.25 ml) vào hỗn hợp phản ứng.Cho cá từ vào, đậy nút chuyên dùng cho loại ống nghiệm này.Lắp ống nghiệm vào khe máy vi sóng Cài đặt thơng số thích hợp cho phản ứng bao gồm: công suất (power = 5W); nhiệt độ (Temp = 45 oC); thời gian đạt đến nhiệt độ mong muốn (Run time = min); thời gian thực phản ứng (Hold time = 15 min); áp suất (Pressure = 100); tốc độ khuấy trộn (Stir = HI); chế độ làm nguội ống nghiệm sau phản ứng (cooling = On).Chấm sắc ký theo dõi phản ứng đến nguyên liệu hết để nguội hỗn hợp tới nhiệt độ phòng Xử lý phản ứng để thu lấy sản phẩm thơ: rửa với nước nước muối bão hịa làm khan Na2SO4 khan Lọc cô quay loại dung môi thu sản phẩm thô Kết tinh sản phẩm hỗn hợp dung môi: etyl acetat n-hexan theo tỉ lệ thích hợp, tiến hành sắc ký cột để loại tạp Lưu ý: không nên cài đặt nhiệt độ sôi hỗn hợp tác động vi sóng nhiệt độ hỗn hợp ống nghiệm tăng nhanh gây nổ hệ thống.Công suất máy là: 5W; không nên cài đặt cao làm nhiệt độ tăng nhanh không kiểm sốt 2.3.1.3 Phản ứng có hỗ trợ sóng siêu âm Cân 3,5-dibromometyl toluen (1.00 g, 3.6 mmol) vào bình cầu cổ 50 ml, cho diclorometan (3 ml) vào hịa tan hồn tồn Cho KCN (0.59 g, 9.0 -8- mmol),TBAB(0.09 g, 0.2 mmol) nước (1 ml) vào hỗn hợp.Lắp hệ thống sinh hàn Lắp siêu âm vào bình phản ứng cho đầu siêu âm ngập hỗn hợp phản ứng Ngâm bình phản ứng becher có chứa nước để làm trì phản ứng nhiệt độ phịng, tránh làm tăng nhiệt độ có tác động sóng siêu âm.Cài đặt cường độ phát siêu âm là: 25 W/cm2 (Amplitude) ghi nhận công suất thiết bị – 7W (tại hình output Watts) Cài đặt thời gian phát sóng siêu âm 15 phút (Timer).Chấm sắc ký theo dõi phản ứng đến nguyên liệu hết ngưng phản ứng.Để nguội hỗn hợp tới nhiệt độ phòng Dừng phản ứng cách cho thêm nước, thu lấy pha hữu cơ, rửa với nước nước muối bão hòa làm khan Na2SO4 khan.Lọc cô quay loại dung môi.Kết tinh sản phẩm thô hỗn hợp dung môi: etyl acetat n-hexan theo tỉ lệ thích hợp Hoặc tiến hành sắc ký cột để loại tạp Sản phẩm thu 0.59 g (96 %) 2.3.2 Phản ứng tiến hành dung mơi methanol 2.3.2.1 Điều kiện đun nóng bình thường Cân 3,5-dibromometyl toluen (0.50 g, 1.8 mmol) vào bình cầu cổ, cho methanol (10 ml) vào hòa tan hồn tồn.Cân KCN (0.47 g, 7.2 mmol) cho vào bình lắc cho tan phần, cho tiếp TBAB(0.04 g, 0.1 mmol) vào Lắp hệ thống sinh hàn đun hồi lưu 68oC vòng h Chấm sắc ký theo dõi phản ứng đến nguyên liệu hết đem hỗn hợp làm nguội tới nhiệt độ phịng, quay loại methanol, cắn thu hịa tan diclorometan Thu lấy pha hữu rửa với nước nước muối bão hòa làm khan Na2SO4 khan Lọc cô quay loại dung môi Kết tinh sản phẩm hỗn hợp dung môi: etyl acetat n-hexan theo tỉ lệ thích hợp Hoặc tiến hành sắc ký cột để loại tạp 2.3.2.2 Phản ứng có hỗ trợ vi sóng Cân 3,5-dibromometyl toluen (0.25 g, 0.9 mmol) vào ống nghiệm dành riêng cho tổng hợp vi sóng, cho methanol (5 ml) vào hịa tan hồn tồn.Cân KCN (0.23 g, 3.6 mmol) cho vào ống tổng hợp, lắc cho tan phần cho tiếp TBAB(0.02 g, 0.05 mmol) vào.Cài đặt thông số thích hợp cho phản ứng bao gồm: cơng suất (power = 5W); nhiệt độ (Temp = 45 oC); thời gian đạt đến nhiệt độ mong muốn (Run time = min); thời gian thực phản ứng (Hold time = 15 min); áp suất (Pressure = 100); tốc độ khuấy trộn (Stir = HI); chế độ làm nguội ống nghiệm sau phản ứng (cooling = On) Đun hồi lưu 68oC vòng h.Đem hỗn hợp làm nguội tới nhiệt độ phịng, quay loại methanol, cắn thu hòa tan diclorometan.Thu lấy pha hữu rửa với nước nước muối bão hòa làm khan Na2SO4 khan.Lọc cô quay loại dung môi.Kết tinh sản phẩm hỗn hợp dung môi: etyl acetat n-hexan theo tỉ lệ thích hợp Hoặc tiến hành sắc ký cột để loại tạp 2.3.2.3 Phản ứng có hỗ trợ sóng siêu âm Cân 3,5-dibromometyl toluen (0.5 g, 1.8 mmol) vào bình cầu cổ, cho methanol (10 ml) vào hịa tan hồn tồn.Cân KCN (0.47 g, 7.2 mmol)cho vào bình lắc cho tan phần, cho tiếp TBAB(0.04 g, 0.1 mmol ) vào.Lắp siêu âm vào bình phản ứng cho đầu siêu âm ngập hỗn hợp phản ứng Ngâm bình phản ứng becher có chứa nước để làm trì phản ứng nhiệt độ phịng, tránh làm tăng nhiệt độ có tác động sóng siêu âm.Cài đặt cường độ phát siêu âm là: 25 W/cm2(Amplitude) -9- ghi nhận công suất thiết bị – 7W (tại hình output Watts) Cài đặt thời gian phát sóng siêu âm 15 phút (Timer) Chấm sắc ký theo dõi phản ứng đến nguyên liệu hết để nguội hỗn hợp tới nhiệt độ phòng Dừng phản ứng cách cho thêm nước, thu lấy pha hữu cơ, rửa với nước nước muối bão hòa làm khan Na2SO4 khan Lọc cô quay loại dung môi thu sản phẩm sau phản ứng.Kết tinh sản phẩm hỗn hợp dung mơi: etyl acetat n-hexan theo tỉ lệ thích hợp Hoặc tiến hành sắc ký cột để loại tạp 2.4.Phản ứng methyl hố Dung mơi DMF Merck làm khan cách đun hồi lưu với diện Na h chưng cất áp suất thấp Hòa tan (3-cyanomethyl-5-methylphenyl) acetonitril (1.03 g, mmol) DMF khan (40 ml) Hỗn hợp phản ứng đặt áp suất khí Argon 0oC.Cho từ từ NaH (0.58 g, 24 mmol) vào hỗn hợp phản ứng.Sau cho hết NaH, khuấy thêm 15 phút trước nhỏ từ từ giọt CH3I (1.6 ml, 152 mmol) vào bình phản ứng giữ nhiệt độ thấp.Tiếp tục khuấy nhiệt độ phòng vòng 14h.Pha lỗng hỗn hợp với lượng nước vừa đủ tan hồn toàn cắn Chiết pha hữu acetat ethyl, rửa pha hữu với nước nước muối bão hịa Làm khan quay loại dung mơi.Kết tinh lại n-hexan, thu sản phẩm kết tinh màu trắng (1.08 g, 82 %) 2.5 Khảo sát phản ứng brom hóa 2-[3-(cyano-dimethyl-methyl)-5-(methyl-phenyl)]2-methyl-propionitril 2.5.1.Phản ứng điều kiện thường: Hịa tan hợp chất 2-[3-(cyano-dimethyl-methyl)-5-(methyl-phenyl)]-2-methyl-propionitril (1.00 g, 4.4 mmol) acetat ethyl(40 ml) Khuấy NaBrO3(2.01 g, 13.3 mmol) cho tan hoàn tồn nước (10 ml), cho vào bình cầu Đặt hỗn hợp phản ứng 0oC.Hòa tan NaHSO3(1.38 g, 13.3 mmol) lượng nước vừa đủ tan (5 ml), sau cho vào phễu chiết hình trụ nhỏ từ từ vào bình phản ứng hết Ln đảm bảo nhiệt độ thấp cho hỗn hợp phản ứng lúc thêm NaHSO3 Khuấy thật mạnh để pha tiếp xúc với Sau nhỏ hết lượng NaHSO3 đem bình phản ứng khuấy nhiệt độ phịng vịng 14 h Chiết pha hữu cơ, rửa với dung dịch bão hồnNa2S2O3, sau rửa với nước, nước muối bão hịa, làm khan Na2SO4 khan.Dung mơi cô quay loại bỏ, thu cắn màu vàng đục Sắc ký cột với hệ dung môi n-hexan/acetat ethyl = : để thu 0.73 g (54 %) sản phẩm mong muốn 2.5.2 Phản ứng có hỗ trợ sóng siêu âm Hịa tan hợp chất 2-[3-(cyano-dimethyl-methyl)-5-(methyl-phenyl)]-2-methyl-propionitril (1.00 g, 4.43 mmol) acetat ethyl (40 ml) Khuấy NaBrO3 (2.01 g, 13.3 mmol) cho tan hoàn toàn nước (10 ml), cho vào bình cầu Đặt hỗn hợp phản ứng oC Hòa tan NaHSO3 (1.38 g, 13.3 mmol) lượng nước vừa đủ tan (5 ml), sau cho vào phễu chiết hình trụ nhỏ từ từ vào bình phản ứng hết Luôn đảm bảo nhiệt độ thấp cho hỗn hợp phản ứng lúc thêm NaHSO3 Sau nhỏ hết lượng NaHSO3, lấy cá từ ra.Lắp hệ thống sinh hàn.Lắp siêu âm vào bình phản ứng cho đầu siêu âm ngập hỗn hợp phản ứng.Cài đặt cường độ phát siêu âm là: 25 - 10 - - - (Phụ lục 2) B : 3,5-bis(bromomethyl) toluen Tinh thể màu trắng, mỏng Dễ tan dung môi : EtOAc, cloroform, diclororometan, aceton ; tan methanol ethanol SKLM: Phát vết sắc ký đèn UV, bước sóng 254 nm Nhiệt độ nóng chảy: 66- 67 oC Phổ 1H NMR : (500 MHz, CDCl3, δ ppm) : 7,26 (1H, s, ArH) ;7,21 (2H, s, ArH) ; 4,44 (4H, s, CH2-Br); 2,34 (3H, s, CH3) (Phụ lục 3) C : 1-(dibromomethyl)-3-(bromomethyl)-5-methyl benzen Tinh thể màu trắng Dễ tan dung môi : EtOAc, cloroform, diclororometan, aceton ; tan methanol ethanol SKLM: Phát vết sắc ký đèn UV, bước sóng 254 nm Nhiệt độ nóng chảy: 61 -62 oC Phổ 1H NMR : (500 MHz, CDCl3, δ ppm) : 7,34 – 7,32 (2H, m, ArH), 7,26 (1H, s, ArH), 6,60 (1H, s, CH-Br2), 3,73 (2H, s, CH2-Br), 2,39 (3H, s, CH3) (Phụ lục 4) Riêng sản phẩm B tinh chế phương pháp kết tinh 13.14 g hỗn hợp sau phản ứng hịa tan dung mơi ethanol tuyệt đối theo tỷ lệ 1: Sau có sản phẩm kết tinh becher, đem becher làm lạnh nhiệt độ khoảng 20oC để thúc đẩy nhanh trình kết tinh sản phẩm.Lọc sản phẩm kết tinh qua phễu Buchner áp suất thấp, rửa tinh thể lần, lần với 2ml ethanol làm lạnh Sấy khô sản phẩm tủ sấy chân không nhiệt độ 40oC 4h Cân sản phẩm thu sau sấy Tính hiệu suất phản ứng Chấm SKLM sơ kiểm tra độ tinh khiết sản phẩm kết tinh hệ dung môi: n-hexan : aceton = 25 : Lưu ý : Cần cho brom từ từ vào bình phản ứng, cho nhanh q phản ứng tính chọn lọc sản phẩm phụ tạo thành nhiều hơn, gây khó khăn việc kết tinh giai đoạn sau Sản phẩm tạo thành sau phản ứng có chất : 1-(dibromomethyl)- 3,5- dimethyl benzen có mùi đặc trưng, gây kích ứng mắt, da nên trình xử lý dịch sau phản ứng kết tinh sản phẩm cần đeo găng tay, trang kính bảo hộ Nhận xét:quy trình brom hóa khơng cải tiến nhiều mặt hiệu suất tồn sản phẩm phụ khác việc brom không chọn lọc so với quy trình tham khảo khác [6,7] thay đổi dung mơi CCl4 cyclohexan không cần dùng BNO làm xúc tác - 15 - 3.2.2 Tác nhân N-bromosuccinimid (NBS) Để nâng cao hiệu suất, han chế việc tạo sản phẩm phụ không mong muốn, tiến hành khảo sát phản ứng brom hóa với tác nhân NBS vốn coi tác nhân brom hóa chọn lọc Phản ứng giữamesitylen NBS tiến hành dung môi acetonitril hay cloroform NBS tan tốt loại dung môi nhiệt độ sôi chúng phù hợp với điều kiện NBS mesitylen Đun hồi lưu nhiệt độ sôi 89oC 72oC tương ứng với acetonitril vàcloroform.ChoNBS từ từ vào bình phản ứng, đến hết Thời gian cho NBS 45 phút.Phản ứng kết thúc sau thời gian 3h Kết : SKLM cho thấy phản ứng cho vết phản ứng sử dụng tác nhân brom nhiên không xuất vết sản phẩm 3,5-bis(bromomethyl) toluen mờ nhạt sản phẩm1-(dibromomethyl)-3,5-dimethyl benzen 1-(dibromomethyl)-3(bromomethyl)-5 methyl benzenlại lên rõ đậm Nhận xét : Thơng thường, phản ứng brom hóa với tác nhân NBS đạt hiệu suất cao có diện xúc tác nhằm gia tăng yếu tố lập thể hay chất khơi nguồn gốc tự βcyclodextrin[11], DBU [12], BNO[13] AIBN [14]…Tuy nhiên, chất đắt tiền cyclodextrin, AIBN dễ nổ, nguy hiểm BNO nên khảo sát phản ứng theo chiều hướng phản ứng xanh với xúc tác ánh sáng, nhiên từ kết thực nghiệm cho thấy cách sử dụng khơng có hiệu cho phản ứng Kết luận: - Phản ứng brom hóa tạo nhiều sản phẩm, lập sản phẩm 1-(dibromomethyl)-3,5-dimethyl benzen, 3,5-bis(bromomethyl) toluen 1-(dibromomethyl)-3-(bromomethyl)-5-methyl benzen với hiệu suất tương ứng 27 %, 48 % % - Phản ứng brom hóa -CH3 hợp chất thơm Br2 NBS dẫn đến hình thành nhóm – CHBr2 đặc biệt phản ứng cần tạo nhiều nhóm – CH2Br.Tuy nhiên, điều kiện xúc tác ánh sáng phản ứng với Br2 cho kết tốt với hiệu suất sản phẩm mong muốn 48 % - Kết đạt tốt với Br2 cyclohexan xúc tác ánh sáng Cải tiến phương pháp việc dùng dung môi xúc tác không độc hại với mơi trường nguy hiểm so với CCl4 BNO 11 a) M Narender, M S Reddy, K R Rao, Synthesis, 2004, 1741-1743 b) M Narender, M S Reddy, V P Kumar, B Srinivas, R Sridhar, Y V D Nageswar, K R Rao, Synthesis, 2007, 3469-3472 12 D A Mundal, K E Lutz, R J Thomson, Org Lett., 2009, 11, 465-468 13 H M Ma, Z Z Liu, S Z Chen, Chinese Chemical Letters, 2003, Vol 14, (No 4), pp 371 – 374, 14 N C Ganguly, P De S Dutta, Synthesis, 2005, 1103-1108 - 16 - 3.3.Khảo sát phản ứng cyano hóa 3,5-bis(bromomethyl) toluen 3.3.1 Phản ứng hỗn hợp dung môi nước diclorometan 3.3.1.1 Phản ứng điều kiện đun nóng bình thường Phản ứng nhóm cyano khảo sát điều kiện đun nóng thơng thường Phản ứng thực 3,5-dibromomethyl toluen vàKCN hệ dung môi diclorometan/nước với có mặt củaTBAB 58 oC Phản ứng kết thúc sau thời gian h Chấm SKLM theo dõi phản ứng hệ n-hexan : EtOAc = :1 đến nguyên liệu hết vết sản phẩm khơng có thay đổi ngưng Rf = 0,74 Rf = 0,42 Rf = 0,24 Hình 3.3.1: Kết SKLM dịch sau phản ứng hệ dung môi n-hexan : EtOAc = :1 Hình 3.3.1 : chấm nguyên liệu ; chấm chấm trùng nguyên liệu dịch sau phản ứng ; chấm dịch sau phản ứng Ta thấy dịch sau phản ứng có vết, vết có Rf = 0,42 vết tạp ; vết Rf = 0,24 vết sản phẩm (3-cyanometyl-5-metylphenyl)acetonitril Tinh chế sản phẩm: Đem hỗn hợp sau phản ứng làm lạnh tới nhiệt độ phịng.Thêm vào bình phản ứng lượng nước cất vừa đủ (2 ml) để hòa tan tủa trắng KBrbám bình Chuyển hỗn hợp phản ứng vào bình chiết lấy pha hữu Thêm vào bình chiết ml DCM Tiếp tục chiết lấy pha hữu Gộp chung pha hữu lại, rửa với ml nước, ml nước muối bão hòa làm khan Na2SO4 khan Lọc cô quay loại dung môi 45 oC, thu 0.70 g sản phẩm thô, dạng rắn có màu vàng nâu - 17 - Để thu sản phẩm tinh khiết, tiến hành theo cách : kết tinh hỗn hợp dung môi n-hexan/EtOAc sắc ký cột : - Phương pháp kết tinh:Cho sản phẩm thô vào EtOAc với lượng vừa đủ hịa tan cắn Sau nhỏ từ từ n- hexan vào hỗn hợp thấy xuất tủa lợn cợn Làm lạnh dịch hỗn hợp đá muối có nhiệt độ từ từ - đến oC Sau 1h thấy xuất tinh thể màu trắng ngà Làm lạnh đến -20 oCđể tăng cường trình kết tinh Sau 30 phút tiến hành lọc sản phẩm qua phễu Buchner áp suất thấp, rửa tinh thể lần, lần với 0,5ml hỗn hợp dung môi n-hexan : EtOAc (1 :1) làm lạnh Sấy khô sản phẩm tủ sấy chân không nhiệt độ 45oC 6h Kết :Khối lượng sản phẩm thu : 0.15 g (H = 45%) - Phương pháp sắc ký cột: Khối lượng sản phẩm thô dùng để chạy sắc ký cột : 0,35 g Lượng silicagel sử dụng : g Hệ dung môi chạy sắc ký : n-hexan : EtOAc = : Hứng riêng phân đoạn tương ứng với vết sản phẩm, đem cô quay loại dung môi thu sản phẩm (3-cyanometyl-5-metylphenyl)acetonitril Sấy sản phẩm tủ sấy chân không nhiệt độ 45 oC h Kết quả:Khối lượng sản phẩm thu được: 0.26 g (H = 80 %)  Phương pháp kết tinh cách tinh chế tốt mặt thời gian hao hụt dung môi lại sản phẩm nhiều phương pháp sắc ký cột Tính chất vật lý - Tinh thể màu trắng, dài - Dễ tan dung môi : EtOAc, cloroform, diclororometan, aceton ; tan methanol, ethanol, n-hexan, dietyl eter - SKLM: Phát vết sắc ký đèn UV, bước sóng 254 nm - Nhiệt độ nóng chảy : 75 – 77oC - Phổ IR (cm-1):2857- 2931(Ph), 2249 (CN) Trong phổ xuất đỉnh C≡N đặc trưng, khơng có diện đỉnh C-Br Như vậy, nhóm brom hồn tồn nhóm cyano (Phụ lục 5) - Phổ 1H NMR:(500 MHz, CDCl3), δ ppm : 7.12 (2H, s, ArH) ; 7.06 (1H, s, ArH) ; 3.71 (4H, s, CH2 ); 2.37 (3H, s, CH3) (Phụ lục 6) - Phổ 13CNMR: (125 MHz, CDCl3), δ ppm : 140.3 (qC(Ph)-CH3), 130.9 (qC(Ph)CH2), 128.4 (CH(Ph)), 124.6 (2 CH(Ph)), 117.6 (CN), 23.4 (CH2), 21.2 (CH3) (Phụ lục 7) - 18 - 3.3.1.2 Phản ứng có hỗ trợ vi sóng Phản ứng cho hiệu suất cao thời gian đun nóng dài Để rút ngắn thời gian phản ứng, tiến hành phản ứng điều kiện vi sóng Hỗn hợp chất 3,5-dibromometyl toluen, KCN TBAB hòa tan diclorometan/nước cho vào ống nghiệm chuyên dụng.Lắp ống nghiệm vào khe máy vi sóng Cài đặt thơng số thích hợp Chấm SKLM theo dõi phản ứng hệ n-hexan : EtOAc = :1 Sau 15 phút chiếu vi sóng điều kiện trên, vết nguyên liệu đầu (Rf = 0,89) đậm, vết sản phẩm (Rf = 0,32)rất mờ, phát chấm dịch sản phẩm đậm đặc xuất vết phía đậm (Rf = 0,70) vết phụ khác có Rf = 0,60; Rf = 0,38 (Hình 3.3.2) Tiếp tục chiếu vi sóng điều kiện thêm 45 phút thấy vết sản phẩm phụ xuất nhiều hơn, sản phẩm cần thu không xuất thêm, nên ngưng phản ứng Cô lập xác định cấu trúc sản phẩm có Rf = 0.32 phương pháp quang phổ, xác định sản phẩm cần tổng hợp Rf = 0,89 Rf = 0,70 Rf = 0,60 Rf = 0,38 Rf = 0,32 Hình 3.3.2: Kết SKLM hệ n-hexan: EtOAc = 3:1 Kết quả: Vi sóng khơng có tác dụng hỗ trợ thúc đẩy phản ứng gồm pha lỏng không đồng là: DCM nước, tạo nhiều sản phẩm phụ tương tác phân tử tác động vi sóng - 19 - 3.3.1.3 Phản ứng có hỗ trợ sóng siêu âm Với hệ dị pha, vi sóng khơng có tác dụng lớn việc hỗ trợ phản ứng nên chúng tơi tiến hành phương pháp phản ứng có hỗ trợ sóng siêu âm Hịa tan 1.00 g (3,6 mmol) 3,5-dibromometyl toluen vào ml DCM Cân 0,59 g (9 mmol) KCN cho vào bình, lắc khơng tan Cân tiếp 0,09 g (0,2 mmol) TBAB cuối cho 1ml nước vào Lắp hệ thống sinh hàn lắp siêu âm cho đầu siêu âm ngập hỗn hợp phản ứng Phản ứng kết thúc sau 15 phút.Tiến hành tinh chế sản phẩm thô sắc ký cột Kết quả: Khối lượng sản phẩm thu được: 0,59 g (H = 96 %) Sản phẩm định danh phương pháp vật lý hóa học nhiệt độ nóng chảy, SKLM, quang phổ IR, NMR cho kết tương tự sản phẩm cô lập phần 3.3.1.1 3.3.2 Phản ứng tiến hành dung mơi methanol Ngồi hệ dung mơi DCM/H2O, lựa hệ dung môi khác methanol nhằm hịa tan khơng ngun liệu đầu mà cịn hịa tan tương đối tác chất vơ để khảo sát phản ứng, đặc biệt phản ứng có hỗ trợ vi sóng 3.3.2.1 Phản ứng điều kiện đun nóng bình thường 3,5-dibromometyl toluen hịa tan methanol.KCN vàTBABlần lượt cho vào đun hồi lưu hỗn hợp 68 oC Phản ứng kết thúc sau 3h Tách sản phẩm (3-cyanometyl-5-metylphenyl) acetonitril sắc ký cột Hứng phân đoạn tương ứng với vết, đem cô quay loại dung môi thu chất tương ứng Sấy sản phẩm thu tủ sấy chân không nhiệt độ 40 oC Kết quả: Khối lượng sản phẩm thu được: 0,1818 g (H = 59,4 %) Sản phẩm định danh phương pháp vật lý hóa học nhiệt độ nóng chảy, SKLM, quang phổ IR, NMR cho kết tương tự sản phẩm cô lập phần 3.3.1.1 3.3.2.2 Phản ứng có hỗ trợ vi sóng 3,5-dibromometyl toluen,methanol, KCN TBABlần lượt cho vào ống nghiệm dành riêng cho tổng hợp vi sóng Cài đặt thơng số thích hợp cho phản ứng Phản ứng kết thúc sau 30 phút.Tách sản phẩm (3-cyanometyl-5-metyl-phenyl) acetonitril sắc ký cột Kết : Khối lượng sản phẩm thu được: 0,10 g (H = 65 %).Sản phẩm định danh phương pháp vật lý hóa học nhiệt độ nóng chảy, SKLM, quang phổ IR, NMR - 20 - 3.3.2.3 Phản ứng có hỗ trợ sóng siêu âm 3,5-dibromometyl toluen,methanol, KCN TBABlần lượt cho vào bình phản ứng Dưới tác dụng siêu âm, phản ứng kết thúc sau 1h Tách sản phẩm (3-cyanometyl-5metyl-phenyl) acetonitril sắc ký cột Kết : Khối lượng sản phẩm thu được: 0.25 g (H = 81 %).Sản phẩm định danh phương pháp vật lý hóa học nhiệt độ nóng chảy, SKLM, quang phổ IR, NMR cho kết tương tự sản phẩm cô lập phần 3.3.1.1 Kết khảo sát phản ứng cyano hóa 3,5-dibromomethyl toluen tóm tắt bảng sau: Bảng 1: Kết khảo sát ảnh hưởng dung môi, vi sóng, sóng siêu âm lên phản ứng cyano hóa 3,5-dibromomethyl toluen Dung môi (tỷ lệ) Điều kiện phản ứng Thời gian phản ứng (phút) Hiệu suất phản ứng (%) MeOH (~5ml/1mmol) DCM/H2O (~1 ml/1 mmol) Đun nóng Vi sóng Siêu âm Đun nóng Vi sóng Siêu âm 180 30 60 360 60 15 59 66 81 80 96 Nhận xét: - Dung môi methanol: giúp phản ứng diễn pha lỏng nhất, có tác dụngthay đổi hiệu suất điều kiện vi sóng.Tuy rút ngắn lần thời gian phản ứng so với phương pháp đun nóng thơng thường hiệu suất khơng tăng đáng kể điều kiện dung mơi đun nóng Ngoài ra, để làm tan hết chất, tỷ lệ thể tích methanol phải dùng nhiều - Hỗn hợp dung môi DCM/H2O: phản ứng dị pha với KCN chưa tan hết nước (do phản ứng sử dụng tỉ lệ KCN gấp lần số mol nguyên liệu 3,5dibromomethyl-toluen); pha lỏng không đồng tan DCM H2O Do khuấy trộn mạnh thúc đẩy phản ứng xảy tốt - Vi sóng: khơng có tác dụng hỗ trợ trường hợp hỗn hợp dung mơi DCM/H2O q trình phản ứng có sử dụng cá từ để tăng khả trộn lẫn pha Khi vi sóng tác động đến hỗn hợp bình phản ứng, phân tử phân cực nằm pha nước (kể phân tử nước) dao động nhanh nhiều so với phân tử nằm pha hữu Nước tăng nhiệt độ nhanh DCM Do phản ứng xảy bề mặt phân cách pha, nhiệt độ pha lại chênh lệch dẫn đến phản ứng diễn theo chiều hướng không - 21 - - - kiểm soát Kết sinh nhiều sản phẩm phụ sản phẩm mong muốn lại Sóng siêu âm: ta biết sóng siêu âm hữu dụng với phản ứng dị pha Vì hiệu suất phản ứng cao 96%, rút ngắn thời gian nhiều so với việc đun nóng thơng thường Lượng KCN sử dụng: giảm xuống trường hợp dùng siêu âm hỗ trợ (tỉ lệ KCN gấp 2,5 lần số mol nguyên liệu 3,5-dibromomethyl toluen) KCN chất gây nguy hiểm với môi trường, việc giảm sử dụng lượng KCN phản ứng có ý nghĩa lớn áp dụng quy mô công nghiệp Kết luận: Dung mơi thích hợp cho phản ứng: hỗn hợp DCM/ H2O Phản ứng thực tốt nhiệt độ phịng với hỗ trợ sóng siêu âm, phản ứng xảy 15 phút đạt hiệu suất 96 % Lượng KCN sử dụng gấp 2,5 lần so với số mol 3,5-dibromomethyl toluen  Phản ứng với hỗ trợ sóng siêu âm giúp giảm lượng tiêu thụ, tăng hiệu suất phản ứng, rút ngắn thời gian phản ứng, lượng KCN sử dụng So với tài liệu cơng bố, phương pháp có hiệu suất cao tương đương có ưu điểm thời gian phản ứng ngắn hơn, sử dụng tác chất KCN khơng cần gia nhiệt 3.4 Phản ứng methyl hóa (3-cyanomethyl-5-methylphenyl) acetonitril (3-cyanomethyl-5-methylphenyl) acetonitrilđược methyl hóa CH3I DMF khan với diện củaNaH vào bình phản ứng Phản ứng xảy nhiệt độ phòng 14h Chấm SKLM dịch sau phản ứng trình bày Hình 3.4 Trong : chấm nguyên liệu ; chấm chấm trùng nguyên liệu dịch sau phản ứng ; chấm dịch sau phản ứng Hình 3.4: Kết SKLM dịch sau phản ứng methyl hóa với hệ dung mơi n-hexan : EtOAc = 5: - 22 - Dịch sau phản ứng bị kéo thành vết dài có diện DMF Ta thấy hỗn hợp phản ứng sạch, sản phẩm sinh nguyên liệu đầu chưa phản ứng hết việc tạo anion khơng hồn tồn, điều lý giải mơi trường phản ứng khơng đạt điều kiện khan lý tưởng cần thiết cho phản ứng Tinh chế: Sau phản ứng kết thúc, hòa tan hỗn hợp với nước cất để loại NaH cịn dư Chuyển hỗn hợp sau phản ứng vào bình lắng gạn, chiết EtOAc (30ml) sau rửa với 30 ml H2O, 20 ml nước muối bão hòa Chuyển lớp hữu thu vào erlen, làm khan Na2SO4 khan Đem cô quay loại dung môi thu 1.30 g sản phẩm thô Sản phẩm thô kết tinh 25 ml n-hexan oC Lọc sản phẩm kết tinh qua phễu xốp áp suất chân không, sấy khô tủ hút chân không 40oC Kết quả:Khối lượng sản phẩm tinh khiết thu được: 1,08 g (H = 82 %) Tính chất vật lý: - Tinh màu trắng, mịn - Dễ tan dung môi : EtOAc, cloroform, diclorometan, aceton ; tan n-hexan - SKLM: phát hiệnbằng đèn UV, bước sóng 254 nm - Nhiệt độ nóng chảy: 129-130 oC - Phổ IR (cm-1): 2873 - 2983 (Ph), 2237 (CN) (Phụ lục 8) - Phổ 1H NMR(500 MHz, CDCl3, δ ppm) : 7,33 (1H, m, ArH), 7,25 (2H, m, ArH),2,40 (3H, d, J = Hz,CH3-Ar), 1,73 (12H, s, CH3) (Phụ lục 9) - Phổ 13C NMR (125 MHz, CDCl3, δ ppm) : 142,3 (qC-Ph), 139,6 (qC-Ph), 125,5 (CH-Ph), 124,3 (CN), 118,7 (CH-Ph), 37,2 (qC), 29,3, 29.2 (4 CH3), 21,6 (CH3) - (Phụ lục 10) Lưu ý: - NaH dễ hút ẩm tạo NaOH làm vai trò chất xúc tác tách proton ngăn cản phản ứng xảy Do đó: phản ứng phải thực mơi trường khan hoàn toàn, việc chưng cất DMF trước phản ứng, cần phải sấy chân không tác chất trước thực phản ứng sử dụng khí Argon tạo môi trường trơ - Giai đoạn cho NaH tạo anion có tỏa nhiệt nên phải làm lạnh bình phản ứng tránh làm phân hủy muối tạo thành - Khi tinh chế cho nước vào để phá hủy NaH cịn dư tạo nhiệt phải làm lạnh bình phản ứng nhằm tránh hư sản phẩm - Khi kết tinh phải làm lạnh n-hexan, nhỏ từ từ n-hexan vừa đủ để kết tinh hoàn tồn Kết luận:Phản ứng methyl hóa với tác chất NaH CH3I diễn 14 h đạt hiệu suất cao 82 % - 23 - 3.5 Khảo sát phản ứng brom hóa 2-[3-(cyano-dimethyl-methyl)-5-(methylphenyl)]-2-methyl-propionitril 3.5.1 Điều kiện nhiệt độ phịng Phản ứng brom hóa nhóm methyl cịn lại nhân thơm đặt vấn đề chọn lọc có diện nhóm methyl đưa vào từ phản ứng Phản ứng khảo sát cách chohợp chất tetramethyl tác dụng với hỗn hợp NaBrO3vàNaHSO3 hệ dung môi ethyl acetat nước vừa đủ tan nhiệt độ phòng.Thời gian phản ứng xảy hoàn toàn 14h Chấm SKLM sản phẩm thơ (Hình 3.5) Trong đó: chấm nguyên liệu; chấm chấm trùng nguyên liệu dịch sau phản ứng; chấm dịch sau phản ứng Hình 3.5 :Kết SKLM sản phẩm thơ phản ứng brom hóa hợp chất tetramethyl với hệ dung môi n-hexan : EtOAc = 2: Tinh chế: Tiến hành tinh chế sản phẩm thô sắc ký cột Sau phân tích số vật lý, quang phổ, xác định sản phẩm monobrom hóa nhóm methyl nhân thơm vết sản phẩm có Rf = 0,46 Kết : Khối lượng sản phẩm thu : 0,73 g (H = 54 %) Tính chất vật lý: - Dạng rắn, màu vàng nhạt Dễ tan dung môi : EtOAc; tan n-hexan SKLM: Phát đèn UV, bước sóng 254 nm Nhiệt độ nóng chảy: 98 – 100 oC - 24 - - - Phổ IR (cm -1):2851- 2978 (C-H Ph), 2235(C≡N),1215(C-Br) (Phụ lục 11) Phổ 1HNMR:(500 MHz, CDCl3, δ ppm): 7,48 (1H, d, J = 1,5 Hz, ArH),7,46 (2H, d, J = 1,5 Hz, ArH), 4.50 (2H, s, CH2-Br) ; 1,78, 1,76 (12H, 2s, CH3) (Phụ lục 12) Phổ13CNMR (125 MHz, CDCl3, δ ppm): 143,1 (qC-Ph), 139,6 (qC-Ph), 125,4 (CH-Ph), 123,9 (CN), 121,9 (CH-Ph), 37,3 (CH2-Br), 32,3 (qC), 29,1(CH3), 29,0 (CH3) (Phụ lục 13) 3.5.2 Phản ứng có hỗ trợ sóng siêu âm: Phản ứng sinh sản phẩm phụ thời gian phản ứng dài Do phản ứng dị pha nên tiến hành khảo sát điều kiện sóng siêu âm nhằm tăng hiệu suất giảm thời gian phản ứng Với tỉ lệ nguyên liệu tương tự, hỗn hợp phản ứng đặt hỗ trợ sóng siêu âm Phản ứng kết thúc sau h cho sản phẩm thô dạng cắn màu vàng đục Sản phẩm thô tinh chế phương pháp kết tinh Kết quả: Khối lượng sản phẩm thu được: 1,23 g (H = 90 %) Sản phẩm định danh phương pháp vật lý hóa học nhiệt độ nóng chảy, SKLM, quang phổ IR, NMR cho kết tương tự sản phẩm cô lập phần 3.5.1 Lưu ý: - - Đây phản ứng oxy hóa với NaBrO3 chất oxy hóa cịn NaHSO3 chất khử Cả hai chất có vai trị tạo brom tự tham gia phản ứng nguyên liệu Vì phản ứng oxy hóa nên phải cho tác chất vào từ từ để phản ứng xảy không mãnh liệt, để gốc brom tự tạo thành vừa đủ phản ứng chọn lọc lên nhóm CH3 gắn với nhân thơm, không tạo thành sản phẩm phụ dibrom, tribrom Đồng thời, phải làm lạnh tránh phản ứng có tỏa nhiệt, nhiệt độ cao phân hủy chất tạo thành Phản ứng cần phải khuấy thật mạnh để pha hữu pha nước tiếp xúc với giúp cho phản ứng xảy dễ dàng Kết luận: Phản ứng brom hóa dị pha hỗn hợp NaBrO3/NaHSO3được cải tiến điều kiện có hỗ trợ sóng siêu âm Thời gian phản ứng rút ngắn hiệu suất tăng cao Do phản ứng dị pha nên sóng siêu âm khơng có tác dụng tăng hiệu suất cho phản ứng cách đáng kể (90 % so với 54 %) mà giảm thời gian phản ứng đến 14 lần (1h so với 14 h) 3.6 Phản ứng 1,2,4-triazol tạo Anastrozol Phản ứng nhóm trizol thực điều kiện khan, áp suất khí Argontrong DMF khan 24h Sau xử lý thu 1,59 g sản phẩm thơ - 25 - Chấm SKLM sản phẩm thơ (Hình 3.6) Trong đó: chấm nguyên liệu; chấm chấm trùng nguyên liệu dịch sau phản ứng; chấm dịch sau phản ứng Hình 3.6: Kết SKLM sản phẩm thơ sau gắn nhóm triazol với hệ dung môi EtOAc Đem tinh chế phương pháp kết tinh lại Kết quả: Khối lượng sản phẩm thu được: 0,94 g (H = 80%) Tính chất vật lý: - - Bột trắng mịn Tan nhiều methanol, aceton, ethanol, THF Tan DCM, cloroform, EtOAc Gần không tan n-hexan SKLM: Phát vết đèn UV, bước sóng 254 nm Phổ 1H NMR (500 MHz, DMSO, δ ppm): 8,71 (1H, s, CH=N), 8,02 (1H, s, CH=N), 7,58 (1H, d, J = Hz, ArH), 7,45 (2H, d, J = Hz, ArH), 5,51 (2H, s, CH2), 1,70 (12H, s, CH3) (Phụ lục 14) Phổ 13C NMR (125 MHz, DMSO, δ ppm): 151,8 (CH=N), 144,4 (CH=N), 142,7(qC Ph), 137,7 (qCPh), 124,3 (CH Ph), 124,2 (CH Ph), 121,5 (CN), 51,8 (CH2), 28,2 (CH3) (Phụ lục 15) Nhận xét - Phản ứng thực môi trường khan nên yêu cầu tác chất dung mơi phải khan nước hồn tồn - 26 - - Sử dụng muối 1,2,4-triazol natri thay sử dụng 1,2,4-triazol tránh tạo đồng phâniso-triazol Khi cho 1,2,4-triazol natri vào phải làm lạnh bình có tỏa nhiệt nhiệt độ cao làm phân hủy muối tạo thành làm phản ứng xảy hay tạo tạp Sau lập sản phẩm ngồi Anastrozol thu hồi nguyên liệu ban đầu chưa phản ứng hết Kết luận: Anastrozol tạo qua phản ứng nhóm triazol sản phẩm brom hóa nhóm methyl với hiệu suất tương đối cao 80 %.Tuy phản ứng chưa hồn tồn, cịn nguyên liệu ban đầu điều kiện khan nước chưa tuyệt đối phản ứng tạo sản phẩm nhất, khơng có đồng phân, hỗn hợp phản ứng sạch, tạo điều kiện dễ dàng cho việc kết tinh - 27 - CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Như vậy, phân tử Anastrozol tạo thành qua chuỗi phản ứng gồm tổng cộng bước từ nguyên liệu rẻ tiền ban đầu aceton (Hình 4) CH3 CH3 O 0oC KCN, TBAB Br2, hυ H2SO4, PPA H3C CH3 Br cyclohexan Br H2O/CH2Cl2 siêu âm Br CH3 CH3 NaBrO / NaHSO3 NaH, CH3I NC CN NC DMF khan CN NC CN EtOAc/ H2O, siêu âm N N N 1,2,4-triazol natri DMF khan NC CN Hình 4: Tóm tắt quy trình tổng hợp Anastrozol Hiệu suất toàn phần chuỗi phản ứng 11,2 % So với quy trình trước đây, chúng tơi có cải tiến rõ rệt sau: - - - Phản ứng brom hóa phân tử mesitylen sử dụng tác nhân brom lỏng cyclohexan, điều kiện xúc tác ánh sáng không nâng caođược hiệu suất quy trình bỏ qua việc dùng CCl4 BNO tác nhân ghi nhận độc hại Phản ứng cyano hóa hợp chất dibromo cải tiến hỗ trợ sóng siêu âm Việc áp dụng quy trình cho phép phản ứng xảy 15 phút nhiệt độ phịng thay đun nóng quy trình cũ Hiệu suất đạt cao tương ứng với trình nước ngồi [6] cao so với quy trình áp dụng cơng bố Việt Nam [7] Ngồi ra, lượng KCN sử dụng trường hợp giảm đáng kể so với điều kiện đun nóng bình thường (2,5 lần số mol so với lần số mol) Phản ứng brom hóa hợp chất tetramethyl hỗn hợp NaBrO3/NaHSO3 môi trường dị pha cải tiến hỗ trợ sóng siêu âm Tương tự phản ứng cyano hóa trên, với phương pháp này, thời gian phản ứng rút ngắn h thay 24h Hiệu suất thu lên đến 90 % - 28 - - Anastrozol tạo qua phản ứng nhóm triazol sản phẩm với hiệu suất tương đối cao 80 % Việc dùng muối natri 1,2,4-triazol giúp phản ứng tạo sản phẩm nhất, không sinh đồng phân iso-triazol Độ tinh khiết Anastrozol xác định qua phổ NMR lên đến 95 % So sánh với quy trình trước hiệu suất quy trình cao nhiều lần chúng tơi cải tiến ba phản ứng phản ứng brom hóa mesitylen đặc biệt làhai phản ứng dị pha: phản ứng cyano hóa phản ứng brom hóa trước gắn nhóm triazol Hai phản ứng cuối áp dụng phương pháp hỗ trợ sóng siêu âm khơng tăng hiệu suất mà cịn giảm thời gian phản ứng, giảm lượng độc chất KCN cần dùng Kết khảo sát hứa hẹn nhiều thuận lợi ứng dụng quy mô công nghiệp khikhông cần gia nhiệt hỗ trợ sóng siêu âm Điều giúp giảm bớt nhiều lượng tiêu thụ Lượng KCN sử dụng so với phương pháp thơng thường có ý nghĩa lớn mặt kinh tế ảnh hưởng đến môi trường Với lý trên, tin việc khảo sát quy trình quy mơ pilot hay quy mô sản xuất hứa hẹn nhiều kết tốt, làm tiền đề cho việc đưa quy trình thí nghiệm vào thực tế Việt Nam, góp phần phát triển ngành cơng nghiệp Dược nước ta Ngồi việc khảo sát dẫn xuất khác phân tử Anastrozol đáng quan tâm - 29 -