Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và bào chế kem Diethyltoluamid.
TỔNG QUAN
TỔNG QUAN VỀ DIETHYLTOLUAMID
1.1.1 Công thức cấu tạo, tên khoa học
CH 3 Hình 1.1 Cấu trúc hóa học của DEET
*Nguồn : theo The Merck Index Thirteenth Edition [9]
- Công thức phân tử: C12H17NO
- Tên khoa học: N,N-Diethyl-3-methylbenzamid
- Tên khác: N,N-diethyl-m-toluamid, DEET, m-DETA, M-Det
- Chất lỏng không màu hoặc màu vàng nhạt, mùi thơm nhẹ.
- Độ tan của DEET trong nước 912 mg/L ở nhiệt độ 25 o C
- Tan trong ethanol, n-hexan, acetonitril, methanol, diclomethan…[9]
Bảng 1.1 Chỉ tiêu chất lượng của DEET theo dược điển Mỹ USP 41
Chỉ tiêu Yêu cầu chất lượng
Tính chất Chất lỏng không màu hoặc màu vàng nhạt
Chỉ số khúc xạ 1,520-1,524 Định tính Phổ IR: phổ hồng ngoại của sản phẩm phải phù hợp với phổ hồng ngoại của chất chuẩn Hàm lượng nước ≤ 0,5%
Giới hạn acid ≤4,0 ml NaOH 0,01N (để trung hòa dung dịch 10,0 g chế phẩm/50 ml EtOH) Độ tinh khiết Chứa tối thiểu 95% đồng phân meta của diethyltoluamid Định lượng Hàm lượng DEET phải đạt từ 95,0% đến 103,0% tính trên sản phẩm đã làm khan
- Theo một số nghiên cứu, DEET làm xáo trộn chức năng của các thụ thể trong râu của muỗi [3] Cụ thể, DEET ngăn chặn các thụ thể khứu giác của muỗi đối với hợp chất 1-octen-3-ol (là một chất trong mồ hôi và hơi thở của con người) Cơ chế này cho rằng việc phong tỏa các giác quan của côn trùng đối với thụ thể 1-octen-3-ol và ngăn chặn sự cắn/đốt của chúng đối với con người Nhiều bằng chứng gần đây cho thấy DEET đóng vai trò là chất xua đuổi do muỗi nhạy cảm hay không ưa mùi hóa chất [11], [12].
- Một nghiên cứu năm 2013 cho thấy muỗi có thể tạm thời thích nghi với tác dụng của DEET, ban đầu sau khi tiếp xúc muỗi thể hiện sự thay đổi hành vi không di truyền Quan sát này có ý nghĩa quan trọng đối với cách đánh giá hiệu quả của thuốc chống côn trùng [13].
Bảng 1.2 Thời gian bảo vệ và nồng độ khác nhau của DEET
Nồng độ của DEET (%) Thời gian bảo vệ (giờ)
- Hầu hết các sản phẩm chứa diethyltoluamid (DEET) được sử dụng dưới dạng chất lỏng để bôi ngoài da nhằm xua muỗi Do đó, tác dụng tại chỗ là con đường phổ biến nhất.
- Trong một nghiên cứu, khoảng 16,71% diethyltoluamid đã được hấp thu vào tuần hoàn sau khi bụi 4 àg/cm 2 trờn da nguyờn vẹn, vựng cẳng tay của
- Trong một nghiên cứu khác sử dụng dung dịch diethyltoluamid 50%, khoảng 50% DEET được hấp thu trong vòng 6 giờ sau khi bôi 1 ml dung dịch [16].
- Những yếu tố có thể ảnh hưởng đến mức độ hấp thu toàn thân và nguy cơ độc tính của diethyltoluamid là: lượng thuốc chống côn trùng được sử dụng, nồng độ của diethyltoluamid trong thuốc chống côn trùng, bôi thuốc vào da bị tổn thương và việc che phủ kín trên khu vực áp dụng thuốc chống côn trùng [16]
- Sau 6 giờ, khoảng 9%-56% DEET hấp thu qua da, đi vào hệ tuần hoàn gây tác dụng toàn thân Nếu sử dụng DEET qua đường uống do cố ý hay vô ý, nồng độ đỉnh trong huyết tương cao hơn nhiều và đạt được trong vòng 1 giờ [3], [16].
DEET phân bố vào hệ tuần hoàn được nghiên cứu ở động vật sau khi tiêm dưới da và tĩnh mạch Khi tiêm dưới da liều DEET chứa đồng vị phóng xạ C14 với hàm lượng 100 mg/Kg trên chuột Kết quả cho thấy, nồng độ đỉnh trong huyết tương đạt được sau 1 giờ và thải trừ hoàn toàn khỏi máu trong 2-3 ngày Nhóm động vật sử dụng [ 14 C] DEET bằng đường uống so với nhóm động vật được sử dụng bôi ngoài da, trong cả hai trường hợp các mô có dư lượng [ 14 C] luôn cao hơn huyết tương là gan, thận và mỡ Khi tiêm tĩnh mạch trên thỏ và chó, kết quả cho thấy nồng độ đỉnh trong huyết tương đạt được chỉ sau 15 phút và thời gian bán thải là 35 phút đối với chó, 30 phút đối với thỏ [14].
* Chuyển hóa và thải trừ
- Phân tích HPLC nước tiểu trong giai đoạn chuyển hóa, thải trừ (ADME) của chuột sau khi uống cho thấy DEET được chuyển hóa hoàn toàn, với ít hoặc không có hợp chất ban đầu Hai chất chuyển hóa chính được xác định bằng phương pháp phổ khối Trong cả hai chất chuyển hóa, nhóm thế methyl thơm trong phân tử DEET bị oxy hóa thành một acid carboxylic Một trong hai chất chuyển hóa cũng bị N-dealkyl hóa một nhóm thế ethyl của nhóm amid [17].
- Đối với nhóm động vật dùng theo đường bôi ngoài da, khoảng 50% liều hấp thu của DEET được tìm thấy trong nước tiểu và 4-7% được tìm thấy trong phân Thời gian bán thải của diethyltoluamid (DEET) được ghi nhận là khoảng 2,5 giờ [3], [16], [17], [18].
1.1.6 Chỉ định, chống chỉ định, liều dùng, tác dụng không mong muốn
* Chỉ định: Diethyltoluamid là một thành phần hoạt chất chủ yếu được chỉ định là thuốc chống côn trùng, sử dụng để đẩy lùi các loài côn trùng cắn như muỗi và ve Các sản phẩm có chứa DEET hiện có sẵn cho trong nhiều loại chất lỏng, nước thơm, thuốc xịt và các vật liệu tẩm như chăn, màn [4].
* Chống chỉ định: Các trường hợp vết cắt, vết thương hoặc da bị kích thích Không sử dụng cho tay, miệng hoặc mặt của trẻ nhỏ [4].
* Liều dùng: Các sản phẩm chứa DEET chỉ được sử dụng bên ngoài, bôi hoặc xịt lên vùng da bị phơi nhiễm Nồng độ của diethyltoluamid trong các chế phẩm sử dụng cho trẻ em phải thấp hơn 30% [3].
* Tác dụng không mong muốn:
- Mặc dù hiệu quả của DEET liên quan đến việc sử dụng tại chỗ, nhưng tác dụng phụ lại xảy ra toàn thân do DEET được hấp thụ vào máu [3].
- Khi dùng ở nồng độ cao thuốc gây tác dụng phụ tiềm ẩn đặc biệt là hạ huyết áp, co giật, hôn mê, có thể tử vong nếu nồng độ trong huyết thanh là 1 mmol/L (khi sử dụng qua đường tiêu hóa hoặc bôi ngoài da với nồng độ cao). Rối loạn tâm thần và viêm da khi tiếp xúc [3].
Với những tác dụng không mong muốn khi sử dụng sản phẩm chứa DEET nên luận án được tiến hành với mục tiêu là từ nguyên liệu tổng hợp được sẽ bào chế ra dạng kem bôi trên da có khả năng thấm hạn chế qua da nhưng vẫn lưu trữ trong da để phát huy tác dụng và tránh bị rửa trôi Do thời gian tác dụng liên quan đến nồng độ thuốc thì giữa nồng độ 15% và 30% cách biệt nhau không đáng kể [3] Bên cạnh đó, việc sử dụng nồng độ 15% cũng giảm lượng hoạt chất DEET được hấp thu qua da vào hệ thống tuần hoàn so với khi sử dụng nồng độ 30% Chính vì vậy, đề tài lựa chọn thăm dò công thức bào chế từ 15% để sử dụng được cho cả người lớn và trẻ em
1.1.7 Một số sản phẩm chứa DEET trên thị trường
Việc sử dụng các sản phẩm chứa DEET để xua đuổi côn trùng là một xu hướng phổ biến, có vai trò quan trọng trong việc xua đuổi và phòng chống các bệnh truyền nhiễm do côn trùng Hiện nay, trên thị trường có thể kể đến một số sản phẩm được bào chế dưới các dạng khác nhau được trình bày ở bảng 1.3.
Bảng 1.3 Một số chế phẩm chứa DEET trên thị trường
DEET Dạng bào chế Hãng
2 Remos 15% Kem, dung dịch Rotho, Việt Nam
3 Skin vape 10% Dung dịch Fumakilla
CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP AMID
Có rất nhiều phương pháp tổng hợp amid được công bố đi từ nhiều nguyên liệu đầu vào khác nhau Sau đây là một số phương pháp nghiên cứu đã được sử dụng để tổng hợp amid Trong đó có thể liệt kê 3 hướng chính:
- Phản ứng loại nước của muối amoni tạo bởi acid carboxylic và amin
- Phản ứng hoạt hóa nhóm carbonyl, sau đó phản ứng với amin tạo amid
- Phản ứng hoạt hóa nhóm amin, sau đó phản ứng với acid carboxylic tạo amid
Trong nội dung của luận án tập trung vào hướng thứ 2 là hoạt hóa nhóm carbonyl Đây là phương pháp đơn giản và hiệu quả nhất trong tổng hợp amid Phản ứng acyl hóa các amoniac, amin bậc một hoặc bậc hai với một acid carboxylic đã hoạt hoá thông qua phản ứng thế SN2 Khả năng phản ứng của tác nhân acyl hóa phụ thuộc vào tính acid của HX, và do đó thứ tự phản ứng được sắp xếp: RCOX > (RCO)2O > RCON3 > RCO2R > RCONH2. Tốc độ phản ứng tăng khi tính ái nhân của amin cao cũng như có xúc tác base hay acid [19].
Hình 1.2 Phương pháp tổng hợp amid đi từ dẫn chất acid carboxylic đã được hoạt hóa và amin bậc 2
1.2.1 Tạo acid clorid từ acid carboxylic
Phản ứng dễ dàng thực hiện bằng phương pháp sử dụng thionyl clorid trong DMF hoặc bằng muối dicyclohexylamoni của acid carboxylic , Các phương pháp hoạt hóa khác bao gồm sử dụng cyanuric clorid hoặc triphenylphosphin/tetracloromethan ,
Hình 1.3 Tổng hợp amid đi từ acid carboxylic qua halogenid acid carboxylic
Ví dụ: hỗn hợp ban đầu có cyanuric clorid trong aceton, cho thêm acid carboxylic và triethylamin sẽ nhanh chóng tạo ra một dẫn chất acid clorid [23].
1.2.2 Tạo anhydrid từ acid carboxylic
Anhydrid acid carboxylic là tác nhân hữu ích để acyl hóa amin tạo amid
* Anhydrid nội phân tử Ưu điểm của phương pháp tổng hợp peptid sử dụng -amino-N- carboxylic anhydrid (NCA) và -amino-N-thiocarboxylic (NTA) là sự đơn giản Sử dụng NCA hay NTA đều thu được amid với hiệu suất trung bình đến cao với độ tinh khiết trên 98% [19].
Hình 1.4 Sơ đồ tổng hợp peptid sử dụng α-amino-N-carboxylic anhydrid
* Anhydrid đối xứng và bất đối xứng
Phản ứng của phosgen với các amino acid được bảo vệ tạo ra các anhydrid đối xứng, sau khi khử hóa và giải phóng carbon dioxid tạo nên chuỗi peptid Gần đây, các amino acid anhydrid đối xứng đã được nghiên cứu tổng hợp bởi các carbodiimid như DCC , carbodiimid tan trong nước và diisopropylcarbodiimid
Hình 1.5 Sơ đồ tổng hợp anhydrid đối xứng
* Hỗn hợp anhydrid từ C-acid
Hỗn hợp các anhydrid của ester (có một gốc acid carboxylic) chứa một nhóm carbonyl hoạt hóa có tính chất giảm thu nhận điện tích và nhanh chóng bị amid hóa bởi các amin Anhydrid được tạo thành ở nhiệt độ thấp với sự có mặt của các amin bậc ba.
Hình 1.6 Sơ đồ tổng hợp amid thông qua tạo dẫn chất anhydrid
Isobutyl cloroformat được sử dụng thường xuyên nhất trong hóa học tổng hợp peptid, sau đó là ethyl cloroformat Ưu điểm của phương pháp này là hỗn hợp anhydrid không cần phải phân lập và trong quá trình phản ứng chỉ tạo thành monocarboxyl-monoeste, phân hủy thành rượu và khí carbonic. Bảng 1.4 Tổng hợp amid từ hỗn hợp anhydrid sử dụng tác nhân là các dẫn chất cloroformat
Ví dụ: Năm 1988, N Leo Benoiton cùng cộng sự đã đưa ra phương pháp chung để tổng hợp peptid có sử dụng isopropyl cloroformat làm tác nhân tạo anhydrid hỗn tạp như sau [34]:
Fmoc-amino-acid isopropyl cloroformat Fmoc-Phe-O-COOiPr
Hỗn hợp phản ứng gồm acid Fmoc-amino-acid (Leu, Ileu, Val, Phe) và
N-methylpiperidin vào trong DCM ở 0 o C có chứa isopropyl cloroformat, sau đó khuấy trộn trong 2 phút Tiếp theo, hỗn hợp phản ứng được rửa bằng acid citric loãng lạnh, NaHCO3 khan, nước và cuối cùng loại nước bằng MgSO4 khan Để hỗn hợp phản ứng về nhiệt độ phòng và cô quay thu hồi sản phẩm. Kết tinh trong dicloromethan, thu được Fmoc-Phe-O-COOiPr
Carbodiimid là tác nhân nối chính trong tổng hợp peptid và được sử dụng cả trong tổng hợp pha rắn (bảng 1.5).
Bảng 1.5 Tổng hợp amid từ hỗn hợp anhydrid: Sử dụng các C-acid
Ví dụ: Carbobenzoxyglycyl-L-phenylalanin phản ứng với ethyl glycinat và một lượng nhỏ tinh thể N,N'-dicyclohexylcarbodiimid trong dung dịch tetrahydrofuran Sau đó, thêm vài giọt acid acetic vào hỗn hợp phản ứng, khuấy trong 4 giờ ở nhiệt độ phòng
* Hỗn hợp anhydrid từ S-acid
Hoạt hóa các acid carboxylic béo và thơm bằng dẫn xuất acid sulfuric thu được các amid (Bảng 1.6) Sulfuryl clorid fluorid và amin bậc 1 hoặc clorosulfonyl isocyanat và amin bậc 2 được sử dụng làm tác nhân phản ứng , Phương pháp hoạt hóa này tạo ra các phản ứng phụ không mong muốn (như sự hình thành nitril và quá trình racemic hóa)
Bảng 1.6 Tổng hợp amid từ hỗn hợp anhydrid: Sử dụng các S-acid
Sulfuryl clorid fluorid SO 2 ClF
2-Mesitylensulfonyl clorid SO 2 Cl p-Toluensulfonyl clorid SO 2 Cl
* Hỗn hợp anhydrid từ P-acid
Trong những năm gần đây, các tác nhân phospho hữu cơ đã được chú ý nhiều hơn (Bảng 1.7) Hỗn hợp anhydrid và acid phospho carboxylic là những chất trung gian phản ứng rất mạnh để tạo ra các amid Sản phẩm phụ hầu hết là các hợp chất phospho có chứa oxy, tan trong nước
Bảng 1.7 Tổng hợp amid từ hỗn hợp anhydrid: Sử dụng các P-acid
Nhóm chất Tác nhân Công thức cấu tạo
Nhóm chất Tác nhân Công thức cấu tạo
Bis (o-nitrophenyl) phenyl phosphonat p-O 2 NC 6 H 4 O P O Ph p-O 2 NC 6 H 4 O
Nhóm chất Tác nhân Công thức cấu tạo
Tris (dimethylamino) phosphonium anhydrid bis (tetrafluoroborat) (Thuốc thử Bate)
* Hỗn hợp anhydrid từ N-acid
Các acyl azid tạo ra 3 phản ứng khác nhau trong các điều kiện khác nhau Phản ứng ghép nối azid là phương pháp được sử dụng sớm nhất trong tổng hợp peptid và vẫn là một trong những phương pháp quan trọng nhất trong quá trình điều chế peptid mạch vòng do gần như không xảy ra quá trình racemic hoá [19]
Hình 1.7 Sơ đồ tổng hợp amid qua hợp chất trung gian là azid acid carboxylic
Hoạt hóa acid carboxylic với carbonyldiimidazol và phản ứng tiếp với các amin tạo ra các amid và peptid cho hiệu suất cao.
Hình 1.8 Sơ đồ tổng hợp amid sử dụng tác nhân carbonyldiimidazol
Imidazol là tác nhân acyl hóa mạnh Do đó phải loại trừ ảnh hưởng của không khí ẩm và các acid phải được hoạt hoá trước khi thêm amin Quá trình racemic hoá ít xảy ra, đặc biệt là trong DMF Các sản phẩm phụ imidazol và carbon dioxid của phản ứng có thể dễ dàng tách được Các tác nhân hoạt hóa khác được liệt kê trong bảng 1.8
Bảng 1.8 Tổng hợp amid từ hỗn hợp anhydrid: Sử dụng các N-acid
Tác nhân Công thức cấu tạo
Quá trình amin hóa trực tiếp khử hoạt tính các este và lacton đặc biệt khó khăn với các amin bậc hai Phản ứng xảy ra trong điều kiện áp suất cao (8kbar, 1bar = 100 kPa), ở nhiệt độ phòng đến 45°C Natri cyanid xúc tác phản ứng trên ở áp suất khí quyển, phản ứng diễn ra mà không có quá trình racemic hoá các este
Các acid Lewis như tetraclorosilan trong pyridin hoặc titanium tetraclorid có thể tạo ra các amid đơn giản với hiệu suất trung bình ,
CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP DIETHYLTOLUAMID
Có rất nhiều phương pháp tổng hợp diethyltoluamid (DEET) được công bố đi từ nhiều nguyên liệu đầu khác nhau như m-xylen, m-methyl-benznitril, acid m-toluic, m-toluoyl clorid, m-methyl-acetophenon…
1.3.1 Phương pháp tổng hợp từ m -toluoyl clorid
Năm 2010, Zhang F đã công bố phương pháp tổng hợp diethyltoluamid đi từ m-toluoyl clorid và diethylamin với sự có mặt NaOH trong benzen và nước ở nhiệt độ phòng và khuấy ở nhiệt độ phòng 1,5 giờ. Tinh chế sản phẩm bằng cất chân không ở < 10-15 mmHg :
Croud và cộng sự (2018) công bố quy trình tổng hợp diethyltoluamid trực tiếp từ m-toluoyl clorid và diethylamin với sự có mặt của triethylamin trong cloroform Phản ứng được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ phòng trong 2 giờ Hiệu suất quá trình đạt 94%, sơ đồ tổng hợp như sau :
Cũng trong năm 2018, Yan S và cộng sự đã đề ra quy trình tổng hợp diethyltoluamid được thực hiện liên tục thành dòng trong thiết bị dạng ống kích thước micro
Hỗn hợp gồm diethylamin, dung dịch NaOH 19% và m-toluyl clorid được bơm vào bình phản ứng với vận tốc dòng chảy tương ứng lần lượt là 45 ml/phút và 35 ml/ phút Duy trì phản ứng ở nhiệt độ 45 o C trong thời gian 3 phút, cô thu hồi dung môi thu được sản phẩm thô đạt hiệu suất tạo sản phẩm là 97,5%, tiến hành sắc ký thu được sản phẩm có độ tinh khiết 98,3%.
1.3.2 Phương pháp tổng hợp từ acid m -toluic
Năm 1954, Mc Cabe E và cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp diethyltoluamid trực tiếp từ acid m-toluic và thionyl clorid thu được hợp chất trung gian m-toluoyl clorid Tiếp đó thêm m-toluoyl clorid vào diethylamin trong ether khan Hỗn hợp phản ứng được khuấy trong 1 giờ ở nhiệt độ phòng Tinh chế và cô quay bốc hơi dung môi thu được hợp chất DEET với hiệu suất cao 94%
Wang B J S (1974) tiến hành tổng hợp DEET từ nguyên liệu acid m- toluic với tác nhân hoạt hóa nhóm carboxylic là thionyl clorid (SOCl2), sản phẩm trung gian thu được tác dụng với diethylamin thu được DEET với hiệu suất 89,06% theo sơ đồ sau [49]:
Năm 2003, Nery M S công bố quy trình tổng hợp diethyltoluamid trực tiếp từ acid m-toluic và diethylamin sử dụng niobium pentaclorid làm tác nhân chuyển acid carboxylic thành carboxamid Phản ứng được tiến hành trong 2,5 giờ và thu được sản phẩm DEET với hiệu suất 85%
Khalafi-Nezhad A và cộng sự (2005) đã tiến hành tổng hợp diethyltoluamid Cho acid m-toluic cho phản ứng với muối Et2NH2Cl/SiO2 với tosyl clorid Sau đó thêm từ từ triethylamin, ethyl acetat vào hỗn hợp phản ứng Sản phẩm được tinh chế bằng sắc ký cột sử dụng hệ dung môi n-hexan : ethyl acetat (1:1) Hiệu suất phản ứng đạt 76%
OH + Et 2 NH 2 Cl/SiO 2 TsCl
CH 3 Đến năm 2007, Khalafi-Nezhad A và cộng sự công bố quy trình tổng hợp diethyltoluamid sử dụng tác nhân ngưng tụ 2,4,6-triclo-1,3,5-triazin(TCT) đạt hiệu suất 60% Chuẩn bị hỗn hợp gồm acid m-toluic, muối amoni clorid Et2NH2Cl và TCT-silica, sau đó thêm từ từ triethylamin vào hỗn hợp phản ứng Sau 1 phút, tiếp tục thêm ethyl acetat, lọc Dịch lọc được tinh chế và làm khan bằng MgSO4 Lọc loại chất làm khan, tiến hành cô bay hơi dung môi và tinh chế sản phẩm bằng sắc ký cột với hệ dung môi ethyl acetat:n- hexan (1:1)
OH + Et 2 NH 2 Cl/SiO 2
Năm 2009, Chaysripongkul S đã tiến hành tổng hợp amid có hoạt tính sinh học qua 2 giai đoạn bằng cách sử dụng tác nhân tạo acid clorid là 2,2,2- tricloroacetamid với xúc tác triphenylphosphin, sản phẩm sau đó được tách bằng sắc ký cột thu được hợp chất DEET đạt hàm lượng 99%
CH 3 diclometan, 30ph 4-picolin, t o phòng, 20ph
Habeck J C và cộng sự (2010) xây dựng ra 2 hướng tổng hợp diethyltoluamid từ acid m-toluic, sử dụng hai tác nhân là thionyl clorid và oxalyl clorid nhằm chuyển acid m-toluic thành m-toluoyl clorid
Hướng 1: Xuất phát từ acid m-toluic với (COCl)2 và diethylamin với sự có mặt của xúc tác DMF trong n-hexan một bước ở nhiệt độ phòng, với hiệu suất 80%
N CH 3 n-hexan, 30ph, t o phòng 0 o C, 1ph, hexan
Hướng 2: Tiến hành cho acid m-toluic phản ứng với SOCl2 trong dung môi ether khan, sử dụng xúc tác pyridin tạo sản phẩm trung gian m-toluoyl clorid ngưng tụ với diethylamin trong NaOH cho hiệu suất tạo thành DEET là97%
Cl Cl t o , 15ph Ether khan, 10-15ph
Năm 2011, Krull M và cộng sự công bố tổng hợp diethyltoluamid đi từ acid m-toluic và diethylamin thực hiện bằng chiếu xạ vi sóng (công suất 150
W ở 160 o C, 14 bar) trong một bước, thu được 66% DEET
Trong bằng sáng chế Krull M và cộng sự tiếp tục đề ra phương pháp tổng hợp diethyltoluamid đi từ acid m-toluic, diethylamin có mặt của xúc tác acid boric và acid p-toluensulfonic (TsOH) bằng chiếu xạ vi sóng (công suất
75 W, ở 200 o C), trong một bước với với hiệu suất thu được hỗn hợp gồm 75%
N,N-diethyl-m-toluamid (1) và 8% N-ethyl-m-toluamid :
Năm 2011, Krull M và cộng sự được cấp bằng sáng chế khi tổng hợp diethyltoluamid sử dụng vi sóng và titan n-butoxid Thêm titan tetrabutoxid vào hỗn hợp chứa diethylamin và acid m-toluic, vi sóng với cường độ 150 W ở nhiệt độ 200 o C, áp suất 20 bar Sau đó hạ nhiệt độ hỗn hợp phản ứng xuống 30°C trong 2 phút thu được 90% DEET [55]
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
Các dung môi, hoá chất, nguyên liệu dùng cho tổng hợp, phân tích, kiểm nghiệm và bào chế trong các nghiên cứu của luận án được trình bày trong bảng 2.1.
Bảng 2.1 Các nguyên liệu, hóa chất sử dụng trong nghiên cứu
T Tên nguyên liệu Tiêu chuẩn Xuất xứ
Các nguyên liệu, hóa chất sử dụng trong tổng hợp
1 1,1′-Carbonyl-di-(1,2,4- triazol) TKPT Trung Quốc
5 Acid m-toluic TKPT Trung Quốc
7 Cyanuric clorid TKPT Trung Quốc
14 Ethyl acetat NSX Trung Quốc
15 Ethylen glycol TKPT Trung Quốc
16 Acid hydrocloric NSX Trung Quốc
17 Isopropyl cloroformat 98% NSX Trung Quốc
18 Methyl cloroformat 98% NSX Trung Quốc
19 m-Toluoyl clorid 98% TKPT Ấn Độ
21 Natri hydroxyd TKPT Trung Quốc
23 Oxalyl clorid TKPT Trung Quốc
24 Phospho pentaclorid TKPT Trung Quốc
T Tên nguyên liệu Tiêu chuẩn Xuất xứ
25 Phosphoryl clorid TKPT Trung Quốc
27 Thionyl clorid TKPT Ấn Độ
Các nguyên liệu, hóa chất sử dụng trong nghiên cứu kiểm nghiệm
Các nguyên liệu, hóa chất sử dụng trong nghiên cứu bào chế kem
1 Dầu dừa TCVN 7597:2013 Việt Nam
2 Dầu parafin BP2013 Trung Quốc
6 Glyceryl monostearat BP2013 Trung Quốc
9 Natri lauryl sulfat BP2013 Trung Quốc
11 Propylen glycol BP2013 Trung Quốc
Bảng 2.2 Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu
T Tên thiết bị Xuất xứ
Thiết bị trong tổng hợp
1 Cân phân tích Mettler AE 240 độ chính xác 0,1 mg Đức
2 Cân kỹ thuật điện tử ACB-Plus 300 Anh
3 Máy cất quay chân không Rotavapor R-200 Ika Rota Đức
4 Máy khuấy từ gia nhiệt IKA RH Basic 2 Đức
5 Đèn tử ngoại WFH-203B Trung Quốc
Thiết bị trong phân tích cấu trúc
1 Máy đo phổ cộng hưởng từ Bruker AV 500 FT-NMR
2 Máy đo quang phổ hồng ngoại GX-PerkinElmer Mỹ
T Tên thiết bị Xuất xứ
Thiết bị trong tổng hợp
3 Máy đo quang phổ hồng ngoại Agilent Cary FTIR
4 Máy phổ khối AutoSpec Primer Mỹ
Thiết bị trong bào chế
1 Máy trộn đồng nhất Primix Mark 2.5 Nhật Bản
2 Tủ sấy Ketong Trung Quốc
3 Tủ ấm HengFi Trung Quốc
4 Tủ lạnh Toshiba Nhật Bản
5 Máy ly tâm International Clinical Centrifuge Mỹ
6 Máy đo pH Mettler Toledo Thụy Sỹ
7 Máy đo khuếch tán thuốc qua da tự động FDC-6 Mỹ
Thiết bị trong đánh giá, kiểm nghiệm
1 Hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao Alliance e2695-
2 Cột sắc ký C18 Phenomenex (4,6mm x 25cm, 5àm) Mỹ
3 Tủ vi khí hậu Climatic Chamber BDF-C150 Việt Nam
4 Tủ vi khí hậu Binder KBF-S115 Đức
Một số dụng cụ, thiết bị khác thường dùng trong phòng thí nghiệm
2.1.3 Chất chuẩn và thuốc đối chứng
Bảng 2.3 Thành phần chất chuẩn và kem đối chứng
T Tên Thành phần Vai trò
Aloe Barbadensis Leaf Extract Dưỡng da, bảo vệ da
Behenyl Alcohol Chất làm ẩm da
Chất làm mềm da và tạo đặc cho chế phẩm
Gôm Xanthan Chất làm đặc
Nước tinh khiết Dung môi pha nước
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu cải tiến và xây dựng một số phương pháp mới tổng hợp diethyltoluamid
+ Tổng hợp diethyltoluamid dựa vào quá trình cải tiến 2 phương pháp đã được công bố.
+ Tổng hợp diethyltoluamid theo 6 phương pháp mới.
- Xây dựng được quy trình tổng hợp diethyltoluamid ở quy mô 500g/mẻ đạt một số tiêu chuẩn chính trong USP 41.
+ Nghiên cứu lựa chọn 1 phương pháp tổng hợp để nâng cấp lên quy mô 500 g/mẻ.
+ Kiểm nghiệm diethyltoluamid theo một số tiêu chuẩn chính USP 41. + Nghiên cứu sơ bộ độ ổn định của nguyên liệu tổng hợp được.
- Nghiên cứu bào chế kem chứa diethyltoluamid 15%
+ Khảo sát một số thành phần trong công thức
+ Đánh giá khả năng thấm và mức độ lưu trữ trong da của dược chất trong mẫu kem bào chế được
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1 Phương pháp tổng hợp hóa học
- Sử dụng các phản ứng cơ bản trong tổng hợp hoá dược: halogen hoá, trung hoà, phản ứng acid base để tổng hợp các hợp chất trung gian và sản phẩm cuối.
- Sử dụng các kỹ thuật cơ bản trong tổng hợp hoá dược như: Chiết, kết tinh, lọc, cất, sắc ký để tinh chế.
- Quá trình tổng hợp diethyltoluamid được thực hiện theo 8 hướng sau:
2.3.1.1 Phương pháp 1: Cải tiến quy trình tổng hợp diethyltoluamid từ m- toluoyl clorid
Trên cơ sở công bố của Zang Fuqiang, quy trình tổng hợp được tiến hành theo sơ đồ sau :
Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp diethyltoluamid từ m-toluoyl clorid và diethylamin
* Quy trình dự kiến: Ở 20-25 o C, cho vào bình cầu 0,80 g (0,011 mol) diethylamin, 1,4 ml
H2O và 3,1 ml benzen, tiến hành khuấy trong 5 phút Nhỏ từ từ 1,55 g (0,01 mol) m-toluoyl clorid trong 4 ml benzen vào hỗn hợp, sau đó thêm 0,40 g(0,01 mol) NaOH Sau đó, nâng nhiệt độ lên 80 o C và duy trì khuấy đến khi phản ứng hết m-toluoyl clorid (1 giờ, theo dõi điểm kết thúc bằng sắc ký lớp mỏng với hệ dung môi n-hexan:aceton (1:1), phát hiện màu dưới đèn soi tử ngoại ở bước sóng 254 nm).
Tiến hành tinh chế hỗn hợp sản phẩm thu được: Hỗn hợp sản phẩm được lắc chiết bằng cách cho thêm từ từ dung dịch NaOH 10% đến khi pha nước có pH 8-9 Loại bỏ pha nước và rửa lại pha hữu cơ bằng cách cho thêm từ từ dung dịch HCl 10% đến khi pha nước đạt độ pH 2-3 Loại bỏ pha nước và pha hữu cơ sau đó được rửa lại với nước cất đến pH trung tính Trong quá trình chiết luôn đảm bảo pha hữu cơ và pha nước tách ra hoàn toàn Sử dụng
Na2SO4 làm khan pha hữu cơ trước khi tiến hành cô thu hồi dung môi dưới áp suất giảm.
2.3.1.2 Phương pháp 2: Cải tiến quy trình tổng hợp diethyltoluamid từ acid m-toluic và diethylamin sử dụng các tác nhân tạo halogenid
Dựa trên cơ sở phương pháp tổng hợp của Wang B.J.S [49] để thuận tiện cho việc cải tiến các thông số ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng tạo DEET, đề tài tiến hành quá trình tổng hợp DEET như sau:
Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp diethyltoluamid từ acid m-toluic qua chất trung gian m-toluoyl clorid
Trong bình cầu cho 1,36 g (0,01 mol) acid m-toluic và 1,5 ml (0,02 mol) SOCl2 Hỗn hợp phản ứng được khuấy và gia nhiệt đến nhiệt độ sôi của hỗn hợp phản ứng (90 o C) cho đến khi hết acid m-toluic (15 phút, theo dõi điểm kết thúc phản ứng bằng SKLM với hệ dung môi n-hexan : ethyl acetat(1:1) và phát hiện màu màu dưới đèn soi tử ngoại ở bước sóng 254 nm).
Hỗn hợp được làm lạnh xuống nhiệt độ phòng Sau đó, bổ sung 20 ml ether khan vào hỗn hợp trên và tiếp tục khuấy cho đến khi đồng nhất Một hỗn hợp 3,3 ml (0,03 mol) diethylamin trong 7 ml ether khan đã được làm lạnh ở 0 o C được nhỏ giọt từ từ vào bình phản ứng Hỗn hợp sau đó được khuấy trộn ở nhiệt độ phòng đến khi phản ứng hết m-toluoyl clorid (30 phút, theo dõi điểm kết thúc phản ứng bằng SKLM với hệ dung môi n-hexan:ethyl acetat (1:1) và phát hiện màu màu dưới đèn soi tử ngoại ở bước sóng 254 nm).
Hỗn hợp sản phẩm được lắc chiết bằng cách cho thêm từ từ dung dịch NaOH 10% đến khi pha nước có pH 8-9 Loại bỏ pha nước và rửa lại pha hữu cơ bằng cách cho thêm từ từ dung dịch HCl 10% đến khi pha nước đạt độ pH 2-3 Loại bỏ pha nước và pha hữu cơ sau đó được rửa lại với nước cất đến pH trung tính Trong quá trình chiết luôn đảm bảo pha hữu cơ và pha nước tách ra hoàn toàn Sử dụng Na2SO4 làm khan pha hữu cơ trước khi tiến hành cô thu hồi dung môi dưới áp suất giảm
2.3.1.3 Phương pháp 3: Khảo sát tổng hợp diethyltoluamid từ acid m- toluic và diethylamin sử dụng tác nhân ngưng tụ 1,1'-Carbonyldiimidazol
Dựa trên cơ sở của phương pháp tổng hợp amid từ hỗn hợp anhydrid: sử dụng các N-acid, đề tài tiến hành tách quá trình tổng hợp DEET:
Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp diethyltoluamid từ acid m-toluic và diethylamin sử dụng tác nhân CDI
Trong bình cầu cho 1,36 g (0,01 mol) acid m-toluic, 1,62 g (0,01 mol)
CDI và 0,037 g (0,0003 mol) 4-DMAP trong 5 ml dung môi diclomethan khan Hỗn hợp phản ứng được khuấy ở nhiệt độ phòng sau đó gia nhiệt đến nhiệt độ 35-40 o C và hồi lưu cho đến khi hết hợp chất 2 (0,5 giờ; kiểm tra bằng sắc ký lớp mỏng (SKLM); dung môi: n-hexan: EtOAc(1:1)); phát hiện màu dưới đèn soi tử ngoại ở bước sóng 254 nm)
Sau đó, 3,1 ml (0,03 mol) diethylamin được bổ sung vào hỗn hợp phản ứng và đun hỗn hợp này đến 35-40 o C cho đến khi hết hợp chất 4 (1 giờ; phản ứng được theo dõi bằng SKLM, n-hexan: EtOAc (1:1); phát hiện màu dưới đèn soi tử ngoại ở bước sóng 254 nm).
Sau khi kết thúc phản ứng, hỗn hợp phản ứng trên được làm lạnh xuống nhiệt độ phòng Bổ sung thêm 5 ml DCM, hỗn hợp sản phẩm được lắc chiết bằng cách cho thêm từ từ dung dịch NaOH 10% đến khi pha nước có pH 8-9. Loại bỏ pha nước và rửa lại pha hữu cơ bằng cách cho thêm từ từ dung dịch HCl 10% đến khi pha nước đạt độ pH 2-3 Loại bỏ pha nước và pha hữu cơ sau đó được rửa lại với nước cất đến pH trung tính Trong quá trình chiết luôn đảm bảo pha hữu cơ và pha nước tách ra hoàn toàn Sử dụng Na2SO4 làm khan pha hữu cơ trước khi tiến hành cô thu hồi dung môi dưới áp suất giảm.
2.3.1.4 Phương pháp 4: Khảo sát tổng hợp diethyltoluamid từ acid m- toluic sử dụng tác nhân 1,1'-Carbonyl-di-(1,2,4-triazol) (CDT)
Tương tự như tiến hành với CDI, đề tài áp dụng với nhóm hoạt chất CDT Sơ đồ phản ứng như sau:
Hình 2.4 Sơ đồ tổng hợp diethyltoluamid từ acid m-toluic và diethylamin sử dụng tác nhân CDT
Trong bình cầu cho 1,36 g (0,01 mol) acid m-toluic; 2,1 g (0,013 mol) CDT và 10 ml DCM khan nước Khuấy và duy trì nhiệt độ phản ứng ở nhiệt độ sôi (38-40 o C) cho đến lúc hết acid m-toluic (1h, theo dõi bằng SKLM hệ dung môi n-hexan : aceton (2:1) và phát hiện màu dưới đèn soi tử ngoại ở bước sóng 254 nm) Tiếp đó, làm lạnh hỗn hợp phản ứng xuống nhiệt độ phòng (20-25 o C) Tủa tạo ra trong quá trình phản ứng được lọc, thêm vào dịch lọc 3,1 ml (0,03 mol) diethylamin và 0,04 g (0,0003 mol) 4-DMAP Theo dõi đến lúc hết sản phẩm trung gian 5 ở giai đoạn 1 (30 phút ; theo dõi bằng SKLM hệ dung môi n-hexan:ethyl acetat (1:2) và phát hiện màu dưới đèn soi tử ngoại ở bước sóng 254 nm)
Khi phản ứng kết thúc, hỗn hợp sản phẩm được lắc chiết bằng cách cho thêm từ từ dung dịch NaOH 10% đến khi pha nước có pH 8-9 Loại bỏ pha nước và rửa lại pha hữu cơ bằng cách cho thêm từ từ dung dịch HCl 10% đến khi pha nước đạt độ pH 2-3 Loại bỏ pha nước và pha hữu cơ sau đó được rửa lại với nước cất đến pH trung tính Trong quá trình chiết luôn đảm bảo pha hữu cơ và pha nước tách ra hoàn toàn Sử dụng Na2SO4 làm khan pha hữu cơ trước khi tiến hành cô thu hồi dung môi dưới áp suất giảm
2.3.1.5 Phương pháp 5: Khảo sát tổng hợp diethyltoluamid từ acid m- toluic sử dụng tác nhân cyanuric clorid (CYA)
Dựa trên cơ sở của tài liệu tham khảo [23] đề tài đã tiến hành xây dựng quy trình tổng hợp DEET như sau:
Hình 2.5 Sơ đồ tổng hợp diethyltoluamid từ acid m-toluic được hoạt hóa bằng cyanuric trong 1 giai đoạn
Cho vào bình cầu 1,36 g (0,01 mol) acid m-toluic và 10 ml ethyl acetat khan, thêm từ từ dung dịch chứa 1,39 ml (0,01 mol) triethylamin trong 2-4 ml ethyl acetat vào hỗn hợp trên Khuấy trộn ở nhiệt độ phòng (25±2ºC) trong thời gian 15 phút Tiếp tục bổ sung 0,61 g (0,0033 mol) cyanuric clorid vào bình phản ứng Khuấy và duy trì phản ứng ở nhiệt độ phòng cho đến khi hết acid m-toluic (t1 = 1h, theo dõi bằng sắc ký bản mỏng hệ dung môi n-hexan : aceton = 2:1 và phát hiện màu dưới đèn soi tử ngoại ở bước sóng 254 nm).
Tiếp tục cho từ từ vào hỗn hợp trên 1,03 ml (0,01 mol) diethylamin trong 2 ml ethyl acetat Duy trì phản ứng ở nhiệt độ phòng cho đến khi hết sản phẩm trung gian ở giai đoạn 1 (t2 = 2h, theo dõi bằng sắc ký bản mỏng hệ dung môi n-hexan : ethyl acetat = 3:1 và phát hiện màu dưới đèn soi tử ngoại ở bước sóng 254 nm).
Khi phản ứng kết thúc, cất loại dung môi thu được hỗn hợp sản phẩm có chứa cả DEET và sản phẩm phụ Hỗn hợp sản phẩm sau đó được tiến hành sắc ký cột (hệ dung môi n-hexan:ethyl acetat = 10:1) thu được hợp chất DEET.
2.3.1.6 Phương pháp 6: Khảo sát tổng hợp diethyltoluamid từ acid m- toluic sử dụng tác nhân Dicyclohexylcarbodiimid (DCC)
Dựa trên các tài liệu tham khảo, đề tài tiến hành khảo sát các phương pháp tổng hợp DEET sử dụng DCC như sau [35]:
Hình 2.6 Sơ đồ tổng hợp diethyltoluamid từ acid m-toluic và diethylamin sử dụng tác nhân ngưng tụ DCC trong 1 bước
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
KẾT QUẢ CẢI TIẾN VÀ XÂY DỰNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP DIETHYLTOLUAMID
3.1.1 Kết quả cải tiến quy trình tổng hợp diethyltoluamid đã công bố
3.1.1.1 Phương pháp 1: Đi từ m-toluoyl clorid và diethylamin theo quy trình đối chứng của Zang Fuqiang
Tiến hành tổng hợp theo phương pháp mô tả trong mục 2.3.1.1 Kết quả thu được 1,82 g sản phẩm DEET thô, hiệu suất 94,93% Rf sản phẩm là 0,643 trùng với Rf của DEET đối chiếu Định tính bằng HPLC (Phương pháp được trình bày ở Phụ lục 1) cho peak chất tổng hợp được trùng thời gian lưu với peak chuẩn DEET, xác định hàm lượng (HPLC) được 96,96%.
Các phổ của sản phẩm gồm: IR (KBr) υmax (cm -1 ): 2871-2874 (C-H);
1625 (C=O); 1457 (C=C, nhân thơm); 1289 (C-N) MS (m/z): 191,8 [M] + ; 118,8 [M-N(C2H5)2] + 1 H-NMR (DMSO-d 6) δ (ppm): 7,29 (t, 1H, J = 10 Hz); 7,21 (d, 1H, J = 7,5 Hz); 7,14 (s, 1H); 7,11 (d, 1H, J = 7 Hz); 3,42 (s, br, 2H); 3,17 (s, br, 2H); 2,33 (s, 3H, Ar-CH3); 1,12 (s, br, 3H); 1,04 (s, br, 3H); 13 C- NMR (DMSO-d 6) δ (ppm): 170,0 (C=O); 137,7 (ArC-3);137,3 (ArC-1); 129,5 (ArC-4); 128,2 (ArC-5); 126,5 (ArC-2); 123,0 (ArC-6); 42,7 (CH2); 40,0 (CH2); 20,8 (CH3-Ar); 14,0 (CH3); 12,8 (CH3).
* Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng a, Khảo sát ảnh hưởng của chất trung hoà acid đến thời gian và hiệu suất phản ứng
Trong quá trình phản ứng, chất trung hoà acid sẽ phản ứng với HCl được tạo ra trong phản ứng, thúc đẩy phản ứng diễn ra theo chiều thuận Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các chất trung hoà acid sau: NaOH, pyridin, triethylamin và không sử dụng chất trung hoà acid tới thời gian và hiệu suất phản ứng.
Bảng 3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chất trung hoà acid đến thời gian và hiệu suất tạo DEET
STT Chất trung hoà acid
Thời gian phản ứng (giờ)
Nhận xét : Phản ứng được thực hiện với 3 chất trung hoà acid khác nhau và không sử dụng chất trung hoà acid đều cho sản phẩm là DEET Tuy nhiên, khi sử dụng NaOH cho thời gian ngắn nhất và hiệu suất phản ứng là cao nhất (94,93%) Do đó, lựa chọn NaOH là chất trung hoà acid để tiến hành tiếp các khảo sát ở giai đoạn sau của quá trình. b, Khảo sát ảnh hưởng của các loại dung môi đến hiệu suất phản ứng
Quy trình tổng hợp DEET được thực hiện như mô tả ở trên, cố định các thông số, sử dụng chất trung hòa acid là NaOH và thay đổi dung môi lần lượt là benzen, n-hexan, acetonitril, diethylether, diclomethan, tetrahydrofuran, ethyl acetat, n-butanol, ethylen glycol với nhiệt độ tiến hành tương ứng là nhiệt độ sôi của dung môi.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất phản ứng được thể hiện ở bảng 3.2.
Bảng 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất phản ứng
T Dung môi Nhiệt độ sôi Sản phẩm
Nhận xét : Phản ứng thực hiện với các dung môi khác nhau đều cho sản phẩm là DEET với hiệu suất khá cao từ 73%-95%
Trong đó, DCM là dung môi phù hợp với các yêu cầu hiệu suất, an toàn, giá thành phù hợp và sẵn có trong điều kiện phòng thí nghiệm Vì vậy, lựa chọn DCM là dung môi tiến hành tiếp khảo sát ở các điều kiện tiếp theo của quy trình c, Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tới thời gian và hiệu suất phản ứng
Cố định các thông số sử dụng: chất trung hòa acid là NaOH, dung môi DCM và khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ở giai đoạn thêm m-toluoyl clorid: tiến hành ở các nhiệt độ: 52 o C hoặc nhiệt độ phòng (252 o C) Giai đoạn thêm chất trung hoà acid, duy trì phản ứng ở nhiệt độ phòng (252 o C) hoặc nâng lên nhiệt độ sôi của phản ứng (402 o C) Theo dõi điểm kết thúc phản ứng bằng sắc ký lớp mỏng với hệ dung môi n-hexan:aceton (1:1), soi đèn UV dưới bước sóng 254 nm.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian và hiệu suất phản ứng được thể hiện ở bảng 3.3.
Bảng 3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian và hiệu suất phản ứng
Nhiệt độ khi cho m -toluoyl clorid
Nhiệt độ sau khi thêm chất trung hoà acid
Thời gian phản ứng (giờ)
Nhận xét : Phản ứng thực hiện ở nhiệt độ khác nhau đều cho sản phẩm là DEET với hiệu suất phản ứng tương đối cao (94-96%)
Lựa chọn giai đoạn đầu tiến hành ở nhiệt độ 25 o C và sau đó thực hiện ở nhiệt độ sôi hỗn hợp (402 o C) làm điều kiện tiếp tục các khảo sát tiếp theo của quy trình. d, Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol giữa m-toluoyl clorid và diethylamin đến hiệu suất phản ứng
Với dung môi DCM và lựa chọn giai đoạn đầu tiến hành ở nhiệt độ thường và sau đó đun sôi hỗn hợp (402 o C) đã lựa chọn ở trên, tiến hành tổng hợp DEET như mô tả ở trên cố định các thông số sử dụng chất trung hòa acid là NaOH, dung môi DCM, khảo sát tỷ lệ mol của m-toluoyl clorid: diethylamin như sau: 1:1,1; 1:1,3; 1:1,5; 1:1,7; 1:2 Kết quả được thể hiện ở bảng 3.4.
Bảng 3.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol đến hiệu suất phản ứng
Tỷ lệ mol m -toluoyl clorid: diethylamin
- Hiệu suất phản ứng tăng dần khi tăng tỷ lệ mol m-toluoyl clorid:diethylamin (từ 1:1,1 – 1:1,5) Giữa các tỷ lệ khảo sát từ 1:1,5 đến 1:2,0 không có khác biệt đáng kể về hiệu suất phản ứng
- Khi tỷ lệ mol diethylamin tăng lên đến 1,7 và 2 lần so với m-toluoyl clorid thì giai đoạn tinh chế phải tăng lượng dung dịch HCl 10% để loại bỏ hết diethylamin Vì vậy, sản phẩm DEET bị hòa tan và mất một phần vào pha nước làm giảm hiệu suất Do đó, tỷ lệ mol giữa diethylamin:m-toluoyl clorid là 1:1,5 được lựa chọn để đạt hiệu suất phản ứng cao nhất và tiến hành các khảo sát tiếp theo trong quy trình. e, Khảo sát ảnh hưởng của lượng dung môi sử dụng đến hiệu suất phản ứng
Quy trình được tiến hành như mô tả ở trên, cố định các thông số và khảo sát thể tích dung môi DCM cho vào lần lượt là 2 ml; 2,5 ml; 3,1 ml; 3,5 ml; 4 ml
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng dung môi đến hiệu suất phản ứng được thể hiện ở bảng 3.5.
Bảng 3.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng dung môi đến hiệu suất phản ứng
TT Thể tích DCM sử dụng (ml)
Tỷ lệ khối lượng DCM: m -toluoyl clorid
- Cả 5 lượng dung môi khảo sát đều cho hiệu suất tạo DEET khá cao trên 90% (sử dụng 2 ml dung môi cho hiệu suất thấp nhất là 89,51% và 3,5 ml cho hiệu suất cao nhất là 97,96%).
- Hiệu suất chênh lệch giữa 3,1 ml và 3,5 ml là không đáng kể (97,96% và 97,86%) nên lựa chọn lượng dung môi là 3,1 ml để đảm bảo tính kinh tế của quá trình.
3.1.1.2 Phương pháp 2: Tổng hợp DEET đi từ acid m-toluic và diethylamin theo quy trình đối chứng của Wang B.J.S
Tiến hành tổng hợp theo phương pháp mô tả trong mục 2.3.1.2 Thu được 1,70 g; H = 88,77% sản phẩm DEET dạng dầu có màu vàng nhạt, Rf 0,64 Định tính bằng HPLC cho peak chất tổng hợp được trùng thời gian lưu với peak chuẩn DEET, hàm lượng (HPLC) được 95,66%.
Các phổ của sản phẩm gồm: IR (KBr) νmax (cm -1 ): 2971-2874 (C-H),
1625 (C= O), 1215 (C-N); MS (m/z): 191,8 [M] + ; 118,8 M-[N(C2H5) 2 ] + ; 1 H- NMR (500 MHz, DMSO-d 6), δ (ppm): 7,29 (t, 1H, J = 10 Hz); 7,21 (d, 1H, J
= 7,5 Hz); 7,14 (s, 1H); 7,11 (d, 1H, J = 7 Hz); 3,42 (s, br, 2H); 3,17 (s, br, 2H); 2,33 (s, 3H, Ar-CH3); 1,12 (s, br, 3H); 1,04 (s, br, 3H); 13 C-NMR (125
MHz, DMSO-d 6), δ (ppm): 170,0 (C= O); 137,7 (ArC-3); 137,3 (ArC-1); 129,5 (ArC-4); 128,2 (ArC-5); 126,5 (ArC-2); 123,0 (ArC-6); 42,7 (CH2); 38,5 (CH2); 20,8 Ar-CH3); 14,0 (CH3); 12,8 (CH3).
* Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng a Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tác nhân tạo acid clorid đến hiệu suất tạo DEET
KẾT QUẢ XÂY DỰNG QUY TRÌNH TỔNG HỢP DIETHYLTOLUAMID
3.2.1 Kết quả xây dựng quy trình tổng hợp diethyltoluamid quy mô phòng thí nghiệm 10 g/mẻ
3.2.1.1 Kết quả xây dựng quy trình tổng hợp diethyltoluamid từ m-toluoyl clorid (Phương pháp 1) Ở nhiệt độ phòng (20-25 o C), cho vào bình hai cổ 5,49 g (0,015 mol) diethylamin, 7,0 ml H2O và 15,5 ml DCM Tiến hành khấy trộn và nhỏ từ từ 7,73 g (0,05 mol) m-toluyol clorid trong 20 ml DCM vào hỗn hợp phản ứng trên, sau đó thêm 2,0 g (0,05 mol) NaOH là chất trung hoà acid Tiếp tục khuấy và nâng nhiệt độ lên 40 o C, duy trì đến khi phản ứng kết thúc (1 giờ).
Sau khi phản ứng kết thúc, hỗn hợp được làm lạnh về nhiệt độ phòng. Chuyển hỗn hợp vào bình gạn, điều chỉnh đến pH 8~9 bằng 10 ml NaOH 10%, tách loại pha nước Sau đó chiết hỗn hợp với 75 ml HCl 10% để điều chỉnh đến pH 2~3, tách loại pha nước Sau đó rửa lại pha hữu cơ bằng nước cất (50 ml) Pha hữu cơ thu được được làm khan bằng Na2SO4 Lọc loại bỏ
Na2SO4 và cô quay bốc hơi dung môi dưới áp suất giảm đến khối lượng không đổi.
Kết quả: Thu được sản phẩm DEET thô (9,36 g; 97,88%), Rf = 0,643(hệ dung môi n-hexan:aceton (1:1)).
3.2.1.2 Kết quả xây dựng quy trình tổng hợp diethyltoluamid đi từ acid m- toluic và diethylamin sử dụng tác nhân SOCl 2 (Phương pháp 2)
Trong bình cầu 2 cổ dung tích 50 ml có cho 6,80 g (0,05 mol) acid m- toluic và 5,1 ml (0,07 mol) SOCl2 Sau đó, hỗn hợp phản ứng được khuấy và gia nhiệt đến nhiệt độ sôi của hỗn hợp phản ứng (90 o C) cho đến khi hết acid m-toluic, hết 30 phút.
Sau khi phản ứng hết acid m-toluic, hỗn hợp được làm lạnh xuống nhiệt độ phòng (18-20 o C) Sau đó, 25 ml CH2Cl2 được bổ sung vào hỗn hợp trên và tiếp tục khuấy cho đến khi đồng nhất Một hỗn hợp 13,5 ml (0,125 mol) diethylamin trong 15 ml dung môi CH2Cl2 đã được làm lạnh ở 0 o C được nhỏ giọt từ từ vào bình phản ứng trong thời gian 15 phút Hỗn hợp sau đó được làm nóng đến 28-30 o C và tiếp tục khuấy trộn đến khi phản ứng hết m-toluoyl clorid, hết 30 phút.
Kết thúc phản ứng, hỗn hợp được làm lạnh xuống 15-20 o C và pha loãng với 35 ml CH2Cl2, 25ml nước cất khuấy đều và 35 ml dung dịch NaOH 10% được bổ sung vào hỗn hợp trên, khuấy 10 phút ở nhiệt độ này Sau đó chuyển qua phễu chiết, lắc kỹ, tách pha hoàn toàn rồi gạn bỏ pha nước Tiếp đó, pha hữu cơ được rửa với 30 ml dung dịch HCl 10% lắc kỹ rồi để phân pha hoàn toàn, gạn bỏ pha nước Pha hữu cơ sau đó được rửa bằng nước (2 × 50 ml), gạn lấy pha hữu cơ Dịch hữu cơ tiếp tục được làm khan bằng 10 g
Na2SO4 khan, lọc loại chất làm khan Dịch lọc sau đó được cô quay để bốc hơi dung môi đến khối lượng không đổi.
Kết quả: Thu được sản phẩm DEET thô (9,25 g; 96,83%), d= 0,9885,
Rf = 0,38(hệ dung môi n-hexan:ethyl acetat (1:1)).
3.2.1.3 Kết quả xây dựng quy trình tổng hợp diethyltoluamid sử dụng tác nhân CDI (Phương pháp 3)
Trong bình cầu được lắp sinh hàn có chứa 6,81 g (0,05 mol) acid m- toluic; 9,73 g (0,06 mol) CDI và 1,83 g (0,015 mol) 4-DMAP trong dung môi diclometan khan (25 ml) Hỗn hợp phản ứng được khuấy ở nhiệt độ phòng sau đó gia nhiệt đến nhiệt độ 35-40 o C và hồi lưu cho đến khi hết hợp chất 2 (trong 0,5 giờ).
Sau đó, diethylamin 10,4 ml (0,1 mol) được bổ sung vào hỗn hợp phản ứng và đun hỗn hợp này đến 35-40 o C cho đến khi hết hợp chất 4 (1 giờ).
Sau khi kết thúc phản ứng, hỗn hợp phản ứng trên được làm lạnh xuống nhiệt độ phòng Bổ sung 25 ml diclometan, khuấy đều Tiếp tục điều chỉnh pH của dung dịch về 9-10 bằng 15 ml dung dịch NaOH 5%, khuấy đều ở nhiệt độ phòng sau đó được chuyển qua phễu chiết loại bỏ pha nước Pha hữu cơ sau đó được điều chỉnh về pH 5-6 35 ml bằng dung dịch HCl 10%, chiết, gạn bỏ pha nước Pha hữu cơ thu được tiếp tục được rửa bằng nước cất (40 ml x 2) và làm khan với Na2SO4 Lọc loại Na2SO4, dịch lọc được cô quay để bốc hơi dung môi đến khối lượng không đổi.
Kết quả: Thu được 9,05 g; H = 94,63% sản phẩm DEET, Rf = 0,643 (hệ dung môi n-hexan:aceton (1:1)).
3.2.1.4 Kết quả xây dựng quy trình tổng hợp diethyltoluamid sử dụng tác nhân CDT (Phương pháp 4)
Trong bình 2 cổ ở nhiệt độ 20-25 o C, cho 6,81 g (0.05 mol) acid m- toluic, 16,41 g (0,1 mol) CDT và 50 ml DCM khan Nâng nhiệt độ phản ứng lên nhiệt độ sôi (38-40 o C) và duy trì khuấy trộn cho đến khi hết acid m-toluic (1 giờ).
Sau khi làm lạnh hỗn hợp phản ứng xuống nhiệt độ phòng, lọc bỏ tủa thu dịch vào bình cầu Thêm 10,4 ml (0,1 mol) diethylamin và 0,18 g (0.0015 mol) 4-DMAP, nâng nhiệt độ phản ứng lên nhiệt độ sôi (38-40 o C) và duy trì khuấy trộn cho đến khi hết sản phẩm trung gian ở giai đoạn 1 (30 phút).
Kết thúc phản ứng, làm lạnh hỗn hợp phản ứng trên xuống 15-20 o C,pha loãng với 25 ml CH2Cl2, 15 ml dung dịch HCl 10% được bổ sung vào hỗn hợp, khuấy 10 phút ở nhiệt độ này Sau đó chuyển qua phễu chiết, lắc kỹ, tách pha hoàn toàn rồi gạn bỏ pha nước Tiếp đó, pha hữu cơ được rửa với 30 ml dung dịch NaOH 10% lắc kỹ rồi để phân pha hoàn toàn, gạn bỏ pha nước Pha hữu cơ sau đó được rửa bằng nước (2 x
40 ml), gạn lấy pha hữu cơ Dịch hữu cơ tiếp tục được làm khan bằng Na2SO4 khan, lọc loại chất làm khan Dịch lọc sau đó được cô quay để bốc hơi dung môi.
Kết quả: Thu được sản phẩm DEET thô dạng dầu có màu vàng nhạt
Từ các kết quả đã khảo sát ở trên cho thấy: với bốn con đường tổng hợp DEET lựa chọn đều cho hiệu suất tổng hợp cao và hiệu suất cũng gần như tương đồng với mẻ nhỏ sau khi nâng gấp 5 lần quy mô.
Xét về mặt thao tác kỹ thuật, cả bốn hướng đều thực hiện dễ dàng, không có sự ảnh hưởng bởi các yếu tố tỷ lệ, nhiệt độ, thời gian đến hiệu suất phản ứng Do đó, cả bốn hướng đều có khả năng nâng cấp lên những quy mô lớn hơn với hiệu suất ổn định.
Tuy nhiên việc nhập khẩu m-toluoyl clorid, CDI và CDT để sản xuất là khó khăn và phải đặt mua với giá thành cao Đặc biệt là khi nâng cấp lên quy mô công nghiệp thì sẽ không chủ động được nguyên liệu đầu vào.
Chính vì các lý do trên, đề tài lựa chọn hướng thứ hai: đi từ acid m- toluic và diethylamin sử dụng tác nhân halogen hóa là SOCl2 (phương pháp 2) cùng các thông số đã khảo sát được để xây dựng quy trình tổng hợp DEET quy mô 500 g/mẻ.
3.2.2 Kết quả xây dựng quy trình tổng hợp diethyltoluamid quy mô phòng thí nghiệm 100 g/mẻ
KẾT QUẢ BƯỚC ĐẦU BÀO CHẾ KEM CHỨA DIETHYLTOLUAMID 15%
3.3.1 Ảnh hưởng của tá dược pha dầu
Tiến hành khảo sát công thức kem DEET 15% với các loại dầu là dầu dừa, dầu parafin, dầu oliu phối hợp với alcol cetylic ở các tỉ lệ khác nhau, các thành phần còn lại cố định (acid stearic, GMS, Span 80, Tween 80, 2- phenoxyethanol) để lựa chọn tỷ lệ dầu : alcol cetylic phù hợp nhất.
Bảng 3.45 Thiết kế khảo sát tá dược pha dầu
Thành phần công thức (% kl/kl)
Bảng 3.45 trình bày các công thức khảo sát tá dược pha dầu, các thành phần khác không thay đổi với tỉ lệ của acid stearic, GMS, Span 80, Tween 80, 2-phenoxyethanol lần lượt là 4,0; 3,5; 0,5; 2,0; 0,2%
Khảo sát mỗi loại dầu phối hợp với alcol cetylic theo các tỉ lệ 9:4, 13:4,9:8 Dựa vào thể chất kem tạo thành, điều chỉnh khảo sát thêm 2 tỉ lệ dầu : alcol cetylic khác, là 15:8, 17:8 đối với dầu dừa, và 9:12, 9:16 đối với dầu oliu Kết quả đánh giá tính chất của mẫu kem được trình bày trong bảng 3.46.
Bảng 3.46 Ảnh hưởng của tá dược pha dầu đến tính chất của mẫu kem
Cảm quan pH Ly tâm
40 o C/ 30 24h Thể chất 30 ngày 60 ngày ngày
Ghi chú: O: Ổn định, không tách pha T: Tách pha
Nhận xét: Các công thức đều có pH trong khoảng 5,28 – 6,6 nên phù hợp với khoảng pH của da, điều này để tránh gây kích ứng da do độ pH Dựa trên thể chất và độ ổn định của 13 công thức khảo sát thì CT13 có thể chất mềm mịn, ổn định nhất Do vậy, chọn tỷ lệ dầu oliu: alcol cetylic là 9:16 để tiếp tục khảo sát
3.3.2 Ảnh hưởng của hệ chất nhũ hóa
3.3.2.1 Ảnh hưởng của hệ chất nhũ hóa có xà phòng kiềm
Trong các dạng thuốc mỡ (đặc biệt là dạng kem) thường dùng phối hợp các chất nhũ hóa với nhau để làm tăng độ ổn định và bền vững cho chế phẩm, triethanolamin khi trộn theo tỷ lệ cân bằng với một acid béo, như acid stearic sẽ tạo thành xà phòng anion có pH khoảng 8, có tác dụng nhũ hóa tạo nhũ tương D/N ổn định Thường dùng triethanolamin 2-4% (v/v) và acid béo gấp2-5 lần Do đó, khảo sát dùng triethanolamin:acid stearic theo các tỉ lệ 1:2,
Thiết kế công thức khảo sát được trình bày ở bảng 3.47 Tiến hành bào chế và đánh giá tính chất các mẫu kem được thể hiện ở bảng 3.48.
Bảng 3.47 Công thức khảo sát ảnh hưởng của hệ chất nhũ hóa có xà phòng kiềm
Nguyên liệu Thành phần công thức (% kl/kl)
CT14 CT15 CT16 CT17 CT18
Bảng 3.48 Ảnh hưởng của hệ chất nhũ hóa có xà phòng kiềm đến độ ổn định của mẫu kem DEET
Cảm quan pH Ly tâm
Nhận xét: Các công thức đều có thể chất mềm, ổn định trong vòng 24 giờ sau khi bào chế, pH hơi kiềm (8,02-8,40) do sự có mặt của triethanolamin.
Khi dùng triethanolamin kết hợp acid stearic ở các tỉ lệ, đồng thời thay đổi tỉ lệ alcol cetylic và dầu, vẫn không cải thiện được tính đồng nhất và độ ổn định của chế phẩm Vì vậy, không lựa chọn hệ xà phòng kiềm làm chất nhũ hóa cho công thức kem nghiên cứu.
3.3.2.2 Ảnh hưởng của hệ chất nhũ hóa có natri lauryl sulfat
Thiết kế công thức khảo sát được trình bày ở bảng 3.49 và kết quả đánh giá chỉ tiêu chất lượng được thể hiện ở bảng 3.50.
Bảng 3.49 Công thức khảo sát hệ chất nhũ hóa có natri lauryl sulfat
Nguyên liệu Thành phần công thức (% kl/kl)
CT19 CT20 CT21 CT22 CT23 CT24 CT25
Bảng 3.50 Ảnh hưởng của chất nhũ hóa natri lauryl sulfat
Cảm quan pH Ly tâm
Nhận xét: Kết quả từ bảng 3.50 cho thấy các công thức từ CT20 đến
CT25 đều tạo thành dạng kem với kiểu nhũ tương D/N đồng nhất, có thể chất mềm, mịn và ổn định Các công thức này có hệ tá dược phù hợp để tiến hành khảo sát đánh giá mức độ thấm và lưu giữ DEET trên da chuột đối với các công thức CT20 đến CT25 và công thức đối chiếu (Kem Remos) bằng phương pháp đo giải phóng thuốc như đã trình bày ở mục 2.3.4.3.
3.3.3 Kết quả đánh giá tính thấm qua màng
3.3.3.1 Kết quả khảo sát môi trường đánh giá tính thấm
Qua tham khảo các tài liệu đánh giá tính thấm qua màng của các sản phẩm chứa DEET Lựa chọn khảo sát ở hai môi trường là đệm phosphat pH 7,4 và ethanol 50%
Bảng 3.51 Mức độ thấm của kem đối chiếu R (Remos) qua da chuột theo thời gian ở mụi trường khỏc nhau (àg/cm 2 )
Mức độ thấm của DEET ở cỏc mụi trường khỏc nhau (àg/cm 2 )
Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB RSD
(%) Lần1 Lần 2 Lần 3 TB RSD
Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn mức độ giải phóng DEET qua da chuột theo thời gian ở môi trường EtOH 50% và đệm phosphat pH 7,4
Kết quả bảng 3.51 cho thấy, kết quả đo giải phóng qua màng ở cả môi trường đệm phosphat pH 7,4 và ethanol 50% đều có độ lệch chuẩn trong khoảng 0,5 – 2,5% Chứng tỏ hai môi trường đều có thể áp dụng để đánh giá tính thấm qua màng của mẫu kem bào chế Kết hợp thực nghiệm đánh giá mức độ hòa tan theo điều kiện “sink” nhận thấy với lượng dung môi ethanol 50% sử dụng trong thử nghiệm tính thấm đảm bảo hòa tan hết lượng DEET gấp 3 lần lượng thử nghiệm tính thấm trong khi dung môi pH 7,4 không hòa tan hết Do đó, lựa chọn môi trường ethanol 50% để tiến hành đánh giá tính thấm của các mẫu kem được lựa chọn.
3.3.3.2 Kết quả đánh giá tính thấm qua màng da chuột
Bảng 3.52 Mức độ thấm của DEET qua da chuột theo thời gian của R và các mẫu kem CT20, CT21, CT22, CT23, CT24, CT25 (àg/cm 2 ) (n=3)
Mức độ thấm DEET theo thời gian của cỏc mẫu kem (àg/cm 2 )
R CT20 CT21 CT22 CT23 CT24 CT25
Ghi chú: R: Sản phẩm Remos
DA: Da chuột sau khi đánh giá tính thấm
Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn mức độ lưu trữ DEET trong da chuột sau 8 giờ của
R và các mẫu kem CT20, CT21, CT22, CT23, CT24, CT25
Kết quả từ bảng 3.52 và hình 3.3, hình 3.4 cho thấy:
Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn mức độ thấm DEET qua da chuột theo thời gian của
R và các mẫu kem CT20, CT21, CT22, CT23, CT24, CT25
- Các mẫu kem khảo sát và đối chiếu đều giải phóng DEET đều đặn theo thời gian
- So với mẫu đối chiếu, CT24 có mức độ thấm qua da ít hơn nhưng lại lưu trữ trong da nhiều hơn CT24 cũng đạt yêu cầu về các chỉ tiêu chất lượng kem theo mục 2.2.5
Như vậy, lựa chọn được công thức bào chế kem DEET 15% thích hợp nhất, đảm bảo được mục tiêu kéo dài thời gian tác dụng mà không làm tăng nguy cơ gây ra tác dụng không mong muốn với các thành phần được trình bày trong bảng 3.53
Bảng 3.53 Công thức bào chế cho 100 g kem DEET 15%
STT Thành phần Khối lượng (g)
9 Nước cất vừa đủ 100 g Đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của mẫu kem chứa diethyltoluamid 15% (phụ lục 11)
Các nội dung đánh giá chỉ tiêu chất lượng là các nội dung cơ bản cho chất lượng sản phẩm Để xây dựng tiêu chuẩn cơ sở cần thêm các tiêu chuẩn khác theo yêu cầu của Dược điển như độ vô khuẩn, độ kích ứng da Tuy nhiên, đây là sản phẩm nghiên cứu được bào chế ở phòng thí nghiệm nên bước đầu xây dựng tiêu chuẩn chất lượng cho kem DEET 15%.
Hình 4 1 Sơ đồ bào chế chế phẩm kem diethyltoluamid 15%
BÀN LUẬN
CẢI TIẾN VÀ XÂY DỰNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP DIETHYLTOLUAMID
4.1.1 Về cải tiến các quy trình tổng hợp diethyltoluamid đã công bố
4.1.1.1 Tổng hợp diethyltoluamid từ m-toluoyl clorid và diethylamin (Phương pháp 1)
Từ phương pháp tổng hợp diethyltoluamid trong phần tổng quan, mục
1.3 đề tài lựa chọn quy trình của Zhang Fuqiang và cộng sự để nghiên cứu tổng hợp DEET từ m-toluoyl clorid và diethylamin Trong đó, đề tài đã cải tiến được quy trình như sau:
- Về phần lựa chọn dung môi, ban đầu dung môi theo quy trình đối chứng của tác giả sử dụng là benzen Tuy nhiên, benzen là dung môi dễ bay hơi có độc tính cao có thể ảnh hưởng xấu đến hệ thần kinh và hệ tạo máu.Chính vì vậy, qua khảo sát thu được kết quả sử dụng dung môi DCM là việc cải tiến đáng chú ý trong nghiên cứu này Các dung môi có độ phân cực cao thì khi tiến hành lắc với nước để loại tạp sẽ bị trộn lẫn gây hao hụt sản phẩm chính, vì vậy cần cô bay hơi dung môi và tái hòa tan bằng dung môi hữu cơ khác ít hay không phân cực, kéo dài quá trình gây giảm hiệu suất phản ứng và tốn thời gian, dung môi Các dung môi ít hay không phân cực có khả năng hòa tan tốt sản phẩm, không tan trong nước nên có thể dùng nước và HCl để loại NaCl và diethylamin dư Nhiệt độ sôi của dung môi thấp giúp thực hiện quá trình cô bay hơi dung môi dễ dàng hơn Mặc dù hiệu suất thu được khi sử dụng ethyl acetat và diethylether cao, tuy nhiên ethyl acetat có tỉ trọng gần bằng nước nên khả năng phân tách không tốt, trong khi diethylether lại là dung môi dễ cháy, tiềm ẩn nhiều nguy cơ mất an toàn Trong khi đó DCM là dung môi có khả năng hòa tan tốt sản phẩm với hiệu suất phản ứng tốt, tương đối an toàn Bên cạnh đó, do nhiệt độ sôi của DCM thấp nên việc bay hơi dung môi có thể tiến hành nhanh, tiết kiệm thời gian và có khả năng thu hồi được dung môi để tái sử dụng Do đó, DCM là dung môi phù hợp với các yêu cầu về hiệu suất, an toàn, giá thành phù hợp và sẵn có trong điều kiện phòng thí nghiệm.
- Hiệu suất của quá trình khi tiến hành giai đoạn đầu ở nhiệt độ 5 o C tương đối thấp so với khi tiến hành ở nhiệt độ 25 o C Khi tiến hành giai đoạn đầu ở nhiệt độ 25 o C, kết quả khảo sát cho thấy giai đoạn sau nếu vẫn duy trì ở nhiệt độ 25 o C thì cho hiệu suất tương đương (96,06%) so với thực hiện ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp (96,08%) Tuy nhiên, thời gian phản ứng trường hợp này tăng lên rất nhiều (2,5 giờ) so với thực hiện ở 40 o C (1 giờ) Như vậy đã giảm được nhiệt độ của phản ứng xuống 40 o C so với công bố của tác giả Zhang Fuqiang là 80 o C
- Quá trình tinh chế của quy trình đối chứng chỉ tiến hành lắc hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng với nước, khi thực hiện thăm dò ban đầu đã thực hiện như công bố nhận thấy việc tinh chế cần lượng nước lớn mà không đảm bảo được độ tinh khiết của sản phẩm như công bố của tác giả có thể Có thể do sự khác nhau giữa chất lượng nguyên liệu đầu vào cũng như các máy móc trang bị thực hiện trong quá trình nghiên cứu Do đó cần một số thay đổi trong quy trình tinh chế và khảo sát để đảm bảo độ hàm lượng của sản phẩm đạt yêu cầu theo USP 41.
4.1.1.2 Tổng hợp diethyltoluamid từ acid m-toluic và diethylamin sử dụng tác nhân tạo halogenid (Phương pháp 2)
Kết quả nghiên cứu khảo sát quy trình tối ưu hóa tổng hợp DEET cho thấy những bước cải tiến so với quy trình đối chứng của Wang B J S như sau [49]:
- Tác nhân acyl hóa được sử dụng là dạng acid carboxylic, sau đó halogen hóa bằng SOCl2 để tạo dạng acid clorid hoạt động.
- Dung môi sử dụng cho phản ứng là diclomethan, đây là một dung môi ít độc, không gây hại nhiều đến môi trường, không gây độc cho người thực hiện mà vẫn duy trì được môi trường trơ đối với phản ứng này thay cho ether khan.
- Giảm tỷ lệ acid m-toluic:SOCl2 từ 1:2,0 xuống 1:1,4 tiết kiệm nguyên liệu và giảm độc hại.
- Giảm tỷ lệ acid m-toluic:diethylamin từ 1:3,0 xuống 1:2,5.
- Giảm lượng dung môi sử dụng trong toàn bộ quy trình phản ứng.
- Giảm lượng dung dịch NaOH 10% và dung dịch HCl 10% sử dụng trong quá trình xử lý, tách, tinh chế sản phẩm DEET.
- Hiệu suất tạo sản phẩm DEET có sự khác biệt rõ rệt giữa các tác nhân cloro hóa Trong đó, loại tác nhân SOCl2 là cho hiệu suất cao nhất 88,77% với thời gian là ngắn nhất (t 1 phút) so với những tác nhân còn lại (tương tự các công bố khoa học sử dụng tác nhân tạo acid clorid là SOCl2), phosphoryl clorid cho hiệu suất thấp nhất 50,32% với thời gian dài (t 1 0 phút) [50], [54], [57] Điều này do các tác nhân cloro hóa khác nhau thì mức độ hoạt động hóa học khác nhau Bên cạnh đó, khi thực hiện với 2 tác nhân là oxalyl clorid và phosphoryl clorid tạo ra sản phẩm phụ nên rất khó khăn trong quá trình tinh chế dẫn đến giảm hiệu suất phản ứng
- Nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng đến độ tan, tốc độ hòa tan và độ ổn định của các chất tham gia phản ứng nên nó ảnh hưởng đến tốc độ, mức độ phản ứng và chất lượng sản phẩm tạo thành Một số nghiên cứu về quy trình tổng hợp DEET đã công bố cho thấy nhiệt độ phản ứng thông thường từ 10-
50 o C Nghiên cứu về tổng hợp các dẫn xuất thay thế N,N- disubstituded carboxamid của tác giả Rao A N cho thấy hiệu suất cao nhất ở 25 o C khi khảo sát nhiệt độ phản ứng từ 20–45 o C, theo Chaysripongkul thì bước một thực hiện đun hồi lưu, bước hai để phản ứng ở nhiệt độ phòng Nghiên cứu tổng hợp DEET của Peter Knoess cho thấy khi tăng nhiệt độ, hình thành một hợp chất anhydrid và sản phẩm thu được bị tối màu, điều này được khắc phục khi phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ phòng [53], [56], [94].
Hiệu suất tạo DEET có xu hướng tăng lên đáng kể khi tăng tỉ lệ mol acid m-toluic:SOCl2 trong hỗn hợp phản ứng Điều này được giải thích là trong quá trình nhỏ giọt SOCl2 vào bình phản ứng đã có một lượng đáng kể SOCl2 thất thoát do tiếp xúc với nước trong không khí dẫn đến bị thủy phân làm giảm tỷ lệ mol phản ứng với acid m-toluic Do đó, ở tỷ lệ 1:1,2 lượng SOCl2 không đủ để thực hiện phản ứng gây kéo dài thời gian cũng như giảm hiệu suất.
4.1.2 Về xây dựng một số phương pháp mới tổng hợp tổng hợp diethyltoluamid
4.1.2.1 Tổng hợp diethyltoluamid từ acid m-toluic và diethylamin sử dụng tác nhân CDI (Phương pháp 3)
CDI là một tác nhân carbonyl hóa có hoạt tính cao có chứa hai nhóm rời acylimidazol Do đó, CDI có thể hoạt hóa acid carboxylic hoặc nhóm hydroxyl để liên hợp với các nucleophile khác, tạo ra liên kết amid có độ dài bằng 0 hoặc liên kết N-alkyl carbamat có độ dài một carbon giữa các phân tử được liên kết ngang Các nhóm acid carboxylic phản ứng với CDI để tạo thành N-acylimidazol có khả năng phản ứng cao Các dạng trung gian hoạt động tạo ra bởi sự giải phóng carbon dioxid và imidazol [95].
Qua tham khảo tài liệu trên đề tài đã dự đoán xu hướng phản ứng và sơ đồ hóa quy trình tổng hợp như sau:
Hình 4.2 Cơ chế hoạt hóa của CDI tham gia vào phản ứng tạo DEET giữa acid m-toluic và diethylamin Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất tạo DEET có xu hướng tăng lên đáng kể khi tăng tỉ lệ mol acid m-toluic:CDI trong hỗn hợp phản ứng (từ 88,94% ở tỉ lệ 1:1,0 lên 93,68% khi ở tỉ lệ 1:1,2; ở tỷ lệ 1:1,3 thì hiệu suất chênh lệch là không đáng kể); tuy nhiên ở tỷ lệ 1:1,4 thì hiệu suất giảm nhẹ. Điều này được giải thích là với tỉ lệ CDI thấp thì sẽ không có đủ lượng để phản ứng với acid m-toluic Bên cạnh đó, ở tỷ lệ 1:1,0 nồng độ các chất tham gia phản ứng giảm đi dẫn đến kéo dài thời gian phản ứng Vì vậy, trong cùng một khoảng thời gian nhất định thì hiệu suất của phản ứng sẽ giảm ở tỷ lệ thấp hơn Do lượng CDI ở tỷ lệ 1:1,2 đã đủ để phản ứng với acid m-toluic tạo sản phẩm trung gian trong khoảng thời gian 30 phút Tuy nhiên, ở tỷ lệ 1:1,4 thì hiệu suất giảm do khi tinh chế cần thêm lượng nước để kéo CDI dư ra khỏi hỗn hợp phản ứng, điều này cũng làm một phần sản phẩm bị kéo theo vào pha nước)
Khi tăng tỷ lệ mol giữa 4-DMAP và acid m-toluic, hiệu suất phản ứng không thay đổi do vai trò của 4-DMAP chỉ là chất tham gia đẩy nhanh tốc độ phản ứng và không bị biến đổi khi kết thúc quá trình xúc tác theo sơ đồ phản ứng sau:
Hình 4.3 Cơ chế hoạt động của 4-DMAP tham gia phản ứng tổng hợp DEET Hiệu suất tạo sản phẩm DEET có sự khác biệt rõ rệt giữa các dung môi phản ứng Hiệu suất khi sử dụng diclomethan là cao nhất 88,86% và hiệu suất khi sử dụng diethylether là thấp nhất 52,28% Dung môi n-hexan đạt hiệu suất thấp 52,80% trong khi dung môi ethyl acetat cho hiệu suất tạo sản phẩm cao 88,03%, tuy nhiên, đây là dung môi dễ cháy nổ, bên cạnh đó khi tiến hành phản ứng nhiệt độ xấp xỉ 80 o C do đó dẫn tới mầu của sản phẩm có mầu nâu đen không đảm bảo yêu cầu cảm quan.
4.1.2.2 Tổng hợp diethyltoluamid từ acid m-toluic và diethylamin sử dụng tác nhân CDT (Phương pháp 4)
Cơ chế tác dụng của CDT cũng tương tự như CDI nên trong quá trình nghiên cứu chỉ thực hiện khảo sát lặp lại các yếu tố như khảo sát trước, chỉ khác là việc cho thêm 4-DMAP được cho vào giai đoạn sau của quá trình phản ứng Tuy nhiên, việc cho 4-DMAP vào giai đoạn trước hay sau cũng hoàn toàn không ảnh hưởng đến hiệu suất cũng như tổng thời gian thực hiện phản ứng
QUY TRÌNH TỔNG HỢP DIETHYLTOLUAMID 500 G/MẺ ĐẠT TIÊU CHUẨN USP 41
4.2.1 Về kết quả xây dựng quy trình tổng hợp diethyltoluamid quy mô
Các quy trình tổng hợp đã khảo sát và xây dựng được có các ưu và nhược điểm như sau:
Các phản ứng được khảo sát và lựa chọn điều kiện phản ứng tốt nhất, 8/8 phản phản ứng chính của quy trình tổng hợp được thực hiện ở nhiệt độ thấp và dưới 100°C Các phản ứng với tác nhân bay hơi như SOCl2, cyanuric clorid, isopropyl cloroformat, methyl cloroformat được khảo sát và tiến hành phản ứng one-pot để giảm thiểu sự tiếp xúc của người thực hiện mà vẫn đảm bảo được hiệu suất tổng hợp
Quy trình tổng hợp diethyltoluamid từ acid m-toluic được hoạt hóa bởi các tác nhân ngưng tụ: Trong 4 phương pháp sử dụng các tác nhân CDI, CDT,CYA, DCC đã được báo cáo trong mục 3.1.2, có ưu điểm là việc tiến hành tổng hợp diễn ra khá đơn giản đối với 3 tác nhân CDI, CDT, CYA Chỉ có phương pháp sử dụng DCC là phức tạp, khó triển khai Tuy rất dễ dàng triển khai nhưng sự khó khăn đặt ra đối với phương pháp này là mua sắm nguyên liệu hóa chất ban đầu là khá đắt đỏ, dẫn tới giá thành của nguyên liệu DEET tổng hợp ra sẽ bị nâng cao hơn so với giá thành thị trường.
Quy trình tổng diethyltoluamid từ acid m-toluic được hoạt hóa bởi các tác nhân là những dẫn chất cloroformat: Đây là quy trình mới khá phức tạp, bên cạnh đó cũng yêu cầu cao với nhiệt độ bao gồm điều kiện nhiệt độ phản ứng phải thấp và phải bảo quản sản phẩm ở điều kiện lạnh để tránh sự thủy phân của các dẫn chất cloroformat và đảm bảo hiệu suất của quá trình phản ứng Bên cạnh đó, khi kết thúc phản ứng thì thu được hỗn hợp gồm sản phẩm chính và các sản phẩm phụ không tinh chế theo phương pháp chiết lỏng lỏng như đề ra ban đầu của nâng cấp quy mô mà phải sử dụng phương pháp sắc ký cột để tính chế Chính vì vậy, phương pháp tổng hợp theo hướng sử dụng các tác nhân là dẫn chất của cloroformat không khả thi để đưa vào nâng cấp quy mô.
Vấn đề khó khăn nhất của 2 hướng đã được đề cập đó chính là khó triển khai trong quy mô lớn vì cần thiết bị phức tạp, khó mua và đắt tiền, trong quá trình làm cần duy trì nhiệt độ thấp 25 o C đối với hướng sử dụng dẫn chất cloroformat Do đó, 2 hướng trên đều không phù hợp với điều kiện nhiệt đới ẩm gió mùa ở Việt Nam dễ làm ảnh hưởng đến nguyên liệu đầu vào.
Quy trình cải tiến tổng hợp diethyltoluamid từ acid m-toluic qua chất trung gian m-toluoyl clorid sử dụng tác nhân halogen hóa SOCl2 có những ưu điểm sau: Đây là quy trình đơn giản, các bước dễ thực hiện, sử dụng các hóa chất, dung môi cơ bản, dễ mua, có sử dụng các thiết bị và dụng cụ phổ biến,thường có trong các phòng thí nghiệm, hiệu suất cả quy trình cao Khi sử dụng SOCl2 với khả năng halogen hóa tốt hơn, tiến hành phản ứng one-pot giúp rút ngắn quy trình, giảm ảnh hưởng và độc tính của SOCl2 với người thực hiện.
Từ thực nghiệm tiến hành phản ứng, khi cho SOCl2 vào hỗn hợp phản ứng, quan sát thấy phản ứng xảy ra mãnh liệt và toả ra nhiệt lượng lớn, vì vậy đặt ra bốn vấn đề khi muốn phát triển lên quy mô lớn hơn:
- Cần lắp đặt thêm 1 hệ thống sục khí N2 để loại bỏ hoàn toàn không khí trong hỗn hợp phản ứng trước khi cho nguyên liệu SOCl2 Từ đó có thể giảm thiểu được lượng SOCl2 thất thoát tại thời điểm đầu vào và giảm được lượng nguyên liệu.
- Thời gian thêm SOCl2 cần được khảo sát kỹ hơn khi nâng cấp quy mô lớn (ở quy mô nhỏ thời gian cho 15-30 phút).
- 100% các phản ứng được tiến hành thực hiện trong tủ hút, với các thiết bị bảo hộ, đảm bảo yêu cầu trong phòng thí nghiệm Do đó, khi nâng cấp quy mô cần sử dụng những trang thiết bị kín và hệ thống tuần hoàn làm mát đảm bảo hạn chế việc thất thoát các sản phẩm phụ như HCl ra ngoài môi trường.
- Tiến hành thu hồi các dung môi trong phản ứng và quá trình xử lí sản phẩm Các sản phẩm phụ, tạp chất còn lại đều hòa tan trong nước được thu gom trong bình chứa chất thải riêng, không phát thải ra cống nước hay môi trường.
Kết quả nghiên cứu nâng cấp quy trình 500 g/mẻ cho thấy quy trình có độ lặp lại tốt, ổn định, dễ thực hiện và cho hiệu suất tổng hợp cao Quy trình
500 g/mẻ này có được các ưu điểm giống như quy trình thực hiện ở quy mô nhỏ hơn như: Thời gian ngắn (1,5 giờ), đơn giản (vì thao tác đơn giản, thiết bị, hóa chất thường dùng), dễ triển khai (dễ mua), giá thành cũng xấp xỉ như các nghiên cứu khác, hiệu suất cao (98,35%, cao hơn hẳn phương pháp dùng các dẫn chất cloroformat và sử dụng các tác nhân ngưng tụ) Mẫu nguyên liệu tổng hợp được theo quy trình này được kiểm nghiệm theo một số chỉ tiêu chính trong USP 41.
4.2.2 Về kết quả kiểm nghiệm theo một số tiêu chuẩn chính trong USP 41 và đánh giá độ ổn định của diethyltoluamid Để đảm bảo nguyên liệu tổng hợp được trong các quy trình đáp ứng tiêu chuẩn sản xuất, mẫu nguyên liệu được kiểm nghiệm theo một số chỉ tiêu chính quy định trong chuyên luận diethyltoluamid của USP 41 Kết quả kiểm nghiệm tại Viện kiểm nghiệm, nghiên cứu Dược và trang thiết bị y tế quân đội cho thấy các mẫu nguyên liệu đạt một số tiêu chuẩn chính quy định của dược điển Mỹ (USP 41).
Nghiên cứu độ ổn định của diethyltoluamid được thực hiện trên 3 mẻ, bảo quản ở điều kiện thực trong thời gian 12 tháng và điều kiện lão hóa cấp tốc trong thời gian 6 tháng Kết quả nghiên cứu cho thấy diethyltoluamid sản phẩm không có biến đổi đáng kể về các chỉ tiêu chất lượng đã theo dõi, ổn định trong 2 điều kiện thử trong các khoảng thời gian như trên với hàm lượng vẫn nằm trong khoảng 95,0-103,0% và không có pic lạ xuất hiện Tuy nhiên, để có thể kết luận về hạn dùng thực, cần có các nghiên cứu tiếp để theo dõi độ ổn định dài hạn ở điều kiện thường (nhiệt độ: 30 ± 2ºC, độ ẩm: 75 ± 5 %).
