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. 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 4 người tỡnh nguyện [14], [15].

- 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

STT Tên sản phẩm Hàm lượng

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 [20], [21], [22] Các phương pháp hoạt hóa khác bao gồm sử dụng cyanuric clorid hoặc triphenylphosphin/tetracloromethan [23], [24], [25].

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 [26]

* 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 [27], [28] Gần đây, các amino acid anhydrid đối xứng đã được nghiên cứu tổng hợp bởi các carbodiimid như DCC [29], [30], carbodiimid tan trong nước [31] và diisopropylcarbodiimid[32]

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 [33] 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 [35]

* 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 1hoặc clorosulfonyl isocyanat và amin bậc 2 được sử dụng làm tác nhân phản ứng [39], [40] 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

Diphenyl phosphoryl cyanid (DEPC) EtO P

Nhóm chất Tác nhân Công thức cấu tạo

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 nhấttrong 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 [19].

Bảng 1.8 Tổng hợp amid từ hỗn hợp anhydrid: Sử dụng các N-acid

Tác nhân Công thức cấu tạo

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

[19] 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 [41].

Các acid Lewis như tetraclorosilan trong pyridinhoặc titanium tetraclorid có thể tạo ra các amid đơn giản với hiệu suất trung bình [42], [43], [44]

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 phòng1,5 giờ Tinh chế sản phẩm bằng cất chân không ở < 10-15 mmHg [45]:

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 [46]:

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 [47].

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% [48]

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% [50]

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% [51]

OH + Et 2 NH 2 Cl/SiO 2

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) [52].

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% [53].

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 là 97% [54]

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 [55].

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 [55]:

TỔNG QUAN VỀ CHẾ PHẨM XUA ĐUỔI CÔN TRÙNG

1.4.1 Các dạng bào chế thuốc xua đuổi côn trùng

Hiện nay trên thế giới đã tìm ra rất nhiều hợp chất xua đuổi côn trùng, có thể phân thành hai nhóm chính là:

- Nhóm tổng hợp: DEET, IR3535 (Ethyl Butylacetylaminopropionat), Icaridin (Picaridin), DEPA (N,N-diethylphenylacetamid) và permethrin (pyrethroid tổng hợp) là những đại diện điển hình trong nhóm này [74]

- Nhóm tự nhiên: Tinh dầu khuynh diệp chanh (Corymbia citriodora), citronellal được chiết từ cây sả (Cymbopogon nardus), Neem (Azadirachta indica), nepetalacton được chiết xuất từ cây bạc hà mèo (Nepeia cataria L.) [74].

Bên cạnh các dạng bào chế truyền thống thì hiện nay cũng có nhiều nghiên cứu phát triển các dạng sản phẩm mới dựa trên các hệ thống giải phóng như các vi nang polyme, hạt nano lipid rắn, nhũ tương nano, vi nhũ tương, liposom, hydrogel micellar Các công thức mới bao gồm các vật liệu như polyme hoặc lipid [74].

Các sản phẩm bào chế được bán trên thị trường khá đa dạng Thuốc xịt thích hợp cho việc áp dụng các chất xua đuổi côn trùng ở các khu vực rộng lớn của cơ thể (trừ mặt do nguy cơ hít phải các giọt sản phẩm) Các loại kem ở dạng dung dịch và nhũ tương cũng thích hợp để áp dụng trong những trường hợp trên Các loại kem và gel chống thấm, nhớt hơn, phù hợp để áp dụng ở các khu vực cụ thể như cánh tay, bàn tay, cổ và mặt để có độ bám dính tốt hơn tránh chảy lỏng khi tiếp xúc với da và ở những môi trường nồm ẩm Hiện nay, xu hướng thị trường là phát triển dạng kem bôi chống côn trùng kết hợp hiệu quả chống nắng [74].

- Kem là thuốc mềm có thể chất mịn màng sử dụng tá dược là một nhũ tương (có trên 20% pha nước), có thể là nhũ tương dầu/nước (kem nước, có thể rửa sạch bằng nước) hoặc nhũ tương nước/dầu (kem dầu, trơn nhờn) Dược chất có thể hòa tan trong pha dầu hoặc hòa tan trong pha nước hoặc phân tán dưới dạng tiểu phân mịn trong tá dược nhũ tương [75].

- Kem N/D: Pha nội thân nước, pha ngoại (pha liên tục) thân dầu Trong các thành phần có các chất nhũ hóa tạo nhũ tương N/D như: Lanolin, este sorbitan (Span), monoglycerid và alcol béo [76].

- Kem D/N: Pha nội thân dầu, pha ngoại (pha liên tục) thân nước Trong các thành phần có các chất nhũ hóa tạo nhũ tương D/N như: Xà phòng kiềm hóa trị một (natri, kali), xà phòng amin (mono, di và triethanolamin), alcol béo sulfat, polysorbat (Tween), ether hoặc este của acid béo với polyethylen glycol [76].

1.4.3 Phương pháp bào chế kem thuốc

Với cấu trúc nhũ tương, kem được bào chế bằng phương pháp nhũ hóa Đối với từng loại tá dược khác nhau mà phương pháp nhũ hóa được tiến hành khác nhau Trong trường hợp dược chất hòa tan được vào pha nước hoặc pha dầu trong thành phần nhũ tương Các giai đoạn [77]:

- Hòa tan các dược chất, chất nhũ hóa, chất phụ trong pha dầu và pha nước, tùy vào tính chất của các chất.

- Sau đó, đun pha dầu lên khoảng 65-70 o C, pha nước cao hơn vài độ, cho pha nước vào pha dầu hoặc ngược lại tùy thuộc vào loại nhũ tương tạo thành là D/N hay N/D Khuấy trộn trong thiết bị thích hợp, để nguội dần và thu được nhũ tương đồng nhất, đóng hũ hoặc tuýp.

* Các thông số kỹ thuật bào chế ảnh hưởng độ ổn định của kem cũng như nhũ tương D/N hoặc N/D [78]:

Cường độ khuấy: Tốc độ khuấy cao hơn sẽ tạo ra nhũ tương ổn định hơn, bằng cách chuyển các giọt lớn thành các hạt nhỏ Nhưng khi tốc độ khuấy hơn 2500 vòng/phút sẽ làm chất nhũ hóa tách khỏi bề mặt phân cách hai pha dầu - nước. Ảnh hưởng của nhiệt độ trộn: Nhiệt độ càng cao càng thuận lợi cho quá trình nhũ hóa, vì cả độ nhớt và sức căng bề mặt của hầu hết chất lỏng đều giảm khi tăng nhiệt độ Ảnh hưởng của thời gian trộn: Thời gian trộn là một yếu tố quan trọng trong quá trình nhũ hóa.

Bán kính các giọt của pha phân tán giảm khi tăng tốc độ khuấy và thời gian trộn Thời gian trộn lâu làm tăng hiệu quả của các chất nhũ hóa Tuy nhiên, thời gian trộn quá lâu sẽ làm giảm hiệu quả của các chất nhũ hóa, dẫn tới các chất nhũ hóa tách ra khỏi bề mặt phân cách pha.

1.4.4 Một số nghiên cứu về bào chế và đánh giá tính thấm của DEET

Nhằm phát triển các công thức chứa DEET dùng ngoài có khả năng làm giảm tính thấm qua da và kéo dài thời gian tác dụng, năm 1998 Qiu H và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số tá dược (ethanol, polyethylen glycol 400 (PEG 400), acid stearic, carbopol 940NF và pemulen TR-2) đối với DEET trong dạng dung dịch và gel Tính thấm invitro của DEET được đánh giá trong các bình khuếch tán Franz, sử dụng da chuột cống, nhiệt độ 32±1°C Định lượng tính thấm của DEET tại các thời điểm khác nhau bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao Kết quả thu được: Dung dịch ethanol 40% và 50% (v/v) làm tăng sự khuếch tán DEET lần lượt là 157 và 137%; dung dịch ethanol 75%, 100% (v/v) và PEG 400 đã giảm dòng khuếch tán DEET ở trạng thái dừng tương ứng 67, 74 và 59% Phối hợp các chất làm ẩm da (glycerol, dimethicon hoặc dầu khoáng) ở mức 15% (w/w) trong gel bào chế từ carbopol 940NF và acid stearic không làm giảm đáng kể dòng khuếch tán DEET ở trạng thái dừng So sánh với mẫu đối chiếu 7,125% DEET (w/w), công thức carbopol 940NF và pemulen TR-2 chứa DEET 7,5% (w/w) thêm 20% (w/w) PEG 400 và 1% (w/w) tween 80, hoặc ethanol 75% (v/v) giảm dòng khuếch tán DEET ở trạng thái dừng tương ứng 22,7; 18,2 và 9,1% [79]

Năm 2012, Ghaffari S.và cộng sự đã so sánh tính thấm qua da các dạng bào chế: kem, thuốc mỡ, gel chứa 7,5% DEET Sử dụng bình Franz đánh giá tính thấm các dạng bào chế trong môi trường là ethanol Sử dụng cột C18, detector UV (L-7420 Merck- Hitachi, Đức) λ max = 240nm, bơm (L-7100 Merck-Hitachi, Đức) và thể tích tiêm (20μl), pha động là methanol : nước (80:20), tốc độ dòng 0,7l), pha động là methanol : nước (80:20), tốc độ dòng 0,7 ml/phút, thời gian lưu 5 phút Kết quả cho thấy, dạng kem tương thích với da người hơn và thấm qua da ít nhất, do đó có thể cho phép kiểm soát các tác dụng phụ của nó [80].

Năm 2014, Wang T và Miller D đã xác định mức độ thấm trên da của kem DEET qua màng nhân tạo và da người bằng hệ thống HPLC Waters Alliance 2960, detector dãy diod quang 996, phần mềm Millennium (Milford, MA, USA) Cột Nova-Pak C18, 150 mm x 3,9 mm, 4 mm Pha động là hỗn hợp acetonitril, methanol và nước acid (pH 2,8) tỷ lệ 65:20:15 (v/v/v), tốc độ dòng 1 ml/phút Bước sóng phát hiện là 254nm Trong điều kiện này, thời gian lưu của DEET là 1,49 phút, với giới hạn phát hiện là 800 ng/ml, Khoảng nồng độ tuyến tính (r 2 ≥ 0.99) là 2 - 80 μl), pha động là methanol : nước (80:20), tốc độ dòng 0,7g/ml [81].

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

STT 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

25 Phosphoryl clorid TKPT Trung Quốc

27 Thionyl clorid TKPT Ấn Độ

STT Tên nguyên liệu Tiêu chuẩn Xuất xứ

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

STT 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 Spectrometer Mỹ

2 Máy đo quang phổ hồng ngoại GX-PerkinElmer Mỹ

3 Máy đo quang phổ hồng ngoại Agilent Cary FTIR 630 Mỹ

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

STT Tên thiết bị Xuất xứ

Thiết bị trong tổng hợp

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-Waters Mỹ

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

STT Tên Thành phần Vai trò

Dưỡng da, bảo vệ da

Behenyl Alcohol Chất làm ẩm da

Arachidyl Alcohol Chất làm mềm da và tạo đặc cho chế phẩm

Gôm Xanthan Chất làm đặc

Propylen glycol Dung môi hòa tan

Arachidyl glucosid Amryium Acryloyldimethyltaurat /Beheneth-25 Methacrylat Crosspolymer

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 [45]:

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

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

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

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

STT 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: 52 o C hoặc nhiệt độ phòng (252 o C) Giai đoạn thêm chất trung hoà acid, duy trì phản ứng ở nhiệt độ phòng (252 o C) hoặc nâng lên nhiệt độ sôi của phản ứng (402 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 (402 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 (402 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

TT 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 (KL/KL) KLSP (g) Hiệu suất

- 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

Tổng hợp DEET từ acid m-toluic theo quy trình ở trên được thực hiện với sự thay đổi các tác nhân tạo acid clorid khác nhau là SOCl2,PCl5, POCl3, (COCl)2 Kết quả được thể hiện trong bảng 3.6.

Bảng 3.6 Kết quả ảnh hưởng của tác nhân tạo acid clorid đến hiệu suất tạo DEET

Tác nhân tạo acid clorid

Thời gian pư hết (2) (t 1 - phút)

Thời gian pư hết (3) (t 2 -phút)

Sản phẩm DEET KLSP (g) Hiệu suất (%)

Nhận xét: Kết quả cho thấy với cả 4 loại tác nhân tạo acid clorid nêu trên đều tạo được m- toluoyl clorid nên đều thu được sản phẩm DEET Trong số các tác nhân trên thì SOCl2 là tác nhân cloro hóa thích hợp nhất để tổng hợp DEET Chính vì vậy, SOCl2 được lựa chọn cho các khảo sát tiếp theo. b, Khảo sát ảnh hưởng của loại dung môi phản ứng đến hiệu suất tạo DEET

KẾT QUẢ XÂY DỰNG QUY TRÌNH TỔNG HỢP

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

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 (9,14 g; 95,57%).

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.

KẾT QUẢ BƯỚC ĐẦU BÀO CHẾ KEM CHỨA DIETHYLTOLUAMID 15%

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

CT Cảm quan pH Ly tâm Chu trình nhiệt 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 gấp 2-5 lần Do đó, khảo sát dùng triethanolamin:acid stearic theo các tỉ lệ 1:2, 1:4, 1:6 và 1:1

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

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

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 môi trường khác 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

MỨC ĐỘ THẤM QUA DA (MCG

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 3.3 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

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:

- 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

[45] 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

Hình 4.4 Sơ đồ tổng hợp DEET từ acid m-toluic và diethylamin sử dụng tác nhân ngưng tụ CDT

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 500 g/ mẻ

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 %).

BƯỚC ĐẦU XÂY DỰNG CÔNG THỨC BÀO CHẾ KEM CHỨA DIETHYLTOLUAMID

Căn cứ trên công thức kem Remos đối chiếu cho kem chứa diethyltoluamid 15%, đề tài nhận thấy trong công thức của mẫu kem đối chiếu và một số kem với nồng độ khác sử dụng trên thị trường có các thành phần chính là: Hoạt chất, dưỡng chất bảo vệ và dưỡng ẩm da, chất nhũ hóa, chất làm đặc, chất điều hương, chất bảo quản. Đối với nhóm tá dược bảo vệ và dưỡng ẩm da có sự xuất hiện của dịch chiết lá cây lô hội thì trong công thức kem đối chiếu cần thêm Propylen glycol và ethanol để tạo môi trường hòa tan DEET và dịch chiết Ngoài ra còn thêm một số thành phần tá dược dưỡng da khác là vitamin E, arachidyl alcohol và behenyl alcohol Bên cạnh đó, việc sử dụng Propylen glycol và PEG 400 gây ra tình trạng nhờn dính da trong 2-3 giờ đầu có thể gây khó chịu cho người sử dụng đã được đã được tác giả Lê Đại Nghĩa báo cáo trong luận văn thạc sĩ năm 2004, tuy nhiên công thức kem bào chế chứa những tá dược nói trên vẫn đạt tác dụng xua muỗi trong thời gian theo dõi từ 6-10 giờ, do trong công thức có sử dụng hai tá dược nhằm mục đích tăng độ nhớt cho chế phẩm, hạn chế tốc độ bay hơi và sự thấm qua da của dược chất.

Mục tiêu của đề tài là bào chế kem chứa diethyltoluamid nên không nhất thiết phải có những tá dược kể trên, chính vì điều này đã gợi ý đề tài thay đổi thành phần trong công thức để kết hợp với một số loại dầu khác sẵn có trong nước như dầu dừa, dầu parafin và dầu oliu Mục đích kéo hoạt chất DEET vào pha dầu và bào chế kem dạng D/N, từ đó không sử dụng các dung môi phân cực như ethanol và PG hướng tới hạn chế việc giải phóng DEET và giảm tính thấm của công thức nghiên cứu [102].

Từ các khảo sát lựa chọn loại dầu cho thấy khi dùng các loại dầu khác nhau phối hợp với alcol cetylic ở các tỷ lệ khác nhau thì dầu thực vật (dầu dừa và oliu) có xu hướng tạo ra kem ổn định hơn. Trong đó, mức độ ổn định của công thức khảo sát còn phụ thuộc vào tỷ lệ phối hợp giữa alcol cetylic và dầu, nhưng cuối cùng đều bị tách lớp Điều này có thể do chất nhũ hóa trong công thức sử dụng chưa phù hợp Đề tài lựa chọn dầu oliu để tiếp tục nghiên cứu do yếu tố thể chất ổn định nhất trong các mẫu kem nghiên cứu, bên cạnh đó theo tác giả Ruiz trong dầu oliu có các thành phần chính là acid oleic đóng vai trò chính giống như dịch chiết lá lô hội và các thành phần khác như vitamin A, D, E, polyphenol, muối khoáng, oleuropeosid, phytosterol, squalen và acid linoleic đóng vai trò dưỡng ẩm và bảo vệ da

[103] Chính vì thế cũng giảm bớt việc sử dụng hai tá dược là ethanol và PG trong công thức đối chứng là thành phần gây tăng tính thấm trong sản phẩm trên thị trường Từ đó làm giảm tính thấm của hoạt chất trong mẫu kem nghiên cứu.

Khi dùng triethanolamin kết hợp acid stearic ở các tỉ lệ có tác dụng nhũ hóa tạo nhũ tương D/N, 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 Đồng thời, pH hơi kiềm của các công thức (do sự có mặt của triethanolamin) có nguy cơ gây kích ứng khi bôi lượng nhiều, tần suất lớn lên da [75].

Việc lựa chọn GMS thay gôm xanthan trong công thức bào chế do: GMS thuộc nhóm các dẫn chất của acid béo (là ester của acid stearic với glycerol) Tá dược này thích hợp với nhiều loại dược chất anion, cation và không ion hóa, đồng thời không phụ thuộc vào pH môi trường Để làm tăng khả năng nhũ hóa và chuyển sang dạng nhũ tương D/N thường dùng phối hợp với một tỉ lệ chất diện hoạt khác như natri lauryl sulfat (Gelacid) thích hợp cho thuốc mỡ nhũ tương có pH dưới 7,8 [75]

Natri lauryl sulfat là chất hoạt động bề mặt anion, ở nồng độ 0,5 – 2,5% nó kết hợp với các acid béo tạo thành chất nền tự nhũ hóa, GMS phối hợp với chất diện hoạt không ion hóa như Tween 80 không phụ thuộc vào pH môi trường Vì vậy, tiếp tục khảo sát phối hợp các chất nhũ hóa GMS, Tween

80, natri lauryl sulfat để để thu được tỷ lệ thích hợp nhất, đảm bảo sự hình thành và ổn định cho chế phẩm

Việc sử dụng hỗn hợp tá dược trên trong quá trình bào chế cũng gây ra hiện tượng tạo bọt làm các mẫu kem bị xốp do nhiều bọt khí và kém ổn định Do đó, việc sử dụng dầu oliu với tỷ lệ cao trong công thức cũng góp phần hạn chế hiện tượng tạo bọt của mẫu kem khảo sát [78] Từ đó cũng giúp kem ổn định hơn, cải thiện tính chất và làm giảm tính thấm của mẫu kem.

Hình 3.2 biểu diễn mức độ giải phóng qua màng của mẫu kem đối chiếu ở hai môi trường khác nhau là đệm phosphat pH 7,4 và ethanol 50% Mức độ thấm qua da của DEET ở môi trường ethanol lớn hơn mức độ thấm ở môi trường đệm phosphat pH 7,4 Cụ thể, ở thời điểm 1h mức độ thấm trung bỡnh của mẫu kem đối chiếu ở mụi trường ethanol là 1095,2 àg/cm 2 , cao gấp 1,65 lần mức độ thấm trung bình ở đệm phosphat vào cùng thời điểm Sau 4 giờ, mức độ thấm trung bình ở môi trường ethanol tăng gấp gần 6 lần, trong khi con số này là 4 lần đối với môi trường đệm Từ thời điểm 4 – 6 giờ, tốc thấm giảm dần do sau khi DEET giải phóng qua da, chênh lệch nồng độ giữa trong và ngoài màng giảm Môi trường đệm pH 7,4 gần với điều kiện sinh lý con người hơn, nhưng lựa chọn môi trường đo là ethanol để tiếp tục nghiên cứu tính thấm qua da của DEET Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Ghaffari S và cộng sự [80].

- Mức độ thấm của DEET qua da có sự khác nhau giữa các công thức, giảm dần theo thứ tự: CT25, R, CT24, CT20, CT21, CT23, CT22 Như vậy, mức độ thấm qua da của DEET cao nhất ở công thức CT25 và thấp nhất ở CT22

Sự khác nhau về mức độ thấm giữa các công thức có thể giải thích do thể chất của kem, thể chất kem càng mềm, lỏng, mức độ thấm qua của DEET càng tăng Với tỷ lệ cao alcol cetylic trong công thức

CT21 (16%) và CT22 (20%) tạo thể chất kem đặc, cứng, làm kem khó dàn đều trên da, diện tích tiếp xúc giữa dược chất với da giảm, dẫn tới mức độ thấm qua da thấp Khi giảm tỷ lệ alcol cetylic, các công thức CT22, CT21, CT20 có thể chất thay đổi từ cứng – hơi cứng – mềm thì mức độ thấm cũng tăng dần theo thứ tự tương ứng Như vậy, ngoài khả năng điều chỉnh thể chất kem, alcol cetylic còn làm tăng tính thấm dược chất bằng cơ chế làm mềm da, điều này phù hợp với tài liệu [104].

CT23, CT24, CT25 có tỷ lệ dầu oliu tăng dần, lần lượt là 9, 13, 17% thì mức độ thấm của hai công thức sau tăng rõ rệt so với công thức đầu (hình 3.3) Dầu oliu có tỷ lệ cao các acid béo chưa bão hòa như acid oleic (18C, 1 nối đôi) 55,0–83,0%, acid linoleic (18C, 2 nối đôi) 3,5–21,0%, acid linoleic (18C, 3 nối đôi) 0,9% Đây là những chất có tác dụng làm tăng tính thấm Do đó, những miếng da chuột thử tính thấm của CT24 và CT25 sau 8 giờ gần như thấm hết kem, trong khi các công thức khác vẫn còn một lớp kem trên bề mặt, Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Ruiz M A [103]

Mức độ lưu trữ trong da của DEET ở các CT20 – CT23 tương ứng là 517,76 ± 9,77; 401,69 ± 8,57; 439,66 ± 8,27; 506,75 ± 5,37 Các giá trị này là tương đương nhau và tương đương nồng độ bão hòa. Ở các công thức R, CT24, CT25 có mức độ lưu trữ DEET trong da cao vượt trội so với mức độ lưu trữ DEET trung bình của CT20 – CT23, lần lượt là 1,42; 2,96 và 3,31 lần Điều này được giải thích do mức độ lưu trữ trong da thì tỷ lệ thuận với mức độ thấm qua da của nó, vì dược chất muốn vào được phía trong màng thì phải đi qua màng và được giữ lại tại đây Như vậy, muốn DEET lưu trữ nhiều trong da để kéo dài thời gian tác dụng thì đồng thời cũng phải hấp thu một lượng tương ứng vào cơ thể, làm tăng nguy cơ xảy ra các tác dụng không mong muốn Tuy nhiên, CT24 thể hiện ưu điểm hơn các công thức khác ở chỗ có mức độ lưu trữ trong da thì tỷ lệ nghịch với mức độ thấm qua da. Đề tài mới bước đầu xây dựng và đánh giá được một số chỉ tiêu cơ bản của một công thức kem.

Do thời gian có hạn nên đề tài còn thiếu nhiều đánh giá để khẳng định chất lượng cũng như hiệu quả của mẫu kem bào chế được trong nghiên cứu, cần có những khảo sát sâu hơn như: