TỔNG QUAN
Tổng quan về các phương pháp tổng hợp pazopanib hydroclorid
1.1.1 Tổng quan sơ lược về pazopanib hydroclorid
Pazopanib hydroclorid là dược chất được phát triển bởi tập đoàn GlaxoSmithKline (Anh), thuộc nhóm thuốc chống ung thư theo cơ chế ức chế enzym tyrosine kinase Thuốc ngăn chặn thụ thể của yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu (VEGFR) – 1, 2, 3 và thụ thể của yếu tố tăng trưởng nội mô tiểu cầu (PDGFR) – α, β [17]
- Công thức cấu tạo (Hình 1.1):
Hình 1.1 Công thức cấu tạo của pazopanib hydroclorid
- Công thức phân tử: C21H24N7O2SCl
- Tên khoa học: 5-((4-((2,3-dimethyl-2H-indazol-6-yl)methylamino)pyrimidin-2- yl)amino)-2-methylbenzensulfonamid hydroclorid
- Cảm quan: Bột kết tinh màu trắng hoặc trắng ngà [29]
✓ Tan trong DMSO (17 mg/mL ở 25 ⁰C), ethanol (< 1 mg/mL ở 25 ⁰C) Ít tan trong nước ở pH 1 (682,64 ± 7,58 àg/mL ở 25 ⁰C), thực tế khụng tan trong nước ở pH 4 (3 ± 0,25 àg/mL) và ở pH 6,8 (2,64 ± 1,02 àg/mL) [4]
- Tính acid, base: Pazopanib có 2 trung tâm base và 1 trung tâm acid yếu lần lượt có giá trị pKa bằng 2,1 (indazol), 6,4 (pyrimidin) và 10,2 (sulfonamid)
- Hệ số phân bố giữa octanol và nước: logP = 3,6 [14]
- Phân lớp sinh dược học: Nhóm 2 (tính thấm cao, độ tan thấp) [6]
1.1.1.3 Ứng dụng trong điều trị
Pazopanib hydrochlorid là thuốc ức chế thụ thể tyrosine kinase hoạt động bằng cách liên kết cạnh tranh với adenosin triphosphat (ATP) tại các thụ thể này Trong cấu trúc phân tử pazopanib, hợp phần indazol có cấu trúc tương tự như adenin của ATP nên có thể tạo liên kết hydro với thụ thể tyrosine kinase Từ đó, ATP không còn có thể liên kết với các thụ thể này, dẫn đến quá trình truyền tín hiệu bị ức chế.
3 với thụ thể tyrosine kinase nên không thể kích hoạt chuỗi phản ứng nội bào vì vậy mà ức chế sự phát tiển của mạch mới Ngoài ra, pazopanib cũng có hoạt tính tương tự với các thụ thể của yếu tố tăng trưởng tiểu cầu PDGFR-α, PDGFR-β và yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi FGFR-1, FGFR-3 [16]
Pazopanib hydrochorid được chỉ định trong các trường hợp ung thư biểu mô tế bào thận (RCC) và sarcoma mô mềm tiến triển (STS) [21] Ngoài ra, hiện nay một số thử nghiệm lâm sàng chứng minh lợi ích của pazopanib trong các khối u mô đệm đường tiêu hóa (GRST) [8]
Liều dùng pazopanib hydroclorid được nhà sản xuất khuyến cáo là 800 mg (tương ứng 4 viên nén VOTRIENT 200 mg) dùng 1 lần/ngày [9]
1.1.2 Các phương pháp tổng hợp pazopanib hydroclorid
Pazopanib (dạng base) chia thành 3 hợp phần chính gồm indazol, pyrimidin và benzensulfonamid, trong đó pyrimidin là hợp phần cầu nối Từ các tài liệu tham khảo được, chúng tôi nhận thấy có thể tổng hợp pazopanib hydroclorid theo 1 trong 2 cách như Hình 1.2
Cách 1: Gắn hợp phần indazol vào hợp phần pyrimidin trước, sau đó cho sản phẩm phản ứng tiếp với hợp phần benzensulfonamid
Method 2: First, attach the benzenesulfonamide moiety to the pyrimidine moiety, then add the indazole moiety The methyl group can be introduced into the single indazole moiety or the indazole moiety which has been attached to pyrimidine [3], [10], [11], [12], [22].
Hình 1.2 Các con đường tổng hợp pazopanib 1.1.2.1 Phương pháp gắn hợp phần indazol vào hợp phần pyrimidin trước
Một số nghiên cứu công bố sử dụng phương pháp này như A Boloor (2006), Y.C Mei (2012), H Liu (2018), Nguyễn Văn Giang (2019), P D Haas (2021) Trong đó hợp phần pyrimidin có thể có nguồn gốc từ 2,4-dicloropyrimidin (theo A Boloor) hoặc 2,4-dicloropyrimidin (theo H Liu)
Phương pháp tổng hợp pazopanib của A Boloor
Sơ đồ tổng hợp pazopanib theo A Boloor được thể hiện trong Hình 1.3
Hình 1.3 Sơ lược quy trình tổng hợp pazapanib theo A Boloor Quy trình: Phương pháp đi từ nguyên liệu 2-ethylanilin Nitro hóa nguyên liệu bằng acid nitric 68 % trong acid sulfuric 98 % thu được chất 2 Diazo hóa chất 2 bằng tert-butyl nitrit (hoặc isoamyl nitrit) trong acid acetic tạo thành chất trung gian muối diazoni, và ngưng tụ tạo vòng indazol để thu được chất 3 Methyl hóa chất 3 tạo thành chất 4 bằng tác nhân trimethyloxoni tetrafluoroborat trong aceton hoặc trimethyl orthorformat có mặt boron trifluorid etherat trong dicloromethan Khử hoá chất 4 bằng thiếc (II) clorid và acid hydrocloric (HCl) trong dung môi diglym hoặc amoni format trong dung môi methanol với xúc tác Pd/C 10 % thu được 5 Alkyl hóa chất 5 với 2,4- dicloropyrimidin, xúc tác NaHCO3 trong dung môi ethanol, THF (tetrahydrofuran) để thu được 6 Methyl hoá chất 6 bằng methyl iodid có mặt cesi (I) carbonat trong dung môi DMF thu được chất 7 Alkyl hoá chất 7 với 8 trong dung môi isopropanol (IPA) và HCl 37 % để thu được pazopanib hydroclorid [5]
Nhận xét: Ưu điểm của phản ứng là diễn ra với hiệu suất tương đối cao Tuy nhiên, tác giả sử dụng một số hóa chất đắt tiền và không sẵn có, một số tác nhân dễ phân huỷ, khó bảo quản như tert-butyl nitrit, một số tác nhân độc hại Một số phản ứng diễn ra ở nhiệt độ quá thấp tiêu tốn năng lượng Ngoài ra, việc sử dụng 2,4-dicloropyrimidin ghép với nhân indazol làm cho phản ứng rất khắc nghiệt bởi vì tác nhân này có 2 vị trí thế clor Do đó khi phản ứng nhân indazol có thể gắn với nhân pyrimidin ở carbon số 2 hoặc carbon số 4 của vòng pyrimidin Đa số các tác giả sau đó đi theo phương pháp này đều sử dụng hợp phần pyrimidin là 2,4-dicloropyrimidin trong tổng hợp pazopanib hydroclorid Do sự không chọn lọc của clor ở vị trí 2,4 trên phân tử 2,4-dicloropyrimidin nên phản ứng gắn hợp phần indazol vào hợp phần pyrimidin có thể dẫn tới các tạp chất I, II và III (Hình 1.4) Vị trí thứ 4 của 2,4-dicloropyrimidin dễ bị tấn công bởi tác nhân ái nhân dưới điều kiện cơ bản Tuy
5 nhiên, vị trí thứ 2 cũng có thể bị ảnh hưởng tạo nên sản phẩm phụ I với tỷ lệ 3,0 – 4,6 % trong hỗn hợp phản ứng Ngoài sản phẩm chính 6, phản ứng còn tạo ra dimer II (tỷ lệ 0,15 %) và tạo tạp chất III (0,11 % - 1,4 %) do chất 6 phản ứng với methanol [25]
Hình 1.4 Các tạp chất sinh ra từ phản ứng gắn hợp phần indazol vào hợp phần pyrimidin
Phương pháp tổng hợp pazopanib của H Liu
Năm 2018, H Liu đã công bố quy trình tổng hợp pazopanib thay vì dùng 2,4- dicloropyrimidin như các tác giả trước, ông đã chọn 2,4-dicloro-5-nitropyrimidin để gắn với nhân indazol Sơ đồ tổng hợp pazopanib theo H Liu được thể hiện trong Hình 1.5
Hình 1.5 Quy trình tổng hợp pazopanib theo H Liu
Quy trình: Chất 5’ phản ứng với 2,4-dicloro-5-nitropyrimidin tạo thành 9 Alkyl hóa chất 9 với 8 tạo thành 10 Khử nhóm nitro của chất 10 bằng H2 xúc tác Pd/C thu được chất 11 Chất 11 phản ứng với tert-butyl nitrit tạo thành muối diazoni, sau đó muối diazoni phản ứng với triethoxysilan xúc tác (1,5-cyclooctadien)rutheni (II) clorid tạo thành pazopanib [19]
Nhận xét: Việc chọn 2,4-dicloro-5-nitropyrimidin để gắn với nhân indazol có ưu điểm về phần định hướng vị trí nhóm thể hơn Nhóm nitro (có hiệu ứng hút điện tử mạnh) giúp phản ứng thế nucleophin của chất 5’ với 2,4-dicloro-5-nitropyrimidin xảy ra chọn lọc ở vị trí thứ 4 hơn thay vì vị trí thứ 2 trên nhân pyrimidin Tuy nhiên, hiệu suất phản ứng vẫn chưa cao vì vẫn còn 2 nhóm thế clor trong phân tử, việc tạo các tạp như phân tích bên trên không được khắc phục Ngoài ra, quy trình còn cần thêm phản ứng loại nhóm NO2 nên dài hơn so với quy trình của A Boloor
1.1.2.2 Phương pháp gắn hợp phần benzensulfonamid vào hợp phần pyrimidin trước
Phương pháp gắn kết hợp phần benzensulfonamid với pyrimidin trước được thực hiện bởi B P Reddy và cộng sự từ năm 2012 với cách tiếp cận khác biệt so với các tác giả trước đây Theo đó, hợp phần benzensulfonamid gắn với hợp phần pyrimidin tạo chất trung gian 12 trước rồi mới tiếp để gắn tiếp hợp phần indazol tạo ra phân tử pazopanib (Hình 1.5) [24]
Hình 1.6 Sơ đồ tổng hợp pazopanib theo B P Reddy Quy trình: Tổng hợp 12 bằng phản ứng ngưng tụ 8 và 2,4-dicloropyrimidin trong dung môi ethanol, THF, xúc tác NaHCO3 ở 70 - 75 °C (hiệu suất 48,2 %) Tổng hợp 5’ từ nguyên liệu 5 qua 2 giai đoạn tạo imin với paraformaldehyd, xúc tác NaOCH3 và khử bằng NaBH4 trong methanol Cuối cùng, ngưng tụ 12 và 5’ trong ethanol có mặt HCl đặc ở nhiệt độ hồi lưu tạo sản phẩm pazopanib [24]
Tổng quan về 5-((4-cloropyrimidin-2-yl)amino)-2-methyl-benzensulfonamid
Ngoài B P Reddy, trong khóa luận tốt nghiệp Dược sĩ 2019, Nguyễn Tấn Thành cũng tổng hợp pazopanib theo cách gắn hợp phần benzensulfonamid với hợp phần pyrimidin trước Tuy nhiên, hợp phần pyrimidin được lựa chọn là 2- (methylthio)pyrimidin-4(3H)-on (14) Chất này có thể được tổng hợp từ nguyên liệu ban đầu là 2-thiouracil [2] theo Hình 1.7 Sau đó ngưng tụ với chất 8 để tạo chất trung gian
12 rồi ghép với chất 5’ tạo sản phẩm pazopanib giống phương pháp của B P Reddy
Hình 1.7 Tổng hợp chất 14 từ 2-thiouracil
Phương pháp tổng hợp này là một tiếp cận mới và hiện tại chưa có nhiều công bố Hiện nay, mới chỉ có B P Reddy và Nguyễn Tấn Thành đi theo con đường này Đây được coi là một hướng đi đầy triển vọng để mở rộng các phương pháp tổng hợp pazopanib, nhằm tìm ra con đường tối ưu với hiệu suất cao cho sản xuất nguyên liệu công nghiệp Chất 12 đóng vai trò là như một trung gian quan trọng trong quá trình tổng hợp pazopanib, theo phương pháp kết hợp hợp phần benzensulfonamid với hợp phần pyrimidin Trong khóa luận này, chúng tôi tập trung vào việc nghiên cứu chất 12 để phát triển một phương pháp tổng hợp pazopanib mới và hiệu quả
1.2 TỔNG QUAN VỀ 5-((4-CLOROPYRIMIDIN-2-YL)AMINO)-2-METHYL- BENZENSULFONAMID
- Công thức cấu tạo (Hình 1.8):
Hình 1.8 Công thức cấu tạo chất 12
- Công thức phân tử: C11H11ClN4O2S
- Thành phần khối lượng các nguyên tố (Bảng 1.2):
Bảng 1.2 Phần trăm khối lượng các nguyên tố trong phân tử chất 12
1.2.2 Ứng dụng của 5-((4-cloropyrimidin-2-yl)amino)-2-methylbenzensulfonamid trong tổng hợp hóa học
Chất 12 là một chất trung gian trong quá trình tổng hợp pazopanib hydroclorid, gồm 2 hợp phẩn chính là pryrimidin và benzensulfonamid Cho đến nay, chất này chỉ được ứng dụng với mục đích duy nhất là để tổng hợp pazopanib bằng cách ghép với
1.2.3 Các phương pháp tổng hợp 5-((4-cloropyrimidin-2-yl)amino)-2-methyl- benzensulfonamid
1.2.3.1 Phương pháp của B P Reddy và cộng sự
B P Reddy và cộng sự đã tổng hợp chất 12 theo sơ đồ Hình 1.9
Để tổng hợp hợp chất 12, phản ứng hóa học được tiến hành bằng cách cho 2,4-dicloropyrimidin vào hỗn hợp chứa 5-amino-2-methylbenzensulfonamid (8), ethanol và tetrahydrofluran ở nhiệt độ phòng Sau đó, khối phản ứng được đun nóng đến 70 - 75 ℃ và duy trì trong 13 giờ Sau khi phản ứng kết thúc, khối phản ứng được làm lạnh ở 10 ℃ trong 2 giờ, lọc rồi cô phần dịch dưới áp suất giảm ở 50 - 55 ℃ thu được cắn Cuối cùng, thêm ethyl acetat vào cắn, khuấy 1 giờ rồi lọc để thu được sản phẩm mong muốn với hiệu suất phản ứng là 48,2%.
Nhận xét: Ưu điểm của phương pháp này là tổng hợp chất 12 chỉ qua một phản ứng Tuy nhiên hiệu suất tổng hợp không cao và sinh tạp do tác nhân không chọn lọc Phản ứng alkyl hóa sử dụng 2,4-dicloropyrimidin chọn lọc cao hơn vào carbon ở vị trí số 4 của vòng pyrimidin dẫn đến nguy cơ cao tạo sản phẩm phụ là 5-((2-cloropyrimidin- 4-yl)amino)-2-methylbenzensulfonamid (12’) (Hình 1.10)
Hình 1.10 Sản phẩm phụ tạo thành khi tổng hợp chất 12 theo phương pháp của B P Reddy và cộng sự
1.2.3.2 Phương pháp của Nguyễn Tấn Thành
Nguyễn Tấn Thành đã tổng hợp chất 12 theo sơ đồ Hình 1.11
Hình 1.11 Tổng hợp chất 12 theo Nguyễn Tấn Thành Quy trình:
Bước 1: Methyl hoá 2-thiouracil (13) tạo 2-(methylthio)pyrimidin-4(3H)-on (14)
Phân tán 5,00 g chất 13 và 2,00 g natri hydroxid vào 16,00 mL nước, đun nóng đến 60 - 70 ℃ cho đến khi chất rắn tan hoàn toàn Thêm 30,00 mL ethanol vào hỗn hợp phản ứng, để nguội về nhiệt độ phòng sau đó thêm 4,00 mL methyl iodid Đun nóng hỗn hợp ở 50 - 60 ℃ trong 20 phút Để nguội khối phản ứng về nhiệt độ phòng, sau đó lọc lấy tủa Phần dịch lọc được acid hóa bằng acid acetic đến pH 6 và cất quay dưới áp suất giảm để loại bỏ ethanol Lọc hỗn hợp, kết hợp 2 phần tủa thu được và rửa với nước Kết tinh lại sản phẩm trong ethanol thu được sản phẩm kết tinh màu trắng Hiệu suất phản ứng đạt 81,4 %
Bước 2: Ngưng tụ chất 14 với chất 8 ở 180 - 190 ℃ thu được chất 15
Trộn đều 2,00 g chất 14 và 1,83 g chất 8 thành hỗn hợp đồng nhất Hỗn hợp được đun nóng từ từ lên 180 - 190 ℃ và duy trì đến khi không còn khí thoát ra Sau khi để nguội về nhiệt độ phòng, thêm 2 mL ethanol để phân tán khối phản ứng Lọc, rửa tủa bằng ethanol lạnh và sấy dưới đèn hồng ngoại thu được sản phẩm màu trắng Hiệu suất phản ứng đạt 91,7 %
Bước 3: Clor hoá chất 15 bằng POCl3 thu được chất 12
Thêm 2 mL phosphoryl clorid vào 1,50 g chất 15, đun hồi lưu hỗn hợp trong 3 h Sau khi phản ứng kết thúc, đổ hỗn hợp phản ứng vào khoảng 20,00 mL nước đá Điều chỉnh về pH 8 bằng dung dịch NaHCO3 bão hòa Lọc lấy tủa, rửa bằng nước cất và sấy bằng đèn hồng ngoại thu được sản phẩm màu trắng Hiệu suất phản ứng đạt 72,1 % Hiệu suất toàn quá trình đạt 54 % [2]
Phương pháp của Nguyễn Tấn Thành mặc dù qua nhiều phản ứng hơn phương pháp của B P Reddy nhưng so với 2,4-dicloropyrimidin thì 2-(methylthio)pyrimidin-
10 4(3H)-on (14) chọn lọc gắn vào carbon vị trí số 2 của vòng pyrimidin hơn trong phản ứng ngưng tụ với chất 8 Vì vậy, phương pháp này cho hiệu suất tổng hợp chất 12 cao hơn (hiệu suất toàn quy trình theo Nguyễn Tấn Thành là 54 % còn hiệu suất tổng hợp chất 12 theo phương pháp B P Reddy là 48,2 %) Tuy nhiên, phương pháp của Nguyễn Tấn Thành vẫn còn nhiều nhược điểm Phản ứng methyl hóa sử dụng CH3I làm tác nhân, được thực hiện ở nhiệt độ 50 - 60 ℃ trong khi nhiệt độ sôi của CH3I là 42,5 ℃ [2] Điều này có thể gây lãng phí tác nhân vì CH3I bay hơi nhanh trong quá trình phản ứng Mặt khác, CH3I là tác nhân methyl hoá mạnh nên ở điều kiện nhiệt độ cao như vậy có thể tạo sản phẩm phụ dẫn tới giảm hiệu suất phản ứng Phản ứng ghép chất 14 và chất 8 là
2 chất rắn thực hiện đun chảy ở nhiệt độ cao, hỗn hợp phản ứng ở trạng thái đặc sệt, khó khuấy trộn Mặt khác sản phẩm tạo thành có nhiệt độ nóng chảy cao hơn so với nhiệt độ phản ứng, tạo thành chất rắn cản trở sự tiếp xúc của các nguyên liệu Để giải quyết những vấn đề trên, tác giả Nguyễn Mạnh Đức đã thực hiện đề tài nghiên cứu cải tiến quy trình tổng hợp chất 12 Phản ứng methyl hóa, qua khảo sát tại quy mô 5 g, tác giả đã chọn được nhiệt độ phản ứng tối ưu là 30 ℃ (giảm nhiệt độ so với tác giả Nguyễn Tấn Thành là 50 - 60 ℃) Tỉ lệ mol giữa CH3I : 2-thiouracil đã giảm từ 1,6 : 1 xuống 1,4 : 1 Giữ nguyên điều kiện tại mẻ 5 g nâng cấp lên mẻ 20 g, hiệu suất tổng hợp đạt 90 % Phản ứng ngưng tụ ghép chất 14 và chất 8 đã dùng dung môi hòa tan cả 2 nguyên liệu khi ở nhiệt độ cao là NMP Giữ nguyên điều kiện tại mẻ 2 g, nâng quy mô lên mẻ 10 g hiệu suất đạt 92 % Hiệu suất tổng hợp cả quá trình đạt 67 % tính theo 2-thiouracil [1]
1.2.4 Lựa chọn con đường nâng cấp quy mô tổng hợp chất 5-((4-cloropyrimidin-2- yl)amino)-2-methyl-benzensulfonamid
Trong khóa luận này, chúng tôi lựa chọn con đường tổng hợp chất 12 từ nguyên liệu ban đầu 2-thiouracil (13) để nâng cấp quy mô Quy trình tổng hợp gồm 3 phản ứng: S-methyl hóa, ngưng tụ và clor hóa theo phương pháp tổng hợp của Nguyễn Tấn Thành Ưu điểm của quy trình này là đơn giản, nguyên liệu có sẵn tại phòng thí nghiệm và sử dụng chất 14 trong phản ứng ghép với hợp phần sulfonamid cho tính chọn lọc tốt hơn
Sơ đồ lựa chọn tổng hợp chất 12 được thể hiện qua Hình 1.12
Hình 1.12 Con đường lựa chọn tổng hợp chất 12
11 Trong phương pháp cải tiến của Nguyễn Mạnh Đức, khi nâng lên quy mô lớn vẫn còn nhiều hạn chế như:
Phản ứng methyl hóa, lượng dung môi (bao gồm nước và ethanol) dùng để hòa tan nguyên liệu ban đầu là 400 mL tại mẻ 20 g, điều này gây khó khăn cho giai đoạn xử lý phản ứng khi cất loại dung môi Đặc biệt là khi nâng cấp quy mô lớn, lượng nước nhiều gây tốn thời gian và năng lượng để loại khỏi khối phản ứng
Phản ứng ngưng tụ được thực hiện ở nhiệt độ cao (190 ℃) Tại nhiệt độ này khi sử dụng chân không để hút khí sinh ra liên tục trong suốt quá trình phản ứng kéo dài 10 h, dung môi NMP sẽ bị hút đi một phần làm tiêu tốn dung môi Thiết kế phản ứng cũng cồng kềnh cần thêm cả thiết bị hút khí Khí có mùi CH3SH sinh ra trong quá trình kéo dài gây khó chịu cho môi trường xung quanh Ngoài ra, tỉ lệ mol phản ứng giữa chất 14 và chất 8 là 2 : 1, lượng nguyên liệu dư nhiều, khi nâng lên quy mô lớn gây tốn nguyên liệu và khó khăn khi xử lý sau phản ứng
Phản ứng clor hóa, tỉ lệ mol giữa POCl3 : chất 15 là 8 : 1, không chỉ gây lãng phí tác nhân, tạo tạp khi nâng cấp lên mẻ lớn mà còn ảnh hưởng tới quá trình dập tắt tác nhân dư thừa sau phản ứng.
Với mục đích giải quyết vấn đề trên, chúng tôi thực hiện nâng quy mô tổng hợp 5-((4-cloropyrimidin-2-yl)amino)-2-methylbenzensulfonamid với các định hướng:
✓ Khảo sát tỉ lệ mol, lượng dung môi, phương thức tiến hành khi nâng quy mô phản ứng methyl hóa tổng hợp chất 14
✓ Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng (loại tác nhân, xúc tác, dung môi, nhiệt độ,…) khi nâng quy mô tổng hợp chất 12 sử dụng thiết bị bình phản ứng thủy nhiệt chịu áp từ chất
NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu và thiết bị
Trong quá trình thực hiện khóa luận này, chúng tôi đã sử dụng một số dụng cụ, thiết bị, dung môi và hóa chất của Phòng nghiên cứu, Bộ môn Kỹ thuật Hoá dược và Chiết xuất, Khoa Công nghệ Hóa dược, trường Đại học Dược Hà Nội (xem Bảng 2.1 và Bảng 2.2) Ngoài ra, một số trang thiết bị để xác định cấu trúc sẽ được nêu ở phần phương pháp nghiên cứu
Bảng 2.1 Danh mục các dung môi, hóa chất
STT Dung môi, hóa chất Nguồn gốc Tiêu chuẩn
1 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en Trung Quốc AR
3 5-Amino-2-methylbenzensulfonamid Tự tổng hợp ở phòng thí nghiệm
R f = 0,45 (hệ dung môi A), 0,47 (hệ dung môi B)*
7 Acid hydrocloric (37 %) Trung Quốc AR
8 Carbon tetrachloride Trung Quốc AR
10 Dimethyl sulfoxid Trung Quốc AR
12 Ethyl acetat (99,5 %) Trung Quốc AR
13 Kali carbonat khan (99,0 %) Trung Quốc AR
14 Kali hydrocarbonat khan (99,0 %) Trung Quốc AR
16 Methyl iodid Trung Quốc AR
18 Natri sulfat khan (99,0 %) Trung Quốc AR
19 Natri carbonat Trung Quốc AR
20 Natri hydrocarbonat Trung Quốc AR
21 Natri hydroxid Trung Quốc AR
23 Nước cất Việt Nam DĐVN V
24 Phosphoryl clorid Trung Quốc AR
26 Thionyl clorid Trung Quốc AR
*Chú thích: Hệ A: dicloromethan : methanol = 9 : 1, hệ B: n-hexan : ethyl acetat = 3 : 7
Bảng 2.2 Danh mục các dụng cụ, thiết bị
STT Dụng cụ, thiết bị Nguồn gốc
1 Bản mỏng silicagel 60 F254 Merck, Đức
2 Bếp hồng ngoại Sunhouse, Việt Nam
3 Bình cầu 1 cổ dung tích 250, 2000 mL Lenz, Đức
4 Bình cầu 3 cổ dung tích 100 mL, 250 mL Lenz, Đức
5 Bình chiết dung tích 250 mL Đức
6 Bình khai triển sắc ký Trung Quốc
7 Bình nhỏ giọt dung tích 100 mL Favorit, Malaysia
8 Bình phản ứng thủy nhiệt chịu áp Trung Quốc
9 Bộ lọc hút chân không Buchner Trung Quốc
10 Cân kỹ thuật Sartorius BP 2001S Sartorius, Thụy Sỹ
11 Chỉ thị vạn năng Trung Quốc
12 Cốc có mỏ dung tích 100 mL, 250 mL, 500 mL Bomex, Trung Quốc
13 Con khuấy từ Trung Quốc
14 Đèn hồng ngoại Dich Tong E27/ES Dich Tong, Trung Quốc
15 Đèn UV-Vis Vilber, Pháp
17 Đũa thủy tinh Việt Nam
19 Máy cất quay chân không IKA IKA, Đức
20 Máy khuấy từ gia nhiệt DaiHan MSH – 20D DaiHan scientific, Hàn Quốc
21 Nhiệt kế thủy ngân Trung Quốc
22 Ống đong 25 mL, 100 mL Trung Quốc
23 Phễu thủy tinh Việt Nam
24 Pipet chia vạch 1 mL, 2 mL, 5 mL Favorit, Malaysia
25 Sinh hàn hồi lưu Favorit, Malaysia
26 Sinh hàn khí Lenz, Đức
27 Tủ hút Unilab, model: B1200 Unilab, Malaysia
28 Tủ sấy WiseVen Scilab, Đức
Nội dung nghiên cứu
Chúng tôi tiến hành nâng quy mô tổng hợp các chất trung gian và sản phẩm cuối 5-((4-cloropyrimidin-2-yl)amino)-2-methylbenzensulfonamid theo phương pháp của Nguyễn Tấn Thành
- Nâng quy mô tổng hợp chất 14 theo điều kiện tài liệu tham khảo số [1] (sơ đồ tổng hợp Hình 2.1)
Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp chất 14
Methyl hoá chất 13 bằng tác nhân CH3I trong môi trường kiềm tạo chất 14
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng (dung môi, nhiệt độ, tỉ lệ mol,…) đến quy trình nâng quy mô tổng hợp chất 15 từ nguyên liệu chất 14 và 8 sử dụng bình thủy nhiệt chịu áp (sơ đồ tổng hợp Hình 2.2)
Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp chất 15
Ngưng tụ este của hợp chất 14 và hợp chất 8 bằng phương pháp đun nóng ở nhiệt độ cao (lên đến 150 độ C) hoặc phương pháp dung dịch, sử dụng dung môi có nhiệt độ sôi cao (> 100 độ C) trong bình phản ứng thủy nhiệt chịu áp suất (autoclave) Quá trình này tạo ra hợp chất 15.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng (dung môi, nhiệt độ, tỉ lệ mol,…) đến quy trình nâng quy mô tổng hợp chất 12 từ nguyên liệu chất 15 sử dụng bình thủy nhiệt chịu áp (sơ đồ tổng hợp Hình 2.3)
Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp chất 12
Clor hoá chất 15 bằng POCl3 hoặc/và SOCl2 thu được chất 12 trong bình phản ứng thủy nhiệt chịu áp
- Kiểm tra độ tinh khiết và khẳng định cấu trúc của các hợp chất trung gian và sản phẩm cuối cùng tổng hợp được
Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng các phản ứng cơ bản trong hóa học hữu cơ để tổng hợp các chất dự kiến: Methyl hóa, ngưng tụ, clor hoá
- Theo dõi tiến triển của phản ứng bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng (SKLM) thực hiện trên bản mỏng silicagel 60 F254 với các hệ dung môi khai triển: DCM : methanol (9:1) (Hệ A); quan sát sắc ký đồ dưới bước sóng 254 nm của đèn tử ngoại
- Sử dụng một số phương pháp chiết lỏng – lỏng, lọc, kết tủa, kết tinh để tinh chế sản phẩm
2.3.2 Kiểm tra độ tinh khiết của các chất tổng hợp được Để đánh giá sợ bộ độ tinh khiết của sản phẩm sử dụng hai phương pháp có sẵn ở phòng thí nghiệm:
- Phương pháp SKLM với các điều kiện như đã trình bày ở Mục 2.3.1: Dựa vào đặc điểm hình ảnh trên sắc ký đồ để sơ bộ đánh giá độ tinh khiết của sản phẩm
- Phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy trên máy đo nhiệt độ nóng chảy EZ-Melt: Dựa vào khoảng nhiệt độ nóng chảy để sơ bộ đánh giá độ tinh khiết của sản phẩm
2.3.3 Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được
Cấu trúc của các sản phẩm trung gian và sản phẩm cuối được khẳng định bằng các phương pháp phổ: Phổ hồng ngoại (IR), phổ khối lượng (MS), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
- Phổ hồng ngoại (IR): Phổ được ghi tại phòng thí nghiệm Hóa dược, Khoa hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học quốc gia Hà Nội Thiết bị sử dụng là máy Shimadzu với kỹ thuật nén KBr trong vùng 4000-400 cm -1 Các mẫu rắn được phân tán trong KBr đã sấy khô với tỷ lệ 1 : 200, sau đó ép dưới dạng film mỏng dưới áp lực cao có hút chân không để loại bỏ hơi ẩm
- Phổ khối lượng (MS): Phổ được tiến hành ghi trên máy LC-MSD-Trap-SL được sản xuất bởi hãng Agilent Technologies, tại phòng phân tích cấu trúc Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Máy hoạt động theo phương pháp phun điện tử ESI Tùy theo phương thức bẫy ion (ESI + hoặc ESI - ) mà ion ghi nhận được là dương (ESI + ) hay âm (ESI - )
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR): Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ( 1 H- NMR), carbon ( 13 C-NMR) được ghi trên máy cộng hưởng từ hạt nhân Bruker tại khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, dung môi DMSO-d 6 Phổ 1 H-NMR đo ở tần số 500 MHz, phổ 13 C-NMR đo ở tần số 125 MHz Độ chuyển dịch hóa học (δ, ppm) được tính theo chất chuẩn nội tetramethylsilan (TMS), nhiệt độ ghi phổ khoảng 300K
THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
3.1.1 Nâng cấp quy mô tổng hợp 2-(methylthio)pyrimidin-4(3H)-on (14)
3.1.1.1 Khảo sát quy mô 20 g/mẻ
Hình 3.1 Sơ đồ tổng hợp chất 14 từ chất 13
Cân 20,00 g (156,1 mmol) 2-thiouracil và 15,00 g (366,8 mmol) NaOH vào bình cầu dung tích 2000 L Thêm hỗn hợp gồm 200,00 mL nước cất và 200,00 mL ethanol, làm mát bằng nước đá trong quá trình khuấy hòa tan Đến khi hòa tan hết, để hỗn hợp về nhiệt độ phòng Thêm 13,50 mL (214,1 mmol) CH3I vào bình phản ứng Duy trì phản ứng ở nhiệt độ phòng trong 30 phút
Sau khi phản ứng kết thúc, cất loại dịch phản ứng ở áp suất giảm đến thể tích bằng khoảng 1/4 lượng dịch ban đầu Điều chỉnh pH về 6 bằng dung dịch HCl 0,1 M Lọc, rửa tủa bằng nước cất lạnh Để lạnh nước cái qua đêm thu được chất rắn, chấm sắc ký thấy một vết giống với vết sản phẩm Gộp 2 phần tủa, sấy dưới đèn hồng ngoại thu được chất rắn kết tinh màu trắng
- Cảm quan: Chất rắn kết tinh màu trắng
- Hiệu suất: 78,6 % (tính theo lượng tủa lần 1); 83,1 % (tính theo cả giai đoạn)
- Sắc ký lớp mỏng: 0,65 (hệ A)
Khi thực hiện phản ứng ở quy mô 20 g/mẻ theo điều kiện khảo sát của Nguyễn
Mạnh Đức, chúng tôi gặp khó khăn trong giai đoạn xử lý phản ứng Lượng dịch nhiều nên khi cô loại dịch phản ứng ở áp suất giảm rất tốn thời gian Hiệu suất phản ứng thấp hơn (78,6 % < 90 %) do sản phẩm còn tan trong dịch lọc Do đó chúng tôi tiến hành khảo sát lại lượng dung môi phản ứng và tỉ lệ mol CH3I và chất 13 ở quy mô 20 g/mẻ
Khảo sát ảnh hưởng một số yếu tố ảnh hưởng:
- Ảnh hưởng tỉ lệ mol đến hiệu suất tổng hợp chất 14
17 Chúng tôi tiến hành khảo sát sự thay đổi tỉ lệ mol CH3I : chất 13 quy mô 20 g/mẻ Kết quả được mô tả trong Bảng 3.1
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol đến hiệu suất phản ứng tổng hợp chất 14
STT Tỉ lệ mol (CH 3 I : chất 13)
Thời gian phản ứng (phút)
2 1,2 : 1 60 70,6 Vẫn còn vết nguyên liệu
Qua khảo sát, chúng tôi nhận thấy phản ứng hết nguyên liệu và không xuất hiện tạp chất khi tỉ lệ mol giữa CH3I và chất 13 là 1,3 : 1 và 1,4 : 1 Chúng tôi lựa chọn tỉ lệ mol giữa CH3I và chất 13 tối ưu cho phản ứng là 1,3 : 1, do lượng tác nhân tham gia phản ứng tương đương nên sẽ tiết kiệm được thời gian và chi phí phản ứng.
CH3I sử dụng là ít hơn và cho hiệu suất hầu như không thay đổi so với tỉ lệ 1,4 : 1
- Lượng dung môi khi nâng cấp quy mô
Chúng tôi tiến hành giảm lượng dung môi đồng thời khi khảo sát tỉ lệ mol giữa CH3I : chất 13 ở quy mô 20 g/mẻ
✓ Mẻ 1: Khảo sát với tỉ lệ mol 1,2 : 1 Ban đầu chúng tôi thêm vào 50,00 mL nước cất và 200,00 mL ethanol Tiến hành khuấy hòa tan nhưng sau 15 phút hỗn hợp chất rắn không tan hết Chúng tôi tiếp tục thêm 50,00 mL nước cất, tiến hành khuấy đến tan hết và thực hiện phản ứng theo quy trình trên Hiệu suất và thời gian phản ứng trong Bảng 3.1
✓ Mẻ 2: Khảo sát với tỉ lệ mol 1,3 : 1 Ban đầu chúng tôi thêm vào 100,00 mL nước cất và 50,00 mL ethanol, sau thơi gian khuấy 15 phút hỗn hợp không tan hết nên thêm 50,00 mL ethanol Khuấy gần tan hết và thực hiện phản ứng theo quy trình trên Hiệu suất và thời gian phản ứng trong Bảng 3.1
✓ Mẻ 2: Khảo sát với tỉ lệ mol 1,4 : 1, chúng tôi thêm vào 100,00 mL nước cất và 100,00 mL ethanol và thực hiện phản ứng theo quy trình trên Hiệu suất và thời gian phản ứng trong Bảng 3.1
Dung môi nước có ưu điểm là an toàn, sẵn có nhưng nhược điểm là nhiệt độ sôi lớn, gây khó khăn trong quá trình cô Nhóm nghiên cứu đã khảo sát 3 mẻ phản ứng ở quy mô 20 g/mẻ và giảm được tổng lượng dung môi xuống một nửa so với quy trình cũ Đồng thời, cả 3 mẻ khảo sát đều giảm lượng NaOH xuống 10 g mà không ảnh hưởng đến thời gian và hiệu suất phản ứng.
3.1.1.2 Nâng cấp quy mô phản ứng lên 50 g/ mẻ
18 Cho hỗn hợp gồm 50,00 g (390,3 mmol) 2-thiouracil và 25,00 g natri hydroxid (625,0 mmol) vào bình cầu dung tích 2 L Sau đó thêm vào hỗn hợp 250,00 mL nước cất và 250,00 mL ethanol Khuấy đều đến khi tan hết, làm mát bằng nước đá trong quá trình hòa tan Thêm 32,00 mL (513 mmol) CH3I vào bình phản ứng Duy trì phản ứng ở nhiệt độ phòng trong 40 phút
Sau khi phản ứng kết thúc, cất loại dịch phản ứng ở áp suất giảm đến thể tích bằng khoảng 1/5 lượng dịch trước khi cất Acid hóa bằng dung dịch HCl 0,1 M để điều chỉnh pH về 6 Lọc, rửa tủa bằng nước cất lạnh Phần dịch lọc để kết tinh lạnh thu được tủa Gộp tủa thu được sấy dưới đèn hồng ngoại thu được sản phẩm kết tinh màu trắng
- Cảm quan: Chất rắn kết tinh màu trắng.
- Kết quả khối lượng và hiệu suất phản ứng của 03 mẻ được trình bày ở Bảng 3.2.
Bảng 3.2 Kết quả nâng quy mô phản ứng tổng hợp chất 14
Mẻ Khối lượng nguyên liệu (g)
3.1.2 Nâng cấp quy mô tổng hợp 5-((4-hydroxypyrimidin-2-yl)amino)-2-methyl- benzensulfonamid (15)
3.1.2.1 Tổng hợp chất 15 ở quy mô 10 g/ mẻ theo điều kiện tài liệu tham khảo số [1]
Hình 3.2 Sơ đồ tổng hợp chất 15 từ chất 14 và chất 8
Cân 10,00 g (53,5 mmol) chất 8 và 15,20 g (107,0 mmol) chất 14 vào bình cầu
250 mL, sau đó thêm 25,00 mL dung môi NMP Đun nóng hỗn hợp ở 180 - 190 ℃
19 trong 10 h Dùng máy hút chân không để hút khí sinh ra trong suốt quá trình phản ứng
Sau khi phản ứng kết thúc, đổ dịch phản ứng vào 250,00 mL nước cất Lọc lấy tủa, rửa tủa bằng nước cất lạnh Sấy tủa ở dưới đèn hồng ngoại thu được sản phẩm màu trắng ngà
- Cảm quan: Chất rắn màu trắng ngà
- Sắc ký lớp mỏng: R f = 0,26 (hệ A)
Trong quá trình tổng hợp với quy mô 10 g/mẻ theo điều kiện của tài liệu tham khảo [1], lượng dung môi NMP thực tế sử dụng nhiều hơn so với lượng lý thuyết do bị bay hơi trong quá trình hút khí sinh ra.
CH3SH gây mùi khó chịu, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường phòng thí nghiệm dù đã xử lý trong tủ hút và sơ bộ bằng NaOH Lượng dư chất 14 (CH3SH) tan trong dịch rửa khó hoàn nguyên để tái sử dụng Do đó, nhóm nghiên cứu đã tiến hành phản ứng lại ở quy mô nhỏ 1 g/mẻ trong bình phản ứng chịu áp.
3.1.2.2 Tổng hợp chất 15 ở quy mô 1 g/mẻ trong bình thủy nhiệt chịu áp
Cân 1,00 g (5,4 mmol) chất 8 và 0,92 (6,4 mmol) chất 14 trộn đều trong lõi PTFE của bình phản ứng, thêm 1,00 mL dung môi NMP Lắp lõi vào vỏ bình, xoáy chặt và đặt bình phản ứng trong nồi cát được đun nóng nhiệt độ cát 170 - 180 ℃ trong 6 h
Xử lý phản ứng Để nguội bình phản ứng về nhiệt độ phòng Mở bình phản ứng trong tủ hút để yên 15 phút Thêm thêm 20,00 mL nước cất vào hỗn hợp phản ứng Lọc, rửa tủa bằng ethanol lạnh và sấy dưới đèn hồng ngoại thu được sản phẩm màu trắng ngà
- Cảm quan: Chất rắn màu trắng ngà
- Sắc ký lớp mỏng: R f = 0,25 (hệ A)
Xác định cấu trúc các chất tổng hợp được bằng phương pháp phổ
3.2.1 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (IR)
Bảng 3.13 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại
Chất CTCT Đỉnh hấp thụ
Nhận xét: Từ Bảng 3.6 và phổ đồ (Phụ lục 1, 2, 3) có thể nhận dạng sơ bộ sự hiện diện của một số nhóm chức như -NH, C=O, -SO2, -OH, -Cl thông qua các giá trị của dải hấp thụ, cường độ pic, hình dạng pic
3.2.2 Kết quả phân tích phổ khối lượng (MS)
Bảng 3.14 Kết quả phân tích phổ khối lượng
Hợp chất CTPT Khối lượng phân tử
3.2.3 Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
3.2.3.1 Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ( 1 H-NMR)
Bảng 3.15 Kết quả phân tích phổ 3 H-NMR
Hợp chất Công thức cấu tạo Dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton Phụ lục
10,92 (1H, br s, NH); 9,11 (1H, br s, OH ); 8,13 (1H, s, H-6); 7,78 (2H, d, J = 8,0 Hz, H-6’, H-4);
1 H-NMR (600 MHz, DMSO-d 6 ), δ (ppm) 10,20 (1H, s, NH); 8,45 (1H, d, J
2,4 Hz, H-6); 7,80 (1H, dd, J 1 2,4 Hz, J 2 = 2,4 Hz, H-4); 7,30 (2H, d, J = 3 Hz, SO2NH2); 7,29 (1H, s, H-3); 6,99 (1H, d, J = 5,4
Chú thích: Độ chuyển dịch hoá học (δ) được lấy theo giá trị trung bình (ppm); s: singlet; br s: singlet tù; d: doublet; dd: doublet doublet; m: multiplet
3.2.3.2 Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13 ( 13 C-NMR)
Bảng 3.16 Kết quả phân tích phổ 13 C-NMR
Hợp chất Công thức cấu tạo Dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13 C
Chú thích: δ: độ chuyển dịch hoá học (ppm)
BÀN LUẬN
3.3.1 Bàn luận về các phản ứng tổng hợp hoá học
3.3.1.1 Tổng hợp 2-(methylthio)pyrimidin-4(3H)-on (14)
Về cơ chế phản ứng
2-thiouracil (13) có thể tồn tại ở 6 dạng hỗ biến khác nhau ở vị trí các proton Khi tiến hành phản ứng methyl hóa, 2-thiouracil có thể tạo ra 4 dạng monomethyl hóa: O-, S-, N-methyl Tuy nhiên, khi alkyl hóa trong điều kiện kiềm, sản phẩm chủ yếu thu được là S-alkyl [15] Do đó chúng tôi sử dụng base trong phản ứng tổng hợp chất 14 để thu được sản phẩm chọn lọc, cho hiệu suất phản ứng cao
Hình 3.4 Các dạng hỗ biến của 2-thiouracil
Phản ứng tổng hợp chất 14 từ chất 13 xảy ra theo cơ chế SN như sau:
Hình 3.5 Cơ chế phản ứng S-methyl hóa 2-thiouracil
Về phản ứng và tiến trình
Khi khảo sát tỷ lệ mol CH3I : 2-thouracil ở mẻ 20 g, chúng tôi thấy nguyên liệu bắt đầu hết khi tỷ lệ là 1,3 : 1 Điều này có thể là do CH3I bị bay hơi trong quá trình phản ứng hoặc bị phân huỷ bởi NaOH tại thành CH3OH Từ tỷ lệ 1,5 : 1 bắt đầu xuất hiện vết tạp, đây có thể là tạp dimethyl
Nước đóng vai trò là dung môi hòa tan nguyên liệu và NaOH tạo môi trường kiềm để phản ứng gắn methyl chọn lọc vào lưu huỳnh Trong nghiên cứu trước, lượng nước dùng nhiều gây khó khăn cho giai đoạn xử lý sau khi cô bớt dung môi Vì vậy, để khắc phục vấn đề này, chúng tôi đã giảm lượng nước và NaOH, từ đó giúp dễ dàng xử lý phản ứng hơn Ngoài ra, nước cái được làm lạnh cũng thu được chất kết tinh, qua đó nâng cao hiệu suất phản ứng.
Tiến hành phản ứng ở nhiệt độ phòng, giúp hạn chế tác nhân bị bay hơi, thuận tiện khi nâng cấp quy mô mà không bị kéo dài thời gian phản ứng Trong quá trình phản ứng, giai đoạn hòa tan nguyên liệu, phản ứng tỏa nhiệt làm cho bình phản ứng nóng lên, chúng tôi tiến hành làm mát bằng nước
So với tài liệu tham khảo số [1], [2] chúng tôi khảo sát tỉ lệ mol CH3I : 2-thiouracil khi nâng cấp quy mô ở mẻ 20 g và 50 g là 1,3 : 1, giảm lượng tác nhân so với các nguyên cứu trước (tác giả tài liệu tham khảo số [1] chọn tỉ lệ 1,4 : 1 và tác giả tài liệu tham khảo số [2] chọn tỉ lệ 1,6 : 1) Việc giảm được lượng tác nhân giúp tiết kiệm được kinh phí bởi CH3I rất đắt Chúng tôi cũng đã khảo sát ở mẻ 20 g, giảm lượng dung môi xuống một nửa so với tài liệu tham khảo số [1] (tổng lượng 200 mL ở mẻ 20 g còn tác giả tài liệu tham khảo số [1] dùng tới 400 mL) Giảm lượng NaOH từ 15,00 g (mẻ 20,00 g) xuống 10,00 g Ngoài ra, chúng tôi đã thực hiện thành công nâng quy mô 50 g/mẻ với hiệu suất là 88,0 %
3.3.1.2 Tổng hợp 5-((4-hydroxypyrimidin-2-yl)amino)-2-methylbenzensulfonamid (15)
Về cơ chế phản ứng
Phản ứng thế nhóm CH3S- của chất 15 diễn ra theo cơ chế thế ái nhân SN2 Ar, được thể hiện ở Hình 3.3:
Hình 3.6 Cơ chế phản ứng tạo chất 15 từ chất 10 và chất 8
Về phản ứng và tiến trình
Trong phản ứng này, chúng tôi sử dụng nguyên liệu 5-amino-2- methylbenzensulfonamid (8) được tổng hợp bởi tác giả Lê Anh Văn trong khoá luận
“Nghiên cứu nâng cấp quy mô tổng hợp trung gian sulfonamid trong quy trình điều chế pazopanib” ở quy mô 100,00 g/mẻ
Phản ứng có thể tiến hành trong các dung môi có nhiệt độ sôi cao hoặc đun chảy Phương pháp đun chảy có ưu điểm là không sử dụng dung môi Tuy nhiên theo khảo sát, phản ứng có hiệu suất không cao bằng dùng dung môi NMP và kéo dài thời gian phản ứng hơn Điều này có thể do sản phẩm có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ khối phản ứng nên sẽ tạo ra các điểm rắn, làm giảm tiếp xúc giữa 2 nguyên liệu
Dung môi NMP có nhiệt độ sôi cao và hòa tan tốt 2 nguyên liệu, được lựa chọn cho phản ứng tổng hợp chất 15 Khi nâng quy mô phản ứng, chúng tôi nhận thấy lượng dung môi dùng không tỉ lệ thuận với tỉ lệ tăng quy mô Lượng dung môi NMP chỉ cần đủ để hai nguyên liệu tan khi nhiệt độ cao do đó có thể lượng dùng ít hơn so với tỉ lệ lý thuyết khi nâng cấp quy mô
Phản ứng ngưng tụ chất 14 và chất 8 tạo ra khí CH3SH, là một khí thải có mùi rất khó chịu cần được xử trước khi đưa ra môi trường nếu thực hiện ở quy mô công nghiệp Trong phòng thí nghiệm khi thực hiện phản ứng theo phương pháp cũ, khí hút từ máy chân không được chúng tôi có xử lý sơ bộ bằng các dẫn qua dung dịch NaOH Nhưng mùi khó chịu vẫn gây ảnh hưởng đến mọi người xung quanh trong suốt thời gian phản ứng dài Tham khảo một số mô hình nghiên cứu phương pháp về xử lý khí CH3SH có mùi mở quy mô mẻ lớn chúng tôi thấy được xử lý khí CH3SH trong hệ thống oxy hóa với việc tạo ra ferrat(VI) tại chỗ có hiệu quả Trong đó CH3SH dạng khí có thể được hấp thụ nhanh chóng bằng dung dịch kiềm và bị oxy hóa nhanh chóng bởi ferrat(VI) lỏng
32 được tạo ra thông qua tổng hợp điện hóa tại chỗ Kết quả thí nghiệm đã xác nhận rằng
CH3SH có thể bị oxy hóa hoàn toàn bởi ferrat(VI) thành ion sunfat dưới dạng sản phẩm cuối cùng [18] Khi thực hiện quy mô 10 g/mẻ, lượng khí sinh ra chưa nhiều nên chúng tôi chưa nghiên cứu về phương pháp xử lý này
So với các nghiên cứu khóa luận trước, chúng tôi đã khảo sát chọn được điều kiện nhiệt độ tối ưu nhỏ hơn (150 - 160 ℃ so với 190 ℃), tỉ lệ mol giữa chất 14 và chất 8 giảm xuống 1,2 : 1 (thay vì 2 : 1 như tác giả tài liệu tham khảo số [1]) Việc giảm tỉ lên mol giữa 2 nguyên liệu vừa giúp tiết kiệm chi phí và cũng dễ dàng cho bước xử lý sản phẩm dư thừa nhiều khi thực hiện nâng cấp quy mô Như vậy chúng tôi đã nâng cấp thành công phản ứng tạo chất 15 ở quy mô 10 g/mẻ theo phương pháp mới với hiệu suất là 85,5%
3.3.1.3 Tổng hợp 5-((4-cloropyrimidin-2-yl)amino)-2-methylbenzensulfonamid (12)
Về cơ chế phản ứng
Cơ chế phản ứng clor hóa chất 14 được thể hiện ở Hình 4.3:
Hình 3.7 Cơ chế phản ứng clor hóa chất 14 với POCl 3
Về phản ứng và tiến trình
Phản ứng được thực hiện trong bình phản ứng kín có ưu điểm là tác nhân không bị mất đi trong quá trình phản ứng Do đó có thể giảm được lượng tác nhân khi thêm vào khối phản ứng Ngoài ra cũng hạn chế ảnh hưởng của môi trường xung quanh như độ ẩm tới tác nhân phản ứng Sử dụng bình chịu áp cũng được sử dụng cho phản ứng clor hóa nhân thơm khác giúp giảm lượng tác nhân, giảm nhiệt độ phản ứng [26] Lựa chọn nâng cấp theo phương pháp mới, chúng tôi tiến hành khảo sát lại một số yếu tố ảnh hưởng ở quy mô 1 g/mẻ Các tác nhân khảo sát đều rất dễ phân hủy bởi nước để tạo thành acid làm giảm hiệu suất phản ứng Vì vậy khi thực hiện môi trường phản ứng phải hạn chế ẩm Sử dụng SOCl2 cho sản phẩm phụ là SO2 và HCl ở dạng khí dễ dàng loại bỏ khỏi khối phản ứng, còn POCl3 cho sản phẩm phụ là HCl ở dạng khí và
H3PO4 ở trong dung dịch Qua khảo sát tác nhân POCl3 và SOCl2, chúng tôi nhận thấy POCl3 cho hiệu suất tổng hợp cao hơn, thời gian phản ứng ngắn hơn Đối với tác nhân
33 POCl3, chúng tôi khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp Kết quả, chúng tôi đã lựa chọn điều kiện phản ứng tối ưu là 80 ℃, tỷ lệ mol POCl3 : chất 15 là
4 : 1 (thay vì 8 : 1 so với tài liệu tham khảo số [1])
Khi dùng DMF với một lượng nhỏ (100 μL), tốc độ phản ứng tăng lên chỉ sau 4 h nguyên liệu đã phản ứng hết Tuy nhiên lúc này phản ứng lại sinh ra sản phẩm phụ có vết đậm trên SKLM Có thể là do DMF bên cạnh việc hòa tan và xúc tác cho phản ứng clo hoá thì còn có khả năng kết hợp với POCl3 theo phản ứng Vilsmeier – Haack Sự kết hợp này tạo cation N,N-dimethyliminium, có khả năng tấn công vào các vị trí giàu điện tử của nhân thơm tạo các dẫn chất formyl hoá như Hình 3.5 [13] Do đó chúng tôi không lựa chọn DMF làm xúc tác cho phản ứng clor hóa chất 12
Hình 3.8 Cơ chế phản ứng Vilsmeier-Haack
Ban đầu, phản ứng tỏa nhiệt nên cần phải làm lạnh khối hỗn hợp ở nhiệt độ 5 - 10 độ C rồi mới từ từ cho tác nhân vào Sau khi thêm hết tác nhân, để hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ phòng rồi mới tăng nhiệt độ lên đến ngưỡng phản ứng Trong quá trình làm lạnh ban đầu, cần lưu ý nếu làm lạnh quá nhiều, tác nhân có thể hút ẩm từ môi trường xung quanh, gây ra hiện tượng phân hủy, làm giảm hiệu quả của quá trình tổng hợp.