nghiên cứu phản ứng n methyl hoá mebendazol

Có nhiều nghiên cứu về phản ứng N-methyl hoá ứng sử dụng tác nhân DMC, các phản ứng thường cần được diễn ra ở nhiệt độ cao, trong thời gian dài, điều này là do khả năng phản ứng kém của

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

–––––š›&š›–––––

HÀ NỘI – 2023 NGÔ ĐỨC HUY

NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG

N-METHYL HOÁ MEBENDAZOL

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

N-METHYL HOÁ MEBENDAZOL

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS

Nguyễn Văn Hải và TS Nguyễn Lâm Hồng Hai người đã luôn đồng hành, hướng dẫn

cùng tôi vượt qua bao khó khăn trong hành trình làm nghiên cứu của tôi, luôn động viên,

hướng dẫn tận tình và tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành khoá luận này

Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Nguyễn Đình Luyện, TS Nguyễn Văn Giang,

TS Đào Nguyệt Sương Huyền đã luôn quan tâm, hỏi thăm, động viên tôi cả trong cuộc

sống và công việc

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các đơn vị: Bộ môn Kỹ thuật Hoá dược và Chiết xuất,

Viện Hoá học - Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam, Khoa Hoá học - Trường

Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã có những giúp đỡ quan trọng

trong quá trình tôi thực hiện khoá luận

Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị, các bạn và các em tại phòng thí nghiệm bộ

môn Kỹ thuật Hoá dược và Chiết xuất đã sát cánh và giúp đỡ tôi thực hiện khoá luận Đặc

biệt xin gửi lời cảm ơn đến bạn Trần Trà Ly, em Bùi Đức Hải, anh Nguyễn Trung Nghĩa

và bạn Hoàng Đức Thuận, những người luôn sẵn lòng giúp đỡ tôi trong mọi hoàn cảnh,

luôn ở bên động viên hỗ trợ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài

Lời cuối, tôi xinh dành sự biết ơn sâu sắc đến bố mẹ và gia đình nhỏ yêu quý đã luôn

ở bên, tạo điều kiện tốt nhất, luôn yêu thương và ủng hộ tôi trên con đường hiện tại cũng

như tương lai

Tuy đã được tạo mọi điều kiện và cố gắng hết sức, nhưng do thời gian nghiên cứu

có giới hạn và kiến thức của bản thân còn hạn chế nên khoá luận sẽ không thể không có

nhiều thiếu sót Tôi rất mong sẽ nhận được những đóng góp quý báu từ thầy cô và các bạn

để khoá luận có thể được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2023

Sinh viên

Ngô Đức Huy

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1.1.3 Tác dụng dược lý và ứng dụng trong điều trị 2

1.1.4 Các dạng bào chế và các chế phẩm lưu hành trên thị trường 4

1.1.5 Tiêu chuẩn chất lượng của chuyên luận nguyên liệu mebendazol và một số dạng bào chế trong một số dược điển 4

1.2 Tổng quan về phản ứng N-methyl hoá 7

1.2.1 Phản ứng N-methyl hoá 7

1.2.2 Phản ứng N-methyl hoá một số dị vòng và nhóm carbamat 9

1.3 Lựa chọn tác nhân N-methyl hoá 13

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

2.1 Nguyên liệu và thiết bị 14

2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 15

2.2.1 Lựa chọn tác nhân phù hợp có khả năng N-methyl hoá mebendazol 15

2.2.2 Tổng hợp 2 sản phẩm từ phản ứng N-methyl hoá mebendazol 16

2.2.3 Khẳng định cấu trúc các chất tổng hợp được bằng phương pháp phổ 17

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 19

3.1 Thực nghiệm, kết quả 19

3.1.1 Lựa chọn tác nhân phù hợp có khả năng N-methyl hoá mebendazol 19

3.1.2 Tổng hợp methyl (5-benzoyl-1H-benzimidazol-2-yl)N-methylcarbamat (A) và methyl (5-benzoyl-1-methylbenzimidazol-2-yl)carbamat (B) bằng phản ứng N-methyl hoá mebendazol sử dụng tác nhân MeI 23

3.1.3 Xác định cấu trúc các chất tổng hợp được bằng phương pháp phổ 28

3.2 Bàn luận 34

3.2.1 Bàn luận về phản ứng N-methyl hoá mebendazol 34

3.2.2 Bàn luận về kết quả phân tích phổ và cấu trúc sản phẩm 38

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

13C-NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Carbon 13

(Carbon 13 nuclear magnetic resonance)

(Proton nuclear magnetic resonance)

BAC2 Tách acyl-oxygen nhị phân tử với xúc tác base

(Base-catalyzed, acyl-oxygen fission, bimolecular)

BAL2 Tách alkyl-oxygen nhị phân tử với xúc tác base

(Base-catalyzed, alkyl-oxygen fission, bimolecular)

(British Pharmacopoeia)

(Diode Array Detector)

(Differential Scanning Calorimetry)

(Heteronuclear mutiple-bond coherence)

(High-performance liquid chromatography)

(Heteronuclear Single Quantum Correlation)

(Nuclear magnetic resonance)

(Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy)

(The United States Pharmacopoeia)

(World Health Organization)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Phần trăm khối lượng (m) các nguyên tố trong mebendazol 2

Bảng 1.2 Các tạp của mebendazol theo DĐVN V, USP 44, BP 2022, EP 10.0 4

Bảng 1.3 Giá thành của một số nhà phân phối tạp D mebendazol (BP 2022) 6

Bảng 2.1 Danh mục các dung môi, hoá chất 14

Bảng 2.2 Danh mục các dụng cụ, thiết bị 15

Bảng 3.1 Kết quả khảo sát phản ứng N-methyl hoá sử dụng tác nhân DMC 19

Bảng 3.2 Kết quả khảo sát phản ứng N-methyl hoá sử dụng tác nhân TMOF 20

Bảng 3.3 Kết quả khảo sát phản ứng N-methyl hoá sử dụng tác nhân DMS 21

Bảng 3.4 Kết quả khảo sát phản ứng N-methyl hoá sử dụng tác nhân MeI 21

Bảng 3.5 Kết quả tổng hợp các khảo sát đã thực hiện với các tác nhân 22

Bảng 3.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của DMF đến khối lượng tủa thô 23

Bảng 3.7 Kết quả khảo sát tỷ lệ mol K2CO3 24

Bảng 3.17 Kết quả phân tích phổ PXRD của chất A 32

Bảng 3.18 Kết quả phân tích phổ PXRD của chất B 33

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Công thức cấu tạo của mebendazol 2

Hình 3.1 Các tương tác trên phổ HMBC của chất A và chất B 41

Hình 3.2 Phân tích phổ HMBC và NOESY của chất B 41

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1.1 Sơ đồ minh hoạ phản ứng tổng hợp tạp D mebendazol (BP 2022) 7

Sơ đồ 1.2 Phản ứng N-methyl hoá dị vòng benzimidazol theo Zhao S Y 9

Sơ đồ 1.3 Phản ứng N-methyl hoá dị vòng benzimidazol theo Shieh W C 9

Sơ đồ 1.4 Phản ứng N-methyl hoá dị vòng benzimidazol và imidazol theo Chen S 10

Sơ đồ 1.5 Phản ứng N-methyl hoá dị vòng benzimidazol theo Bookser B C 10

Sơ đồ 1.6 Phản ứng N-methyl hoá với tác nhân TMOF theo Mei Y C 11

Sơ đồ 1.7 Phản ứng N-methyl hoá dị vòng indol theo Shieh W C 11

Sơ đồ 1.8 Phản ứng N-methyl hoá dị vòng indol theo Ottoni O 12

Sơ đồ 1.9 Phản ứng N-methyl hoá nhóm carbamat theo Moulay S 12

Sơ đồ 1.10 Phản ứng N-methyl hoá carbamat theo Tundo P 13

Sơ đồ 2.1 Các sản phẩm từ phản ứng N-methyl hoá mebendazol 16

Sơ đồ 3.1 Sơ đồ tổng hợp chất A 24

Sơ đồ 3.2 Sơ đồ tổng hợp chất B 27

Sơ đồ 3.3 Cơ chế phản ứng của DMC theo Tundo P 34

Sơ đồ 3.4 Nghiên cứu của Mei Y C về tác nhân TMOF 35

Sơ đồ 3.5 Cơ chế phản ứng với tác nhân MeI 36

ĐẶT VẤN ĐỀ

Theo tổ chức Y tế thế giới (WHO) nhiễm giun sán là một trong những bệnh nhiễm trùng phổ biến nhất trên thế giới, ước tính đã có khoảng 1,5 tỷ người nhiễm tương đương với 24% dân số thế giới Những nước chịu ảnh hưởng nặng nề nhất thường là những nước nghèo, không có nước sạch và điều kiện vệ sinh kém [46] Đặc biệt, khí hậu nhiệt đới nóng

ẩm ở Việt Nam là điều kiện thuận lợi cho giun sán đường tiêu hoá phát triển và lây lan Do

đó, phòng ngừa và điều trị đúng cách bệnh giun sán đường ruột là việc làm rất quan trọng Trong các hướng dẫn của Bộ Y tế về điều trị bệnh giun sán đường ruột, có nhiều loại thuốc trị giun sán được nhắc đến, điển hình là mebendazol [45]

Để kiểm soát chất lượng của nguyên liệu đầu vào cũng như các chế phẩm có chứa mebendazol, bên cạnh việc sử dụng chất chuẩn mebendazol, một số dược điển hiện hành

có yêu cầu phép thử tạp chất liên quan sử dụng chất chuẩn để đánh giá độ phù hợp của hệ thống, trong đó có chứa tạp D của mebendazol (theo BP 2022) có tên khoa học là: methyl (5-benzoyl-1-methylbenzimidazol-2-yl)carbamat [2], [15], [33], [34] Và có thể thấy, hợp

chất trên là dẫn chất N-methyl của mebendazol

Phản ứng N-methyl hoá là một trong những phản ứng phổ biến nhất trong ngành

Hoá dược Việc thêm một nhóm methyl gắn vào công thức có thể làm thay đổi tính chất lý hoá, độ tan, hoặc có thể là tính chất dược lý của phân tử thuốc Điều này rất có ý nghĩa trong lĩnh vực tổng hợp hoá học phục vụ nghiên cứu và phát triển thuốc mới hay cũng như tổng hợp tạp chất làm chất chuẩn để phục vụ kiểm nghiệm [9], [24] Đối với mebendazol,

hiện nay chưa có nghiên cứu nào về phản ứng N-methyl hoá mebendazol được thực hiện

Bên cạnh đó, cũng chưa có đơn vị nào ở Việt Nam thực hiện tổng hợp chất chuẩn tạp D của mebendazol (theo BP 2022) nhằm phục vụ mục đích kiểm nghiệm Và thực tế, giá thành nhập khẩu tạp chất trên là rất cao, giá của 15 mg chất chuẩn có thể lên đến 913 USD [48]

Do đó, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu phản ứng N-methyl hoá Mebendazol” với

mục tiêu:

- Lựa chọn tác nhân phù hợp có khả năng N-methyl hoá mebendazol

- Tổng hợp được 2 sản phẩm N-methyl hoá mebendazol là methyl

(5-benzoyl-1H-benzimidazol-2-yl)N-methylcarbamat và methyl

(5-benzoyl-1-methylbenzimidazol-2-yl)carbamat [tạp D của mebendazol theo dược điển Anh 2022]

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về mebendazol

1.1.1 Cấu trúc hoá học của mebendazol

- Công thức cấu tạo (Hình 1.1) [2]:

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của mebendazol

- Công thức phân tử: C16H13N3O3.

- Tên khoa học: Methyl (5-benzoyl-1H-benzimidazol-2-yl)carbamat

- Khối lượng phân tử: 295,29 đvC [34]

- Thành phần khối lượng các nguyên tố [6]:

Bảng 1.1 Phần trăm khối lượng (m) các nguyên tố trong mebendazol

- pKa: pKa1 = 3,43; pKa2 = 9,93 [37]

1.1.3 Tác dụng dược lý và ứng dụng trong điều trị

1.1.3.1 Cơ chế tác dụng

Mebendazol ức chế sự tổng hợp vi cấu trúc hình ống, ngăn sự trùng hợp của các tubulin trong tế bào ruột của ký sinh trùng dẫn đến giảm khả năng hấp thu glucose, khả năng tiêu hoá và sinh sản của ký sinh trùng, làm cản trở việc sản xuất trứng từ đó ký sinh trùng không thể phát triển và chết Mebendazol hấp thu kém tại ruột và không ảnh hưởng tới sự chuyển hoá glucose ở người nên có ít tác dụng phụ và rất hiệu quả trong việc kiểm soát nhiễm giun, ký sinh trùng đường ruột [3], [32]

N H N NH O

CH3O

O

1 2 3 3a 7a

4 5

8 1’

2’

3’

1.1.3.2 Dược động học

Hấp thu: Mebendazol rất kém tan và hấp thu kém khi dùng thuốc bằng đường uống

Độ hấp thu có thể tăng lên khi dùng thuốc cùng với thức ăn có chất béo [1], [21] Sinh khả dụng đường uống của mebendazol khoảng 1-2% [21]

Phân bố: Khoảng 95% thuốc liên kết với protein huyết tương [1], [21] Thể tích

phân bố khoảng 1,2 lít/kg [1]

Chuyển hoá: Mebendazol được chuyển hoá chủ yếu tại gan tạo ra hai chất chuyển

hoá chính không còn hoạt tính là 2-amino-5-benzoylbenzimidazol (sản phẩm thuỷ phân

amid), và methyl (5[α-hydroxybenzyl]-1H-benzimidazol-2-yl)carbamat (sản phẩm khử hoá

ceton) [1], [21]

Thải trừ: Thời gian bán thải (T1/2) của mebendazol khoảng 2,5 – 5,5 giờ Khoảng 95% thuốc và chất chuyển hoá sẽ được thải trừ qua phân Chỉ khoảng 2 – 5 % được thải trừ qua nước tiểu [1]

1.1.3.3 Chỉ định

Mebendazol là thuốc chống giun sán phổ rộng thuộc nhóm dẫn chất benzimidazol carbamat được dùng để điều trị các trường hợp nhiễm trùng một số loại giun như giun đũa, giun tóc, giun móc, giun kim và một số loại giun khác như giun chỉ và giun xoắn [1]

1.1.3.4 Liều dùng và cách dùng

Liều dùng: như nhau cho trẻ em trên 2 tuổi và người lớn

- Giun kim: một liều duy nhất viên nén 100 mg

- Giun tóc, giun móc, giun đũa: hai liều viên nén 100 mg sáng và tối, uống liên tục trong ba ngày [1], [42]

Cách dùng: có thể nhai và nuốt viên thuốc hoặc nghiền trộn với thức ăn [1], [42]

1.1.3.5 Tác dụng không mong muốn (ADR)

ADR ít gặp: Đau bụng thoáng qua, đầy hơi, nôn, buồn nôn, tiêu chảy Có thể gặp dị

ứng, sốt, ban đỏ, mày đay, phù mạch, ngứa Tăng enzym gan, rụng tóc, suy tủy, giảm bạch cầu trung tính, có trường hợp giun đũa bò ra mồm và mũi [1], [32]

ADR hiếm gặp: Giảm huyết áp, động kinh, co giật, ở một số trường hợp có giảm

bạch cầu trung tính hoặc giảm tiểu cầu [1], [32]

1.1.3.6 Chống chỉ định

Mebendazol chống chỉ định với tất cả những người mẫn cảm với bất kì thành phần nào của thuốc Chống chỉ định với các trường hợp có thai 3 tháng đầu hoặc viêm ruột Crohn, viêm loét đại trực tràng [1]

- Đối với phụ nữ cho con bú: cần thận trọng khi dùng thuốc [1], [42]

- Đối với trẻ em: cần cân nhắc lợi ích, nguy cơ khi dùng thuốc đối với trẻ em dưới 2 tuổi [1], [42]

1.1.4 Các dạng bào chế và các chế phẩm lưu hành trên thị trường

Hầu hết các chế phẩm chứa mebendazol đang được lưu hành trên thị trường đều ở dạng viên nén 100 mg hoặc 500 mg Ngoài ra còn một số dạng khác như là hỗn dịch uống, dung dịch uống Một số chế phẩm chứa mebendazol như là: Fugacar, Fumecar, Vermox, Emverm, Mebendazol 500mg, Benda 500,… [40], [41]

1.1.5 Tiêu chuẩn chất lượng của chuyên luận nguyên liệu mebendazol và một số dạng bào chế trong một số dược điển

Chuyên luận nguyên liệu và một số dạng bào chế của mebendazol trong DĐVN V, USP 44, BP 2022, EP 10.0 thường có các chỉ tiêu: tính chất, định tính, định lượng và thử tạp chất liên quan, trong đó chỉ tiêu thử tạp chất liên quan cần xác định 7 tạp của mebendazol

được nêu ra (Bảng 1.2) [2], [15], [33], [34]

Bảng 1.2 Các tạp của mebendazol theo DĐVN V, USP 44, BP 2022, EP 10.0

Tên theo BP

2022 và

EP 10.0

Tên theo DĐVN

V

N H N

NH2O

N H N OH O

C C C

Methyl methylbenzimidazol-2-ylcarbamat

Dung dịch thử: Hoà tan 25,0 mg nguyên liệu trong DMF và pha loãng thành 25,0

mL với cùng dung môi

Dung dịch đối chiếu (a): Hoà tan 5,0 mg mebendazol chuẩn để kiểm tra tính phù

hợp của hệ thống (chứa tạp A, B, C, D, E, F và G) trong DMF và định mức tới 5,0 mL với cùng dung môi

Dung dịch đối chiếu (b): Pha loãng 1,0 mL của dung dịch thử thành 100,0 mL bằng

DMF Pha loãng 5,0 mL dung dịch này thành 20,0 mL với DMF

CH3

O

N N NH O CH3 O

CH3

O

N H N NH O

CH3O

O

N H N NH

N H N N

H N

O O

O

Pha động:

• Pha động A: dung dịch amoni acetat 7,5 g/L

• Pha động B: acetonitril cho sắc ký

Thời gian

(phút)

Pha động A (tỷ lệ phần trăm tt/tt)

Pha động B (tỷ lệ phần trăm tt/tt)

Tốc độ dòng: 1,2 mL/phút

Detector: quang phổ tử ngoại ở bước sóng 250 nm

Định danh tạp: Sử dụng sắc ký đồ của mẫu chứa mebendazol chuẩn để kiểm tra tính

phù hợp của hệ thống và sắc ký đồ của dung dịch đối chiếu (a) để xác định vị trí các pic tạp

A, B, C ,D , E, F và G dựa trên thời gian lưu tương đối

Thời gian lưu tương đối (so với mebendazol: 12 phút): tạp A = khoảng 0,4; tạp B =

khoảng 0,5; tạp C = khoảng 0,7; tạp D = khoảng 1,1; tạp E = khoảng 1,3; tạp F = khoảng 1,4; tạp G = khoảng 1,6

Trong 7 tạp đã được nêu trên, tạp D có thời gian lưu tương đối so với mebendazol là 1,1, nên khi thực hiện các chương trình sắc ký pic của tạp D dễ lẫn vào pic của mebendazol

Vì vậy, rất cần có chất chuẩn tạp D để đánh giá khả năng tách của mebendazol ra khỏi các tạp chất liên quan nhằm phục vụ cho kiểm tra chất lượng nguyên liệu và chế phẩm thuốc chứa mebendazol

Trong một số dược điển USP 44, BP 2022, EP 10.0, DĐVN V, quy định giới hạn của

tạp D mebendazol (Mebendazole related compound D) không được lớn hơn 0,25 %

Hiện nay, tại Việt Nam chưa có đơn vị nào thực hiện nghiên cứu tổng hợp và thiết lập chất chuẩn tạp D mebendazol để phục vụ công tác kiểm nghiệm Chủ yếu nguồn cung cấp chuẩn tạp D mebendazol từ nhập khẩu nước ngoài với giá thành rất cao như chất chuẩn tại USP Store có giá lên tới 913 USD/15 mg [48] Dưới đây là một số đơn vị phân phối

chuẩn tạp D mebendazol ở nước ngoài [39], [43], [44], [47], [48] (Bảng 1.3):

Bảng 1.3 Giá thành của một số nhà phân phối tạp D mebendazol (BP 2022)

STT Nơi sản xuất, phân phối

Mã sản phẩm (CAS: )

Giá thành

Khối lượng đóng gói (mg)

2 Toronto Research Chemicals 132119-11-0 196 USD 10

3 Scientific Laboratory Supplies 132119-11-0 1613,48 USD 15

5 Shanghai Aladdin Biochemical

Technology Co Ltd 132119-11-0

275,53 USD 10 2212,24 USD 500

Nhận thấy, tạp D là dẫn chất N-methyl của mebendazol có thể được tổng hợp từ

nguồn nguyên liệu mebendazol bằng phản ứng N-methyl hoá (Sơ đồ 1.1):

Sơ đồ 1.1 Sơ đồ minh hoạ phản ứng tổng hợp tạp D mebendazol (BP 2022)

Xuất phát từ nhu cầu thực tế trong công tác kiểm nghiệm nguyên liệu và các dạng chế phẩm mebendazol, chúng tôi tiến hành nghiên cứu tổng hợp tạp D bằng phản ứng N- methyl hoá mebendazol

1.2 Tổng quan về phản ứng N-methyl hoá

1.2.1 Phản ứng N-methyl hoá

1.2.1.1 Phản ứng N-methyl hoá

N-Methyl hoá là quá trình thay thế một hoặc nhiều nguyên tử hydro của hợp chất

hữu cơ bằng một hoặc nhiều nhóm methyl được gắn trực tiếp với nguyên tử nitơ trong phân

tử hợp chất [4] Đây là một trong những phản ứng phổ biến nhất trong tổng hợp hoá học Một nhóm methyl gắn vào vị trí nitơ có thể làm thay đổi tính chất lý hoá cũng như hoạt tính sinh học của phân tử [31] Một số tác nhân thường được sử dụng là: methanol, methyl halogenid, các ester của acid vô cơ chứa oxy, các muối amoni bậc 4,… và một số các tác nhân khác [4]

1.2.1.2 Một số tác nhân có khả năng N-methyl hoá và các yếu tố ảnh hưởng

v Methanol (MeOH):

MeOH là tác nhân thường dùng để N-methyl hoá các amin tạo ra các amin bậc cao

[4] Bên cạnh đó, methanol còn được sử dụng để làm tác nhân gắn C1 tạo các liên kết C-C, C-N, C-O trong tổng hợp hoá học và nghiên cứu thuốc mới thay thế cho các tác nhân truyền thống như methyl iodid (MeI) hay dimethyl sulfat (DMS) (các tác nhân gây độc với tế bào)

O

N N NH O CH3 O

CH3

O

N H N NH O CH3 O

N-methyl hoá

[18], [25] Tuy vậy, để MeOH có thể đóng vai trò là một tác nhân methyl hoá thì cần những điều kiện, xúc tác đặc biệt [14]

thống như MeI, DMS [12] Có nhiều nghiên cứu về phản ứng N-methyl hoá ứng sử dụng

tác nhân DMC, các phản ứng thường cần được diễn ra ở nhiệt độ cao, trong thời gian dài, điều này là do khả năng phản ứng kém của DMC ở điều kiện nhiệt độ thấp [30], [38]

v Dimethyl sulfat (DMS):

DMS là tác nhân methyl hoá rất mạnh, được nghiên cứu rộng rãi nhưng thường không được ưu tiên sử dụng trong sản xuất quy mô lớn do độc tính và khả năng gây ung thư cao [12] DMS có khả năng hấp thu nhanh qua niêm mạc, qua đường hô hấp và qua da, đặc biệt nguy hiểm với đường hô hấp Khi tiếp xúc trực tiếp với hơi DMS có thể gây ra viêm, hoại tử mắt, miệng và đường hô hấp, gây tổn thương nghiêm trọng phổi, tim và thận Tiếp xúc với nồng độ cao có thể gây hôn mê và tử vong DMS được sử dụng chính để làm tác nhân methyl hoá, ngoài ra còn được sử dụng làm dung môi trong một số trường hợp [7]

v Methyl iodid (MeI):

Methyl iodid là tác nhân N-methyl hoá thông dụng và được sử dụng rộng rãi trong

nhiều nghiên cứu, khả năng phản ứng của MeI rất tốt [12] Tuy nhiên, MeI mang lại nhiều bất lợi trong các quy trình có quy mô lớn do có độc tính cao và nhiệt độ sôi rất thấp (khoảng

40 oC) gây nên các vấn đề về khí thải và sức khoẻ con người [19] MeI có thể đi qua đường tiêu hoá, hô hấp, mắt và da gây nên các tổn hại tới sức khoẻ như chóng mặt, rối loạn tâm thần, hôn mê Khi tiếp xúc qua đường hô hấp với nồng độ cao trong thời gian dài có thể gây nên các triệu chứng nghiêm trọng như tràn dịch màng phổi hoặc tử vong [8]

v Muối amin bậc 4:

Trong một số nghiên cứu, muối amin bậc 4 điển hình như tetramethylamoni florid (TMAF) hay phenyl trimethylammoni iodid (PhMe3NI) được ứng dụng làm tác nhân có

khả năng N-methyl hoá chọn lọc vào nhiều loại hợp chất chứa nitơ như amid hay một số dị

vòng imidazol, pyrrol, imidazol,… các tác nhân còn có những ưu điểm khác được nêu ra như: an toàn, không độc, dễ tinh chế sản phẩm và đem lại hiệu suất cao [13], [31]

Một số yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng có thể kể đến như là: dung môi, nhiệt độ,

1.2.2 Phản ứng N-methyl hoá một số dị vòng và nhóm carbamat

1.2.2.1 N-methyl hoá dị vòng benzimidazol và imidazol

v Nghiên cứu của Zhao S Y và cộng sự

Năm 2012, Zhao S Y và cộng sự đã công bố một nghiên cứu sơ bộ về phản ứng

N-methyl hoá các dị vòng chứa NH khác nhau trong đó có dị vòng benzimidazol, với tác nhân

là DMC và xúc tác là TMEDA trong điều kiện nhiệt độ thích hợp

Điều kiện chung của phản ứng:

Hỗn hợp phản ứng bao gồm chất có dị vòng chứa NH (10 mmol), TMEDA (1 mmol), DMC (10 mL), và DMF (5 mL) được khuấy đều và đun hồi lưu ở 95oC trong thời gian nhất

định Tiến trình phản ứng được theo dõi bằng phương pháp SKLM (sơ đồ 1.2) [38]

Sơ đồ 1.2 Phản ứng N-methyl hoá dị vòng benzimidazol theo Zhao S Y

Nhận xét: Nghiên cứu đã sử dụng tác nhân xanh, thân thiện với môi trường là DMC

Bên cạnh đó, xúc tác được sử dụng là TMEDA cũng thuận tiện và dễ tiếp cận Tuy nhiên,

sử dụng DMC làm tác nhân methyl hoá thường yêu cầu phản ứng ở nhiệt độ cao và thời

gian phản ứng kéo dài [38]

v Nghiên cứu của Shieh W C và cộng sự

Năm 2001, Shieh W C và cộng sự đã công bố một nghiên cứu có thực hiện phản

ứng N-methyl hoá dị vòng benzimidazol với tác nhân là dimethyl carbonat (DMC) và xúc

tác là 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en (DBU) ở 90 oC

Điều kiện chung của phản ứng: Trong bình cầu phản ứng, thêm vào 1 g nguyên liệu

ban đầu, 1 equiv DBU và 10 mL DMC Hỗn hợp được đun nóng đến 90 oC sản phẩm được

định lượng bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) (sơ đồ 1.3) [30]

Sơ đồ 1.3 Phản ứng N-methyl hoá dị vòng benzimidazol theo Shieh W C

N H N

N N

CH3DMC, TMEDA, DMF

đun hồi lưu ở 95 o C

9h

95%

N N H

N N CH3 DMC, DBU

90 o C, 2h

98%

Nhận xét: DBU là xúc tác lý tưởng có vai trò kích thích phản ứng methyl hoá xảy ra

ngay ở trong điều kiện nhiệt độ khoảng 90 oC, phản ứng trong thời gian khá ngắn, hiệu suất phản ứng rất cao [30]

v Nghiên cứu của Chen S và cộng sự

Năm 2016, Chen S và cộng sự đã công bố nghiên cứu về phản ứng methyl hoá chọn

lọc các dị vòng 1,3-azol trong đó có thực hiện phản ứng N-methyl hoá dị vòng benzimidazol

và imidazol, điều kiện phản ứng và kết quả được thể hiện qua sơ đồ 1.4 [11]:

Sơ đồ 1.4 Phản ứng N-methyl hoá dị vòng benzimidazol và imidazol theo Chen S

Nhận xét: Nghiên cứu đã chỉ ra được khả năng methyl hoá chọn lọc vào vị trí N-3

đối với dị vòng benzimidazol khi sử dụng xúc tác là muối Mg hữu cơ (MeMgCl) trong điều kiện nhiệt độ phòng, hơn nữa khả năng phản ứng của nguyên liệu và hiệu suất phản ứng cũng tăng đáng kể khi sử dụng xúc tác trên [11]

v Nghiên cứu của Bookser B C và cộng sự

Năm 2018, Bookser B C và cộng sự đã công bố nghiên cứu về sự ảnh hưởng của

dung môi đến phản ứng N-alkyl hoá chọn lọc của các dị vòng azol Trong đó, nhóm tác giả

có thực hiện phản ứng N-methyl hoá với dị vòng benzimidazol, điều kiện phản ứng và kết

quả được thể hiện qua sơ đồ 1.5 [10]:

Sơ đồ 1.5 Phản ứng N-methyl hoá dị vòng benzimidazol theo Bookser B C

Nhận xét: Nghiên cứu có chỉ ra, khi xảy ra trong dung môi THF thì phản ứng có xu

hướng chọn lọc vào vị trí N-3 hơn, còn khi xảy ra trong dung môi DMSO thì phản ứng hầu

như không có sự chọn lọc, tỷ lệ hai sản phẩm được tạo ra là tương đương [10]

N H N

CH3Cl

N N

N N CH3 MeI (1,1 eq), MeMgCl

THF, rt, 48h

76%

Ph

N H N Br

N N Br

N N Br

+

CH3

CH3 NaHMDS (1,5 eq)

MeI (3 eq)

THF hoặc DMSO

20 o C 1

2

1.2.2.2 N-methyl hoá một số dị vòng khác

v Dị vòng indazol

Năm 2012, Mei Y C và cộng sự đã có nghiên cứu thực hiện phản ứng N-methyl hoá

dị vòng 1H-indazol sử dụng tác nhân TMOF giúp phản ứng chọn lọc vào vị trí 2N-indazol

Đây là một giai đoạn trung gian trong quy trình tổng hợp pazopanib Điều kiện phản ứng

và kết quả được thể hiện qua sơ đồ 1.6 [22]

Sơ đồ 1.6 Phản ứng N-methyl hoá với tác nhân TMOF theo Mei Y C

Nhận xét: TMOF là một tác nhân methyl hoá linh hoạt, có thể tham gia vào phản

ứng methyl hoá với nhiều loại nhóm chức khác nhau [16] Tuy nhiên, TMOF là tác nhân yếu, cần phải được hoạt hoá bằng acid sulfuric đặc mới có khả năng methyl hoá Do vậy, phản ứng có thể bị ảnh hưởng nếu sử dụng một lượng dư acid sulfuric Ngoài ra, nhiệt độ xảy ra phản ứng thường rất cao, dễ tạo ra sản phẩm phụ

v Dị vòng indol

Năm 2003, Shieh W C và cộng sự đã công bố nghiên cứu về các phản ứng N-methyl

hoá dị vòng indol với xúc tác là DABCO

Điều kiện chung của phản ứng: Trong bình cầu phản ứng, thêm vào 1 g nguyên liệu

ban đầu, 0,1 equiv DABCO, 1 mL DMF và 10 mL DMC Hỗn hợp phản ứng được đun hồi lưu ở 94 – 95 oC và được theo dõi bằng phương pháp HPLC đến khi không còn thấy dấu

hiệu của nguyên liệu ban đầu (sơ đồ 1.7) [29]

Sơ đồ 1.7 Phản ứng N-methyl hoá dị vòng indol theo Shieh W C

Nhận xét: Nghiên cứu đã chỉ ra xúc tác DABCO được sử dụng để kích thích làm cho

phản ứng với tác nhân DMC có thể diễn ra ở điều kiện nhiệt độ không quá cao và tạo ra sản phẩm methyl hoá là sản phẩm chính với hiệu suất cao khi thực hiện phản ứng với các dị vòng indol khác nhau Bên cạnh đó, DMC là một tác nhân an toàn và thân thiện với môi trường [29]

N H N CH3

Năm 1998, Ottoni O và cộng sự đã có nghiên cứu về thực hiện phản ứng N-methyl

hoá dị vòng indol sử dụng tác nhân DMS Điều kiện phản ứng và kết quả được thể hiện qua

sơ đồ 1.8 [27]:

Sơ đồ 1.8 Phản ứng N-methyl hoá dị vòng indol theo Ottoni O

Nhận xét: Nhóm tác giả đã chỉ ra được điều kiện tối ưu của phản ứng để tạo được

sản phẩm N-methyl hoá với hiệu suất cao Điều kiện trên còn có thể áp dụng với nhiều loại

nguyên liệu ban đầu khác nhau [27] Tuy nhiên, DMS có độc tính rất mạnh, cần rất lưu ý khi thực hiện phản ứng với tác nhân này

1.2.2.3 N-methyl hoá nhóm carbamat

v Nghiên cứu tổng quan của Moulay S

Năm 2019, Moulay S đã có một nghiên cứu bao quát về phản ứng N-methyl hoá các hợp chất chứa nitơ Trong đó, có một ví dụ về phản ứng N-methyl hoá nhóm carbamat của

các dẫn chất acid amin Điều kiện phản ứng được thể hiện qua sơ đồ 1.9 [24]:

Sơ đồ 1.9 Phản ứng N-methyl hoá nhóm carbamat theo Moulay S

Nhận xét: Nghiên cứu đã chỉ ra việc sử dụng một lượng nhỏ DMF và tăng nhiệt độ

phản ứng lên 80 oC để hướng tới sản phẩm N,O-dimethyl hoá Còn khi trộn hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ phòng thì chỉ có phản ứng N-methyl hoá xảy ra [24]

v Nghiên cứu của Tundo P và cộng sự

Năm 2005, Tundo P và cộng sự đã công bố nghiên cứu về phản ứng sử dụng tác

nhân DMC tạo N-methylurethan từ các amin bậc 1 Xúc tác được sử dụng là các base mạnh như kali tert-butylat hay natri methoxid, các amin bậc 1 được lựa chọn nghiên cứu là các amin béo hoặc amin thơm Điều kiện phản ứng và kết quả quá trình N-methyl hoá carbamat

của một nghiên cứu trong công bố trên được thể hiện qua sơ đồ 1.10 [35]

N

CH3(CH3)2SO4, KOH

N C H R2

O

N C H

Sơ đồ 1.10 Phản ứng N-methyl hoá carbamat theo Tundo P

Nhận xét: Phản ứng của amin bậc 1 và DMC xảy ra theo 2 quá trình, phụ thuộc vào

cơ chế phản ứng của tác nhân DMC khi có mặt của xúc tác base mạnh Đầu tiên, các amin bậc 1 sẽ phản ứng với DMC trong thời gian rất ngắn để tạo ra carbamat Sau đó, khi kéo

dài thời gian phản ứng thì carbamat tiếp tục phản ứng để tạo thành N-methylcarbamat [35]

1.3 Lựa chọn tác nhân N-methyl hoá

Qua tổng quan các tài liệu phản ứng N-methyl hoá đã được trình bày ở mục 1.2, có

thể thấy đối với các nghiên cứu sử dụng tác nhân DMC đều đi kèm với 1 xúc tác base hữu

cơ và phản ứng thường diễn ra ở nhiệt độ cao Đối với các nghiên cứu sử dụng tác nhân MeI hay DMS thì phản ứng thường diễn ra ở nhiệt độ thấp hoặc nhiệt độ phòng và cũng đi kèm với 1 xúc tác base Nghiên cứu có sử dụng tác nhân TMOF đi kèm với 1 xúc tác acid (H2SO4 đậm đặc) và phản ứng thường diễn ra ở nhiệt độ cao Một số nghiên cứu sử dụng các tác nhân khác như MeOH hay TMAF thì đi kèm với 1 số xúc tác và điều kiện phản ứng đặc biệt hơn Dựa vào mục tiêu của đề tài, điều kiện của phòng thí nghiệm và tính chất của nguyên liệu cũng như là từng tác nhân, chúng tôi lựa chọn ra bốn tác nhân là: DMC, TMOF,

DMS và MeI để thực hiện khoá luận tốt nghiệp “Nghiên cứu phản ứng N-methyl hoá

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu và thiết bị

Để thực hiện khoá luận này, chúng tôi sử dụng một số hoá chất, dung môi, dụng cụ

và thiết bị của phòng thí nghiệm của bộ môn Kỹ thuật Hoá dược và Chiết xuất, khoa Công

nghệ Hoá dược, trường Đại học Dược Hà Nội (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, hoá chất

chuẩn

1 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en (DBU) Trung Quốc AR

2 4-Dimethylaminopyridin (DMAP) 99 % Trung Quốc AR

5 Dicloromethan (DCM) 99,5 % Samchun, Trung Quốc AR

6 Dimethyl carbonat (DMC) 99 % Aladdin, Trung Quốc AR

7 Dimethyl sulfat (DMS) 98 % Macklin, Trung Quốc AR

9 Dung dịch amoniac đặc (NH3) 25 % Trung Quốc AR

11 Ethyl acetat (EtOAc) 99,5 % Samchun, Trung Quốc AR

13 Kali hydrocarbonat (KHCO3) khan Trung Quốc AR

22 Tetra-n-butylamoni bromid (TBAB) Trung Quốc AR

23 Trimethyl orthoformat (TMOF) 98 % Aladdin, Trung Quốc AR

Bảng 2.2 Danh mục các dụng cụ, thiết bị

6 Bộ lọc hút chân không Buchner Bomex, Trung Quốc

10 Đèn hồng ngoại Dich Tong E27/ES Dich Tong, Trung Quốc

18 Máy khuấy từ gia nhiệt DAIHAN MSH-20A DAIHAN, Hàn Quốc

19 MicrolitterTM Syringes 500 𝜇L Hamilton, Mỹ

22 Pipet chia vạch 1mL, 2 mL, 5 mL, 10 mL Đức

2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Lựa chọn tác nhân phù hợp có khả năng N-methyl hoá mebendazol

2.2.1.1 Khảo sát sơ bộ một số tác nhân có khả năng N-methyl hoá mebendazol

Chúng tôi tiến hành khảo sát sơ bộ các tác nhân được lựa chọn, thực hiện trên mẻ 0,2 g MBZ, trong các điều kiện phản ứng khác nhau Tiến trình phản ứng được theo dõi và đánh giá bằng phương pháp SKLM (hệ: DCM : MeOH : NH3 = 8 : 1,5 : 0,5) (quan sát dưới đèn UV 254 nm):

- Dimethyl carbonat (DMC): thực hiện phản ứng với các xúc tác là DMAP, DBU, ở điều kiện nhiệt độ là 90, 115 oC

- Trimethyl orthoformat (TMOF): thực hiện phản ứng phản ứng ở các điều kiện nhiệt

Dựa vào kết quả từ hình ảnh SKLM theo dõi tiến trình phản ứng, chúng tôi lựa chọn

tác nhân phù hợp nhất để thực hiện phản ứng tổng hợp các sản phẩm từ phản ứng N-methyl

hoá mebendazol theo các tiêu chí như: nguyên liệu mebendazol phản ứng hết, tạo ra sản phẩm mới có Rf cao hơn Rf vết nguyên liệu trên SKLM, dễ kiểm soát phản ứng để tạo sản phẩm đích, hỗn hợp sau phản ứng không có nhiều sản phẩm phụ, dễ tinh chế sản phẩm

2.2.2 Tổng hợp 2 sản phẩm từ phản ứng N-methyl hoá mebendazol

Sau khi tiến hành khảo sát sơ bộ, với điều kiện của phòng thí nghiệm cũng như là mục tiêu đề ra của khoá luận, chúng tôi sử dụng tác nhân phù hợp nhất đã lựa chọn để tổng

hợp 2 sản phẩm chính từ phản ứng N-methyl hoá mebendazol là: methyl

(5-benzoyl-1H-benzimidazol-2-yl)N-methylcarbamat (A) và methyl

(5-benzoyl-1-methylbenzimidazol-2-yl)carbamat (B) Trong đó, methyl (5-benzoyl-1-methylbenzimidazol-2-(5-benzoyl-1-methylbenzimidazol-2-yl)carbamat là tạp

D của mebendazol theo dược điển Anh 2022 [33]

Sơ đồ 2.1 Các sản phẩm từ phản ứng N-methyl hoá mebendazol

Chúng tôi thực hiện khảo sát các điều kiện có thể ảnh hưởng đến phản ứng như: tỷ

lệ mol các chất, tỷ lệ dung môi thêm vào, chất xúc tác để lựa chọn điều kiện phản ứng phù

O

N H N NH

O

N H N N

O

N N NH

CH3 O

O

CH3O

O CH3 O

CH3

hợp nhất Quá trình tinh chế có thể sử dụng các phương pháp như: đối dung môi, kết tinh lạnh, sắc ký cột

Các sản phẩm được kiểm tra độ tinh khiết theo các phương pháp có sẵn trong phòng thí nghiệm đó là sắc ký lớp mỏng (SKLM) và đo nhiệt độ nóng chảy:

v Đo nhiệt độ nóng chảy:

Phương pháp được thực hiện trên máy đo nhiệt độ nóng chảy EZ-Melt để xác định khoảng nhiệt độ nóng chảy từ đó đánh giá sơ bộ độ tinh khiết của các sản phẩm thu được

2.2.3 Khẳng định cấu trúc các chất tổng hợp được bằng phương pháp phổ

Các sản phẩm cuối cùng của quá trình tổng hợp được xác định cấu trúc bằng các phương pháp phổ: phổ khối lượng (MS), phổ hồng ngoại (IR), phương pháp phân tích nhiệt lượng quét vi sai (DSC), phổ nhiễu xạ tia X (PXRD), phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR), Carbon-13 (13C-NMR), HMBC, HSQC và NOESY

v Phổ hồng ngoại (IR)

Phổ hồng ngoại được ghi trên máy Shimadzu tại phòng thí nghiệm Hoá vô cơ, khoa Hoá học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Kỹ thuật viên nén kali bromid trong vùng 4000 – 400 cm-1, ghi phổ ở độ phân giải 4 cm-1 Các mẫu rắn được phân tán trong kali bromid đã sấy khô với tỷ lệ 1:200, sử dụng áp lực cao nén dưới dạng film mỏng và đồng thời hút chân không để loại bỏ hơi ẩm

v Phổ khối lượng (MS)

Phổ khối lượng được ghi trên máy LC-MSD-Trap-SL của hãng Agilent Technologies tại phòng phân tích cấu trúc, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

MHz Độ dịch chuyển hóa học (δ, ppm) được tính theo chất chuẩn nội tetramethylsilan,

nhiệt độ ghi phổ khoảng 300 K

- 1H-NMR: Phổ 1H-NMR cung cấp dữ liệu về tỷ lệ cường độ giữa các pic, độ bội của

từng pic, dạng vân phổ, từ đó xác định được hằng số tương tác ЈH–H góp phần khẳng xác

định cấu trúc của phân tử, vị trí các nhóm thế Độ dịch chuyển hóa học của proton (δ1H) được lấy tới số thập phân thứ hai

- 13C-NMR và DEPT: Phổ 13C-NMR cho biết số carbon có trong phân tử, độ dịch chuyển hoá học còn phổ DEPT cho biết được bậc của từng carbon tương ứng Từ đó góp phần xác định cấu trúc của phân tử, vị trí các nhóm thế Độ dịch chuyển hóa học của carbon

(δ13C) được lấy tới số thập phân thứ hai

- HMBC, HSQC, NOESY: HMBC và HSQC là phổ hai chiều dị hạt nhân 1H và 13C Phổ HMBC biểu hiện tương tác xa trong không gian phân tử còn phổ HSQC cho biết thông tin về những proton 1H đính trực tiếp với nguyên tử 13C NOESY biểu diễn các tương tác

xa trong không gian của các proton không kể đến các liên kết mà chỉ tính đến khoảng cách nhất định trong không gian Từ đó góp phần xác định chính xác cấu trúc của phân tử

v Nhiễu xạ tia X (PXRD)

Phổ nhiễu xạ tia X được ghi bằng máy đo nhiễu xạ D8-Advance Bruker AXS (Karlsruhe, Đức) tại phòng thí nghiệm Hoá vô cơ, khoa Hoá học, trường Đại học Khoa học

Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Dữ liệu PXRD được phân tích bằng phần mềm Match!

v Đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC)

Phân tích nhiệt quét vi sai được ghi trên máy METTLER-TOLEDO DSC1 STARe

System tại viện Công nghệ Dược phẩm Quốc gia Mẫu được quét trong khoảng nhiệt độ từ

30 – 200 oC với tốc độ gia nhiệt là 10 oC/ phút

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Thực nghiệm, kết quả

3.1.1 Lựa chọn tác nhân phù hợp có khả năng N-methyl hoá mebendazol

3.1.1.1 Khảo sát sơ bộ một số tác nhân có khả năng N-methyl hoá mebendazol

Dựa vào sơ đồ 2.1 có thể thấy các sản phẩm N-methyl hoá có công thức cấu tạo kém

phân cực hơn so với nguyên liệu mebendazol (MBZ), vậy nên có thể dự đoán các vết của sản phẩm sẽ có Rf cao hơn Rf của vết của MBZ (Rf(MBZ)) trên SKLM (hệ A, mục 2.2)

theo các tỷ lệ được khảo sát Hỗn hợp phản ứng được khuấy đều và được đun hồi lưu ở các nhiệt độ là 90, 115 oC Phản ứng được theo dõi bằng phương pháp SKLM sau mỗi 2 giờ

Kết quả khảo sát được thể hiện qua bảng 3.1:

Bảng 3.1 Kết quả khảo sát phản ứng N-methyl hoá sử dụng tác nhân DMC

Tỷ lệ mol DMC : MBZ

Thời gian phản ứng (giờ)

Rf = 0,84; 0,79 Nguyên liệu không phản ứng hết

1B

12 : 1

14 : 1 14 Có 5 vết sản phẩm, có 2 vết

sản phẩm mờ mới xuất hiện

Rf = 0,84; 0,79 Nguyên liệu phản ứng hết

Rf = 0,84; 0,79 Nguyên liệu không phản ứng hết

1B

Nhận xét: Phản ứng xảy ra ở hai nhiệt độ 90, 115 oC và ở hai điều kiện xúc tác khác nhau đều cho ra hình ảnh sắc ký chứa rất nhiều vết sản phẩm hầu hết đều có Rf < Rf(MBZ) Không phù hợp với tiêu chí khảo sát đề ra

v Trimethyl orthoformat (TMOF)

Trong bình cầu hai cổ 100 mL, thêm vào 0,5 mL (CH3O)3CH (4,57 mmol; 6,7 eq),

5 ml DMF, hỗn hợp được khuấy đều và làm lạnh Thêm vào hỗn hợp 0,05 mL H2SO4 98 % (0,50 mmol; 0,7 eq), khuấy đều hỗn hợp 5 phút Sau đó cho từ từ 0,2 g MBZ (0,68 mmol; 1,0 eq) Hỗn hợp được khuấy đều, từ từ nâng nhiệt độ và đun hồi lưu ở các điều kiện nhiệt

độ khác nhau Tiến trình phản ứng được theo dõi bằng phương pháp SKLM sau mỗi 1 giờ

Kết quả khảo sát được thể hiện qua bảng 3.2:

Bảng 3.2 Kết quả khảo sát phản ứng N-methyl hoá sử dụng tác nhân TMOF

STT Nhiệt độ ( o C) Thời gian phản ứng

Phụ lục

v Dimethyl sulfat (DMS)

Trong bình cầu một cổ 100 mL, thêm vào 0,14 g K2CO3 (1,01 mmol; 1,5 eq) khan hoặc 0,1 g KHCO3 (1,00 mmol; 1,5 eq) khan, 5 mL DMF, 0,2 g MBZ (0,68 mmol; 1,0 eq), hỗn hợp được khuấy đều bằng máy khuấy từ trong 30 phút Sau đó, thêm từ từ 0,1 mL (CH3)2SO4 (1,05 mmol; 1,5 eq) vào hỗn hợp phản ứng Phản ứng được khuấy đều và tiến hành ở nhiệt độ phòng Tiến trình của phản ứng được theo dõi bằng phương pháp SKLM

sau mỗi 4 giờ Kết quả khảo sát được thể hiện qua bảng 3.3:

Bảng 3.3 Kết quả khảo sát phản ứng N-methyl hoá sử dụng tác nhân DMS

STT Xúc tác Thời gian phản ứng (giờ) Hình ảnh sắc ký Phụ

Nguyên liệu không phản ứng hết

Nhận xét: DMS là tác nhân mạnh, có thể tạo ra 2 sản phẩm có Rf > Rf(MBZ) ngay ở điều kiện nhiệt độ phòng Tuy nhiên, do các sản phẩm phụ tạo ra khiến nguyên liệu mebendazol trở nên rất kém tan và không thể phản ứng được hoàn toàn

v Methyl iodid (MeI)

Trong bình cầu một cổ 100 mL, thêm vào 0,14 g K2CO3 (1,01 mmol; 1,5 eq) khanhoặc 0,1 g KHCO3 (1,00 mmol; 1,5 eq) khan, 3 mL DMF và 0,2 g MBZ (0,68 mmol; 1,0 eq), hỗn hợp được khuấy đều bằng máy khuấy từ trong 30 phút Thêm từ từ vào hỗn hợp 0,06 mL CH3I (0,96 mmol; 1,4 eq), hỗn hợp phản ứng tiếp tục được khuấy đều ở nhiệt độ phòng Tiến trình phản ứng được theo dõi bằng phương pháp SKLM sau mỗi 4 giờ Kết quả

khảo sát được thể hiện qua bảng 3.4:

Bảng 3.4 Kết quả khảo sát phản ứng N-methyl hoá sử dụng tác nhân MeI

STT Xúc tác Thời gian phản ứng

Phụ lục

Nhận xét: MeI là tác nhân mạnh, có thể phản ứng ngay ở nhiệt độ phòng tạo ra 2 sản

phẩm có Rf > Rf(MBZ) Nguyên liệu phản ứng được hoàn toàn do khi thêm tác nhân MeI độ tan của mebendazol được cải thiện

3.1.1.2 Tổng hợp kết các khảo sát thực hiện với các tác nhân

Kết quả tổng hợp các khảo sát đã thực hiện được thể hiện qua bảng 3.5:

Bảng 3.5 Kết quả tổng hợp các khảo sát đã thực hiện với các tác nhân

STT Tác

nhân

Tỷ lệ mol tác nhân

Nhiệt độ phản ứng ( o C)

Thời gian phản ứng (giờ)

Hình ảnh sắc ký

1 DMC 12 : 1 90 - 115 6 - 14

Có nhiều vết sản phẩm Rf < Rf

(MBZ) Nguyên liệu phản ứng hết

Có nhiều vết sản phẩm Rf < Rf

(MBZ) Nguyên liệu không phản ứng hết

Vì có tính chất an toàn hơn các tác nhân còn lại nên DMC và TMOF được lựa chọn

để thử nghiệm đầu tiên Tuy nhiên, phản ứng với DMC và TMOF đều diễn ra ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, tạo ra nhiều sản phẩm mà vết trên SKLM đều có Rf < Rf của mebendazol, không đúng với tiêu chí khảo sát đề ra

DMS là tác nhân mạnh có khả năng phản ứng rất tốt ngay ở nhiệt độ phòng, tạo ra được 2 sản phẩm mà vết trên SKLM đều có Rf > Rf của mebendazol, nhưng nguyên liệu mebendazol không phản ứng hoàn toàn, không đúng với tiêu chí khảo sát đề ra

MeI có khả năng phản ứng tốt ngay ở nhiệt độ phòng tạo ra được 2 sản phẩm mà vết trên SKLM đều có Rf > Rfcủa mebendazol Hơn thế nữa, sử dụng tác nhân MeI thì nguyên liệu mebendazol phản ứng được hoàn toàn, phù hợp với cả 2 tiêu chí của khảo sát

Dựa vào kết quả của các khảo sát đã thực hiện với các tác nhân, chúng tôi nhận thấy chỉ có tác nhân MeI là đạt về những tiêu chí đề ra cho khảo sát, nên tác nhân MeI được lựa

chọn để tiếp tục nghiên cứu tổng hợp các sản phẩm bằng phản ứng N-methyl hoá

mebendazol

3.1.2 Tổng hợp methyl (5-benzoyl-1H-benzimidazol-2-yl)N-methylcarbamat (A) và methyl (5-benzoyl-1-methylbenzimidazol-2-yl)carbamat (B) bằng phản ứng N-methyl hoá mebendazol sử dụng tác nhân MeI

3.1.2.1 Tổng hợp methyl (5-benzoyl-1H-benzimidazol-2-yl)N-methylcarbamat (chất A)

v Khảo sát về ảnh hưởng của lượng dung môi

Chúng tôi tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của lượng dung môi DMF đến khối lượng tủa thu được sau khi xử lý hỗn hợp sau phản ứng bằng phương pháp đối dung môi với nước Tiến hành trên mẻ 0,2 g MBZ, xúc tác được lựa chọn là K2CO3, lượng dung môi DMF là thông số được khảo sát Các điều kiện khác như lượng tác nhân, xúc tác, cách thức tiến

hành phản ứng đều không thay đổi so với khảo sát sử dụng tác nhân MeI ở mục 3.1.1.1

Xử lý hỗn hợp sau phản ứng: hỗn hợp phản ứng được khuấy đều và thêm nước cất

đến khi không còn thấy tủa sinh ra, làm lạnh đến khi lượng kết tủa sinh ra lớn nhất Lọc,

rửa tủa với nước cất, sấy và thu tủa Kết quả khảo sát được thể hiện qua bảng 3.6:

Bảng 3.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của DMF đến khối lượng tủa thô

thêm vào (mL)

Khối lượng

Nhận xét: Khi thêm càng nhiều DMF thì lượng tủa thu được sẽ càng ít Tuy nhiên,

nếu thêm quá ít DMF thì độ tan của mebendazol sẽ giảm xuống dẫn đến không thể phản ứng được hoàn toàn Do đó, lượng DMF cần ít nhất mà vẫn vừa đủ để mebendazol tan hết trong quá trình phản ứng

v Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ xúc tác

Chúng tôi tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ mol xúc tác đến sản phẩm cuối cùng của phản ứng Tiến hành trên mẻ 0,2 g MBZ, lượng xúc tác K2CO3 thêm vào là thông

số được khảo sát Các điều kiện khác như lượng dung môi, tác nhân, cách thức tiến hành phản ứng, phương pháp xử lý hỗn hợp sau phản ứng đều không đổi so với khảo sát đã thực

hiện Kết quả được theo dõi và đánh giá bằng phương pháp SKLM (hệ A) (Bảng 3.7):

Bảng 3.7 Kết quả khảo sát tỷ lệ mol K 2CO3

STT Tỷ lệ mol K 2 CO 3 : MBZ Hình ảnh sắc ký Khối lượng

Nhận xét: Lượng xúc tác thêm vào không ảnh hưởng đến khối lượng tủa thu được

sau khi xử lý phản ứng Khi sử dụng xúc tác với tỷ lệ là 1,1 : 1 thì SKLM cho một vết sản phẩm chính duy nhất có Rf = 0,84 còn với các tỷ lệ lớn hơn đều cho ra 2 vết sản phẩm có

Rf = 0,84; 0,79

Từ các khảo sát trên, chúng tôi tiến hành phản ứng trên mẻ 0,5 g MBZ với các thông

số được lựa chọn là: 1,1 eq K2CO3, 1,4 eq CH3I và 7 mL DMF Cách tiến hành phản ứng

và xử lý sau phản ứng không thay đổi so với các khảo sát đã thực hiện

O

N H N NH

O

N H N N CH3I, K2CO3

DMF

O

CH3O

O

CH3O

CH3

từ vào hỗn hợp 0,15 mL CH3I (2,41 mmol; 1,4 eq), hỗn hợp phản ứng tiếp tục được khuấy đều ở nhiệt độ phòng cho đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn

MeI ở mục 3.1.1.1 Kết quả được theo dõi và đánh giá bằng phương pháp SKLM (hệ A)

Nhận xét: Với các xúc tác kiềm khác, kết quả sắc ký đều cho 2 sản phẩm có Rf = 0,84; 0,79 Một số xúc tác có nhược điểm là dễ nhiễm ẩm từ không khí như KHCO3, t- BuOK, MeONa có thể gây cản trở trong quá trình thực hiện phản ứng Tetra-n-butylamoni

bromid (TBAB) là xúc tác chuyển pha giúp tăng khả năng phản ứng, cải thiện thời gian phản ứng nhưng cho sản phẩm không chọn lọc, TBAB cũng rất dễ nhiễm ẩm và gây cản trở cho phản ứng Nổi bật hơn trong các xúc tác trên, DBU có khả năng cải thiện độ tan của nguyên liệu mebendazol, từ đó có thể giúp tối ưu được lượng dung môi DMF cần thêm vào

v Khảo sát về tỷ lệ xúc tác phù hợp

Chúng tôi tiến hành khảo sát tỷ lệ mol DBU phù hợp Tiến hành trên mẻ 0,2 g MBZ,

tỷ lệ mol xúc tác DBU : MBZ là thông số được khảo sát, các điều kiện khác như tác nhân, dung môi, cách tiến hành phản ứng đều được giữ nguyên với khảo sát đã thực hiện Kết quả được theo dõi và đánh giá bằng phương pháp SKLM (hệ A)

Bảng 3.9 Khảo sát tỷ lệ mol DBU phù hợp

Từ các khảo sát trên, chúng tôi thực hiện phản ứng tổng hợp trên mẻ 1 g MBZ với các thông số và điều kiện phản ứng đựa lựa chọn là: 1,2 eq DBU; 1,4 eq CH3I, lượng DMF tối thiểu khoảng 9 – 10 mL, cách tiến hành và xử lý phản ứng không thay đổi so với khảo sát Tiến hành tách hỗn hợp 2 sản phẩm bằng phương pháp sắc ký cột

v Sơ đồ phản ứng:

Sơ đồ 3.2 Sơ đồ tổng hợp chất B

v Cách tiến hành:

Trong bình cầu một cổ 100 mL, thêm vào 0,6 mL DBU (4,01 mmol; 1,2 eq) và 9

mL DMF, hỗn hợp được khuấy đều bằng máy khuấy từ Sau đó, cho từ từ 1 g mebendazol (3,39 mmol; 1,0 eq) vào hỗn hợp, hỗn hợp tiếp tục được khuấy đều cho đến khi mebendazol tan hoàn toàn Thêm từ từ 0,3 mL CH3I (4,82 mmol; 1,4 eq), hỗn hợp tiếp tục được khuấy đều ở nhiệt độ phòng cho đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn

v Xử lý hỗn hợp sau phản ứng:

Sau khi kết thúc phản ứng, hỗn hợp phản ứng được khuấy đều và thêm từ từ nước cất vào cho đến khi không còn thấy tủa sinh ra Làm lạnh dung dịch đến khi lượng kết tủa sinh ra lớn nhất Lọc lấy tủa, rửa tủa với nước cất (10 mL/lần x 3 lần), sau đó tủa được sấy khô dưới đèn hồng ngoại

- Kết quả:

• Khối lượng tủa thu được: 0,76 g

v Tách chất B từ hỗn hợp các chất bằng phương pháp sắc ký cột:

Thực hiện tách chất B trong hỗn hợp bằng phương pháp sắc ký cột với các thông số:

• Khối lượng tủa đưa lên cột: 0,76 g hoà tan trong 4 mL DCM

O

N N NH

CH3I, DBU DMF

CH3

O

CH3O

O

CH3O

3.1.3 Xác định cấu trúc các chất tổng hợp được bằng phương pháp phổ

3.1.3.1 Kết quả phân tích phổ khối lượng (MS)

Kết quả phân tích phổ khối lượng (MS) của hai chất A và B được thể hiện ở bảng

[M+H]+ = 309,9 [M-H]- = 307,9 2, 3

B C17H15N3O3 309,32 [M+H]

+ = 310,12 [M-H]- = 308,10

[M+H]+ = 310,0 [M-H]- = 307,9 4, 5

Nhận xét: Dựa vào bảng 3.10 và phụ lục 2-5 có thể thấy được các phổ khối đều cho

các pic ion phù hợp với khối lượng phân tử của công thức phân tử dự kiến của sản phẩm monomethyl hoá

3.1.3.2 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (IR)

Kết quả phổ IR của các chất được trình bày ở bảng 3.11 và phụ lục 6-7:

Bảng 3.11 Kết quả phổ IR của các chất

ν max (cm -1 ) Nhóm chức

Phụ lục

CH3 1

2

3 4 5 6 7

8

9 3a

7a

10 11

CH3O

1 2

3 4 5 6 7

7a

10 11

Nhận xét: Dựa vào bảng 3.11 và phụ lục 6-7, có thể nhận dạng sơ bộ sự hiện diện

của một số nhóm chức như N-H, C=O, C-H, CH3… thông qua các giá trị của dải hấp thụ, cường độ pic và hình dạng pic

3.1.3.3 Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)

v Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1 H-NMR)

Kết quả phổ 1H-NMR của các chất được trình bày qua bảng 3.12 và phụ lục 8-9,

Chú thích: độ dịch chuyển hóa học (δ) được lấy theo giá trị trung bình (ppm); s:

singlet; d: doublet; t: triplet, m: multiplet

Nhận xét: Dựa vào bảng 3.12 và phụ lục 8-9, 19-20, nhận thấy rằng số lượng proton,

độ dịch chuyển hóa học, độ bội của pic và các hằng số cộng hưởng phù hợp với công thức

dự kiến của các chất

v Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon (13 C-NMR) và DEPT

Kết quả phổ 13C-NMR và phổ DEPT được trình bày qua bảng 3.13 và phụ lục

10-13; 21-24:

O

N H N N O

CH3O

CH3 1

2

3 4 5 6 7

8

9 3a

7a

10 11

CH3O

1 2

3 4 5 6 7

7a

10 11

Bảng 3.13 Kết quả phổ 13 C-NMR và phổ DEPT của các chất

Chất Công thức cấu tạo Dữ liệu phổ 13 C-NMR và DEPT Phụ

124,11 (C-6); 117,18 (C-4); 114,83 (C-7); 54,37 (C-11); 34,16 (C-9)

10,

11

DEPT (C-H) (125 MHz, DMSO-d 6 ), δ

(ppm): 132,32 4’); 129,81 2’,C-6’); 128,83 (C-3’, C-5’); 124,09 (C-6); 117,22 (C-4)

129,86 (C-2’, C-6’); 129,55 (C-5);

128,92 (C-3’, C-5’); 125,61(C-6);

113,54 4); 109,28 7); 52,30 11); 28,77 (C-9)

(C-21,

22

DEPT (C-H) (125 MHz, DMSO-d 6 ), δ

(ppm): 132,63 (C-4’); 129,87 (C-2’, C-6’); 128,92 (C-3’, C-5’); 125,61 (C- 6); 113,54 (C-4); 109,28 (C-7)

23,

24

Chú thích: δ: độ dịch chuyển hoá học (ppm)

Nhận xét: Dựa vào kết quả phổ ở bảng 3.13 và phụ lục 10-13; 21-24, phổ 13C-NMR

của chất A thiếu bốn tín hiệu carbon tương ứng với bốn carbon bậc 4 trong công thức, phổ DEPT của chất A thiếu một tín hiệu carbon C-7, còn lại độ dịch chuyển hoá học của các

carbon phù hợp với công thức dự kiến của các chất

v Phổ HSQC

Kết quả phổ HSQC của A, B được trình bày qua bảng 3.14 và phụ lục 14; 25-26:

O

N H N N O

CH3O

CH3 1

2

3 4 5 6 7

8

9 3a

7a

10 11

CH3O

1 2

3 4 5 6 7

7a

10 11

7,73 (H-2’, H-6’) 114,83 (C-7) 7,95-7,82 (H-7) 128,82

(C-3’, C-5’)

7,57 (H-3’, H-5’) 54,37 (C-11) 3,88 (H-11) 124,11 (C-6) 7,61-7,55 (H-5) 34,16 (C-9) 3,53 (H-9)

7,72 (H-2’, H-6’) 109,28 (C-7) 7,53 (H-7) 128,92

(C-3’, C-5’)

7,57 (H-3’, H-5’) 52,30 (C-11) 3,63 (H-11) 125,61 (C-6) 7,64 (H-6)

Nhận xét: Ở phổ HSQC của chất A, có xuất hiện tín hiệu C-7 ở 114,83 ppm mặc dù

ở phổ DEPT không xuất hiện tín hiệu trên Các tín hiệu tương tác khác đều phù hợp với công thức cấu tạo của sản phẩm

134,45 (C-7a)

12,20 (N-H)b; 7,86 (H-4); 7,64 (H-6); 3,55 (H-9)

125,61 (C-6) 7,86 (H-4)

a: 2 JC-H; b: 4 JC-H

Nhận xét: Trên phổ HMBC chất A, có xuất hiện tín hiệu C-2 (~152 ppm) không xuất

hiện trên phổ 13C-NMR và có tương tác với H-9 Các tín hiệu tương tác khác đều phù hợp với công thức cấu tạo của sản phẩm

v Phổ NOESY

Kết quả phổ NOESY của các chất được trình bày ở phụ lục 17-18 và phụ lục 30-31

Nhận xét: So sánh phổ NOESY của 2 chất, ở phổ NOESY của chất A tín hiệu proton

H-9 (của nhóm CH3 mới được gắn thêm) không có tương tác với các proton trong vòng

thơm, còn ở phổ của chất B có tín hiệu tương tác giữa proton H-9 và proton H-7

Nhận xét: Kết quả phổ DSC của 2 chất đều có pic phù hợp với kết quả khoảng nhiệt

độ nóng chảy được đo tại phòng thí nghiệm

3.1.3.5 Kết quả phân tích phổ nhiễu xạ tia X (PXRD)

Kết quả phân tích phổ PXRD của các chất được thể hiện trong bảng 3.16, 3.17 và trong phụ lục 32-33:

Bảng 3.17 Kết quả phân tích phổ PXRD của chất A

Pic 2𝜽 ( o ) d (Å) I/Imax (%) Pic 2𝜽 ( o ) d (Å) I/Imax (%)