tổng hợp kháng sinh cefixim từ 7 – avca

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO NGHIỆM THU Tổng hợp kháng sinh Cefixim từ 7-AVCA Người thực hiện: Ths. Nguyễn Khánh Tân Đơn vị: Bộ môn Hóa Hữu Cơ Trường Đại học KHTN TpHCM CƠ QUAN CHỦ TRÌ: TRUNG TÂM PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 08/2014 MỤC LỤC Trang TÓM TẮT i ABSTRACT ii PHẦN 1. LỜI MỞ ĐẦU 1 PHẦN 2. TỔNG QUAN 2 2.1. Tổng quan về các chất kháng sinh 2 2.1.1. Lịch sử của chất kháng sinh 2 2.1.2. Cơ chế tác dụng của chất kháng sinh 2 2.2. Vài nét về các loại kháng sinh thông dụng 2 2.3. Tìm hiểu về nhóm kháng sinh cephalosporin và kháng sinh cefixim cần tổng hợp 3 2.4. Quy trình tổng hợp kháng sinh cefixim 5 2.4.1. Quy trình toàn phần tổng hợp Cefixim 5 2.4.2. Quy trình tổng hợp Cefixim của Martin Decristoforo và cộng sự (năm 2007) 7 2.4.3. Quy trình tổng hợp Cefixim của Bandi Parthasaradhi (năm 2008, 2010) 8 2.4.4. Quy trình tổng hợp Cefixim của ChenTao và cộng sự (năm 2011) 9 2.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước và những vấn đề mà đề tài cần tập trung giải quyết 9 PHẦN 3. NGHIÊN CỨU VÀ BIỆN LUẬN 10 3.1. Nghiên cứu tổng hợp kháng sinh Cefixim 10 3.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 10 3.1.2. Quy trình tổng hợp 10 3.1.2.1. Điều chế cefixim metil ester bằng phản ứng acil hoá giữa 7-AVCA với MICE trong dung môi THF-H 2 O. 11 3.1.2.2. Điều chế cefixim bằng phản ứng thủy phân và acid hoá cefixim metil ester. 11 3.2. Biện luận kết quả thu được 13 3.2.1. Điều chế cefixim metil ester và tách dư phẩm MBT trong giai đoạn 1 13 3.2.2. Điều chế cefixim bằng phản ứng thủy phân và acid hóa Cefixim metil ester và định danh sản phẩm cefixim bằng phổ HPLC-MS và NMR 16 3.2.2.1. Dữ liệu phổ HPLC-MS của sản phẩm Cefixim 17 3.2.2.2. Dữ liệu phổ NMR của sản phẩm Cefixim 18 3.2.3. Khảo sát tỷ lệ mol 7-AVCA : MICA ester trong phản ứng tổng hợp 20 3.2.4. Đánh giá sản phẩm Cefixim theo Tiêu chuẩn dược điển Việt Nam IV 21 PHẦN 4. THỰC NGHIỆM 23 4.1. Hóa chất và thiết bị 23 4.2. Tiến trình thực nghiệm 23 PHẦN 5. KẾT LUẬN 25 PHẦN 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 PHẦN 7. PHỤ LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT SMIA : 2-Furanil-(Z)-2-metoxiiminoacetic acid ammonium salt 7-AVCA : 7-Amino-3-vinil-3-cephem-4-carboxilic acid MICE : Mica ester CMOBA : (Z)-4-cloro-2-[[metoxicarbonil)metoxi]imino]aceto acetic acid DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Một số kháng sinh salvarsan, proflavin và protosil Hình 1.2. Cấu trúc của Cephalosporin C và khung cơ bản được sinh tổng hợp từ Cystein và Valin. Hình 1.3. Công thức cấu tạo và dạng thuốc Cefixim Hình 1.4. Phổ HPLC của CME (Cefixim metil ester) điều chế và CME làm chuẩn Hình 1.5. Phổ GC-MS của MBT thu hồi Hình 1.6. Phổ GC của MBT thu hồi Hình 1.7. Phổ HPLC-MS của sản phẩm Cefixim Hình 1.8. Phổ 1 H-NMR của Cefixim chuẩn Hình 1.9. Phổ 1 H-NMR của Cefixim tổng hợp Hình 1.10. Phổ 13 C-NMR của Cefixim chuẩn Hỉnh 1.11. Phổ 13 C-NMR của Cefixim tổng hợp Hình 1.12. Phổ HPLC-UV của sản phẩm Cefixim sau tinh chế. DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Tín hiệu 1 H thu được trên phổ chuẩn Bảng 2. Tín hiệu 1 H thu được trên phổ Cefixim tổng hợp Bảng 3. Tín hiệu 13 C thu được trên phổ chuẩn và Cefixm tổng hợp Bảng 4. Bảng khảo sát tỷ lệ mol 7-AVCA : MICA ester trong phản ứng tổng hợp Bảng 5. Bảng đánh giá sản phẩm Cefixim theo Tiêu chuẩn dược điển Việt Nam IV. TÓM TẮT Nghiên cứu này cung cấp một hương pháp đơn giản và hiệu quả điều chế cefixim. (6R,7R)-7-amino-3-vinyl-3-cephem-4-carboxylic acid (7-AVCA) phản ứng với 2-mercapto-1,3-benzothiazolyl-(Z)–2-(3-aminothiazol–4-yl)–2-(metoxy carbonyl)-metoxyimino acetate (Mica Ester) trong dung môi tetrahydrofuran và nước tại 0-4 o C với sự hiện diện của triethylamin. Kết quả thu được cefixim có độ tinh khiết cao (độ tinh khiết HPLC 97%) và hiệu suất tổng hợp 66%. Trang i ABSTRACT The present invention relates to simple and easy process for the preparation cefixime. (6R,7R)-7-amino-3-vinyl-3-cephem-4-carboxylic acid (7-AVCA) is reacted with 2-mercapto-1,3-benzothiazolyl-(Z)–2-(3-aminothiazol–4-yl)–2- (metoxy carbonyl)-metoxyimino acetate (Mica Ester) in tetrahydrofuran and water at 0-4 o C in the presence of triethylamine. The results showed that, cefixime is high purity (HPLC purity: 97%) and yield 66%. Trang ii Trang 1 PHẦN 1 - LỜI MỞ ĐẦU Năm 2003 Chính phủ chỉ thị giao nhiệm vụ cho Bộ công nghiệp xây dựng chiến lược phát triển ngành công nghiệp sản xuất Hóa dược nước nhà. Trong quy hoạch phát triển ngành công nghiệp Hóa dược Việt Nam giai đoạn 2010-2020, Bộ Công nghiệp đề ra mục tiêu xây dựng một chương trình nghiên cứu, sản xuất hóa dược và đầu tư xây dựng một số nhà máy sản xuất hóa dược, trong đó có việc sản xuất kháng sinh tại Việt Nam. [1] Cefixim là kháng sinh thế hệ III tiêu biểu của dòng kháng sinh cephalosporin, có khả năng diệt khuẩn bằng cách ngăn chặn sự tổng hợp của tế bào vi khuẩn, được tổng hợp và đưa vào sử dụng từ thập niên 90 đến nay. Ở nước ta hiện nay nhu cầu về cefixim là khá lớn và hoàn toàn phải nhập ngoại. Hàng năm nước ta nhập khoảng 200 tấn nguyên liệu cefixim. Do đó, chúng tôi đề xuất thực hiện đề tài này nhằm xây dựng quy trình tổng hợp kháng sinh cefixim tại Việt Nam, tiến tới có thể tự sản xuất phục vụ cho nhu cầu trong nước. Trang 2 PHẦN 2– TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về các chất kháng sinh 2.1.1. Lịch sử của chất kháng sinh Vi khuẩn được phát hiện vào năm 1670. Mối liên hệ giữa vi khuẩn và bệnh tật được phát hiện vào thế kỷ 19. Vào năm 1904, nguyên lý hóa trị liệu của Paul Erlich ra đời. Từ đây, quy trình tổng hợp ra chất kháng khuẩn đầu tiên đã được Erlich tìm ra, ông đã tổng hợp được chất kháng khuẩn salvarsan. Đến năm 1935, các nhà khoa học đã phát hiện ra protosil, có hoạt tính đối với liên cầu khuẩn (streptococcus): chất kháng khuẩn đầu tiên có hiệu quả đối với vi khuẩn trong máu. Hình 1.1: Một số kháng sinh salvarsan, proflavin và protosil Đến năm 1928, penicilin được Fleming phát hiện, và được đưa vào sử dụng từ năm 1940. Năm 1944, streptomicin (aminoglicosid) được phát hiện. Chloramphenicol (peptid) được phát hiện năm 1947. Tetracilin (1948), erithromicin (macrolid, 1952). Cicloserin (ciclopeptid, 1955). Năm 1955, nhóm kháng sinh cephalosporin (nhóm β-lactam) được phát hiện và sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay. 2.1.2. Cơ chế tác dụng của chất kháng sinh - Chất kháng sinh ức chế hoạt động trao đổi chất của tế bào. - Ức chế quá trình sinh tổng hợp thành tế bào. Tương tác với màng tế bào chất. - Ức chế sinh tổng hợp protein. - Ức chế sự dịch mã và sao chép thông tin di truyền. 2.2. Vài nét về các loại kháng sinh thông dụng Các loại kháng sinh thông dụng: Trang 3 - Aminoglicosid: gentamicin, streptomicin. - Cephalosporins: cephaclor, cephalexin, cephradin, cephadroxil, cefuroxim … - Penicilins: amoxicilin, ampicilin, flucloxacilin, phenoximetilpenicilin. - Tetracilin: doxicilin, minocilin, oxitetracilin, tetracilin. - Carbapenem: Biapenem, ertapenem, panipenem. - Các thuốc khác: erithromicin, neomicin. Nhiều loại kháng sinh thuộc một trong sáu loại chính trên. Một số kháng sinh chỉ có tác dụng chống vài loại vi khuẩn. Các kháng sinh khác được gọi là kháng sinh phổ rộng, có tác dụng chống nhiều loại vi khuẩn. Sự lựa chọn kháng sinh dựa trên loại vi khuẩn và vị trí nhiễm trùng. 2.3. Tìm hiểu về nhóm kháng sinh cephalosporin và kháng sinh cefixim cần tổng hợp Cephalosporin là loại kháng sinh β-lactam chính thứ hai sau penicilin. Cephalosporin đầu tiên là cephalosporin C, được cô lập vào năm 1948. Cấu trúc của nó được xác định vào năm 1961. Cấu trúc của cephalosporin C bao gồm β-lactam gắn với vòng sáu dihidrothiazin. Hợp chất này cũng được sinh tổng hợp từ cystein và valin. Hình 1.2: Cấu trúc của cephalosporin C và khung cơ bản được sinh tổng hợp từ cystein và valin Vào những nǎm 1970, việc viết tên gốc cephalosporin được thay đổi từ "ceph" thành "cef". Có không dưới 25 kháng sinh cephalosporin hiện đang được bán tại Mỹ. Các cephalosporin được phân nhóm thành các "thế hệ" theo phổ tác dụng chung. Dưới đây là danh sách các kháng sinh cephalosporin theo từng thế hệ. Thế hệ 1: cephadroxil, cephalexin, cephalothin, cephapirin, cephradin. Thế hệ 2: cephaclor, cephamandol, cephonicid, cephotetan, cephoxitin, cefprozil, cefuroxim, cephasulodin, cephazolin. Thế hệ 3: cefdinir, cefditoren, cefixime, cephoperazon, cefotaxim, cefpodoxim, ceftazidim, ceftibuten, ceftizoxim, ceftriaxon. Thế hệ 4: cefepim, cefmetazon, cefpirom. Trang 4 Kháng sinh cefixim -Tên chung quốc tế: Cefixim -Loại thuốc: Thuốc kháng sinh nhóm cephalosporin thế hệ 3. Thuốc uống là dạng ngậm ba phân tử nước có tên gọi là cefixim trihidrat. Cefixim có tên thương mại là SUPRAX. -Danh pháp IUPAC: Acid (6R,7R)-7-[[(Z)-2-(2-aminothiazol-4-il)-2-[(carboximetoxi)imino]acetil]amino]-3-etenil- 8-oxo-5-thia-1-azabiciclo[4.2.0]oct-2-en-2-carboxilic. Hình 1.3: Công thức cấu tạo và dạng thuốc cefixim Tính chất vật lý của cefixim:`Cefixim có dạng bột trắng hoặc gần như trắng, hơi hút ẩm. Ít tan trong nước, tan trong methanol, hơi tan trong etanol, thực tế không tan trong etil acetat. Tiêu chuẩn Dược điển của cefixim Theo Tiêu chuẩn Dược điển Việt Nam IV, cefixim được đưa vào sử dụng phải đạt những tiêu chuẩn sau đây: -Hàm lượng: Phải chứa từ 95.0% đến 101.0% C 16 H 15 N 5 O 7 S 2 , tính theo chế phẩm khan và không có etanol. -pH: Phân tán 0.5 g chế phẩm trong nước không có carbon dioxid và pha loãng thành 10 ml với cùng dung môi. pH của hỗn dịch thu được phải từ 2.6 đến 4.1. -Tạp chất liên quan: Phải phù hợp với tiêu chuẩn dược điển Việt Nam IV. Etanol: không được quá 1.0% (kl/kl). -Nước: Từ 9.0% đến 12.0% (dùng 0.200 g chế phẩm). -Tro sulfat: Không được quá 0.2% (dùng 1.0 g chế phẩm). Trang 5 2.4. Quy trình tổng hợp kháng sinh Cefixim Đã có nhiều tài liệu tổng hợp cefixim theo phương pháp hóa học [2-11] được tra trên Sci Finder. Trong phần thuyết minh đề tài này, chúng tôi xin giới thiệu 4 quy trình tổng hợp cefixim đã được nghiên cứu trước đây. 2.4.1. Quy trình tổng hợp toàn phần cefixim được trích dẫn từ các tác giả Rineh A, Sadatshahabi M (Iran) tham khảo từ Patent WO/03040148 của Walter Cabri, từ US Patent của Pandurang Balwant, Dae-chul Yoon (năm 2011) [2], [3] Đây là quy trình toàn phần tổng hợp cefixim từ 7-AVCA và (Z)-4-cloro-2- [[metoxicarbonil)metoxi]imino]aceto acetic acid (CMOBA ) Quy trình tổng hợp này trải qua 4 giai đoạn, hiệu suất toàn phần 51% Giai đoạn 1: Điều chế hợp chất (Z)-2-(2-aminothiazol-4-il) (metoxicarbonil)metoxiimino acetic acid (Mica acid) từ CMOBA. Tác chất phản ứng là thioure với sự hiện diện của acetat natrium. Giai đoạn 2: Điều chế Mica ester từ Mica acid Thực hiện phản ứng giữa Mica acid với 2,2-dithiobisbenzothiazol trong sự hiện diện của triphenilphosphin và N-metilmorpholin. Dung môi acetonitril được sử dụng trong phản ứng này. Nhiệt độ thực hiện phản ứng ở 0-30 o C. Giai đoạn 3: Điều chế cefixim metil ester Thực hiện phản ứng giữa 7-AVCA với Mica ester trong sự hiện diện của TEA như là một tác nhân baz hữu cơ để muối hóa nhóm chức –COOH của 7-AVCA. Dung môi thực hiện phản ứng là CH 2 Cl 2 , nhiệt độ phản ứng tại 0-5 o C. Giai đoạn 4: Thủy giải cefixim metil ester và acid hóa để loại bỏ nhóm –TEA thu được sản phẩm cefixim. [...]... tiến mới cho việc tổng hợp cefixim đơn giản và hiệu quả Tổng hợp được cefixim từ 7- AVCA - Thực hiện quy trình tổng hợp ở quy mô Phòng thí nghiệm - Xác định cơ cấu sản phẩm - Cefixim đạt Tiêu chuẩn Dược điển VN 3.1.2 Quy trình tổng hợp Quy trình thực hiện cụ thể: Chúng tôi tiến hành tổng hợp cefixim từ các tác nhân sãn có trên thị trường 7- AVCA và Mica ester Thực hiện quá trình tổng hợp cefixim dựa trên... Patent 7, 705, 172 B2 (2010) Tóm lại: Hiện trong nước chưa có nhà khoa học nào tổng hợp kháng sinh cefixim Do đó dựa trên các bằng sáng chế và các quy trình tổng hợp của các tác giả đã nêu trên, nội dung đề tài cần tập trung giải quyết là: Tổng hợp thành công cefixim và kháng sinh này đạt tiêu chuẩn Dược điển Việt Nam Trang 9 PHẦN 3 – NGHIÊN CỨU VÀ BIỆN LUẬN 3.1 Nghiên cứu tổng hợp kháng sinh Cefixim. .. kháng sinh này Ngoài nước có nhà khoa học Bandi Parthasaradhi Reddy và các cộng sự đã công bố trên U.S Patent 7, 705, 172 B2 tổng hợp cefixim từ 7- AVCA, tài liệu tham khảo [5], [6] Ngoài ra cũng có các nhà khoa học Trung Quốc và Ấn Độ khác công bố trên các tài liệu tham khảo [2-11] - Cefixim là kháng sinh thế hệ III tiêu biểu của dòng kháng sinh cephalosporin, được tổng hợp và đưa vào sử dụng từ thập... [Mcefixim + H] = 454 ; (m/z) 475 .99 tương ứng với [Mcefixim + Na ]+ = 476 Trang 17 3.2.2.2 Dữ liệu phổ NMR của sản phẩm Cefixim thu được - Phổ 1H-NMR của cefixim chuẩn 1 H-NMR 399.65MHz CT: C16H15N5O7S2 0.047g : 0.5ml DMSO-d6 Hình 1.8: Phổ 1H-NMR của cefixim chuẩn - Phổ 1H-NMR của Cefixim tổng hợp Hình 3.2-4: Phổ 1H-NMR của cefixim tổng hợp Hình 1.9: Phổ 1H-NMR của cefixim tổng hợp Trang 18 Bảng 1: Tín... 124.44 1 17. 29 110. 27 70.44 58.80 57. 56 23.30 3 1 : 1,1 1 : 1,2 77 92,5 3,11 3,49 48 66 7 8 1 : 1,5 62,5 3,65 46 9 1 : 2,0 56 3,92 44 10 Nhận xét: Trang 20 Hiệu suất phản ứng thu được là tương đối khá Qua kết quả phân tích HPLC (tức độ tinh khiết của sản phẩm) cho thấy với tỷ lệ mol 7- AVCA : MICA ester = 1 : 1.1, thì sản phẩm tổng hợp vẫn còn chứa 7- AVCA Với tỷ lệ mol 7- AVCA : MICA ester = 1 : 1.2, 7- AVCA. .. C-NMR 100.40MHz CT: C16H15N5O7S2 Hình 1.10: Phổ 13C-NMR của Cefixim chuẩn Bảng 3 Tín hiệu C thu được trên phổ chuẩn Trang 19 - Phổ 13C-NMR của cefixim tổng hợp Hình 1.11: Phổ 13C-NMR của Cefixim tổng hợp Nhận xét: - Các tín hiệu C của cefixim tổng hợp được đều khớp với phổ chuẩn, chứng tỏ sản phẩm tổng hợp khá tinh khiết Đồng thời thời gian lưu của CEFIXIM chuẩn và sản phẩm tổng hợp giống nhau (phụ lục... ) Kết luận:- Phổ HPLC/MS cho biết KLPT của sản phẩm tổng hợp là KLPT của CEFIXIM Phổ 1H-NMR và 13C-NMR của sản phẩm tổng hợp tương đương với phổ CEFIXIM chuẩn Và phổ HPLC-UV cho biết thời gian lưu của CEFIXIM chuẩn và sản phẩm tổng hợp giống nhau Chứng tỏ: Sản phẩm tổng hợp là CEFIXIM 3.2.3 Khảo sát tỷ lệ mol 7- AVCA : MICA ester trong phản ứng tổng hợp Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã giữ nguyên... lượng NaOH, theo U.S Patent 7, 705, 172 B2 và chỉ thay đổi tỷ lệ mol giữa 7- AVCA : Mica ester Thu được bảng kết quả sau đây: Bảng 4 Bảng khảo sát tỷ lệ mol của 7- AVCA : MICA ester trong phản ứng tổng hợp Cefixim Tỷ lệ mol Độ tinh khiết 7- AVCA : Mica ester (%) Vị trí C1 C2 C3 Khối lượng (g) C4 C5 Hiệu suất (%) C6 C7 Phụ lục C8 C δ ppm 170 .96 168.39 163.46 163.06 162.32 149 .77 141.95 131.82 Vị trí C9 C10... tinh sản phẩm cefixim Tinh thể cefixim tạo thành được lọc và làm khô tự nhiên Sản phẩm cefixim được kiểm tra bằng HPLC-UV, HPLC-MS và NMR Dưới đây là sơ đồ toàn phần tổng hợp Cefixim từ 7- AVCA mà nhóm chúng tôi đã thực hiện: Trang 11 Sơ đồ 5: Quy trình tổng hợp Cefixim theo phương pháp nghiên cứu Nhận xét: Cefixim được tạo thành từ phản ứng chính là phản ứng thế thân hạch acil giữa 7- AVCA và Mica ester,... patent 7, 705, 172 B2 cùa Bandi Parthasaradhi (năm 2008, 2010) [5],[6] nhưng có điều chỉnh một số yếu tố THF-H2O TEA (3') Cefixim metyl ester 1 NaOH 2 HCl (3) Cefixim Sơ đồ 4: Quy trình tổng hợp cefixim theo phương pháp nghiên cứu Trang 10 3.1.2.1 Điều chế cefixim metil ester bằng phản ứng acil hoá giữa 7- AVCA với MICE trong dung môi THF-H2O Cefixim metil ester được điều chế từ phản ứng acil hóa giữa 7- AVCA . nhóm kháng sinh cephalosporin và kháng sinh cefixim cần tổng hợp 3 2.4. Quy trình tổng hợp kháng sinh cefixim 5 2.4.1. Quy trình toàn phần tổng hợp Cefixim 5 2.4.2. Quy trình tổng hợp Cefixim. mới cho việc tổng hợp cefixim đơn giản và hiệu quả. Tổng hợp được cefixim từ 7- AVCA - Thực hiện quy trình tổng hợp ở quy mô Phòng thí nghiệm - Xác định cơ cấu sản phẩm. - Cefixim đạt Tiêu. lựa chọn kháng sinh dựa trên loại vi khuẩn và vị trí nhiễm trùng. 2.3. Tìm hiểu về nhóm kháng sinh cephalosporin và kháng sinh cefixim cần tổng hợp Cephalosporin là loại kháng sinh β-lactam