70nm. I. ĐẶT VẤN ĐỀ: Nghiên cứu tổng hợp dendrimer đang là một trong những đề tài được chú trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới và đã từng bước đạt được nhiều tiến bộ vượt bậc. Dendrimer được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y dược và công nghệ sinh học, nano, xúc tác, môi trường, năng lượng, vật liệu…1,2,3 Trong đó ứng dụng trong lĩnh vực y học là quan trọng nhất. Dendrimer được sử dụng làm: chất dẫn truyền thuốc thông minh, mang thuốc đến những vị trí mong muốn trong cơ thể; vận chuyển ADN vào tế bào cho liệu pháp trị liệu gen…4. Hiện nay có rất nhiều quốc gia, các trường đại học, các trung tâm nghiên cứu, công ty dược phẩm đang đầu tư kinh phí nghiên cứu tổng hợp dendrimer để ứng dụng nó trong y học và đời sống. Để dendrimer được sử dụng đa dạng trong lĩnh vực y học thì khả năng tương thích với cơ thể cũng phải được thay đổi, cải thiện cho ngày càng phù hợp. Việc tổng hợp ra dendrimer có hoạt tính sinh học, tính ái dầu cao, từ đó làm tăng hoạt tính của thuốc, giảm độ độc, giảm khả năng đào thải thuốc ra khỏi cơ thể, mang thuốc đến nơi cần chữa trị là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu các sản phẩm phục vụ y dược. Một trong những yếu tố ảnh hưởng đến tính ái dầu của dendrimer PAMAM là chiều dài của core 5,6. Độ dài core liên quan đến hình dạng và tính ái dầu của dendrimer, nhóm CH2 phân tử core càng nhiều sẽ tăng tính ái dầu. Dendrimer có tính ái dầu được ứng dụng nhiều vì các dendrimer có tính ái dầu cao thì có tính độc thấp thậm chí không độc so với các dendrimer ái nước. Các nghiên cứu tổng hợp PAMAM core NH3, etylendiamin đã được nhóm nghiên cứu thực hiện 7, trong bài báo này là nghiên cứu tổng hợp PAMAM với core diaminobutan nhằm tăng khả năng ái dầu của PAMAM tổng hợp được giúp cho dendrimer dễ thẩm thấu qua màng tế bào.
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP PAMAM CORE DIAMINOBUTAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỔ ĐIỂN VÀ CÓ HỖ TRỢ VI SÓNG SYNTHESIS OF PAMAM WITH CORE DIAMINOBUTANE BY THE ROOM TEMPERATURE AND THE MICROWAVE CONDITIONS Nguyễn Cửu Khoa 1 , Lê Ngọc Mỹ 2 , Hoàng Thị Kim Dung 1 1 Viện Công nghệ Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam 2 Trường Đại học Cần Thơ Email: hoangthikimdung@gmail.com Abstract: Dendrimer PAMAM is an important compound used in many fields. The properties of PAMAM could be modified by changing the core or the surface groups. Increasing core length will be able to change the solubility of dendrimer. The generations of the dendrimer with a diaminobutane core have been synthesized in both the room temperature and the microwave conditions. The characterization using IR, NMR techniques showed that two synthesis methods gave products with the same structure having particle size from 10-70nm. Tóm tắt: Dendrimer PAMAM là một hợp chất quan trọng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Người ta có thể thay đổi tính chất của PAMAM bằng cách thay đổi core hoặc các nhóm chức bên ngoài. Khi tăng chiều dài mạch carbon ở core sẽ làm thay đổi khả năng tan của dendrimer. Các thế hệ của dendrimer với core diaminobutan đã được tổng hợp bằng cả hai cách ở điều kiện nhiệt độ thường và trong điều kiện vi sóng. Cấu trúc sản phẩm được xác định bằng phổ IR, NMR cho thấy hai phương pháp tổng hợp đều cho sản phẩm tương tự nhau với kích thước hạt từ 10-70nm. I. ĐẶT VẤN ĐỀ: Nghiên cứu tổng hợp dendrimer đang là một trong những đề tài được chú trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới và đã từng bước đạt được nhiều tiến bộ vượt bậc. Dendrimer được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y dược và công nghệ sinh học, nano, xúc tác, môi trường, năng lượng, vật liệu…[1,2,3] Trong đó ứng dụng trong lĩnh vực y học là quan trọng nhất. Dendrimer được sử dụng làm: chất dẫn truyền thuốc thông minh, mang thuốc đến những vị trí mong muốn trong cơ thể; vận chuyển ADN vào tế bào cho liệu pháp trị liệu gen…[4]. Hiện nay có rất nhiều quốc gia, các trường đại học, các trung tâm nghiên cứu, công ty dược phẩm đang đầu tư kinh phí nghiên cứu tổng hợp dendrimer để ứng dụng nó trong y học và đời sống. Để dendrimer được sử dụng đa dạng trong lĩnh vực y học thì khả năng tương thích với cơ thể cũng phải được thay đổi, cải thiện cho ngày càng phù hợp. Việc tổng hợp ra dendrimer có hoạt tính sinh học, tính ái dầu cao, từ đó làm tăng hoạt tính của thuốc, giảm độ độc, giảm khả năng đào thải thuốc ra khỏi cơ thể, mang thuốc đến nơi cần chữa trị là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu các sản phẩm phục vụ y dược. Một trong những yếu tố ảnh hưởng đến tính ái dầu của dendrimer PAMAM là chiều dài của core [5,6]. Độ dài core liên quan đến hình dạng và tính ái dầu của dendrimer, nhóm CH 2 phân tử core càng nhiều sẽ tăng tính ái dầu. Dendrimer có tính ái dầu được ứng dụng nhiều vì các dendrimer có tính ái dầu cao thì có tính độc thấp thậm chí không độc so với các dendrimer ái nước. Các nghiên cứu tổng hợp PAMAM core NH 3 , etylendiamin đã được nhóm nghiên cứu thực hiện [7], trong bài báo này là nghiên cứu tổng hợp PAMAM với core diaminobutan nhằm tăng khả năng ái dầu của PAMAM tổng hợp được giúp cho dendrimer dễ thẩm thấu qua màng tế bào. II. PHƯƠNG PHÁP VÀ THỰC NGHIỆM - Tổng hợp và tinh chế dendrimer từ core diaminobutan (DAB), phát triển nhánh từ etylendiamin, metyl acrylat. Với hai phương pháp: + Tổng hợp bằng phương pháp truyền thống - ở nhiệt độ thường. + Tổng hợp có sự hỗ trợ của lò vi sóng (microwave). - Xác định cấu trúc của các thế hệ của dendrimer bằng các phương pháp: IR – đo bằng máy Vector 22 Bruker, NMR – đo trên máy Bruker AM 500 FT – NMR spectrometer (ghi ở 500 MHz cho phổ proton 1 H và ở 125 MHz cho phổ 13 C). Đo sắc ký gel. Chụp TEM – máy JEOL 1400. 1. Tổng hợp sản phẩm G(-0.5) - Phản ứng ở nhiệt độ thường Cho 23 mL (0,2740 mol) metyl acrylat vào bình cầu 2 cổ 500 mL, sau đó cho tiếp 50 mL metanol vào và khuấy đều hỗn hợp trên. Nhỏ từ từ từng giọt hỗn hợp 5,5 mL (0,0548 mol) diaminobutan (DAB) và 50 mL dung dịch metanol vào hỗn hợp trên. Giữ lạnh hỗn hợp ở 0°C trong 2 giờ và sau đó tiến hành phản ứng tại nhiệt độ phòng trong 48 giờ, luôn khuấy đều và cung cấp khí N 2 trong quá trình phản ứng. Cô quay loại bỏ tác chất thừa sau phản ứng trong 2 ngày ở nhiệt độ 45°C. Cho metanol vào trong lúc cô quay để đuổi hết phần metyl acrylat còn dư. Thu được G(-0.5). - Phản ứng trong lò vi sóng Mẫu cũng chuẩn bị và làm lạnh mẫu như cách trên, trong quá trình làm cũng cung cấp đầy đủ khí N 2 . Sau đó đưa vào lò vi sóng tiến hành phản ứng với tổng thời gian là 1giờ (60 phút), công suất máy là 90 W. Lưu ý, thời gian phản ứng mỗi đợt là 5 phút. Sau 5 phút, để mẫu nguội tự nhiên một thời gian, rồi cho tiếp tục phản ứng, tránh phản ứng trong thời gian dài làm nhiệt độ của mẫu phản ứng tăng quá cao, phá hủy sản phẩm. 2. Tổng hợp sản phẩm G(0) - Phản ứng ở nhiệt độ thường Cho 63 mL (1,155 mol) dung dịch etylendiamin và 100 mL dung dịch metanol vào bình cầu 2 cổ 500 mL, khuấy đều hỗn hợp trên. Nhỏ từ từ từng giọt hỗn hợp 10g (0,0231 mol) dung dịch G(-0,5) sau khi hòa tan trong 50 mL dung dịch metanol vào hỗn hợp trên. Giữ lạnh hỗn hợp ở 0°C trong 2 giờ và sau đó tiến hành phản ứng tại nhiệt độ phòng trong 96 giờ, luôn khuấy đều và cung cấp khí N 2 trong quá trình phản ứng. Cô quay trong điều kiện áp suất thấp trong vòng 5 ngày làm sạch sản phẩm. Do nhiệt độ sôi của etylendiamin là 116°C nên khó có thể tách nó trong lúc cô quay (nhiệt độ sôi <50°C, áp suất thấp) nên phải dùng hỗn hợp toluen và metanol với tỷ 9:1 tạo hỗn hợp đẳng phí với etylendiamin. Sau khi loại bỏ hết EDA (etylendiamin) dùng metanol để loại phần toluen còn dư. Được sản phẩm G(0). - Phản ứng trong lò vi sóng Mẫu cũng chuẩn bị và làm lạnh như cách trên, trong quá trình làm cũng cung cấp đầy đủ khí N 2 . Sau đó đưa vào lò vi sóng tiến hành phản ứng với tổng thời gian là 2 giờ (120 phút), công suất máy là 90 W. Lưu ý, thời gian phản ứng mỗi đợt là 5 phút. Sau 5 phút để mẫu nguội tự nhiên một thời gian, rồi cho tiếp tục phản ứng, tránh phản ứng trong thời gian dài làm nhiệt độ của mẫu phản ứng tăng quá cao, phá hủy sản phẩm. 3. Tổng hợp sản phẩm G(0.5) - Phản ứng ở nhiệt độ thường 2 Cho 23 mL (24 g, 0,276 mol) dung dịch metyl acrylat vào bình cầu 2 cổ 500 mL, sau đó cho tiếp 100 mL metanol vào và khuấy đều hỗn hợp trên. Nhỏ từ từ từng giọt hỗn hợp 15 g (0,0276 mol) G(0) và 50 mL dung dịch metanol vào hỗn hợp trên. Giữ lạnh hỗn hợp ở 0°C trong 2 giờ và sau đó tiến hành phản ứng tại nhiệt độ phòng trong 48 giờ, luôn khuấy đều và cung cấp khí N 2 trong quá trình phản ứng. Cô quay loại bỏ tác chất thừa sau phản ứng trong 2 ngày, nhiệt độ cô quay giữ thấp hơn 45°C. Cho metanol vào trong lúc cô quay để đuổi hết phần metyl acrylat còn dư. Thu được sản phẩm là G(0.5). - Phản ứng trong lò vi sóng Mẫu cũng chuẩn bị và làm lạnh như cách trên, trong quá trình làm cũng cung cấp đầy đủ khí N 2 . Sau đó đưa vào lò vi sóng tiến hành phản ứng với tổng thời gian là 1giờ 30 phút (90 phút), công suất máy là 90 W. Lưu ý, thời gian phản ứng mỗi đợt là 5 phút. Sau 5 phút ta để mẫu nguội tự nhiên một thời gian, rồi cho tiếp tục phản ứng, tránh phản ứng trong thời gian dài làm nhiệt độ của mẫu phản ứng tăng quá cao, phá hủy sản phẩm. 4. Tổng hợp PAMAM các thế hệ tiếp theo Quá trình phản ứng được lặp lại lần lượt theo các bước như ở mục 2, 3 với tỉ lệ mol các chất phù hợp với phản ứng sẽ thu được các PAMAM tận cùng bằng nhóm ester và amin (G = 1.0; 1.5; 2.0; 2.5 và 3.0). III. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 1. Tổng hợp sản phẩm G(-0.5) Hình 1: Phổ IR của G(-0.5) thực hiện bằng phương pháp thông thường (a) và có hỗ trợ vi sóng (b) (a) (b) 3 (a) (b) Hình 2: Phổ 1 H-NMR của G(-0.5) thực hiện bằng phương pháp thông thường (a) và có hỗ trợ vi sóng (b) (a) (b) Hình 3: Phổ 13 C-NMR của G(-0.5) thực hiện bằng phương pháp thông thường (a) và có hỗ trợ vi sóng (b) Từ các kết quả đo phổ cho thấy được tổng hợp bằng phương pháp sử dụng lò vi sóng cho sản phẩm như phương pháp tổng hợp cổ điển – nhiệt độ thường. Từ đó thấy được tính ưu việt khi sử dụng lò vi sóng là rút ngắn thời gian phản ứng. Phổ IR của sản phẩm G-0.5: một pic tù, cường độ mạnh ở tần số dao động 3456 cm -1 đặc trưng cho dao động của nối –OH; một pic nhọn, cường độ mạnh ở tần số dao động 1740 cm -1 đặc trưng cho dao động của nối C=O ester, tín hiệu pic ở vùng 2951 cm -1 đặc trưng cho dao động bất đối của nhóm –CH 2 , -CH 3 ; còn ở vùng 2820 cm -1 đặc trưng cho dao động của nối –CH 3 . Phổ 1 H-NMR cho các pic đặc trưng sau: CH 3 -O-CO- (3.68 ppm), -CH 2 -CH 2 -N- (2.77 ppm), -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 - (1.43 ppm), -NH-CH 2 -CH 2 -CO- (2.46 ppm), CH 2 -CH 2 -CH 2 -N (2.5 ppm). Phổ 13 C-NMR cho các pic đặc trưng sau: -CO-O-CH 3 (175.13 ppm), -CO-O-CH 3 (52.15 ppm) và xác định được vị trí khác nhau của các nhóm -CH 2 - trên phổ đồ. Theo kết quả phân tích phổ cho thấy đã tổng hợp được sản phẩm G-0.5 đúng theo lý thuyết và nó đóng vai trò quan trọng để tổng hợp các thế hệ tiếp theo. 2. Tổng hợp PAMAM các thế hệ tiếp theo Các sản phẩm tổng hợp được đo phổ IR, NMR cho thấy ở từng thế hệ (G(0), G(0,5), G(1,0), G(1,5), G(2,0), G(2,5)), cả hai phương pháp tổng hợp ở nhiệt độ thường và vi sóng đều cho các sản phẩm giống nhau, đều xuất hiện các pic đặc trưng cho công thức của sản phẩm. IR của G(0): 1644 (C=O), 2931 (CH 2 ), 3361 (-OH), 3400, 3200 (NH, NH 2 ) 1 H-NMR của G(0): 8,18 (-NH); 3,51 (-CH 2 -NH-); 2,86 (-CH 2 -N-); 2,76 (-CH 2 -CH 2 -CO-); 2,63 (-CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 -); 2,49 (-NH 2 ); 2,43 (-CH 2 -NH 2 ); 1,47 (-CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 -). 13 C-NMR của G(0): 25,91 (-CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 -); 50,95 (-CH 2 -N-); 34,5 (-CH 2 -CH 2 -CO-); 54,5 (-CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 -); 175,36 (-CH 2 -CO-NH-); 43,0 (-CH 2 -NH-); 42,0 (-CH 2 -NH 2 ). IR của G(0,5): 1736 (C=O ester); 2952, 2830 (CH 2 , CH 3 ), 3381 (-NH). IR của G(1,0): 1639 (C=O), 2947 (CH 2 ), 3400 (NH, NH 2 ) IR của G(1,5): 1738 (C=O ester); 2952, 2830 (CH 2 , CH 3 ), 3296 (-NH). IR của G(2,0): 1643 (C=O), 2933 (CH 2 ), 3281 (NH, NH 2 ) 4 IR của G(2,5): 1734 (C=O ester); 2952, 2832 (CH 2 , CH 3 ), 3294 (-NH). 3. Tổng hợp PAMAM G(3.0) Sản phẩm thu được sau quá trình phản ứng được tiến hành thẩm tách trong nước với túi thẩm tách MWCO 3500-5000D để loại bỏ những tác chất thừa có trọng lượng phân tử dưới 3500D (thể tích nước bên ngoài: thể tích mẫu = V H2O thẩm tách : V mẫu = 100:1). Khoảng 8 giờ thay nước 1 lần. Quá trình thẩm tách kéo dài 72 giờ. Dung dịch sau thẩm tách được làm khô nước, thu được sản phẩm PAMAM G(3,0). Kết quả đo phổ: (a) (b) Hình 4: Phổ IR của G(3.0) thực hiện bằng phương pháp thông thường (a) và có hỗ trợ vi sóng (b) (a) (b) Hình 5: Phổ 1 H-NMR của G(3.0) thực hiện bằng phương pháp thông thường (a) và có hỗ trợ vi sóng (b) 5 (a) (b) Hình 6: Phổ 13 C-NMR của G(3.0) thực hiện bằng phương pháp thông thường (a) và có hỗ trợ vi sóng (b) Hình 7: Hình TEM của G(3.0) thực hiện bằng phương pháp thông thường (a) và có hỗ trợ vi sóng (b) Phổ IR thể hiện các pic đặc trưng có trong công thức của sản phẩm: vùng 3360 cm -1 đặc trưng cho nối NH, NH 2 ; tần số dao động 1647 cm -1 đặc trưng cho dao động của nối C=O (amid), tín hiệu pic ở vùng 2932 cm -1 đặc trưng cho dao động bất đối của nhóm –CH 2 , -CH 3 ;. Phổ 1 H-NMR cho các pic đặc trưng sau: -NH- (8.15 ppm), -NH 2 (1.90 ppm), -CH 2 -CH 2 - CO- (2.40 ppm). Phổ 13 C-NMR cho các pic đặc trưng sau: -CH 2 -CO-NH- (175.06 ppm), -CH 2 -NH 2 (40 ppm) và xác định được vị trí khác nhau của các nhóm -CH 2 - trên phổ đồ. Kết quả chụp TEM cho thấy sản phẩm G3 có dạng hình cầu, hạt có kích thước nano từ 10- 70 nm, kích thước hạt tương đối đồng nhất. So sánh sản phẩm tổng hợp trong hai điều kiện thì sản phẩm có kích thước tương đối giống nhau. Sử dụng phương pháp bằng vi sóng cho kết quả tương tự như phương pháp nhiệt độ thường mà thời gian phản ứng được rút ngắn lại rất nhiều (giảm 30-40 lần). IV. KẾT LUẬN Các thế hệ của dendrimer với core diaminobutan đã được tổng hợp bằng cả hai cách ở điều kiện nhiệt độ thường và trong điều kiện vi sóng. Kết quả cho thấy khi tổng hợp bằng phương 6 (a) (b) pháp vi sóng thời gian phản ứng rút ngắn được khoảng 30-40 lần, mà sản phẩm thu được có cấu trúc tương tự nhau. Vì vậy có để dùng phương pháp vi sóng để tiến hành tổng hợp dendrimer PAMAM. Thế hệ thứ 3 (G3.0) của dendrimer tổng hợp được có kích thước hạt từ 10-70 nm. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. D. A. Tomalia. Et al., Polymer Jounal, Vol 17, 1-4 (1985). 2. Jean M.J. Frechet, Donald A.Tomalia, Dendrimer and other dendritic polymers, John Wiley & Sons Press. (2001). 3. Twyman, L.J. Et al., Tetrahedron Lett. 40, 1743-1746 (1999). 4. P. Kumar et al, Jitps, vol 1 (6), 252-269 (2010). 5. Hisataka Kobayashi, Satomi Kawamoto, Sang-Kyung Jo, Henry L. BryantJr., Martin W. Brechbiel, Robert A. Star, Bioconjugate Chem., 14 (2), 388–394 (2003). 6. D. A. Tomalia, B. Huang, D. R. Swanson, H. M. Brothers, J. W. Klimash, Tetrahedron 59, 3799–3813 (2003). 7. Nguyễn Cửu Khoa, Hoàng Thị Kim Dung, Tạp chí Khoa học và Công nghệ 46, 166 (2008). 7 . NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP PAMAM CORE DIAMINOBUTAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỔ ĐIỂN VÀ CÓ HỖ TRỢ VI SÓNG SYNTHESIS OF PAMAM WITH CORE DIAMINOBUTANE BY THE ROOM TEMPERATURE. G(-0.5) thực hiện bằng phương pháp thông thường (a) và có hỗ trợ vi sóng (b) (a) (b) Hình 3: Phổ 13 C-NMR của G(-0.5) thực hiện bằng phương pháp thông thường (a) và có hỗ trợ vi sóng (b) Từ các. hai phương pháp: + Tổng hợp bằng phương pháp truyền thống - ở nhiệt độ thường. + Tổng hợp có sự hỗ trợ của lò vi sóng (microwave). - Xác định cấu trúc của các thế hệ của dendrimer bằng các phương