NGHIÊN cứu TỔNG hợp DENDRIMER TRÊN cơ sở sử DỤNG CORE DIAMINOBUTANE (DAB)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ  LÊ NGỌC MỸ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DENDRIMER TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG CORE DIAMINOBUTANE (DAB) LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC CẦN THƠ – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ  LÊ NGỌC MỸ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DENDRIMER TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG CORE DIAMINOBUTANE (DAB) LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: HÓA HỮU CƠ Mã số: 60 44 27 HƯNG DN KHOA HC TS. HOÀNG THỊ KIM DUNG CẦN THƠ – 2011 Luận văn thạc sĩ LỜI CẢM ƠN  Em xin chân thành biết ơn sâu sắc đến: Cô TS. Hoàng Thị Kim Dung trưởng phòng Hóa Hữu Cơ Polymer – Viện Công Nghệ Hoá học – Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam. PGS.TS. Nguyễn Cửu Khoa, Viện Trưởng Viện Công Nghệ Hoá Học - Viện Khoa Học và Công nghệ Việt Nam, Người đã dành bao tâm huyết và hết lòng tận tụy truyền đạt cho em nhiều kiến thức chuyên môn và những kinh nghiệm trong nghiên cứu khoa học. Quý thầy cô Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Cần Thơ đã tận tình giảng dạy trong suốt thời gian em theo học. Cùng thầy cô của Viện Công Nghệ Hoá Học tại TP. HCM đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành đề tài. Ths. Trần Hữu Nghị, Kỹ sư Lý Tú Uyên, Kỹ sư Nguyễn Hoàng công tác tại phòng Hóa Hữu Cơ Polymer – Viện Công Nghệ Hoá học – Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất trong thời gian em thực hiện đề tài. Các anh chị, các bạn cao học Hóa K15 và K16 cùng các em tại phòng Hóa Hữu Cơ Polymer – Viện Công nghệ Hoá học đã hết lòng giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Cha, mẹ và anh, chị, em trong gia đình đã tạo mọi điều kiện từ vật chất đến tinh thần cho em học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Thành phố Hồ Chí Minh, 25 tháng 05 năm 2011 LÊ NGỌC MỸ HVTH: Lê Ngọc Mỹ 3 Luận văn thạc sĩ TÓM TẮT LUẬN VĂN  Luận văn gồm các nôi dung sau: - Tổng hợp dendrimer có core là diaminobutane (DAB) đến thế hệ thứ 3, tiến hành thực nghiệm với hai phương pháp song song: + Phương pháp cổ điển - tổng hợp trong điều kiện nhiệt độ thường. + Phương pháp tổng hợp có sự hỗ trợ của lò vi sóng. - Bằng các phương pháp phổ, xác đinh cấu trúc của các thế hệ dendrimer tổng hợp được từ hai phương pháp trên. So sánh sản phẩm tổng hợp cho thấy sản phẩm tổng hợp từ hai phương pháp có cấu trúc tương tự nhau, các hạt có cấu trúc hình cầu, kích thước nano từ 10-70 nm. Từ đó cho thấy được tổng hợp bằng phương pháp vi sóng rút ngắn được thời gian phản ứng (từ 30-40 lần). HVTH: Lê Ngọc Mỹ 4 Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT  13 C NMR Carbon Nuclear Magnetic Resonance DAB Diaminobutane EDA Ethylenediamine GPC Gel Permeation Chromatography IR Infrared MRI Magnetic Resonance Imaging 1 H NMR Proton Nuclear Magnetic Resonance PAMAM Polyamidoamine TEM Transmission electron microscopy THF Tetrahydrofuran HVTH: Lê Ngọc Mỹ 5 Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC BẢNG  DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ  HVTH: Lê Ngọc Mỹ 6 Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC HÌNH  DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC  HVTH: Lê Ngọc Mỹ 7 Luận văn thạc sĩ MỞ ĐẦU  Hiện nay vấn đề nghiên cứu tổng hợp dendrimer đang là một trong những đề tài nóng bỏng, đang rất 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…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…Đặc biệt dendrimer được sử dụng làm chất mang điều trị trong lĩnh vực ung thư và có rất nhiều tiềm năng phát triển, hứa hẹn cơ hội cho những người mắc bệnh được chữa lành bệnh. 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. Đề tài “Nghiên cứu tổng hợp dendrimer trên cơ sở sử dụng core diaminobutane (DAB)” nhằm tổng hợp ra dendrimer có hoạt tính sinh học, tính ái dầu cao (do DAB có mạch cacbon dài), 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. Sản phẩm tổng hợp của đề tài này là cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo để ứng dụng trong dẫn truyền thuốc, phục vụ đắc lực trong việc tăng hiệu quả chữa bệnh. HVTH: Lê Ngọc Mỹ 8 Luận văn thạc sĩ Chương 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DENDRIMER 1.1Lịch sử 7, 16, 52 Trong hóa học hữu cơ tổng hợp những sáng tạo và thiết kế của các hợp chất hình cây là một lĩnh vực tương đối mới. Những thành công đầu tiên cố gắng để tạo ra và thiết kế cấu trúc hình cây của tổng hợp hữu cơ được thực hiện bởi Vögtle và đồng sự năm 1978. Các phân tử này tương đối nhỏ, ban đầu có tên là "phân tử nhiều tầng" và sau đó Vögtle và đồng nghiệp đã thấy các quan điểm trong việc sử dụng các polymer, ví dụ: phân tử chứa các phân tử nhỏ hơn. Tuy nhiên, sau báo cáo đầu tiên, nhiều năm trôi qua lĩnh vực này đã được đưa lên bởi nhóm Tomalia tại Dow Chemicals, họ phát triển một loại mới của amide có chứa các polyme nhiều tầng, mang những phân tử rất nhỏ. Tomalia và đồng nghiệp lớp này đã đặt tên cho các đại phân tử là "dendrimer", được xây dựng từ hai từ tiếng Hy Lạp "dendros" có nghĩa là "cây" hoặc "chi nhánh" và "meros" có nghĩa là "một phần" trong tiếng Hy Lạp. Sau đó qua sàng lọc và phát triển các công cụ tổng hợp đã cho phép các nhà khoa học tổng hợp các cấu trúc phân tử dựa trên các "motif nhiều tầng Vögtle" bản gốc. Song song với việc này các nhà hóa học của các hợp chất polymer đã bắt đầu sử dụng cấu trúc hình cây này để phục vụ cho con người. Dendrimer đôi khi cũng được ký hiệu là "arboroles", "polymer arborescent" hoặc rộng rãi hơn là "polyme hyperbranched", dendrimer có một cấu trúc phân tử được xác định hữu hạn, nên được coi là một phân nhóm của siêu nhánh polymer. Sau khi các báo cáo ban đầu được xuất bản, tổng hợp và sử dụng dendrimer trong hóa học cũng như trong lĩnh vực sinh học đã có sự gia tăng theo cấp số nhân với số lượng. 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 3, 7, 52  Ngoài nước Vào năm 1985, George R. Newkon, chuyên gia hóa học ở trường Đại Học South Floride đã xuất bản bài báo về dendrimer. Ông tổng hợp dendrimer từ polyamidoalcol có HVTH: Lê Ngọc Mỹ 9 Luận văn thạc sĩ cấu trúc mixen gọi là “sự phân nhánh” bởi vì phân tử giống cấu trúc của cây. Các nhóm hydroxyl bao bọc bên ngoài phân tử. Đến năm 1987, Donald A Tomalia đã phát minh ra dendrimer hình que được tổng hợp từ polyethylene amine, methylacrylate và ethylenediamine. Quá trình tiến hành ở nhiệt độ thấp và có hiệu suất cao. Năm 1988, Schmitt – Wilich đã tổng hợp ra dendrimer từ nguồn nguyên liệu trimesoyl [benze-1,3,5-tricabonyl] với 1-lysin và vòng chelat Gadolium(IV) Polyacryl ether dendrimer do Fech và Hawker phát minh được điều chế từ 3,5-dihydroxyl benzol. Ngoài ra, từ các monomer như 2,2-bis(dihydroxymethyl)propionic acid mà tổng hợp ra các polyester dendrimer. Grinstaff và cộng sự cũng phát minh ra polyester có nguồn nguyên liệu là glycerol và acid succinic. Ngoài ra một số nhà khoa học đã điều chế vỏ nanocapsule. Ông Jeam-Thierry Simonnet đã điều chế vỏ nanocapsule đi từ polyester của trimethylolpropane với triglyceride của acid caprilic, còn ông Gretchen M.Unger thì đi từ nguyên liệu là polyvinylpyrolidone. Gần đây, Jie Bue và cộng sự viện hóa học và công nghệ khoa học Singapore đã thành công trong việc tổng hợp PAMAM dendrimer trên nền silicagel. Phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao. Trong những năm 80 người ta đã tổng hợp nên dendrimer và xác định tính chất vật lý, tính chất hóa học của nó. Những năm trở lại đây thì các nhà nghiên cứu mới khám phá ra tiềm năng và ứng dụng của dendrimer trong lĩnh vực sinh học và y học, nó đã mở ra nhiều hứa hẹn cho nhiều lĩnh vực từ chuyển giao gen đến ảnh cộng hưởng từ, đặc biệt là phục vụ đắc lực cho việc điều chế ra nhiều vaccine mới, thuốc kháng virus, kháng khuẩn, thuốc chữa ung thư và thuốc trị bệnh HIV. Ngày này dendrimer đã sẵn sàng đi vào sản xuất ở quy mô công nghiệp. Dendrimer TN là một công ty ở Mỹ chuyên sản xuất dendrimer PAMAM. Tuy nhiên giá thành còn rất cao do công nghệ sản xuất còn khá phức tạp. Chúng thường được bán với dạng dung dịch hòa tan trong methanol. HVTH: Lê Ngọc Mỹ 10 [...]... chọn và sử dụng chất làm phân tử core (lõi) để tổng hợp dendrrimer cũng là một yếu tố quan trọng Dòng sản phẩm PAMAM core ethylenediamine (EDA) đã được tổng hợp và ứng dụng rất nhiều, tuy nhiên ngày nay việc sử dụng core có mạch cacbon dài hơn càng phát triển nhiều, ở đây ta nghiên cứu tổng hợp dendrimer từ phân tử core là diaminobutane (DAB), bởi nhiều yếu tố thuận lợi: - Trong quá trình tổng hợp core. .. lực được dành cho việc tổng hợp các dendrimer hòa tan tốt trong nước HVTH: Lê Ngọc Mỹ 30 Luận văn thạc sĩ 1.9 Tổng hợp dendrimer PAMAM với core là diaminobutane (DAB)4 5, 46 Hiện nay ứng dụng của dendrimer ngày càng nhận được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu, đặc biệt là nghiên cứu để ứng dụng trong lĩnh vực y học Do đó việc tìm kiếm, tổng hợp ra các dendrimer thích hợp để ứng dụng đã và đang tiếp... hành nghiên cứu với mục tiêu tổng hợp dendrimer PAMAM với core là diaminobutane (DAB) HVTH: Lê Ngọc Mỹ 32 Luận văn thạc sĩ Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu - Tổng hợp và tinh chế dendrimer từ core diaminobutane (DAB), phát triển nhánh từ ethylenediamine, methylacrylate - Xác định cấu trúc của các thế hệ của dendrimer bằng các phương pháp phân tích 2.2 Phương pháp nghiên. .. thường sử dụng là MeOH, benzen, aceton Trong quy trình tổng hợp dendrimer phản ứng cộng hợp giữa methylacrylate và DAB có cơ chế giống phản ứng ester hóa (phản ứng cộng hợp vào C=O)  Lý thuyết phản ứng điều chế dendrimer từ core diaminobutane (DAB), methylacrylate và ethylenediamine (EDA) Sản phẩm bắt đầu từ core diaminobutane (DAB), qua hai phản ứng ester hóa và phản ứng alkyl hóa Nhóm NH 2 trên DAB... Hóa học hữu cơ – Polymer, Viện Công Nghệ Hóa Học, Viện Khoa Học Công nghệ Việt Nam được xem là đơn vị đầu tiên nghiên cứu tổng hợp dendrimer, tiêu biểu là một vài nghiên cứu: + Năm 2007, tác giả Phan Thị Thanh Thảo đã tổng hợp dendrimer từ core ammoniac, phát triển nhánh bằng methylacrylate và ethylenediamine (Luận văn Thạc sĩ K14 ) + Năm 2009, tác giả Trương Phùng Mỹ Dung đã tổng hợp dendrimer polyamidoamine... phương pháp phân tích 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp thực hiện - Tổng hợp và tinh chế dendrimer từ core diaminobutane (DAB), phát triển nhánh từ ethylenediamine, methylacrylate 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 (microware) - Xác định cấu trúc của các thế hệ của dendrimer bằng các phương pháp phân tích Như... thể Thường các dendrimer có độ tan thấp được sử dụng nhiều hơn trong lĩnh vực y học, vì người ta cho rằng nếu chúng ít tan thì chúng sẽ khó bị nước mang đi khắp nơi trong cơ thể Những nghiên cứu của D.A.Tomalia thường đi sâu vào các dendrimer ưa dầu (dendrimer béo) vì các dendrimer ưa dầu thì độc tính của nó ít hơn thậm chí không độc so với các dendrimer ái nước Dendrimer sau khi đi vào cơ thể và đào... (dendrimer béo) thì có tính độc thấp thậm chí không độc so với các dendrimer ái nước Theo nghiên cứu cho biết DAB dendrimer được bài HVTH: Lê Ngọc Mỹ 31 Luận văn thạc sĩ tiết ra khỏi cơ thể nhanh hơn polyamidoamine (PAMAM) dendrimer với cùng thế hệ, cùng số nhánh  Tóm lại, để tổng hợp được dendrimer có mạch cacbon dài, độ tinh khiết cao, cũng như tăng tính ái dầu, tăng độ bão hòa của bề mặt của dendrimer, ... thế dendrimer cũng được xem là vật liệu nano  Tính tương hợp sinh học và độ độc thấp9, 44, 45 Khi dendrimer được sử dụng trong hệ thống thì độ độc của nó thấp, trong đó dendrimer mang những nhóm chức anionic ít độc hơn những dendrimer mang nhóm chức cationic Nó thường không ảnh hưởng hoặc nhận ít sự phản hồi từ các kháng nguyên trong cơ thể trong quá trình sử dụng và dễ dàng đào thải ra khỏi cơ thể... trọng trong nghiên cứu khoa học và các ứng dụng trong đời sống  Cấu trúc xác định3, 9, 36 Quá trình tổng hợp polymer thường là các polymer mạch thẳng hay nhánh thì sự sắp xếp các nhánh xảy ra một cách ngẫu nhiên và các phân tử có kích thước khác nhau nên không đồng đều Trong khi kích thước và khối lượng phân tử của dendrimer có thể điều chỉnh trong suốt quá trình tổng hợp đó Ta có thể tổng hợp dendrimer . tương thích với cơ thể cũng phải được thay đổi, cải thiện cho ngày càng phù hợp. Đề tài Nghiên cứu tổng hợp dendrimer trên cơ sở sử dụng core diaminobutane (DAB) nhằm tổng hợp ra dendrimer có. MỸ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DENDRIMER TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG CORE DIAMINOBUTANE (DAB) LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC CẦN THƠ – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ  LÊ NGỌC MỸ NGHIÊN CỨU TỔNG. 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