LỜI CẢM ƠN Với tất cả sự kính trọng và lòng biết ơn, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành nhất tới: thầy giáo TS. Nguyễn Văn Hải Giảng viên bộ môn Công nghiệp Dược Trường Đại học Dược Hà Nội người thầy đã luôn động viên, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trên con đường học tập, rèn luyện và nghiên cứu khoa học. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy, cô giáo và các anh chị kỹ thuật viên bộ môn Công Nghiệp Dược, phòng Thí Nghiệm Tổng Hợp Hóa Dược đặc biệt là PGS.TS. Nguyễn Đình Luyện, ThS. Nguyễn Văn Giang, CN. Phan Tiến Thành những người đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, thực nghiệm và nghiên cứu để hoàn thành khóa luận này. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và người thân đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường Đại học Dược Hà Nội. Hà Nội, ngày 11 tháng 5 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Anh Tuấn
BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP METFORMIN HYDROCLORID TỪ THIOURE KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI – 2015 BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP METFORMIN HYDROCLORID TỪ THIOURE KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Hải Nơi thực hiện: Bộ môn Công Nghiệp Dược HÀ NỘI – 2015 LỜI CẢM ƠN Với tất cả sự kính trọng và lòng biết ơn, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành nhất tới: thầy giáo TS. Nguyễn Văn Hải - Giảng viên bộ môn Công nghiệp Dược - Trường Đại học Dược Hà Nội - người thầy đã luôn động viên, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trên con đường học tập, rèn luyện và nghiên cứu khoa học. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy, cô giáo và các anh chị kỹ thuật viên bộ môn Công Nghiệp Dược, phòng Thí Nghiệm Tổng Hợp Hóa Dược đặc biệt là PGS.TS. Nguyễn Đình Luyện, ThS. Nguyễn Văn Giang, CN. Phan Tiến Thành những người đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, thực nghiệm và nghiên cứu để hoàn thành khóa luận này. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và người thân đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường Đại học Dược Hà Nội. Hà Nội, ngày 11 tháng 5 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Anh Tuấn Mục lục DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ĐẶT VẤN ĐỀ ______________________________________________________ 1 Chương I : Tổng quan _______________________________________________ 3 1.1 Tổng quan về metformin hydroclorid _______________________________ 3 1.1.1. Công thức _________________________________________________ 3 1.1.2 Tính chất lý hóa ____________________________________________ 3 1.1.3 Định tính, định lượng ________________________________________ 3 1.1.4 Tác dụng dược lý và cơ chế tác dụng ____________________________ 4 1.1.5 Một số tác dụng sinh học _____________________________________ 5 1.1.6 Liều lượng và cách dùng _____________________________________ 6 1.1.7 Các phương pháp tổng hợp metformin hydroclorid_________________ 7 CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ____________________________________________________ 16 2.1. Nguyên liệu và thiết bị __________________________________________ 16 2.1.1 Hóa chất và dung môi ______________________________________ 16 2.1.2 Thiết bị, dụng cụ __________________________________________ 16 2.2. Nội dung nghiên cứu ___________________________________________ 18 2.3. Phương pháp nghiên cứu ________________________________________ 18 2.3.1 Tổng hợp hóa học và kiểm tra độ tinh khiết ______________________ 18 2.3.2. Xác định cấu trúc __________________________________________ 19 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ______________ 20 3.1 Tổng hợp hóa học _______________________________________________ 20 3.1.1 Tổng hợp cyanoguanidin _____________________________________ 20 3.1.2 Tổng hợp muối dimethylamin hydroclorid _______________________ 24 3.1.3 Tổng hợp metformin hydroclorid ______________________________ 25 3.2. Kiểm tra độ tinh khiết_________________________________________ 29 3.3. Xác định cấu trúc của chất tổng hợp được _______________________ 29 3.3.1 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (IR) _________________________ 29 3.3.2 Kết quả phân tích phổ khối lượng (MS) ________________________ 30 3.3.3 Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ( 1 H-NMR) ____ 31 3.4. Bàn luận ___________________________________________________ 31 3.4.1 Về tổng hợp hóa học ________________________________________ 31 3.4.2 Bàn luận về xác định cấu trúc của các hợp chất trung gian và sản phẩm 35 Kết luận và đề xuất ________________________________________________ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1 H-NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ( 1 H nuclear magnetic resonance) AcOH Acid acetic BuOH n-Butanol ĐTĐ Đái tháo đường EtOH Ethanol G Gam H Giờ IR Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy) MH Metformin hydroclorid MS Phổ khối (Mass spectrometry) R f Hệ số lưu giữ (Retention factor) T 0 nc Nhiệt độ nóng chảy TLC Sắc kí lớp mỏng (Thin layer chromatography) DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Danh mục các dung môi hóa chất 16 Bảng 2.2 Danh mục các dụng cụ thiết bị 16 Bảng 2.3 Các chất dự kiến được tổng hợp trong quy trình 18 Bảng 3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất phản ứng tổng hợp cyanoguanidin 22 Bảng 3.2 Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất phản ứng tổng hợp cyanoguanidin 23 Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ mol cyanoguanidin : dimethyamin hydroclorid tới hiệu suất tổng hợp MH 27 Bảng 3.4 Khảo sát ảnh hưởng yếu tố thời gian tới hiệu suất phản ứng tổng hợp MH 28 Bảng 3.5 Tóm tắt kết quả tổng hợp hóa học 28 Bảng 3.6 R f và t 0 nc của chất tổng hợp được 29 Bảng 3.7 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại của 1, 3 30 Bảng 3.8 Kết quả phân tích phổ khối lượng của 1, 3 30 Bảng 3.9 Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton của 1, 3 31 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Trang Sơ đồ 1.1 Sơ đồ tổng hợp metformin hydroclorid theo Pranav Dushyant & Dinesh Ramanlal 8 Sơ đồ 1.2 Sơ đồ phản ứng tổng hợp metformin hydroclorid theo Chabot, Zhang Haili, Zang Xiaoming 10 Sơ đồ 1.3 Sơ đồ tổng hợp metformin hydroclorid theo Anvar Shalmashi 12 Sơ đồ 1.4 Sơ đồ phản ứng tổng hợp MH theo Huang Qinghua, Liu Xiaohua, high Kut, Hu Jie, Li Yanshun 13 Sơ đồ 3.1 Sơ đồ tóm tắt các giai đoạn tổng hợp metformin hydroclorid từ thioure 20 Sơ đồ 3.2 Sơ đồ tổng hợp cyanoguanidin (1) 20 Sơ đồ 3.3 Sơ đồ tổng hợp muối dimethylamin hydroclorid (2) 24 Sơ đồ 3.4 Sơ đồ tổng hợp metformin hydroclorid (3) 25 Sơ đồ 3.5 Sơ đồ các giai đoạn tổng hợp cyanoguanidin từ thioure 32 Sơ đồ 3.6 Sơ đồ cơ chế phản ứng tạo cyanoguanidin 32 Sơ đồ 3.7 Sơ đồ cơ chế tạo muối dimethylamin hydroclorid 33 Sơ đồ 3.8 Sơ đồ cơ chế phản ứng tạo MH 34 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Đái tháo đường (ĐTĐ) là một bệnh mạn tính gây ra do sự thiếu hụt tương đối hoặc tuyệt đối insulin, dẫn đến rối loạn chuyển hóa carbohydrat. [2]. Theo Hiệp Hội Đái tháo đường Hoa Kỳ (ADA), năm 2013, số lượng người mắc ĐTĐ trên thế giới là 382 triệu người vượt ngưỡng số lượng người được dự đoán sẽ mắc ĐTĐ vào năm 2035 của WHO trước đây. Tuy nhiên, một điều đáng chú ý là 46% số bệnh nhân không biết mình mắc ĐTĐ và không nhận thức được những hậu quả quá lâu dài mà bênh gây ra: chỉ tính trong năm 2013 đã có 5,1 triệu người chết do ĐTĐ và 548 tỉ đô la đã được chi cho căn bệnh này [6]. Theo nghiên cứu toàn quốc năm 2002 – 2003 của Tạ Văn Bình và cộng sự thì tỷ lệ mắc ĐTĐ toàn quốc là 2,7%, nữ chiếm 3,7%, nam chiếm 3,3%; tỉ lệ rối loạn dung nạp glucose toàn quốc là 7,3%; tỷ lệ rối loạn glucose máu trong khi đói toàn quốc là 1,9% [9]. Đến năm 2013 thì tỷ lệ mắc bệnh ĐTĐ là 5,7% và tỷ lệ rối loạn dung nạp glucose cũng gia tăng mạnh mẽ lên gần 12,8% năm 2012. Như vậy, tỷ lệ mắc đái tháo đường ở Việt Nam 10 năm qua đã tăng gấp đôi. Đây là con số đáng báo động vì trên thế giới, phải trải qua 15 năm tỷ lệ mắc đái tháo đường mới tăng gấp đôi. Trong khi đó 75,5% số người được hỏi đều có kiến thức rất thấp về bệnh đái tháo đường [1]. ĐTĐ được xếp vào là một trong ba bệnh gây tàn phế và tử vong nhất (xơ vữa động mạch, ung thư, ĐTĐ) [16]. Trong đó bệnh đái tháo đường typ 2 chiếm 85 – 95% [6]. Metformin là thuốc được khuyến cáo nên lựa chọn hàng đầu để điều trị cho bệnh nhân ĐTĐ typ 2 nếu không có chống chỉ định [11]. Các con đường tổng hợp metformin hầu hết đều thông qua chất trung gian là cyanoguanidin có sử dụng các dung môi độc hại (N,N-dimethylformamid, toluen, xylen). Vì vậy việc nghiên cứu tìm ra các phương pháp mới tổng hợp metformin hoặc cải thiện quy trình sản xuất, nâng cao hiệu suất, giảm độc hại môi trường là vấn đề quan trọng đặt ra với các nhà nghiên cứu. Trước những vấn đề đó chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp metformin hydroclorid từ thiourea” với các mục tiêu sau: 2 1. Tổng hợp được metformin hydroclorid từ thioure. 2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất phản ứng của quy trình tổng hợp. [...]... dung nghiên cứu Nghiên cứu tổng hợp được metformin hydroclorid từ nguồn nguyên liệu thioure Bảng 2.3 Các chất dự kiến được tổng hợp trong quy trình Công thức Danh pháp 2-Cyanoguanidin (1) N-Methylmethanamin hydroclorid (2) 1,1 - dimethylbiguanid monohydroclorid (3) Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình phản ứng tổng hợp Khẳng định cấu trúc của sản phẩm metformin hydroclorid tổng hợp được... các giai đoạn tổng hợp metformin hydroclorid từ thioure 3.1.1 Tổng hợp cyanoguanidin Sơ đồ phản ứng: Sơ đồ 3.2: Tổng hợp cyanoguanidin (1) Tiến hành: Cho 25 mL nước vào trong bình một cổ loại 100 mL, sau đó cho vào trong bình 15,2 g thioure (0,200 mol) và que khuấy từ, tiến hành đun cách thủy, kiểm soát nhiệt độ ở 70°C-80°C và có khuấy trộn Sau khi thioure tan hết trong nước thì cho từ từ 17,5 g CuO... khoảng thời gian 6h nhận được metfomin dydrochloride với hiệu suất đạt 70% Kết luận: Từ những phương pháp tổng hợp đã được nghiên cứu ở trên chúng tôi thấy được các phương pháp trên đều tổng hợp metformin hydroclorid từ nguồn nguyên liệu là dimethylamin hydroclorid và cyanoguanidin vì đây là con đường dễ dàng để tổng hợp MH nhất, có hiệu suất tốt nhất và dễ áp dụng vào quy mô công nghiệp nhất Sự khác... tử vong, nên không được dùng metformin cho người có bệnh thận hoặc suy thận và phải tránh dùng metformin cho người có biểu hiện rõ bệnh gan về lâm sàng và xét nghiệm [4, 5, 21] 1.1.7 Các phương pháp tổng hợp metformin hydroclorid Phương pháp của Pranav Dushyant & Dinesh Ramanlal (2010) [19] Các nhà nghiên cứu đã đưa ra một phương pháp tổng hợp metformin hydroclorid đi từ dimethylamin (có làm giảm... Anvar Shalmashi cùng các cộng sự đã nghiên cứu ra phương pháp tổng hợp metformin hydroclorid dưới sự hỗ trợ của vi sóng Tổng hợp theo sơ đồ sau: 12 Sơ đồ 1.3: Sơ đồ tổng hợp metformin hydroclorid theo Anvar Shalmashi Quy trình tiến hành như sau: Một phản ứng thử nghiệm được thực hiện trên một bản mỏng TLC 5 × 20cm Hòa tan 0,42g dicyanodiamid và 0,4g dimetylamin hydroclorid trong 5mL EtOH Dung dịch... được là tốt nhất và chi phí tổng hợp ít nhất 3.1.2 Tổng hợp muối dimethylamin hydroclorid Phản ứng tiến hành theo sơ đồ sau: Sơ đồ 3.3: Tổng hợp muối dimethylamin hydroclorid (2) Tiến hành: Cho 10 mL dung dịch dimethylamin 33% (0,073 mol) vào bình có cổ 100 mL, cho que khuấy từ vào bình phản ứng và tiến hành khuấy trộn Làm lạnh bình phản ứng xuống dưới 20°C bằng nước đá Nhỏ từ từ dung dịch HCl đặc vào... trình tinh chế vẫn phức tạp hơn Phương pháp của PGS.TS Nguyễn Văn Tuyến và cộng sự [10] - Nghiên cứu tổng hợp trực tiếp metformin từ dicyano diamide và dimetyl amine trong các dung môi DMF, toluen, t-BuOH và DMSO trong khi có mặt của tác nhân kiềm và không có kiềm ở nhiệt độ, thời gian khác nhau - Nghiên cứu tổng hợp metfomin hydrochloride bằng ba phương pháp khác nhau: ngưng tụ trực tiếp dicyano diamide... Hiệu suất 83,11% ) - Cảm quan: chất rắn màu trắng, mịn 3.1.3 Tổng hợp metformin hydroclorid Tiến hành phản ứng theo sơ đồ sau: 3 Sơ đồ 3.4: Tổng hợp metformin hydroclorid (3) Tiến hành: Cho vào bình 1 cổ 50 mL muối dimethylamin hydroclorid 4,05 g ( 0,05 mol) và 2,1 g cyanoguanidin (0,025 mol ) Làm nóng bình phản ứng được bằng máy khuấy 26 từ gia nhiệt IKA với chất dẫn nhiệt là parafin Khuấy trộn và... hành theo sơ đồ sau: 8 Sơ đồ 1.1: Sơ đồ tổng hợp metformin hydroclorid theo Pranav Dushyant & Dinesh Ramanlal Quy trình tiến hành như sau: Cho vào trong một bình có cổ 500 mL toluen và 100 g dicyanodiamid ở 25°C – 35 °C Hỗn hợp phải ứng sẽ được đun nóng tới 80°C, dimethylamin hydroclorid (117 g) được cho vào từ từ trong vòng 2 giờ, khuấy trong vòng 3 giờ Hỗn hợp phản ứng sẽ được đun nóng thêm tới... dùng nước làm mát về 30-35°C, kế tinh Tinh thể được lọc ly tâm, sấy khô thu được metformin hydroclorid thô Bước 3: tinh chế metformin hydroclorid thô Cho ethanol 80% vào trong bình phản ứng, bổ sung metformin hydroclorid thô vào, có khuấy trộn Sau khi đậy kín bình phản ứng thì bắt đầu đun nóngòa tan hoàn toàn metformin hydroclorid thô, bổ sung than hoạt vào bình, đun tiếp trong vòng 30 11 phút Khối . đoạn tổng hợp metformin hydroclorid từ thioure 20 Sơ đồ 3.2 Sơ đồ tổng hợp cyanoguanidin (1) 20 Sơ đồ 3.3 Sơ đồ tổng hợp muối dimethylamin hydroclorid (2) 24 Sơ đồ 3.4 Sơ đồ tổng hợp metformin. đó chúng tôi thực hiện đề tài: Nghiên cứu tổng hợp metformin hydroclorid từ thiourea” với các mục tiêu sau: 2 1. Tổng hợp được metformin hydroclorid từ thioure. 2. Khảo sát các yếu tố. cùng các cộng sự đã nghiên cứu ra phương pháp tổng hợp metformin hydroclorid dưới sự hỗ trợ của vi sóng. Tổng hợp theo sơ đồ sau: 12 Sơ đồ 1.3: Sơ đồ tổng hợp metformin hydroclorid theo