Nghiên cứu tổng hợp pioglitazon ở quy mô phòng thí nghiệm

BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI TRƢƠNG THỊ MINH HƢƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP PIOGLITAZON Ở QUY MÔ PHÕNG THÍ NGHIỆM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ HÀ NỘI - 2015 BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI TRƢƠNG THỊ MINH HƢƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP PIOGLITAZON Ở QUY MÔ PHÕNG THÍ NGHIỆM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ Ngƣời hƣớng dẫn: 1. TS. Văn Thị Mỹ Huệ 2. TS. Lê Nguyễn Thành Nơi thực hiện: 1. Bộ môn Hóa hữu cơ 2. Trung tâm nghiên cứu và phát triển thuốc- Viện Hóa sinh biển- Viện hàn lâm khoa học công nghệ HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành khóa luận tốt nghiệp đúng thời hạn và đạt được những mục tiêu đã đề ra, trong thời gian vừa qua, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tâm từ các thầy cô, bạn bè trong và ngoài trường Đại học Dược Hà Nội. Nhân dịp này, em xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới: TS. Văn Thị Mỹ Huệ, người hướng dẫn trực tiếp cũng như người đã thường xuyên giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài này. TS. Lê Nguyễn Thành- Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển thuốc- Viện Hóa Sinh Biển- Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, người đã theo dõi và giúp đỡ em trong quá trình làm khóa luận này. Các thầy cô trong Bộ môn Hóa Hữu cơ đã tận tình truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian học tập trong trường, giúp em có nền tảng vững chắc để có thể hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình. Các cán bộ của Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển thuốc cùng cán bộ của phòng Nghiên cứu cấu trúc- Viện Hóa học- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong quá trình làm thực nghiệm. Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, những người đã luôn theo dõi, động viên và tạo điều kiện cho em tập trung hoàn thành khóa luận này. Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2015 Họ và tên sinh viên Trương Thị Minh Hương MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ĐẶT VẤN ĐỀ 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 2 1.1. Tổng quan về bệnh đái tháo đƣờng 2 1.2. Tổng quan về nhóm thuốc thiazolidindion và Pioglitazon 4 1.2.1. Nhóm thuốc TZD (thiazolidindion hay glitazon) 4 1.2.2. Pioglitazon 5 1.3. Phƣơng pháp tổng hợp pioglitazon 7 1.3.1. Tổng hợp từ phải qua trái 8 1.3.2. Tổng hợp từ trái qua phải 9 Chƣơng 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất, dung môi 14 2.2. Thiết bị thí nghiệm 15 2.3. Nội dung nghiên cứu 15 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu 16 2.4.1. Phương pháp tổng hợp pioglitazon 16 2.4.2. Phương pháp tinh chế và xác định cấu trúc 16 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM- KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 17 3.1. Thực nghiệm- Kết quả 17 3.1.1. Tổng hợp hóa học 17 3.1.2. Hiệu suất của quá trình 20 3.1.3. Kiểm tra độ tinh khiết và khẳng định cấu trúc 21 3.2. Bàn luận 27 3.2.1. Về phản ứng tổng hợp chất 2-(5-ethylpyridin-2-yl)ethyl methansulfonat (3) 28 3.2.2. Về phản ứng tổng hợp 4-(2-(5-ethylpyridin-2-yl)ethoxy) benzaldehyd (4) 30 3.2.3. Về phản ứng tổng hợp 5-(4-(2-(5-ethylpyridin-2-yl)ethoxy) benzyliden thiazolidin-2,4-dion (5) 32 3.2.4. Về phản ứng tổng hợp pioglitazon (1) 34 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39 KẾT LUẬN 39 KIẾN NGHỊ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, CHỮ VIẾT TẮT 13 C-NMR phổ cộng hƣởng từ carbon C 13 1 H-NMR phổ cộng hƣởng từ proton Ac acetyl Bn benzyl BTBAC benzyl tert-butyl amoniclorid CDCl 3 cloroform- D CTCT công thức cấu tạo CTPT công thức phân tử d doublet DCM dicloromethan dd doublet of doublet DMF dimethylformamid E phản ứng tách loại Et ethyl FDA Cục quản lý thực phẩm và dƣợc phẩm Hoa Kỳ (Food and Drug Administration) IDF Liên đoàn đái tháo đƣờng quốc tế (International Diabetes Federation) IR phổ hồng ngoại J hằng số tƣơng tác Me methyl Ms mesyl (methansulfonyl) MS phổ khối lƣợng PPARγ thụ thể kích thích sao chép trên nhân tế bào (Peroxisome Proliferator- Activated Receptor gamma) q quartet R f hệ số lƣu giữ s singlet SKLM sắc ký lớp mỏng S N Ar phản ứng thế ái nhân của hợp chất thơm t triplet TEA triethylamin THF tetrahydrofuran TLC sắc ký lớp mỏng Ts p-tosyl (toluensulfonyl) TT thứ tự TZD thiazolidindion WHO tổ chức y tế thế giới ( World Health Organization) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Danh mục nguyên liệu, dung môi, hóa chất sử dụng 14 Bảng 2: Hiệu suất của quy trình tổng hợp pioglitazone 20 Bảng 3: Giá trị R f của các sản phẩm trung gian trong quy trình và pioglitazone 21 Bảng 4: Dữ liệu phổ IR của pioglitazone 24 Bảng 5: Số liệu phổ 1 H-NMR của pioglitazone và các sản phẩm trung gian 25 Bảng 6: Số liệu phổ 13 C-NMR của pioglitazone và các sản phẩm trung gian 26 Bảng 7:Số liệu phổ 1 H-NMR của pioglitazon 36 Bảng 8: Số liệu phổ 13 C-NMR của pioglitazon 37 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Các thuốc trong nhóm thiazolidindion 5 Hình 2: CTCT của Pioglitazon hydroclorid 6 Hình 3: Cấu trúc của pioglitazon 7 Hình 4: Phổ MS của pioglitazon 23 Hình 5: Phổ IR của pioglitazon 24 Hình 6: Các cơ chế trong phản ứng tạo thành chất3 28 Hình 7: Hai đồng phân hình học của chất 5 32 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1: Con đƣờng tổng hợp pioglitazon từ phải qua trái 7 Sơ đồ 2: Con đƣờng tổng hợp pioglitazon từ trái qua phải 8 Sơ đồ 3: Sơ đồ tổng hợp pioglitazon từ tyrosin 9 Sơ đồ 4: Phản ứng tạo thành pioglitazon và sản phẩm phụ 9 Sơ đồ 5: Sơ đồ tổng hợp pioglitazon từ 4- benzyloxybenzaldehyd 10 Sơ đồ 6: Hai con đƣờng tổng hợp pioglitazontừ trái qua phải 11 Sơ đồ 7: Quy trình tổng hợp pioglitazon từ trái qua phải 11 Sơ đồ 8: Quy trình tổng hợp pioglitazon theo 4 bƣớc 17 Sơ đồ 9: Phản ứng tổng hợp chất 3 17 Sơ đồ 10: Phản ứng tổng hợp chất 4 18 Sơ đồ 11: Phản ứng tổng hợp chất 5 19 Sơ đồ 12: Phản ứng tổng hợppioglitazone 19 Sơ đồ 13: Phản ứng hoạt hóa nhóm OH sử dụng tác nhân tosyl 29 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, tỷ lệ ngƣời mắc đái tháo đƣờng gia tăng nhanh chóng, chủ yếu là đái tháo đƣờng typ 2. Theo thống kê của Tổ chức y tế thế giới WHO, Việt Nam là quốc gia có tốc độ phát triển bệnh đái tháo đƣờng nhanh nhất thế giới (khoảng 8-10%/năm). Đái tháo đƣờng typ 2 còn đƣợc gọi là đái tháo đƣờng không phụ thuộc insulin, hay đái tháo đƣờng ở ngƣời trƣởng thành, chiếm từ 90-95% tổng số các ca mắc đái tháo đƣờng trên toàn thế giới. Hiện nay, căn bệnh nàyđã trở thành một trong những đại dịch không truyền nhiễm do những hậu quả nặng nề về xã hội mà nó mang lại bởi những biến chứng nghiêm trọng trên hầu hết các bộ phận của cơ thể[34]. Thiazolidindion (TZD) là nhóm thuốc đƣợc sử dụng trong điều trị đái tháo đƣờng theo cơ chế hoạt hóa PPAR (peroxisome proliferator activated receptor), làm tăng độ nhạy cảm của insulin, từ đó tăng thu nạp glucose từ máu[17]. Trong các thuốc TZD, hiện chỉ còn pioglitazon là đƣợc sử dụng trong điều trị đái tháo đƣờng với biệt dƣợc Actos của công ty dƣợc phẩm Takeda từ năm 1999, hết hạn bảo hộ độc quyền vào năm 2013. Ở Việt Nam hiện nay, pioglitazone đƣợc sử dụng trong nhiều phác đồ điều trị cho bệnh nhân đái tháo đƣờng typ 2, khi kết hợp với các thuốc nhóm khác hoặc insulin, với tỷ lệ lên tới gần 60%[1]. Mặt khác, nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng TZD là một tác nhân chống ung thƣ tiềm năng[7, 10]. Nhận thấy tiềm năng tác dụng sinh học cũng nhƣ nhu cầu trong điều trị của pioglitazone, khóa luận “Nghiên cứu tổng hợp pioglitazone ở quy mô phòng thí nghiệm” đƣợc tiến hành với mục tiêu: Tổng hợp đƣợc pioglitazone ở quy mô phòng thí nghiệm. [...]... đƣợc thì chƣa có nghiên cứu nào về tổng hợp pioglitazon Do đó, với mong muốn có thể chủ động tổng hợp nguồn nguyên liệu pioglitazon, đề tài Nghiên cứu tổng hợp pioglitazone ở quy mô phòng thí nghiệm đã lựa chọn quy trình trên để tiến hành thực nghiệm 14 Chƣơng 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất, dung môi Các hóa chất, dung môi đƣợc sử dụng... tách chiết thu sản phẩm chính Hiệu suất tổng của cả quy trình này nhỏ hơn 10%, không thích hợp để mở rộng áp dụng với quy mô công nghiệp 9 Sơ đồ 4:Phản ứng tạo thành pioglitazon và sản phẩm phụ Một phƣơng pháp khác đi theo con đƣờng tổng hợp từ phải qua trái, pioglitazon đƣợc tổng hợp từ hợp chất ban đầu là 4-benzyloxybenzaldehyd[21] Sơ đồ 5:Sơ đồ tổng hợp pioglitazon từ 4-benzyloxybenzaldehyd Phƣơng... khuấy từ gia nhiệt IKA-RTC (Đức) 2.3 Nội dung nghiên cứu Tổng hợp pioglitazon từ 2-(5-methylpyridin-2-yl)ethanol theo quy trình từ trái qua phải 16 Kiểm tra độ tinh khiết, xác định cấu trúc của các hợp chất đã tổng hợp đƣợc 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.4.1 Phương pháp tổng hợp pioglitazon Sử dụng các phƣơng pháp tổng hợp hữu cơ để thực hiện các phản ứng trong quy trình đề xuất Theo dõi tiến trình phản... HBr, một số dung môi sử dụng có giá thành cao, không thu hồi đƣợc nhƣ DMF, dicloromethan nhƣng hiệu suất tổng của cả quy trình lại không cao Do vậy, quy trình này không thể áp dụng trong tổng hợp với quy mô lớn (2) Quy trình B: bao gồm 4 phản ứng, là quy trình đƣợc đƣa ra bởi các nhà khoa học Ấn Độ Trong quy trình này, liên kết C-O đƣợc tạo thành qua phản ứng tổng hợp ether, sau khi hợp chất 2 đƣợc... trúc hóa học của các hợp chất tổng hợp đƣợc nhƣ: phổ hồng ngoại (IR), phổ khối (MS), phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (1H-NMR và 13C-NMR) 17 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM- KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Thực nghiệm- Kết quả 3.1.1 Tổng hợp hóa học Trong khóa luận này, pioglitazon đƣợc tổng hợp từ trái qua phải, bắt đầu từ hợp chất 2-(5-methylpyridin-2-yl)ethanol 2 theo quy trình gồm 4 bƣớc đƣợc đƣa ra bởi các nhà khoa học... tạo liên kết ether để tạo ra sản phẩm cuối cùng Sơ đồ 1:Con đƣờng tổng hợp pioglitazone từ phải qua trái - Tổng hợp từ trái qua phải: bắt đầu từ hợp chất 2-(5-ethylpyridin-2-yl), sau đó xây dựng liên kết ether C-O, cuối cùng sẽ tạo ra pioglitazon theo sơ đồ tổng quát sau: 8 Sơ đồ2:Con đƣờng tổng hợp pioglitazon từ trái qua phải 1.3.1 Tổng hợp từ phải qua trái Nguyên liệu đầu vào của phản ứng này có thể... dẫn xuất (b) p-aryl ether và (c) thiazolidin-2,4-dion Hầu hết các phƣơng pháp nghiên cứu tổng hợp pioglitazon đều dựa trên nguyên tắc từng bƣớc xây dựng các liên kết giữa các thành phần trên Có hai con đƣờng chính để tổng hợp pioglitazone đã đƣợc các nhà khoa học nghiên cứu, đó là: - Tổng hợp từ phải qua trái: bắt đầu từ hợp chất 4-hydroxy phenyl, sau đó xây dựng tiếp khung thiazolidin-2,4-dion, cuối... suất của quy trình tổng hợp pioglitazon theo 4 bƣớc đƣợc tổng kết lại trong bảng dƣới đây: Bảng 2:Hiệu suất của quy trình tổng hợp pioglitazon Sản phẩm phản ứng Khối lƣợng sản phẩm Hiệu suất thực tế (ký hiệu) (mg) (%) 3 570 76 4 454 70 21 5 410 71 1 320 80 Hiệu suất tổng (%) 30,2 Nhƣ vậy, sau 4 phản ứng thì từ 500 mg hợp chất ban đầu 2-(5methylpyridin-2-yl)ethanol (2), thu đƣợc 320 mg hợp chất pioglitazon. .. L-tyrosin Dƣới đây là quy trình tổng hợppioglitazon theo con đƣờng của Ales Halama từ L-tyrosin[5]: Sơ đồ 3:Sơ đồ tổng hợp pioglitazon từ tyrosin Hạn chế của quy trình này là hiệu suất tổng của cả quy trình thấp, đặc biệt là phản ứng cuối cùng tạo ra pioglitazon, hiệu suất chỉ đạt 22%[5].Nguyên nhân là do sản phẩm phụ đƣợc tạo thành vì tác nhân p-toluensulfonat không chỉ dừng lại ở thế chọn lọc vào nhóm... với 2,4-thiazolidindion để tạo ra hợp chất 5, khử liên kết đôi trong hợp chất 5 thu đƣợc pioglitazon Ƣu điểm của quy trình này so với các quy trình khác đã đƣợc nghiên cứu là hiệu suất tổng của toàn quy trình cao, theo một số nghiên cứu có thể đạt tới 60%.Số phản ứng phải thực hiện cũng ít hơn, sản phẩm cuối cùng đƣợc tạo thành có thể tinh khiết đến 98% Nhƣợc điểm của quy trình này chính là giá thành . pioglitazone, khóa luận Nghiên cứu tổng hợp pioglitazone ở quy mô phòng thí nghiệm đƣợc tiến hành với mục tiêu: Tổng hợp đƣợc pioglitazone ở quy mô phòng thí nghiệm. 2 Chƣơng 1: TỔNG. trình tổng hợp pioglitazon theo 4 bƣớc 17 Sơ đồ 9: Phản ứng tổng hợp chất 3 17 Sơ đồ 10: Phản ứng tổng hợp chất 4 18 Sơ đồ 11: Phản ứng tổng hợp chất 5 19 Sơ đồ 12: Phản ứng tổng hợppioglitazone. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP PIOGLITAZON Ở QUY MÔ PHÕNG THÍ NGHIỆM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƢỢC SĨ Ngƣời hƣớng dẫn: 1. TS. Văn Thị Mỹ Huệ 2. TS. Lê Nguyễn Thành Nơi thực hiện: 1. Bộ môn