Nghiên cứu quy trình tổng hợp celecoxib

Bộ Y TẺ TRƯÒTVG ĐẠI HỌC Dược HÀ NỘI • • • • BÙI QUANG TRUNG NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÔNG HỢP CELECOXIB KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP Dược sĩ • • • Ngưòi hưóng dẫn: 1) ThS. Vũ Trần Anh 2) DS. Đoàn Thị Hữu Noi thực hiện: Viện Hóa Học - Viện khoa học và Công Nghệ VN HÀ NỘI-2011 Lòi cảm ơn Hoàn thành khóa luận tốt nghiệp “Nghiên cứii quv trình tổng hợp Celecoxib ” cho phép tôi được bày tó iòng biết ơn sâu sắc VCI kính írọn^ tc)i những người đã tận tình hưóng dẫn, giúp đõ' tôi trong suốt quả trình thực hiện đề tciỉ. Trước hết, tôi xin gửi /07 cảm ơn chân thành VCỈ sâu sắc nhất đến ThS. Vũ Trần Anh, DS. Đoàn Thị Hữu Những ngirời thầy đã dành nhỉềii thời gian, công sức tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài này. Tôi xin cảm ơn sự giúp đ(J nhiệt tình của TS. Ngô Quốc Anh - Viện Hóa Học (Viện Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam) đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi thực hiện khóa luận này. Tồi xin gửi lời cảm ơn đên các thầy cô giáo Bộ Môn Hóa Hĩm Cơ, các anh chị phòng phân tích khoi pho - Viện Hỏa Học (Viện Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam) đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận. Tôi cũng xin cảm ơn ccìc thầy cô trong Ban Giám Hiệu, Phòng Đào Tạo và các thầy cô giáo trong tnixrng Đại học Dược Hci Nội đã dạy dỗ và ọ^iủp đõ' tôi trong siiôt quả trình học tập tại trường. Cuổi cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã luôn chia sẻ, động viên, giúp đõ' tôi trong cuộc sống cũng như trong học tập và thực hiện đề tài. Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 201 /. Sinh viên BÙI QUANG TRUNG MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆƯ, CHỦ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG ĐẶT VẤN ĐỀ 1 PHẦN I; TỎNG QUAN 2 1.1 Vài nét về viêm và cơ chế chống viêm của các NSAÍDs 2 1.1. l Viêm và vai trò sinh lý của cyclooxyseñase 2 1.1.2 Phân loại các thuốc chống viêm không steroid (NSAIDs) 4 1.2 Tổng quan về celecoxib 5 1.2.1 Cấu tạo và tính chất 5 1.2.2 Tác dụns dược lý, chỉ định, cách dùng 6 1.2.3 Các phương pháp tổng hợp celecoxib 9 1.2.3.1 Tổns: họp celecoxib bằng cách ngưna: tụ diceton với hydrazin 9 1.2.3.2 Tổng hợp celecoxib bằng cách ngưng tụ butynon với hydrazin 11 PHẦN II: NGUYÊN VẬT LIỆU, THIÉT BỊ VÀ PHU ONG PHÁP 13 NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu, hóa chất, dune môi 13 2.2 Thiết bị thí nghiệm 14 2.3 Phươns; pháp nghiên cứu 14 2.3.1 Phương pháp tổng hợp Celecoxib 14 2.3.2 Phương pháp kiểm tra độ tinh khiết 15 2.3.3 Phương pháp xác định cấu trúc 15 PHẦN III: THựC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 16 3.1 Tổng họp hóa học 16 3.1.1 Tổng hợp 4,4,4-trifiuoro-] -(4-methylphenyl)butan-l,3-dion 16 3.1.2 Tổng họp 4-sulphonamidophenvlhydrazin hydroclorid 19 3.1.2.1 V ớitácnhânkhử làN a2S03/H20 19 3.1.2.2 Với tác nhân khử là SnCụ/HCl 2 1 3.1.3 Tổng hợp celecoxib 22 3.1.3.1 Với dung môi CH3OH 23 3.1.3.2 Với dung môi C2H5OH 23 3.1.3.3 Với dung môi isopropanol 24 3.1.3.4 Với hỗn hợp dung môi CH3COOC2H5/H2O 24 3.2 Kiểm tra độ tinh khiết và xác định cấu trúc 27 3.2.1 Kiểm tra độ tinh khiết của nguyên liệu và sản phẩm tổníỉ họp 27 được 3.2.2 Xác định cấu trúc của nguyên liệu và sản phấm tổna họp được 27 3.2.2.1 Phân tích phổ hồng ngoại (IR) 28 3.2.2.2 Phân tích phổ khối lượng (MS) 28 3.2.2.3 Phân tích phổ cộns hưởneĩ từ hạt nhân proton ('H-NMR) và 30 phổ cộng hưởng từ hạt nhân '^c ('^C-NMR) của sản phẩrn tổng hợp 3.3 Bàn luận 33 3.3. ] về tổng hợp hóa học 33 3.3.2 v ề xác định cấu trúc sản phẩm 35 PHẦN IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 37 4.1K ếtluận 37 4.2 Đề xuất 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 3 8 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆƯ, CHỮ VIẾT TẮT • m y 'H-NMR 'T-N M R c o x CTPT IC50 IR KLPT MS MTBE NSAIDs PG 4-SAPH SKLM TFA : Phổ cộng hưỏTig từ hạt nhân proton ('H-Nuclear Magnetic Resonance) : Phổ cộng hưởng từ hạt nhân '^c ('^C-Nuclear Maanetic Resonance) Cyclooxygenase Công thức phân tử Nồng độ ức chế 50% Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy) Khối lượng phân tử Phổ khối (Mass spectrometry) Methyl tert-hniyX ether Các thuốc giảm đau hạ sốt chống viêm không steroid (Non Steroidal Anti-intlamraatory Drugs; Prostaglandin 4-sulfonamidophenylhydrazin Sắc ký lớp mỏng Trifluoroacetic DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: 1.2: 1.3: 1.4; 2.1: 3.1: 3.2: 3.3: 3.4: 3.5: 3.6: 3.7: 3.8: 3.9: 3.10: 3.11: Trang Phân loại thuôc chông viêm không steroid 4 Tác dụng ức chế cyclooxygenase của celecoxib, 6 ICsoCliM) Một số các thông số dược động học của celecoxib 6 Ảnh hưởng của Celecoxib và các NSAIDs trên tim 8 mạch Danh sách các nguyên liệu sử dụng cho nghiên cứu 13 Ket quả khảo sát phản ứng tổng họp celecoxib trong 26 một số hệ dung môi Tóm tắt kết quả sắc ký lóp mỏng 27 Số liệu phổ IR của các chất tổng hợp được 28 Sổ liệu phân tích phổ khối lượng của các chất tổng 29 họp được Số liệu phổ Số liệu phổ Số liệu phổ Số liệu phổ Số liệu phổ Số liệu phổ Hiệu suất phản ứng tổng hợp celecoxib ’H-NMR của dion '^C-NMR của dion 'H-NMR của SAPH 'X-NM R của SAPH 'H-NMR của celecoxib '^C-NMR của celecoxib 30 30 31 31 32 32 34 ĐẶT VẤN ĐÈ Các thuốc chống viêm không steroid (NSAlDs) là một tronẹ nhu’ns nhóm thuốc được dùng phô biến nhất với ước tính khoảng 33 triệu nsười dùng trong một ngày trên toàn thế giới, nhưns đây cũng là nhóm thuốc gâv ra khá nhiều tác dụng phụ, đặc biệt là trên hệ tiêu hóa. Có tới khoảng một phần ba số bệnh nhân sử dụng nhóm thuốc nàv có triệu chứng viêm loét dạ dày, tá tràng [15\ Nhiều giải pháp đế hạn chế tác dụng phụ này như dùns kèm thuốc bảo vệ niêm mạc (ví dụ như thuốc kháng thụ thể H2, ức chế bơm proton ), tạo dạng bào chế giảm kích ứng; niêm mạc đã được sử dụng nhưng các giải pháp này đều có những hạn chế nhất định. Việc tìm ra hai đồns dạng (isoform) COX-1 và COX-2 của men c o x (cyclooxygenase) tham gia tổng hợp các prostaglandin (PG) từ acid arachidonic đã mở ra hướng mới để khắc phục tác dụng phụ trên đường tiêu hóa của các NSAID [1], [14], [16], [36], Các thuốc ức chế chọn lọc COX-2 ià dẫn chất của diaryl như celecoxib, valdecoxib, parecoxib, etoricoxib, rofecoxib, lumiracoxib làm giảm PG gâv viêm sons vẫn duy trì quá trình tổng họp các PG bảo vệ đường tiêu hóa [1], [5], Tuy nhiên, do sự gia tăng nsLiy cơ huyết khối và nhồi máu cơ tim của nhóm thuốc này nên hiện nay chỉ còn ceỉecoxib, parecoxib và etoricoxib được lưu hành trên thị trường, trong đó celecoxib là thuốc được sử dụng rộng rãi nhất [7]. Việt Nam là một nước nhiệt đới, có khí hậu nóng ẩm và mưa nhiều, các bệnh thấp khớp, viêm xưưrm khóp chiếm tỉ lệ khá cao nên nhu cầu về các NSAIDs nói chung và celecoxib nói riêng khá lớn. Celecoxib sử dụng tại Việt Nam, kể cả sản xuất tron" nước vẫn phải nhập hoạt chất từ nước ngoài nên chi phí khá cao. Vì vậy, chún.g tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu quy trình tổng họ’p Celecoxib” với các mục tiêu: 1. Tổng hợp celecoxib, xác định cấu trúc hóa học của sản phẩm tổng hợp được. 2. Khảo sát các các điều kiện khác nhau để xây dựn2 quy trình tổng họp có tính ổn định, hiệu suất cao, ở quy mô phòng thí nơhiệin. PHẰiN 1: TỐxNG QƯAiN 1.1 Vài nét vê viêm và CO’ chê chông viêm của các NSAIDs. 1.1.1 Viêm và vai trò sinh lý của cyclooxygenase - Viêm là phản ứng tại chỗ của cơ thể do các mô bị kích thích hoặc tổn thương. Đó là một phản ứng phức tạp của các mô liên kết và của tuần hoàn mao mạch ở nơi bị tác động, được biểu hiện bằng các triệu chứng sưng, nóng, đỏ, đau và rối loạn chức phận. Viêm có thể do nhiều nguyên nhân gây ra như nhiễm khuẩn, thiếu máu cục bộ, phản ứng kháng nguyên-kháng thể, hóa chất, nhiệt độ và tác nhân cơ học - Khi bị tổn thươna, màng tế bào tế bào giải phóng ra phospholipid màng. Dưới tác dụng của phospholipase A2, chất này bị chuyển thành acid arachidonic. Tiếp theo đó dưới tác dụng của cyclooxygenase (COX), acid Iiàv bị chiivển hóa thành các prostaglandin [14], [20]. Tác dụng của prostaglandin tùy thuộc vào vị trí tác diing. Khi được tạo ra tại nơi viêm, p rosta glan din làm tăn g tình trạn g v iêm cục bộ và làm tăn g SLV m ẫ n c ảm với đau. Ngược lại, đối với màng nhày của dạ dày và ruột, prostaglandin có tác d ụn g bảo vệ và tăn g tướ i m áu m à ng n hày [1], - Các nghiên cứu đã cho thấy có hai loại c o x , được gọi là COX-1 và COX-2 có chức năng khác nhau và các thuốc chống viêm tác dụng với mức độ khác nhau trên COX-1 và COX-2. + COX-1 có mặt ở hầu hết các mô, thận, dạ dày, nội mạc mạch, tiểu cầu, tử CLins, tinh h o à n có tác dụ ng du y trì các ho ạt đ ộn g sinh lý bình thườns; của tế bào, tham gia vào quá trình sản xuất các prostaglandin sinh lý, tạo chất nhày bảo vệ dạ dày. + COX-2 được phát hiện ra vào năm 1991, enzym này có ở hầu hết các inô với nồng độ thấp, ở các tế tham gia vào phản ứng viêm, có chức năng thúc đẩy quá trình viêm [4], [14], [20'. Do đó, các thuốc ức chế chọn lọc COX-2 sẽ có tác dụng chống viêm mạnh mà ít gây tác dụng phụ như; viêm loét dạ dày, tá tràng, xuất huyết dạ dày [l], [18], [28], Glucocorticoid (-) Lycoprotein Phospholipid màng Phospholipase A2 Acid arachidonic Lypooxygenase Leukotrien PG C 0X 2 Tô chức viêm ■ PG- COXl Tô chức ình thường Cyclooxygenase (COX) f ) NSAID Prostaglandin I2 Nội mô mạch máu Prostaglandin Ỉ2 ,E2 Dạ dày - Ruột r _ _ ___ Co’ chê tác dụng của cyclooxygenase ( COX-1, COX-2). 1.1.2 Phân loại các thuôc chông viêm không steroid (NSAlDs). Theo tác dụng và cấu trúc hóa học các NSAIDs được chia thành các nhóm sau: Bảng 1.1: Phân loại thuốc chống viêm không steroid Phân loại Nhóm Thuốc đai diên • • Nhóm acid salicylic Aspirin (1) Nhóm pyrazolon Phenylbutazon Loại ức chế Nhóm indol Indomethacin (2), Siilindac c o x không Nhóm acid enolic Piroxicam, Meloxicam chọn lọc Nhóm acid propionic Ibuprofen (3), Naproxen (4), Nhóm dân XLiât acid phenylacetic Diclofenac Nhóm dân xuât acid heteroarylacetic Tolmetin, Ketorolac Loại ức chế Nhóm dẫn xuất diaryỉ (coxib) Celecoxib, rofecoxib chọn lọc Nhóm acid indol acetic Etodolac COX-2 Nhóm sulfonanilid Nimesulid ọ J^C O O H l H,c\ ^COOH H,C^O CH3 H.C^COOM CH, 4 [...]... ở quy mô công nghiệp Từ các nhận xét trên, chúng tôi lựa chọn phươns; pháp tổng hợp celecoxib bằng phản ứng ngung tụ diceton với Phenylhydrazin để tiến hành khảo sát thực nghiệm nhằm xây dựng quy trình tổng hợp celecoxib trên quv mô phòng thí nghiệm 12 PHẦN II NGUYÊN VẬT LIỆU, THĨÉT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ủ u 2.1 Nguyên liệu, hóa chất, dung môi Bảng 2.1: Danh sách các nguyên liệu sử dụng cho nghiên. .. nhóm các hợp chất có chứa vòng pyrazol, nhóm chất chứa khá nhiều hoạt chất có tác dụng điều trị Phương pháp tổng hợp celecoxib bằng cách ngưng tụ một diceton ( 6 ) với hydraziii (7) đã được nghiên cứu từ lâu [12], [22], [26], [33' - Tổng hợp hydrazin (7): Reddy và cộng sự đã đưa ra quy trình tổng họp (7) từ siilfanilamid sồm hai giai đoạn; tạo muối diazoni và khử muối diazoni thành hydrazin Phản ứng... bản mỏng Silicagel Kieselgel 6 OF254 (Merck) 2.3 Phưong pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp tống hợp Celecoxib - Phân tích, so sánh các phươno pháp tons họp celecoxib đã công bố để lựa chọn phưong pháp có nhiều UII điểm, tiến hành khảo sát thực nghiệm, lira chọn điều kiện phản ứng thích hợp để xây dims quv trình tons họp celecoxib 14 - Nghiên cứu phản ứng ngưno; tụ của diceton ( 6 ) và phenyl hydrazin... K Ìt quả tổng hợp celecoxib tiến hành với các dung môi khác nhau được trình bày ở bảng 3.1 24 Ket luận: 1 Trong phần tổng hợp hóa học, đã tổng họp thành công 4,4,4-triíluoro-l(4-iĩiethylphenyl)butan- 1,3-dion, 4-SLilphonamidophenylhydrazin hydroclorid, celecoxib 2 Đã tiến hành khảo sát một số điều kiện phản ứng như dung môi, tác nhân phản ứng 3 Đã sơ bộ kiếm tra độ tinh khiết của chất tổng hợp được... qui trình hai bước để tổng họp celecoxib với một phản ứng ngưng tụ tương tự giữa diceton ( 6 ) và phenyl hydrazin hydroclorid (7) đạt hiệu suất 84% Celecoxib thu đưọc dưới dạng sản phẩm solvat hóa, được tách và thu hồi bằng cách kết tinh trong isopropanol và nước (1:1,5) [24], [25], Zhi và cộng sự tổng hợp celecoxib bằng cách ngưng tụ diceton (6 ) và P h e n y lh y d ra z in (7) tro n g h ỗ n hợp của... 204-206”C Độ tan; tương tự (7a) Hiệu suất: 76,6% 3.1.3 Tổng họp Celecoxib Trong phần tổng quan chúng tôi đã trình bày về phản ứng tổng họp celecoxib Chúng tôi lựa chọn phương pháp tổng họp celecoxib bằng phản ứng ngưng tụ diceton với phenylhydrazin theo SO đồ phản ứng sau: ’ NHNílo.HCI lUC />-CF3 N o 0=s=0 N, H H ^'^b oN Qưy trình tống họp chung ■ Duns cu: Bình cầu 10 ml, máy khuấy từ, nhiệt kế, sinh hàn... cũns đã được sử dụng [10], [32' - Tốnii hợp Celecoxib (5): Trong các công bố đầu tiên về phương pháp tổng họp, ceỉecoxib thu được khi ngưng tụ diceton ( 6 ) với phenyl hydrazin hydroclorid (7) trong ethanol Phản ứng này thu được celecoxib (5) và một reíỊÌoisomer ( 8 ) với tỷ lệ 95,5 ; 0,5 và hiệu suất 46% [34], [35], Letendre và cộng sự đã công bố quy trình tổna họp Celecoxib gồm hai bước [16], [ í 7]:... 6 ) được tổng hợp theo phương pháp 3, 4-SAPH (7) được tổng hợp vói tác nhân khử SnCl2/HCl, Celecoxib (5) đã tổnơ họp được 27 3.2.2.1 Phân tích phổ hồng ngoại (1R): Các chất tổng họp được đo phổ hồng ngoại (IR) ghi trên máy Perỉdn Elmer, tại bộ môn Hóa Vật Liệu-Khoa Hóa-Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Phổ được ghi trong vùng 4000 - 600cm‘', sử dụng kỹ thuật viên nén KBr và các phổ đồ được trình bày... Ị Celecoxib //~CF3 +N4S=381,5 0 it2 N'^'o M=38 1,08 ìhC^ 'i T l 1 +MS=381,5 Celecoxib chuân lÌ2N''^b M=38 i,08 Kết quả phân tích phổ khối lượng trình bày ở bảns 3.6 cho thấy khối lượim của các chất đều phù hợp với cônu thức dự kiến 29 3.2.2.3 Phân tích phổ cộng hưỏng từ hạt nhân proton (^H-NMR) và phố cộng hưỏng từ hạt nhân (^^C-NMR) của sản phẳm tổng họp Các mẫu chất Dion, 4-SAPH, Celecoxib và Celecoxib. .. số dược động học của celecoxib đuxỊc trình bày lần lượt ở bảng 1 và bảng 2 Bảng 1.2: Tác dụng ức chế cyclooxygenase của celecoxib, lC 5o(^iM) [18],[20],f27J COX-2 0,04 IC5 o( u M ) _ r COX -1 15 r Bảng 1.3: Một sô các thông sô du’Ọ động học của celecoxib[ l],[6],[18j ’c Cmax(ng/rnl) Tmax(ẵ^^) T l/2(giờ) 705 2,8 11,2 Chỉ định |3] Celecoxib (Celebrex) được chỉ định Irons các truủng hợp sau: Thoái hóa khớp: . chún.g tôi tiến hành đề tài Nghiên cứu quy trình tổng họ’p Celecoxib với các mục tiêu: 1. Tổng hợp celecoxib, xác định cấu trúc hóa học của sản phẩm tổng hợp được. 2. Khảo sát các các. pháp tổng hợp celecoxib bằng cách ngưng tụ một diceton (6) với hydraziii (7) đã được nghiên cứu từ lâu [12], [22], [26], [33'. - Tổng hợp hydrazin (7): Reddy và cộng sự đã đưa ra quy trình. tôi lựa chọn phươns; pháp tổng hợp celecoxib bằng phản ứng ngung tụ diceton với Phenylhydrazin để tiến hành khảo sát thực nghiệm nhằm xây dựng quy trình tổng hợp celecoxib trên quv mô phòng