NGHIÊN cứu TỔNG hợp một vài dẫn XUẤT TAN tốt hơn TRONG nước của ARTEMISININ

Các chất có khả năng kháng ký sinh trùng Plasmodium đã được nghiên cứu và sử dụng trong truyền thống là: nhóm Quinine, Aminoacridin, Biguamid, Pyrimethamin, các sulfamid… Vấn đề nảy sinh

MỤC LỤC

A.MỞ ĐẦU 1

1 Giới thiệu chung về đề tài 1

1.1 Giới thiệu về bệnh sốt rét 1

1.2 Giới thiệu về artemisinin 2

1.3 Hướng nghiên cứu hiện nay 2

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 3

3 Các nội dung chính và giới hạn của đề tài 3

4 Tổng quan tài liệu 4

5 Hóa chất và thiết bị 5

5.1 Nguyên liệu và hóa chất 5

5.2 Dụng cụ và thiết bị 5

6 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 6

7 Kế hoạch thực hiện 6

B.NỘI DUNG 7

1 Sơ lược nguyên liệu và hóa chất 7

1.1 Artemisinin 7

1.2 Ethanolamine 9

1.3 Hydroxylamine 10

2 Phương án tiến hành tổng hợp 10

C.KẾT LUẬN 12

TÀI LIỆU THAM KHẢO 13

A MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu chung về đề tài

1.1.Giới thiệu về bệnh sốt rét

Bệnh sốt rét đã từng được Hypocrate mô tả cách đây hơn 2000 năm Nhưng tới năm 1897 thì Ross (Anh) mới chứng minh được vai trò truyền bệnh của muỗi Trong

đó, yếu tố đầu tiên quyết định sinh bệnh sốt rét là giống ký sinh trùng Plasmodium ký

sinh trên cơ thể người thông qua vật chủ trung gian truyền bệnh là muỗi Anopheles Đời sống ký sinh trùng tương đối ngắn, nhưng quá trình sinh sản nhân lên nhanh và nhiều nên tồn tại kéo dài trong cơ thể.3

Dịch bệnh này bùng phát trên toàn thế giới, đặc biệt là các vùng có điều kiện về địa hình và khí hậu thuận lợi cho muỗi gây bệnh sinh sôi và phát triển Điển hình là Việt Nam, một vùng có nhiều sông ngòi, hồ ao, mương rạch, rừng cây rậm rạp Hơn nữa, không có tình trạng miễn dịch tự nhiên trong sốt rét, tuy là có vài tình trạng ngoại

lệ nhưng không ổn định và toàn diện Do đó cần sử dụng thuốc chống sốt rét để điều trị bệnh

Các chất có khả năng kháng ký sinh trùng Plasmodium đã được nghiên cứu và

sử dụng trong truyền thống là: nhóm Quinine, Aminoacridin, Biguamid, Pyrimethamin, các sulfamid…

Vấn đề nảy sinh là sự kháng thuốc của ký sinh trùng Plasmodium Đặc biệt là

loại ký sinh trùng P.falciparum có thể giết chết bệnh nhân trong một vài giờ, làm cho

dịch sốt rét trở lại trầm trọng Hơn nữa dện tích thế giới sống trong vùng có hiểm họa sốt rét với khoảng hơn 500 triệu người mắc bệnh và số tử vong hàng năm lên tới 2 – 3 triệu mà phần lớn nạn nhân là trẻ nhỏ.2

Hiện nay ở Việt Nam, bệnh sốt rét được coi là vấn đề sức khỏe hàng đầu của cộng đồng, là một trong những nguyên nhân gây nghèo đói và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của con người Chương trình Quốc gia phòng chống sốt rét của Việt Nam ước tính có khoảng 36 triệu người sống trong vùng sốt rét lưu hành Trong

nhân dân có thể lên dến 30 – 40%, làm mất nhiều sức lao động, ảnh hưởng rất lớn đến

sự phát triển kinh tế, xã hội.1

1.2.Giới thiệu về artemisinin

Năm 1972, trong một chương trình nghiên cứu có tên là Project 523 được

thành lập bởi quân đội Trung Quốc, Tu Youyou đã phát hiện ra Artemisinin – Một hợp chất lacton sesquiterpene tự nhiên được tìm thấy trong phần lá của cây Artemisia annua (Qinghao) – chứa cầu endoperoxide đóng vai trò quan trọng trong chống sốt rét Trong những phản ứng lâm sàn đầu tiên cho thấy khả năng kháng bệnh của Artemisinin cao và ít độc hại Tuy nhiên, nó có nhược điểm là độ hòa tan thấp trong nước hoặc dầu gây khó khăn trong quá trình điều trị cho những bệnh nhân nặng Thêm vào đó là khả năng tái phát bệnh cao Để khắc phục điều này, một chương trình sữa đổi cấu trúc của Artemisinin đã được thực hiện.11

Nghiên cứu dẫn xuất Artemisinin là hướng đi đúng đắn nhằm cải thiện những nhược điểm đó Nhiều công trình đã được công bố nhằm tối ưu hóa thuốc đặc trị sốt rét Chẳng hạn như những nghiên cứu về Artenimol, Artesunate, Artemether và nhiều dẫn xuất khác Nhưng artesunate được đưa vào sử dụng rộng rãi hiện nay Các quy

trình điều chế Artesunate được nêu rất cụ thể trong đề tài Preparative Process For Artesunate From Artemisinin của Degani, Narkhede, Pedgaonkar, Chaval, Sharma,

đăng trên INTERNATIONAL APPLICATION PUBLISHED UNDER THE PATENT COOPERATION TREATY

Tuy artesunate và artemether đã đóng góp rất lớn trong điều tri sốt rét so với thuốc cổ điển, nhưng vấn đề tồn tại lại tiếp tục đặt ra Đó là tình trạng kháng thuốc và tái phát bệnh bắt đầu xảy ra ở campuchia và đang lan rộng sang Myanmar, Thái Lan, Việt Nam Việc tìm ra một thuốc điều trị tối ưu hơn đang là vấn đề cấp thiết giúp nhân loại chặn đứng dịch bệnh sốt rét

1.3.Hướng nghiên cứu hiện nay

Một chất mới được nghiên cứu cần phải đáp ứng yêu cầu về hoạt tính kháng sốt rét cao, dễ hòa tan trong nước và bền với điều kiện phản ứng

Hiện nay, dẫn xuất azaartemisinin đang là hướng đi mới có nhiều triển vọng

Bởi vì thông qua kiểm tra in vitro và in vivo cho một số chất

N-substituted 11-azaartemisinin cho thấy rằng hoạt tính chống sốt rét của chúng bằng

hoặc cao hơn artemisinin

N O

H3C

O

CH 3

H CH3

H

O O

R

N-substituted 11- artemisinin

Trên cơ sở đó, tiến hành điều chế các dẫn xuất với hi vọng đưa thêm các nhóm

phân cực vào phân tử artemisinin để cải thiện độ hòa tan trong nước, nhưng vẫn giữ

hoặc tăng thêm hoạt tính Theo thực nghiêm, dẫn xuất hoạt động nhất là

N-(2-hydrox-yethyl)-11-azartemisininin Hoạt tính của nó so với artemisinin thì gấp 26 lần in vitro

và gấp 4 lần in vivo.7

Từ những thông tin nêu trên, trong đề tài này, tôi sẽ tổng hợp ít nhất một dẫn

xuất tan tốt trong nước là N-(2-hydroxyethyl)-11-azartemisininin

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Xuất phát từ vấn đề trên, đề tài “Nghiên cứu tổng hợp một vài dẫn xuất tan tốt

hơn trong nước của Artemisinin” nhằm mục đích tìm ra ít nhất một dẫn xuất mới có

khả năng tan tốt hơn trong nước để nâng cao hiệu suất kháng sốt rét của Artemisinin

3 Các nội dung chính và giới hạn của đề tài

- Dự đoán các hợp chất có khả năng tan tốt trong nước

N O

H3C

O

CH3

H CH3

H HO

N-(2-hydroxyethyl)-11-temisininin

O O

N O

H3C

O

CH3

H CH3

H HO

N-hydroxy-11-artemisinin

O O

- Tiến hành tổng hợp ít nhất một dẫn xuất nêu trên theo quy trình có sẵn

và tối ưu hóa chúng để năng cao hiệu suất

- Khảo sát độ tan của dẫn xuất vừa tổng hợp

4 Tổng quan tài liệu

Trong nước:

Đề tài “Nghiên cứu chuyển hoá artemisinin thành một số dẫn xuất

azaartemisinin” của Phan Đình Châu; Hồ Đức Cường; Trần Thị Mỹ Hạnh; Trần Khắc

Vũ; Trương Thị Thanh Nga; Nguyễn Văn Tuyến; Nguyễn Đức Vinh (2005)

Ngoài nước:

- Quy trình điều chế N-Amino-11-azaartemisinin, N-Hydroxy-11-azaartemisin và N-Ethanol-11-azaartemisin của Ajit Shankar Singh, Ved Prakash Verma, Mohammad

Hassam, Naikade Niraj Krishna, Sunil K Puri và Chandan Singh: Artemisinin phản ứng với hydrazine hydrate trong methanol ở nhiệt độ phòng khoảng 1 giờ, sau đó khuấy với silica gel và 20% H2SO4 trong sự hiện diện của

2,4-di-tert-butylphenol trong CHCl3 để hình thành hổn hợp

N-amino-11-azaartemisinin và N-amino-10-azadeoxyartemisinin Ta sẽ thu được lượng N-amino-11-azaartemisinin tới 70% khi bước đầu tiên của chuổi phản ứng được

điều chỉnh trong hệ MeOH-CHCl3 với tỉ lệ 3:7 khoảng 1 giờ ở OC Dạng deoxy sẽ không hình thành dưới điều kiện này Sử dụng quy trình như trên, thay hydrazine

hy-drate bằng hydroxylamine, ethanolamine ta thu được N-Hydroxy-11-azaartemisin và N-Ethanol-11-azaartemisin.4

- Quy trình điều chế N-Ethanol-11-azaartemisin của Mai M Al-Oqail: Cho hổn

hợp dung dịch gồm 0.5 mL ethanolamine và 5 ml methanol vào 500 mg Artemisinin ở nhiệt độ phòng Dung dịch được khuấy khoảng 3h Sau đó đem dung dịch cô dưới áp suất thấp, cho phần dư lượng là chất rắn màu vàng nhạt Dư lượng này được hòa tan tiếp tục trong 70 mL dichloromethane, sau đó thêm tiếp tục 47 mg BHT, 15% H2SO4,

4 g Silicagel Sau đó khuấy qua đêm ở nhiệt độ phòng thu được hổn hợp phản ứng Lọc hổn hợp trên Và silica gel được rửa nhiều lần bằng dichloromethane Dịch hữu cơ được hợp lại và cô dưới áp suất thấp thu được dư lượng ở dạng gel Tiến hành săc kí

cột với dung môi chạy cột là dichloromethane thu được chất rắn tinh thể Đó là

N-Ethanol-11-azaartemisin.7

5 Hóa chất và thiết bị

5.1.Nguyên liệu và hóa chất

5.2.Dụng cụ và thiết bị

Dụng cụ:

- Ống hút, pipet, đũa thủy tinh, cá từ, lọ thủy tinh, chai đựng mẫu,

- Ống đong 50 mL, 25 mL, 10 mL, 5 mL

- Bình tam giác 50 mL, 100 mL, 250 mL

- Cốc thủy tinh 50 mL, 100 mL, 250 mL

- Bình định mức 100 mL, 500 mL

- Giấy đo pH, giấy lọc

Thiết bị:

- Máy khuấy từ gia nhiệt (Heating Magnetic Stirrer–VELP Scientifica)

- Cân điện tử Mettler Toledo Ab204, Sartorius GP 1503 P

- Hệ thống đun hồi lưu, máy cô quay

- Artemisinin

- Ethanolamin

- Hydroxylamin

- Methanol, cloroform

- BHT

- nhựa H+

- SiO2, H2SO4

- Nước cất

- Tủ sấy thường, cân thường

6 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là các dẫn xuất mới của Artemisinin có khả năng tan tốt

hơn trong nước

Phạm vi nghiên cứu

- Luận văn được thực hiện tại phòng thí nghiệm số 15, Viện Công Nghệ Hóa Học Số 1, Mạc Đĩnh Chi, Phường Bến Nghé, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh

- Thời gian thực hiện: từ 01/09/2011 đến 01/09/2012

Phương pháp nghiên cứu

- Tập trung tài liệu trên sách, tạp chí, webside và thông tin liên quan từ thầy cô

và anh chị đi trước

- Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm:

o Tinh chế chất bằng phương pháp kết tinh lại, xử lý lại dung môi bằng chưng cất hồi lưu

o Tổng hợp aza bằng phản ứng thế

o Phân tích sản phẩm bằng sắc ký, nhận danh sản phẩm bằng phương pháp phổ

7 Kế hoạch thực hiện

- 01/09/2011 đến 01/10/2011: Tập hợp tài liệu

- 02/10/2011 đến 17/11/2011: Tiến hành tổng hợp các dẫn xuất Artemisinin

dự đoán tan tốt trong nước theo quy trình có sẵn

- 18/11/2011 đến 18/03/2012: Tiến hành thử nghiệm những thay đỗi về điều kiện phản ứng của quy trình trên nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm

- 19/03/2012 đến 01/05/2012: Khảo sát thêm dẫn xuất azaartemisinin khác nếu còn thời gian

- 02/05/2012 to 01/09/2012: Tập trung kết quả thực nghiệm để viết báo cáo luận văn

B NỘI DUNG

1 Sơ lược nguyên liệu và hóa chất

1.1.Artemisinin

O O

H3C

O

CH3

H CH3

H

O O

Artemisinin

Artemisinin là một sesquiterpene lactone có chứa một cầu nối peroxide bất

thường – là chìa khóa để tiêu diệt ký sinh trùng Plasmodium falciparum và loại bỏ các tế bào ung thư vú - được chiết suất từ cây thanh hao hoa vàng (Artemisia annua

L.) Đây là loại cây thảo dược lâu năm, mọc hoang thành từng đám, phát triển ở nhiều nước như Trung Quốc, Việt Nam, nam châu Âu, Argentina Toàn cây thơm, cao trên 1m, hoa có màu vàng nhạc Thành phần hóa học của cây chứa khoảng 0.3 – 0.5%

artemisinin và các tinh dầu như campho, 1,8-cineol, β-farsenen, β-caryophyllen

Các phương pháp định lượng và định tính Artemisinin trong quá khứ như TLC, HPLC-UV hấp thu tại bước sóng 260 nm, HPLC-EC, GC-MS, GC-FID và ELISA Nhưng các phương pháp này bị hạn chế về chi phí thiết bị, tốn thời gian, khả năng phát hiện… Hiện nay, phương pháp phân tích HPLC-ELSD đang được sử dụng phổ biến cho phân tích Artemisinin và các dẫn xuất với khả năng phát hiện các chất có hoặc không có cầu peroxide và tiết kiệm thời gian hơn.5

Artemisinin được chiết bằng cách sử dụng các dung môi để chiết xuất như: rượu, chloroform, acetone, hexane Việc tổng hợp và bán tổng hợp Artemisinin đã được công bố rất nhiều cả trong và ngoài nước Có thể tổng hợp artemisinin từ

citronellal, isolimonene, artemisic acid, 6 Điển hình là tổng hợp của Zhou (1979) và Ravindranathan (1990)

Ngày nay, Artemisinin đã được xác định chính xác là một nguyên liệu đầu dùng để điều chế các chất có hoạt tính dược học.6 Mô tả nguyên liệu như sau:

Công thức : C15H22O5

Phân tử lượng : 282.3

Tên hóa học : (3R, 5aS, 6R, 8aS, 9R, 12S,

12aR)-Octahydro-3,6,9-trimethyl-3,12-epoxy-12H-pyrano[4.3-j]-1,2- benzodioxepin-10(3H)-one

Độ hòa tan : Hầu như không tan trong nước, tan nhanh trong

dichloromethane, tan tự do trong acetone và ethylacetate, tan trong

Bảo quản : Artemisinin được bảo quản trong hộp đóng kín,

để nơi khô mát và tránh ánh sáng

Hình thức : Tinh thể hình kim không màu hoặc bột kết tinh

màu trắng

Điểm chảy : 151°C - 154°C

Năng suất quay cực : Sử dụng 1 lượng dung dịch 10mg/ml trong

ethanol khan; [a]20D = +75° ÷ +78°

Khối lượng mất do sấy khô : Sấy tới nhiệt độ 800C, hàm lượng mất do sấy không quá 5.0mg/g

Ngoài ra, về mặt lập thể thì Artemisinin chứa 7 trung tâm lập thể, nên có thể

có 27 đồng phân Tồn tại hai cấu hình là α và β nhưng không ảnh hưởng đến hiệu lực,

độ an toàn và chất lượng của artemisinin

Đặc biệt, cầu peroxide chính là nòng cốt chống bệnh sốt rét, nên nếu phá hủy cầu peroxide như deoxyartemisinin thì không còn hoạt tính đó nữa Năng lượng liên kết của cầu peroxide gần bằng 30 kcal/mol Vì đặc điểm này mà những công trình nghiên cứu mới về các dẫn xuất dihydroartemisinin hay những ester, ether, carbonate của nó vẫn còn giữ nguyên cầu peroxide Và gần đây là những nghiên cứu về azaartemisinin

Cơ chế tác dụng: có bằng chứng cụ thể đưa ra rằng việc tiêu diệt ký sinh trùng được giải thích là do các gốc tự do Cơ chế hoạt động có thể diễn ra theo hai bước Bước đầu tiên, các hợp chất artemisinin bị hoạt hóa bởi các heme hoặc phân tử sắt để hình thành gốc tự do và các chất thân điện tử Bước tiếp theo, các phần mang hoạt tính này sẽ phản ứng với các protein liên kết với màng tế bào nhiễm sốt rét.10

Để khắc phục những hạn chế về độ tan và độ bền của artemisinin, chương trình thay đổi cấu trúc hóa học của artemisinin được đưa ra năm 1976 dẫn đến các chất mới như artemether, artesunate đã được phê duyệt ở Trung Quốc 1987 Nhưng bệnh sốt rét không chỉ là căn bệnh khó trị mà còn rất dễ tái phát Hiện nay, khả năng tái phát bệnh đang diễn ra trong diện rộng Và, dẫn xuất azaartemisinin đang được nghiên cứu rộng rãi để đáp ứng một loại thuốc có hiệu lực kháng bệnh cao

1.2.Ethanolamine

Ethanolamine, còn được gọi là 2-aminoethanol hoặc Monoethanolamine (thường được viết tắt là ETA hoặc MEA), là một hợp chất hữu cơ chứa một amin nhất cấp (do một nhóm amin ) và một nhóm rượu (do một nhóm hydroxyl) Giống như các amin khác, Monoethanolamine hoạt động như là một base yếu Ethanolamine là một chất lỏng nhớt, không màu, dễ cháy và độc với một mùi tương tự như của amoniac

MEA được điều chế bằng phản ứng của ethylene oxide với amoniac

O

+ NH3

NH2

HO

HO

H N

OH

OH

+ +

MEA được sử dụng trong các dung dịch nước để lọc một số khí có tính axít Chẳng hạn như loại bỏ carbon dioxide trong khí thải Nó còn được sử dụng làm

chất ức chế ăn mòn, chất trung gian hóa học, Ví dụ, ethanolamine phản ứng với amoniac thu được ethylenediamine :

NH2

HO

NH3 cat.

+

NH2

H2N +

Trong công thức dược phẩm, MEA chủ yếu được sử dụng làm chất đệm hoặc tạo nhũ

1.3 Hydroxylamine

N O H

H H

Hydroxylamin là một hợp chất vô cơ với công thức NH2OH Chất tinh khiết có một màu trắng, tinh thể không ổn định, dễ hút ẩm Tuy nhiên, hydroxylamine hầu như luôn luôn được cung cấp và sử dụng như một dung dịch Nó được sử dụng để điều chế oximes, một nhóm chức quan trọng Đây cũng là một trung gian trong quá trình nitrat hóa sinh học

NH2OH có thể được điều chế thông qua một số con đường Các con đường

chính là thông qua tổng hợp Raschig Hydroxylamin cũng có thể được điều chế bởi sự

khử axit nitric hoặc kali nitrit với bisulfite

Hydroxylamine và các muối của nó thường được sử dụng như chất khử trong

vô số các phản ứng hữu cơ và vô cơ Chúng cũng có thể hoạt động như chất chống oxy hóa acid béo Muối nitrat, hydroxylammonium nitrat đang được nghiên cứu như là một nhiên liệu tên lửa cả dạng lỏng và dạng rắn

2 Phương án tiến hành tổng hợp

Thay thế vị trí O-11 thành N-11 theo cơ chế chung như sau: