NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH BÁN TÓNG HỢP CARBOCYSTEIN QUY MÔ 1,0 KG/MẺ Dương Văn Khoa' HDKH: PGS.TS Nguyễn Đình Luyện; ThS Nguyễn Văn Giang^ 'Lớp M1K64 - Trường Đại học Dược Hà Nội 'Bộ môn Công nghiêp Dược - Trường Đại học Dược Hà Nội Từ khóa: acid monocloacetic, carbocystein, L-cystin, L-cystein Tóm tắt Carbocystein bán tổng hợp từ hai nguồn nguyên liệu L-cystin L-cystein hydrocloricmonohydrat môi trường kiềm có sục khí N 2., cấu trúc sản phẩm khẳng định phương pháp phổ IR, MS 'H-NMR Khảo sát nâng cấp quy trình tổng hợp carbocysteỉn từ L-cystein quy mô 1,0 kg/mẻ Đặt vấn đề Carbocystein (CMC) dùng phổ biến để điều trị bệnh đường hô hấp Carbocystein có tác dụng làm lỏng dịch nhầy đường hô hấp, dùng trường họp rối loạn hô hấp, đặc biệt liên quan đến tăng tiết tăng độ nhầy nhớt viêm phế quản cấp mạn tính, giãn phế quản, viêm phế quản dạng hen khí phế thũng Carbocystein dùng điều trị hỗ trợ viêm tai, viêm xoang, viêm mũi họng, chảy dịch ống tai giảm việc tăng tiết trước phẫu thuật [3] Tuy nhiên, thị thường Việt Nam biệt dược chứa Carbocystein có nguồn gốc nhập chưa đơn vị tổng họp đươc nguyên liệu Do giá thành thành phẩm chứa carbocystein cao Để góp phần nghiên cứu tổng hợp nguyên liệu làm thuốc, thực đề tài "'Nghiên cứu cải tiến quy trình tổng hợp Carbocystein quy mô 1,0 kg/mẻ” với hi vọng áp dụng triển khai tổng hợp carbocystein quy mô công nghiệp Nguyên liệu phương pháp nghiên cứu Nguyên liệu L-cystin hydrocloric L-cystein hydrocloric monohydrat sản xuất phòng thí nghiệm tổng họp hóa dược, Bộ môn Công nghiệp Dược hóa chất cần thiết khác có nguồn gốc Sigma Aldrich, Trung Quốc Phương pháp nghiên cứu - Tổng họp hóa học theo sơ đồ sau + Tổng họp từ L-cystin [4], NHj HOOC- o » i ! ^ " o V 'S ^ V 'O H ’ì o^ ^ " ì N :H ^j ' OH L-cystin Carbocystein + Tổng hợp từ L-cystein hydroclorid [5, ] o o o HS NH2 HCI.H2O NaOH L-cystein hydroclorid monohydrat O NHj Carbocystein - Sử dụng phương pháp SKLM với hệ dung môi thích hợp, màu dung dịch Ninhydrin 1% aceton để theo dõi tiến trình phản ứng Xác định sợ độ tinh khiết sản phẩm SKLM đo nhiệt độ nóng chảy Khẳng định cấu ứúc sản phẩm phổ IR, MS phổ 'H-NMR Kiểm nghiệm sản phẩm carbocystein tổng họp theo tiêu chất lượng BP 2009 Kết Tổng hợp Carbocystein từ L-cystin Hòa tan 10,00g (0,042 mol) L-cystin 10,00g (0,106 mol) acid monocloacetic vào 50 ml nước bình cầu ba cổ 250 ml nhiệt độ phòng Nitơ sục liên tục trình phản ứng Thêm từ từ 27,0 ml NaOH 30% vào khối phản ứng, nhiệt độ trì khoảng 30°c Thêm tiếp 20g Kẽm hoạt hóa, khuấy 45 phút Sau lọc loại bỏ kẽm dư, dịch lọc điều chỉnh pH acid sulfuric Làm lạnh nước đá khoảng giờ, lọc kết tủa sản phẩm đem sấy 60°c giờ, thu sản phẩm thô Hiệu suất đạt 65%, nhiệt độ nóng chảy khoảng 188-193°c Tổng họp Carbocystein từ L-cystein hydrocloric monohydrat (L-CHM) Hòa tan hỗn họp gồm: 10,00g (0,057 mol) L-cystein hydrocloric monohydrat; 5,94g (0,063 mol ) acid monocloacetic vào ml nước sục N bình cầu cổ 250 ml nhiệt độ phòng Làm lạnh khối phản ứng 5°c Thêm từ từ 34,0 ml NaOH 5M vào khối phản ứng, nhiệt độ suốt trình phản ứng trì 0-5°C (chú ý: sục khí N suốt trình phản ứng) Sau khuấy thêm 10 phút, điều chỉnh pH dung dịch acid hydrocloric 5M Làm lạnh khối phản ứng nước đá giờ, L-cystein dư tủa lại Lọc loại tủa L-cystein, thu lấy dịch lọc Điều chỉnh pH dịch lọc 2,8 acid hydrocloric 2M Sau làm lạnh dịch pH 2,8 nước đá CMC kết tinh dạng muối nội Lọc thu lấy tinh thể, sấy 60°c thu sản phẩm thô Hiệu suất đạt 98-100%, nhiệt độ nóng chảy khoảng 185190°c Nhận xét: Phản ứng tổng họfp CMC từ L-CHM thực thuận lợi, có tính ồn định đạt hiệu suất cao Phản ứng tổng hợp CMC từ L-cystin có hiệu suất thấp hơn, diễn phức tạp hơn, có sử dung tác nhân kẽm để khử sau phải loại kẽm dư * Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất phản ứitg tổng hợp Carbocystein từ L-cyStein hydroclorìcmonohydrat: - Tỷ lệ mol MCA L-cystein.HCl.H2O Thí nghiệm tiến hành trên, kết khảo sát tỷ lệ mol MCA : L-cystein.HCl.H2O thể bảng 1: Bảng Kết khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ mol MCA : L- CHM tới hiệu suất phản ứng Tỷ lệ SÔ KL Hp, KL KL moi MCA: MCM stt thô T°„c (°C) L-CHM (g) M CA(g) L-CHM (%) (g) ,0 4,85 0,90 8,46 91,67 187-190 10 ,0 5,38 ,0 9,68 94,35 185-188 5,92 ,0 ,1 185-187 10,15 99,00 ,0 6,19 1,15 10,08 98,24 186-189 10 ,0 6,46 ,2 ,1 98,56 187-189 tỷ lệ, hiệu suất gần không đổi - Nhiệt độ phản ứng Thí nghiệm tiến hành với tỷ lệ số mol MCA: L-CHM= 1,1; kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu suất phản ứng thể bảng : Bảng Ket khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu suất phản ứng Nhiệt KLLKLM CA KLCM C Hp„ thô s tt T%e(°C) độ CHM (g) (%) (g) (g) 0-5 ,0 5,92 10,15 99,00 185-188 15-20 ,0 5,92 ,1 98,56 186-189 30-35 ,0 5,92 ,0 97,53 185-189 45-50 ,0 5,92 7,94 77,46 185-190 Nhận xét: Nhiệt độ không ảnh hưởng tới hiệu suất phản ứng khoảng 0-30°C (có thể thực phản ứng nhiệt độ phòng), nhiệt độ tăng 45°c, hiệu suất phản ứng giảm mạnh - NỒngđộNaOH Thí nghiệm tiến hành trên, kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ NaOH tói hiệu suất phản ứng thể bảng 3: Bảng Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ NaOH tới hiệu suất phản ứng KL Hputhô KL KL Nồng độ T°„c(°C) s tt MCM (g) (%) L-CHM (g) MCA (g) NaOH 98,24 185-188 ,0 5,92 10,08 97,67 ,0 184-187 10 ,0 5,92 6,5 10,04 97,88 185-188 10 ,0 5,92 7,5 80,43 186-191 10 ,0 5,92 8,5 8,25 => Có thê thay NaOH 5M băng NaOH 7,5M đê giảm thê tích khôi p ìản ứng mà không ảnh hưởng tới hiệu suất phản ứng, tăng nồng độ NaOH lên cao hiệu suất phản ứng giảm Tinh chế Cách 1: Tính chế nước nóng Hòa tan lOg sản phẩm thô vào ữong 500 ml nước sôi, lọc nóng thu dịch lọc Dịch lọc để kết tinh lạnh qua đêm CMC kết tinh dạng tinh thể trắng, lóng lánh Lọc, rửa nước lạnh, sấy 60°c Hiệu suất trình kết tinh khoảng 85-95%, nhiệt độ nóng chảy 204-209“C Cách 2: Tinh chế acid Tạo hỗn dịch CMC thô với dung dịch HCl 2N (HCl dư khoảng 25%) Đun sôi hỗn dịch phút, làm lạnh 30°c Điều chỉnh pH dung dịch đến 2,8 NaOH 2N Sản phẩm carbocystein kết tủa Lọc rửa tủa sản phẩm tới hết ion cr Sản phẩm đạt độ tinh khiết 99,5% Hiệu suất trình tinh chế đạt 85-95% Nhiệt độ nóng chảy; 204-205°c Nâng cấp quy trình tổng hợp CMC từ L-CHM Điều kiện: + Cấp khí N suốt trình phản ứng + Nhiệt độ < 30°c + T ỷlệm olM C A :L-C H M = 1,1 + Tinh chế sản phẩm nước nóng - Tổng hợp quy mô 100 g/mẻ, thu bảng số liệu: KL KL L -C H M (g) M C A (g) ^NaOH 7,5M (ml) 110,00 65,00 110,00 110,00 stt C M C (g) Hsau tình chế (% ) T°„e (°c ) 250 102,80 91,12 204-205 65,00 250 102,53 90,88 204,5-205,5 65,00 250 103,06 91,35 204,5-205,5 102,80 91,12 Trung bình - , - Tông họp quy mô 500 g/mẻ s„ KL KL KL Hsau tinhchế M C A (g) VnbOH 7,5M (ml) L -C H M (g) C M C (g) (% ) 540,00 320,00 1230 499,13 90,12 204,5-205,5 540,00 320,00 1230 495,86 89,53 204-205 540,00 320,00 2130 497,19 89,77 204,5-205,5 497,39 89,81 Hsau tinh chế Trung bình -Tông họp quy mô 1,0 kg/mẻ stt KL KL KL VnsOH KL L -C H M (g) MCA(g) 7,5M (ml) C M C (g) 1 0 ,0 650,00 2500 1 0 ,0 650,00 1 0 ,0 650,00 Trung bình T°,.o (°c ) T °„ e (°C ) 989,77 (% ) 87,73 204-205 2500 993,27 88,04 204,5-205,5 2500 991,92 87,92 205,5-205,5 991,95 87,90 Bàn iuận - Quá trình tổng hợp CMC từ nguồn nguyên liệu L-CHM cho ta nhiều ưu hẳn với trình tổng hợp CMC từ nguồn nguyên liệu L-cystin hiệu suất cao, trình đon giản qua giai đoạn, sản phẩm dễ tinh chế, xử lý - Trong trình tổng hợp, yếu tố quan ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất phản ứng sục khí N Nhận thấy có khác biệt rõ rệt có không sục khí N - Nhiệt độ phản ứng không ảnh hưỏng nhiều tới hiệu suất phản ứng khoảng 0-30°C IGii nhiệt độ cao, 45°c, (đặc biệt cho NaOH nhanh vào làm tăng nhiệt độ khối phản ứng) môi trường kiềm L-cystein dễ bị oxy hóa thành L-cystin làm hiệu suất phản ứng giảm mạnh Phản ứng oxy hóa L-cystein: o nNhH,2 o HS NH2 NaOH ẩ , L-cystin OH NH, L-cystein - Tỷ lệ số mol chất tham gia phản ứng (L-CHM) tác nhân alkyl hóa (MCA) có ảnh hưởng lófn tới hiệu suất phản ứng, tỷ lệ số mol thích hợp MCA:L-CHM= 1,1 - Khi tăng quy mô mẻ, thay NaOH 5M NaOH 7,5M để giảm thể tích khối phản ứng mà đảm bảo hiệu suất trình tổng họp - Tinh chế nước nóng cho hiệu suất cao, đơn giản thân thiện với môi trường không sử dụng hóa chất, nhiên độ tinh khiết sản phẩm thấp phương pháp kết tinh acid - Khi triển khai với quy mô lớn hon, hiệu suất tổng hợp có giảm nhẹ Kết luận Tổng hợp thành công Carbocystein có hàm lưọfng đạt tiêu chuẩn Dược điển Anh 2009 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất phản ứng tổng hợp carbocystein từ L-cystein hydrocloricmonohydrat, tối ưu hóa quy trình tổng hợp, ữiển khai sản xuất quy mô lớn để tổng hợp Carbocystein nước nhằm phục vụ nhân dân hạ giá thành sản phẩm Tài liệu tham khảo Bộ’ Y Tế (2009), Dược Điển Việt Nam IV Phạm Thị Hiền (201 ụ , Nghiên C U tổng họp Carbocystein, Khóa luận tốt nghiệp dược sĩ, Trưòmg Đại học Dược Hà Nội http://viemphequan.blogspot.eom/2011/01/cac-benh-duong-ho-hap-moi-quantam-cua html#more Earl Pierson, Haưisonburg and Max Tishler (1946), Processes for preparing substituted propanoic acid, u s 2460785, The Unites States Patent and Trademark Office Maurice Joullie, Michel Laure, Gabriel Maillard et Piere Muller (1962), "‘‘Dérivés de cysteine et leur préparation” Maurice Joullie, Saint-Germain-en-Laye, Michel Laure, Chatillon-sousBagneux and Gabriel Maillard (1967), Nail strengthener containing Scarboxymethylcysteine and salts thereog, u s 3326762, The Unites States Patent and Trademark Office ... 991,95 87,90 Bàn iuận - Quá trình tổng hợp CMC từ nguồn nguyên liệu L-CHM cho ta nhiều ưu hẳn với trình tổng hợp CMC từ nguồn nguyên liệu L-cystin hiệu suất cao, trình đon giản qua giai đoạn,... thiện với môi trường không sử dụng hóa chất, nhiên độ tinh khiết sản phẩm thấp phương pháp kết tinh acid - Khi triển khai với quy mô lớn hon, hiệu suất tổng hợp có giảm nhẹ Kết luận Tổng hợp thành... carbocystein từ L-cystein hydrocloricmonohydrat, tối ưu hóa quy trình tổng hợp, ữiển khai sản xuất quy mô lớn để tổng hợp Carbocystein nước nhằm phục vụ nhân dân hạ giá thành sản phẩm Tài liệu