Nghiên cứu tổng hợp mafenid acetat từ alcol benzylic quy mô 100 g mẻ

Theo đó, mục tiêu của chương trình là nghiên cứu tạo ra những công nghệ có chất lượng cao ở trong nước, kết hợp với nhập khẩu, làm chủ và ứng dụng công nghệ tiên tiến, hiện đại của nước

Bộ môn Công nghiệp Dược

Trường Đại học Dược Hà Nội

HÀ NỘI - 2016

LỜI CẢM ƠN

Không có thành công nào mà không có những hy sinh thầm lặng, để hoàn

thành được khóa luận này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS.TS

Nguyễn Đình Luyện, Trưởng Bộ môn Công nghiệp Dược Trường Đại học Dược

Hà Nội;TS Nguyễn Văn Hải, Giảng viên bộ môn Công nghiệp Dược Trường Đại học Dược Hà Nội; DS Chu Ngọc Khánh - những người thầy đã trực tiếp hướng

dẫn, tận tình chỉ bảo giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện khóa luận này

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy ThS Nguyễn Văn Giang, người đã

cho tôi nhiều ý kiến quý báu, những trao đổi khoa học và nhận xét bổ ích trong quá trình thực hiện khóa luận

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu cùng toàn thể các thầy cô giáo trường Đại học Dược Hà Nội, đặc biệt là những thầy cô trong bộ môn Công Nghiệp Dược, đã luôn tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đặc biệt là các bạn cùng làm đề tài tốt nghiệp tại phòng thí nghiệm tổng hợp hóa dược - Bộ môn Công nghiệp Dược

đã luôn ở bên, giúp đỡ và là nguồn động viên to lớn giúp tôi hoàn thành khóa luận này

Hà Nội, ngày 4 tháng 5 năm 2016

Sinh viên

Bùi Phúc Tiến

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

ĐẶT VẤN ĐỀ ……… ……… ………1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……… 3

1.1 Tổng quan về mafenid acetat 3

1.1.1 Cấu trúc hóa học 3

1.1.2 Tính chất lý hóa 3

1.1.3 Phương pháp định tính và định lượng 3

1.1.3.1 Định tính 4

1.1.3.2 Định lượng 4

1.1.4 Tác dụng dược lý và chỉ định 4

1.1.4.1 Dược lý 4

1.1.4.2 Dược động học 5

1.1.4.3 Chỉ định 5

1.1.4.4 Tác dụng phụ 5

1.1.4.5 Chống chỉ định 5

1.1.4.6 Dạng thuốc và hàm lượng 5

1.1.4.7 Biệt dược chứa mafenid acetat 6

1.2 Các Phương pháp tổng hợp mafenid 6

1.2.1 Tổng hợp mafenid qua trung gian N-benzylacetamid 6

1.2.2 Tổng hợp qua trung gian N-benzylphthalimid 7

1.2.3 Tổng hợp mafenid qua trung gian acid p-aminosulfonylbenzoic 8

1.2.4 Tổng hợp mafenid qua p-toluensulfonyl clorid 9

1.2.5 Tổng hợp mafenid qua trung gian succinimid 9

1.3 Phản ứng Ritter 11

1.3.1 Giới thiệu chung 11

1.3.2 Cơ chế của phản ứng Ritter 11

1.3.3 Phạm vi áp dụng 11

1.3.4 Ứng dụng phản ứng Ritter trong tổng hợp mafenid 12

1.4 Phản ứng tạo base Schiff 12

1.4.1 Giới thiệu chung 12

1.4.2 Cơ chế phản ứng tạo base Schiff 12

1.4.3 Ứng dụng phản ứng tạo base Schiff trong tổng hợp mafenid acetat 13

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU … 13

2.1 Nguyên liệu và thiết bị 14

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất 14

2.1.2 Thiết bị 14

2.2 Nội dung nghiên cứu 15

2.3 Phương pháp nghiên cứu 15

2.3.1 Tiến hành tổng hợp hóa học các chất trung gian

trên con đường tổng hợp mafenid acetat 15

2.3.2 Kiểm tra độ tinh khiết các sản phẩm của phản ứng 16

2.3.3 Phương pháp tinh chế sản phẩm 16

2.3.4 Phương pháp xác định cấu trúc 17

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN……… 18

3.1 Tổng hợp mafenid acetat quy mô phòng thí nghiệm 18

3.1.1 Tổng hợp N-benzylacetamid 18

3.1.1.1 Tiến hành 18

3.1.1.2 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng Ritter 19

a Ảnh hưởng của yếu tố thời gian đến hiệu suất phản ứng 19

b Tỉ lệ mol acetonitril và alcol benzylic 20

3.1.2 Tổng hợp p-(acetamidomethyl)benzensulfonamid 21

3.1.2.1 Tiến hành 21

3.1.2.2 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng 22

a Tỉ lệ mol acid clorosulfonic và N-benzylacetamid 22

b Nhiệt độ phản ứng 22

3.1.3 Tổng hợp 4-(aminomethyl)benzensulfonamid 23

3.1.4 Tổng hợp 4-[(benzylidenamino)methyl]benzensulfonamid 24

3.1.5 Tổng hợp mafenid acetat 25

3.2 Kiểm tra độ tinh khiết 27

3.2.1 xác định sơ bộ qua giá trị Rf và t0nc 27

3.2.2 Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được 27

3.2.2.1 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (IR) 27

3.2.2.2 Kết quả phân tích phổ khối lượng (MS) 29

3.2.2.3 Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR) 30

3.2.2.4 Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ carbon (13C-NMR) 31

3.3 Tổng hợp mafenid acetat quy mô 50 g/mẻ 32

3.3.1 Tổng hợp N- benzylacetamid 32

3.3.2 Tổng hợp p-(acetamidomethyl)benzensulfonamid 33

3.3.3 Tổng hợp 4-(aminomethyl)benzensulfonamid 35

3.3.4 Tổng hợp 4-[(benzylidenamino)methyl]benzensulfonamid 36

3.3.5 Tổng hợp mafenid acetat 37

3.4 Tổng hợp mafenid acetat quy mô 100 g/ mẻ 39

3.4.1 Tổng hợp N-benzylacetamid 39

3.4.2 Tổng hợp p-(acetamidomethyl)benzensulfonamid 40

3.4.3 Tổng hợp 4-(aminomethyl)benzensulfonamid 41

3.4.4 Tổng hợp 4-[(benzylidenamino)methyl]benzensulfonamid 42

3.4.5 Tổng hợp mafenid acetat 43

3.5 Tinh chế mafenid acetat 44

3.6 Định lượng mafenid acetat theo USP 38 45

3.7 Bàn luận 48

3.7.1 Bàn luận về các phản ứng hóa học 48

3.7.1.1 phản ứng tổng hợp N-benzylacetamid (phản ứng Ritter) 48

3.7.1.2 Về phản ứng clorosulfo hóa 49

3.7.1.3 Về phản ứng tổng hợp mafenid base 51

3.7.1.4 Về phản ứng tạo imin 51

3.7.1.5 Về phản ứng tạo mafenid acetat 51

3.7.2 Bàn luận về phổ 52

3.7.2.1 Phổ IR 52

3.7.2.2 Phổ khối (MS) 52

3.7.2.3 Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR và 13C-NMR 53

a Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR) 53

b Về phổ cộng hưởng từ carbon (13C-NMR) 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

13

C-NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13 (13C nuclear magnetic

resonance) 1

H-NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H nuclear magnetic

resonance)

Hệ dung môi ethyl acetat : n-hexan = 7 : 3

Hệ dung môi n-butanol : acid acetic : nước = 9 : 2 : 2,5

IR Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy)

MS Phổ khối lượng (Mass spectroscopy)

Rf Hệ số lưu giữ (Retention factor)

SKLM Sắc kí lớp mỏng (Thin layer chromatography)

t0nc Nhiệt độ nóng chảy

μg

USP 38

Microgam The United States Pharmacopeia 38

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Danh mục các dung môi và hóa chất 14

Bảng 2.2 Danh mục các thiết bị, dụng cụ 14

Bảng 3.1 Kết quả khảo sát thời gian phản ứng…….……….……… 19

Bảng 3.2 Kết quả khảo sát tỉ lệ mol acetonitril và alcol benzylic 20

Bảng 3.3 Kết quả khảo sát tỉ lệ mol acid clorosulfonic và N-benzylacetamid 22

Bảng 3.4 Kết quả khảo sát nhiệt độ phản ứng 23

Bảng 3.5 Kết quả tổng hợp hóa học 26

Bảng 3.6 Rf và tonc của các chất tổng hợp được 27

Bảng 3.7 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại 28

Bảng 3.8 Kết quả phân tích phổ khối lượng của các chất II, III, IV, V, IV 29

Bảng 3.9 Kết quả phân tích phổ 1H-NMR của các chất II, III, IV, V, IV 30

Bảng 3.10 Kết quả phân tích phổ 13C-NMR của các chất II, III, IV, V, IV 31

Bảng 3.11 khảo sát về độ lặp lại của quy trình tổng hợp

p-(acetamidomethyl)benzensulfonamid 35

Bảng 3.12 Khảo sát độ lặp lại của quy trình phản ứng tổng hợp

chất (IV) và chất (V) 36

Bảng 3.13 Khảo sát sự lặp lại quy trình tổng hợp mafenid acetat

quy mô 50 g từ chất (IV) và (V) 38

Bảng 3.14 khảo sát về độ lặp lại của quy trình tổng hợp

p-(acetamidomethyl)benzensulfonamid 41

Bảng 3.15 Khảo sát độ lặp lại của quy trình phản ứng

tổng hợp chất (IV) và chất (V) 43

Bảng 3.16 Khảo sát sự lặp lại quy trình tổng hợp mafenid acetat

quy mô 100 g từ chất (IV) và (V) 45

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Sơ đồ 1.1 Tổng hợp mafenid qua trung gian N-benzylacetamid 6

Sơ đồ 1.2 Tổng hợp mafenid acetat từ benzylamin 7

Sơ đồ 1.3 Tổng hợp mafenid qua trung gian N-benzylphthalimid 8

Sơ đồ 1.4 Tổng hợp mafenid qua trung gian acid p-aminosulfonylbenzoic 8

Sơ đồ 1.5 Tổng hợp mafenid qua p-toluensulfonyl clorid 9

Sơ đồ 1.6 Tổng hợp mafenid qua trung gian succinimid 10

Sơ đồ 1.7 Cơ chế phản ứng Ritter 11

Sơ đồ 1.8 Cơ chế phản ứng tạo base Schiff 13

Sơ đồ 2.1 Con đường tổng hợp mafenid acetat từ alcol benzylic……… …….16

Sơ đồ 3.2 Quy trình tổng hợp mafenid acetat quy mô 100 g/mẻ 47

Sơ đồ 3.3 Cơ chế phản ứng Ritter của alcol benzylic 48

Sơ đồ 3.4 Cơ chế phản ứng clorosulfo hóa 50

Hình 3.1 Hình ảnh phổ 1H-NMR của (VI) trong dung môi D2O……… 54

Hình 3.2 Cấu trúc của imin V 54

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày 07 tháng 5 năm 2007, tại quyết định số 61/2007/QĐ-TTg, thủ tướng chính phủ đã phê duyệt “Chương trình nghiên cứu khoa học công nghệ trọng điểm quốc gia phát triển công nghiệp hóa dược đến năm 2020” Theo đó, mục tiêu của chương trình là nghiên cứu tạo ra những công nghệ có chất lượng cao ở trong nước, kết hợp với nhập khẩu, làm chủ và ứng dụng công nghệ tiên tiến, hiện đại của nước ngoài để sản xuất nguyên liệu hóa dược phục vụ ngành công nghiệp dược và công nghiệp bào chế thuốc chữa bệnh, tiến tới chủ động sản xuất thuốc ở trong nước Kể

từ đó đã có rất nhiều hợp chất mới được nghiên cứu, tổng hợp và ứng dụng vào thực tiễn ở Việt Nam

Bỏng là một trong những tai nạn thường gặp trong sinh hoạt và sản xuất trên thế giới, theo báo cáo, có khoảng 11 triệu ca bỏng cần chăm sóc y tế trên toàn thế giới và kết quả có 300.000 ca tử vong hàng năm Mỗi năm, có khoảng 70.000 ca bị bỏng được điều trị y tế ở Hoa Kỳ, trong đó có 20.000 người bị bỏng nặng phải điều trị ở các đơn vị điều trị bỏng đặc biệt; ước tính bệnh nhân bỏng chiếm 1% dân số thế giới [2], [13]

Tại Việt Nam, nghiên cứu dịch tễ từ năm 2005-2009 trên toàn quốc, kết quả cho thấy số trường hợp bỏng chiếm khoảng 1 % dân số cả nước, và chỉ 50 % được điều trị từ tuyến huyện trở lên.Trong đó đa số là những trường hợp bỏng từ cấp độ

II trở lên, rất dễ gây nhiễm khuẩn vết bỏng Từ đây, đòi hỏi phải lựa chọn những kháng sinh hợp lý để điều trị và dự phòng nhiễm khuẩn vết bỏng, mafenid là một trong những kháng sinh phù hợp [2],[13]

Mafenid, được dùng dưới dạng muối mafenid acetat, là một hoạt chất có tác dụng kháng khuẩn với phổ rộng, trên cả Gram (-), Gram (+), một số chủng vi khuẩn

kỵ khí và đặc biệt tác dụng tốt trên trực khuẩn mủ xanh Pseudomonas aerμginosa

Nó được xem là lựa chọn chính trong điều trị và là lựa chọn thứ hai trong phòng ngừa nhiễm trùng của tổn thương bỏng [19]

Tại Việt Nam hiện nay, các biệt dược từ mafenid đều có nguồn gốc ngoại nhập, chưa đơn vị nào tự tổng hợp được nguyên liệu này, do vậy giá thành sản

phẩm chứa mafenid còn khá cao

Để góp phần tổng hợp mafenid làm nguyên liệu làm thuốc, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng hợp mafenid acetat từ alcol benzylic quy mô 100 g/mẻ

- Độ tan: tan nhiều trong nước, methanol và DMSO [18]

- Hấp thụ IR: phổ hồng ngoại của mafenid acetat được đo trong dung dịch

KBr (0,5 %), bằng phương pháp FTIR

- Hấp thụ UV: phổ hấp thụ tử ngoại của mafenid acetat được đo ở nồng độ 1

mg/ml trong nước và trong methanol Đỉnh hấp thụ nằm giữa 220-267 nm, là đặc

trưng cho vòng thơm có trong cấu trúc [8]

1.1.3 Phương pháp định tính và định lượng

1.1.3.1 Định tính

+ Đo phổ hấp thụ hồng ngoại và so sánh với mẫu chuẩn

+ Đo nhiệt độ nóng chảy

+ Chạy sắc ký lớp mỏng (SKLM): giá trị Rf của mẫu thử tương ứng với giá trị Rf của mẫu chuẩn [20]

1.1.3.2 Định lượng

Cân chính xác khoảng 200 mg mafenid acetat, cho vào một bình định mức thể tích 100 ml, hòa tan và pha loãng bằng nước đến vạch, lắc đều Lấy 10 ml dung dịch này vào bình định mức 100 ml có chứa 1 ml HCl 1N, pha loãng bằng nước đến vạch, lắc đều Hòa tan một lượng chính xác mafenid acetat chuẩn trong dung dịch HCl 0,01N và pha loãng với cùng dung môi để có được một dung dịch chuẩn có nồng độ khoảng 200 μg/ml Đồng thời xác định độ hấp thụ của cả hai dung dịch trong các curvet 1 cm tại bước sóng hấp thụ cực đại vào khoảng 267 nm, với một máy quang phổ phù hợp, sử dụng dung dịch HCl 0,01N làm mẫu trắng Tính toán khối lượng, mg, của C7H10N2O2S.C2H4O2 trong phần mafenid acetat theo công thức:

KQĐL = (Au / As) (Cs / Cu).100 (%) Trong đó: Cs là nồng độ (μg/ml) của mafenid acetat chuẩn trong dung dịch chuẩn, Cu là nồng độ (μg/ml) của mafenid acetat trong dung dịch mẫu, Au và As là

độ hấp thụ của dung dịch mafenid acetat và dung dịch chuẩn tương ứng [20]

1.1.4 Tác dụng dược lý và chỉ định

1.1.4.1 Dược lý

Mafenid là một sulfonamid, phổ tác dụng rộng trên cả Gram (-), Gram (+),

Pseudomonas aerμginosa và một số chủng vi khuẩn kỵ khí [17]

 cơ chế tác dụng

Cơ chế tác dụng của mafenid cũng chưa rõ ràng, nhưng nhìn chung nó vẫn có tác dụng của một sulfonamid: ức chế cạnh tranh enzym dihydropteroat synthetase, một enzym tham gia tổng hợp folat, ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn Mafenid

không bị trung hòa bới acid p-aminobenzoic (PABA) trong huyết thanh, hay ở các

mô có mủ tiết ra, và phổ tác dụng trên vi khuẩn của mafenid và các sulfonamid

cũng khác nhau Hoạt tính của mafenid cũng không bị thay đổi theo nồng độ acid môi trường [16]

1.1.4.2 Dược động học

Khi sử dụng tại chỗ, mafenid acetat khuếch tán vào máu Khoảng 80 % liều dùng được phân bố đến các mô bị bỏng trong khoảng 4 h sau khi bôi dung dịch 5 % Nồng độ đỉnh đạt được sau 2 đến 4 h Sau khi hấp thu, mafenid được nhanh chóng

chuyển đổi thành p-carboxybenzensulfonamid, một chất chuyển hóa ức chế men

carbonic anhydrase yếu và không có hoạt tính kháng khuẩn, được đào thải qua thận [16] Do mafenid và chất chuyển hóa của nó ức chế men carbonic anhydrase, nên làm tăng đào thải bicarbonat và tăng lưu giữ ion clorid trong máu, gây toan chuyển hóa, thiếu hụt amoniac trong nước tiểu, có thể dẫn đến hiện tượng tăng thông khí [11]

- Đau ngực, khó thở, nhức đầu, tim đập nhanh, lo lắng, lú lẫn

- Buồn nôn, nôn, đau bụng, rối loạn tiêu hóa, thay đổi khẩu vị

- Yếu cơ, đau xương, giảm cân

- Toan chuyển hóa, tăng clorid máu

1.1.4.7 Biệt dược chứa mafenid acetat

Mafenide acetat- USP for 5 % topical solution ( PAR), Mafenide Topical Cream (Sina Darou), Sulfamylon (Winthrop, US 1949), Napaltan (Withrop, W Germany, 1969), Sulfamylon cream (UDL Laboratoties.Inc),…

1.2 Các Phương pháp tổng hợp mafenid

1.2.1 Tổng hợp mafenid qua trung gian N-benzylacetamid

Con đường này đã được hai nhà khoa học F.H Berceim và W Braker nghiên cứu và công bố vào năm 1942 [6]

Sơ đồ 1.1 Tổng hợp mafenid qua trung gian N-benzylacetamid

Tiến hành :

Clorosulfo hóa hợp chất N-benzylacetamid bằng acid clorosulfonic, sau đó amid hóa sản phẩm thu được bằng dung dịch amoniac 10 % thu được p-

(acetamidomethyl)benzensulfonamid (III) Đem thủy phân hợp chất (III) trong

dung dịch acid clorhydric 5 %, sau đó trung hòa về pH 9- 10 bằng NaOH 20 % thu được mafenid dạng base và sản phẩm được tinh chế lại bằng cồn

Cũng tổng hợp mafenid qua trung gian N-benzylacetamid, Ashutosh Kar đã đề cập trong cuốn sách Medicinal Chemistry, từ nguyên liệu ban đầu benzylamin [5].

Sơ đồ 1.2 Tổng hợp mafenid acetat từ benzylamin

 Quy trình xử lý được đưa ra với một số thay đổi:

N-benzylacetamid được tổng hợp bởi benzylamin với anhydrid acetic, thực

hiện phản ứng clorosulfo hóa ở 15-20 °C, sau đó amid hóa với dung dịch NH3 10 % tạo hợp chất sulfonamid, thủy phân hợp chất sulfonamid tạo thành bởi NaOH, sau

đó điều chỉnh pH thu được mafenid base và tạo muối bằng acid acetic

Mặt khác N-benzylacetamid cũng được tổng hợp từ alcol benzylic bằng phản

ứng Ritter như sau:

1.2.2 Tổng hợp qua trung gian N-benzylphthalimid

Phương pháp này đã được trình bày trong tạp chí Pharmaceutical Chemistry

Journal bởi T.N Nikulina và các cộng sự [14]

Sơ đồ 1.3 Tổng hợp mafenid qua trung gian N-benzylphthalimid

Tiến hành:

Trộn kĩ K2CO3 với phthalimid trong một bình cầu 2 cổ, sau đó tiến hành phản ứng với benzyl clorid Hỗn hợp được đun hồi lưu trong bình cầu ở nhiệt độ khoảng 180-190 oC Trong khi hỗn hợp còn nóng, loại benzyl clorid dư bằng cất

kéo hơi nước Kết thúc phản ứng, thấy suất hiện tinh thể chính là sản phẩm

N-benzylphthalimid, làm lạnh hỗn hợp càng nhanh càng tốt, và lọc bằng phễu lọc Buchner, rửa sạch bằng nước, hút kiệt nước cho tới khô sản phẩm Rửa thêm một lần nữa với dung dịch 60 % methanol trong nước Hiệu suất phản ứng sau khi sấy khô là từ 72-79 % theo lý thuyết

N-benzylphthalimid (IX) được clorosulfo hóa bằng tác nhân acid

clorosulfonic, sau đó được amid hóa bởi amoniac, sản phẩm thu được là hợp chất

(XI) p-phthalimidomethylbenzensulfonamid Thủy phân bước 1 hợp chất (XI) bằng

Na2CO3 bão hòa, bước 2 với HCl, ta thu được sản phẩm (IVa) mafenid hydroclorid

1.2.3 Tổng hợp mafenid qua trung gian acid p-aminosulfonylbenzoic

Được báo cáo bởi K Ishifuku và cộng sự [22]

Sơ đồ 1.4 Tổng hợp mafenid qua trung gian acid p-aminosulfonylbenzoic

p-cyanobenzensulfoclorid được tạo thành bởi phản ứng giữa PCl5 và acid

p-aminosulfonylbenzoic, phản ứng có thêm một chút POCl3 để đảm bảo phản ứng xảy ra dễ dàng hơn, amid hóa khối phản ứng bằng dung dịch NH4OH để tạo hợp

chất sulfonamid, sau đó hợp chất p-cyanobenzensulfonamid sẽ được khử hóa bằng

tác nhân hóa học hoặc khử hóa điện hóa để tạo ra sản phẩm mafenid dạng tự do

1.2.4 Tổng hợp mafenid qua p-toluensulfonyl clorid

Con đường này được Angyal S J và Jenkin S R công bố vào năm 1950 [4]

Sơ đồ 1.5 Tổng hợp mafenid qua p-toluensulfonyl clorid

Tiến hành:

Tổng hợp cloromethylbenzensulfoclorid: clor được dẫn vào trong bình phản

ứng chứa p-toluensulphonyl chlorid đun trong 10h ở 160 o

C Cho sản phẩm tạo thành vào dung dịch NH3 6,2 % khuấy từ và đun hồi lưu trong 10 phút p-

cloromethylbenzensulphonamid được tạo thành ngay lập tức, kết tinh lại trong cồn,

hiệu suất là 86 % Nhỏ từ từ hợp chất (XVII) được pha trong 75 ml EtOH vào trong

bình phản ứng có chứa hexamin trong H2O, nhỏ trong điều kiện lạnh, nhỏ xong, để lạnh sau 9 ngày, tủa bông được tạo thành Hiệu suất 96 %

Cho muối thu được ở trên vào vào bình phản ứng đun hồi lưu với ethanol và HCl đậm đặc trong khoảng 30 phút, thu được cắn trong dịch Loại dịch, lấy cắn hòa tan cắn trong một lượng nước ít nhất, thêm từ từ dung dịch NaOH 20 % vào đến pH= 9,4, làm lạnh đến 0 oC, thu được tinh thể mafenid

1.2.5 Tổng hợp mafenid qua trung gian succinimid

Con đường này được thực hiện nghiên cứu bước đầu tại bộ môn công nghiệp Dược- trường Đại học Dược Hà Nội bởi Nguyễn Đình Luyện và cộng sự năm 2015

Cho succinimid vừa thu được vào một bình cầu 1 cổ Thêm aceton, đun nóng cách thủy đến 56 oC để succinimid tan hoàn toàn Thêm vào bình cầu hỗn hợp

K2CO3 và KI, đun hồi lưu trong 30 phút Nhỏ từ từ benzyl clorid vào bình cầu, tiếp

tục đun hồi lưu trong 24 h, thu được N-benzylsuccinimid

Thực hiện phản ứng clorosulfo hóa hợp chất (XXI) với tác nhân là HSO3Cl (tỉ lệ mol 1:4) tại nhiệt độ 70 oC trong 1h, đổ khối phản ứng vào nước đá thu được

khối rắn, chính là p-clorosulfobenzylsuccinimid Cho nhanh hợp chất này vào dung

dich NH3 20 %, khuấy trong 30 phút, nhiệt độ 40-50 oC, thu được hợp chất (XXII),

hiệu xuất là 39 %

Thủy phân (XXII), bằng Na2CO3 bh, trung hòa bằng dung dịch HCl 20 % về

pH 8- 9 thu được mafenid (IV) H= 60%

1.3 Phản ứng Ritter

1.3.1 Giới thiệu chung

Vào năm 1948, John J Ritter và các cộng sự đã đưa ra một phương pháp mới

để tổng hợp amid, xảy ra giữa nitril và alken với sự có mặt của acid sulfuric [15] Sau đó phản ứng này được mở rộng ra cho nhiều hợp chất có khả năng tạo ion carbonium, trở thành một phương pháp tổng hợp amid thực sự có ý nghĩa thực tế

Ưu điểm của phản ứng Ritter là dù quy mô nhỏ hay quy mô công nghiệp hiệu suất phản ứng đều cao, ổn định Nhưng bất lợi của nó là cần xúc tác acid đặc nên gây ăn mòn thiết bị, nguy hiểm cho người nghiên cứu và gây ô nhiễm môi trường

1.3.2 Cơ chế của phản ứng Ritter

Sơ đồ 1.7 Cơ chế phản ứng Ritter

Cơ chế của phản ứng được báo cáo bởi Ritter và cộng sự, Ritter đã minh họa cho cơ chế này qua phản ứng của isobuten và acetonitril trong acid sulfuric như sơ

đồ trên

1.3.3 Phạm vi áp dụng

Phản ứng Ritter được ứng dụng cho các hợp chất rất đa dạng như alkadien,

alicyclic, spiro alcol, alkyl clorid, glycol, aldehyd, clorohydrin, N-methyloamid,

ether, acid carboxylic, ester, ceton, cetoxim

Nguồn nitril cũng rất phong phú, không những là acid hydrocyanic, nitril no

mà các cyanohydrin, acid cyano và ester của chúng, các nitril thế cũng được sử dụng Các hợp chất khác chứa nhóm nitril ái nhân như biure, cyanogen, 1-cyano formamid, dicyanodiamid và các phức hợp cyano vô cơ cũng được sử dụng thành công [10]

1.3.4 Ứng dụng phản ứng Ritter trong tổng hợp mafenid

Từ phương pháp của Bergeim F H và Braker W như đã trình bày ở mục

1.2.1, chúng tôi đã nghiên cứu quy trình tổng hợp mafenid qua trung gian

N-benzylacetamid với nguyên liệu rẻ tiền ban đầu là benzyl alcol, như sau:

1.4 Phản ứng tạo base Schiff

1.4.1 Giới thiệu chung

Vào năm 1964, Hμgo Schiff và công sự đã đưa ra một hợp chất mới mà trong công thức có chứa nhóm azomethin (-HC = N-), được ngưng tụ giữa aldehyd hoặc ceton với amin bậc một, xúc tác có thể là acid hoặc base, ông gọi là base Schiff Chúng thường là tinh thể rắn, có tính base yếu, dễ dàng trở về dạng ban đầu khi thủy phân trong môi trường acid Base Schiff được biết tới là một hợp chất trung gian để tổng hợp acid amin, tạo phức với các ion kim loại để tạo thành những hợp chất có hoạt tính sinh học [21]

1.4.2 Cơ chế phản ứng tạo base Schiff

Kết hợp giữa hai cơ chế: cộng hợp ái nhân và tách loại E2, được minh họa qua sơ đồ sau:

Sơ đồ 1.8 Cơ chế phản ứng tạo base Schiff

1.4.3 Ứng dụng phản ứng tạo base Schiff trong tổng hợp mafenid acetat

Khi tổng hợp mafenid acetat từ mafenid base, Nikulina và cộng sự đã tinh chế sản phẩm bằng cách tạo imin của mafenid base với benzaldehyd, sau đó hợp chất base Schiff này được thủy phân với acid acetic để tạo muối mafenid acetat [14]

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên liệu và thiết bị

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất

Bảng 2.1 Danh mục các dung môi và hóa chất STT Dung môi, hóa chất Nguồn gốc

5 Acid hydrocloric đặc (36.5 %) Trung Quốc

10 Dung dịch ammoniac đặc (25 %) Trung Quốc

2.1.2 Thiết bị

Bảng 2.2 Danh mục các thiết bị, dụng cụ STT Tên dụng cụ, thiết bị Xuất xứ

2 Bình cầu 1 cổ 50 ml, 100 ml, 250 ml Merck-Đức

6 Cân kỹ thuật Sartorius BP 2001S, độ nhạy 10-2 Thụy Sỹ

10 Máy đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân Bruker 500 MHz Ascend Mỹ

12 Máy đo phổ khối lượng LCMS/MS AGILENT 1290/6460 Mỹ

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất phản ứng Ritter

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất phản ứng tổng hợp dẫn chất sulfonamid, từ đó hoàn thiện quy trình tổng hợp mafenid acetat

- Khẳng định cấu trúc mafenid acetat tổng hợp được

- Nâng cấp lên quy mô mẻ tổng hợp 100g mafenid acetat / lần

- Tinh chế mafenid acetat đạt tiêu chuẩn về hàm lượng theo USP 38

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Tiến hành tổng hợp hóa học các chất trung gian trên con đường tổng hợp mafenid acetat

- Các phản ứng được sử dụng đó là Ritter, clorosulfo hóa, amid hóa, thủy phân (trong môi trường acid), acid-base (tạo muối) với sơ đồ như sau:

Sơ đồ 2.1 Con đường tổng hợp mafenid acetat từ alcol benzylic

- Phản ứng được theo dõi bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng với:

+ Pha tĩnh: Silicagel GF254

+ Pha động : ethyl acetat : n-hexan=7:3 ( hệ A), n-butanol : acid acetic : nước=

9:2:2,5 (hệ B)

+ Phát hiện bằng đèn tử ngoại ở bước sóng 254nm

+ Thuốc thử hiện màu: Dung dịch ninhydrin 1 % trong aceton

2.3.2 Kiểm tra độ tinh khiết các sản phẩm của phản ứng

- Phương pháp sắc ký lớp mỏng với hệ dung môi ở phần 2.3.1

- Phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy trên máy đo nhiệt độ nóng chảy EZ- Melt

nhiệt dộ…

- Các phương pháp lọc: lọc hút chân không, lọc dưới áp suất thường…

2.3.4 Phương pháp xác định cấu trúc [1]

Các chất tổng hợp được xác định cấu trúc bằng các loại phổ sau: phổ hồng ngoại (IR), phổ khối lượng (MS), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)

- Phổ hồng ngoại (IR): Được ghi tại Bộ môn Hóa học vô cơ, Khoa Hóa học, Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, trên máy Shimadzu với kỹ thuật viên nén KBr trong vùng 4000-400 cm-1

- Phổ khối lượng (MS): Được ghi tại Phòng Phân tích, Kiểm nghiệm và Tương đương sinh học, Viện Công nghệ dược phẩm quốc gia, trên máy LCMS/MS AGILENT 1290/6460 với chế độ đo ESI

- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR và 13C-NMR): Được ghi tại Phòng thí nghiệm Hóa dược, Khoa Hóa học, Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia

Hà Nội, trên máy Bruker 500 MHz Ascend, sử dụng dung môi D2O hoặc MeOD, DMSO chất chuẩn nội là tetramethylsilan

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1 Tổng hợp mafenid acetat quy mô phòng thí nghiệm

Lấy khối phản ứng đem cất chân không ở nhiệt độ 60 oC để loại bớt acetonitril Sau đó trung hòa dịch thu được bằng dung dịch Na2CO3 bão hòa đến pH

= 7 Hỗn hợp sau đó được chiết bằng ethyl acetat 3 lần (mỗi lần 35ml) Gộp dịch ethyl acetat, rửa bằng dung dịch nattri clorid 10% (2 lần, mỗi lần 30ml) và rửa lại bằng nước cất (2 lần, mỗi lần 30ml) rồi làm khan bằng 7,0 g bột natri sulfat khan qua đêm Lọc thu lấy dịch ethyl acetat Sau đó cất loại ethyl acetat ở áp suất chân

không, thu được sản phẩm (II) ở dạng sánh dầu Sau khi để ở nhiệt độ phòng 4 h thì

bắt đầu kết tinh thành những tinh thể hình kim màu trắng

Kết quả :

Cảm quan: tinh thể màu trắng, có mùi thơm đặc trưng

msản phẩm =15,78 g Hiệu suất phản ứng: 76,08 %

tonc : 59-61 oC (tài liệu [7]: 61 oC)

Rf = 0,5 (hệ A)

3.1.1.2 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng Ritter

Chúng tôi tiến hành khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất phản ứng Ritter: thời gian phản ứng, tỉ lệ mol acetonitril và alcol benzylic, qua đó chúng tôi sẽ tìm điều kiện tối ưu nhất cho phản ứng

a Ảnh hưởng của yếu tố thời gian đến hiệu suất phản ứng

Chúng tôi tiến hành thí nghiệm tương tự như trong mục 3.1.1.1 (tỉ lệ mol giữa các chất được giữ cố định), sau khi nhỏ hết alcol benzylic, chúng tôi duy trì phản ứng sôi trong những khoảng thời gian khác nhau, kết quả được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 3.1 Kết quả khảo sát thời gian phản ứng

STT Thời gian phản ứng

(h)

Sắc kí lớp mỏng ( hệ A), tonc(oC)

Khối lượng sản phẩm (g)

 Nhận xét: qua khảo sát thời gian, chúng tôi nhận thấy, phản ứng đạt hiệu suất tốt

nhất khi ta duy trì sự sôi sau khi nhỏ xong alcol benzylic trong vòng 1,5 h Nếu chưa đạt thời gian hiệu suất phản ứng sẽ thấp, nếu quá thời gian, hiệu suất giảm

nhẹ, chúng tôi lý giải rằng khi thời gian đun càng lâu, sản phẩm sinh ra sẽ bị oxy hóa tạo ra tạp chất ( thể hiện rõ trên SKLM hệ A)

b Tỉ lệ mol acetonitril và alcol benzylic

Chúng tôi nhận thấy tỉ lệ mol của acetonitril và alcol benzylic ảnh hưởng lớn đến hiệu suất phản ứng, để tiến hành chúng tôi giữ nguyên các điều kiện phản ứng,

tỉ lệ mol acid sulfuric và alcol benzylic được giữ cố định tỉ lệ 1: 1

Bảng 3.2 Kết quả khảo sát tỉ lệ mol acetonitril và alcol benzylic

benzylic (ml)

acetonitril (ml)

Tỉ lệ mol

Sắc kí lớp mỏng (hệ A),

tonc(oC)

KL sản phẩm (g), thể chất

Hiệu suất (%)

liệu

13,55 Thể chất nhão

65,37

liệu

14,44 Thể chất nhão

76,08

liệu,tonc:59-61

15,79 Thể chất rắn

76,13

liệu, tonc: 60,5

58,7-15,80 Thể chất rắn

76,20

 Nhận xét:

chúng tôi nhận thấy, khi tỉ lệ mol của acetonitril và alcol benzylic lớn hơn 4,5, hiệu suất phản ứng hầu như không tăng Từ đó chúng tôi lựa chọn tỉ lệ mol

tối ưu của acetonitril và alcol benzylic cho phản ứng ở quy mô này là 4,5 : 1

dung dịch NaOH 20 % Đun chảy 14,9 g N-benzylacetamid (0,1 mol) sau đó nhỏ từ

từ vào bình phản ứng (duy trì làm lạnh dưới 20 oC kết hợp khuấy từ) Sau khi nhỏ giọt xong, đun nóng hỗn hợp đến 70 oC trong khoảng 2 h (theo dõi bằng SKLM hệ A) Đổ khối phản ứng vào 100 ml nước đá, khuấy mạnh (cần chú ý nhiệt độ của hỗn hợp cần duy trì không quá 20 oC), sau khoảng nửa h thì gạn bỏ pha nước lấy phần

dầu sệt còn lại chứa sản phẩm p-(acetamidomethyl)benzensulfonylclorid (IIIa) Đổ

chậm (IIIa) vào hỗn hợp gồm 24,0 ml dung dịch amoniac đặc (25 %) và 12,0 ml

nước cất, khuấy mạnh và duy trì nhiệt độ không quá 40 o

C (theo dõi SKLM với hệ

B) Sau 2 h khuấy ở nhiệt độ phòng thì bắt đầu xuất hiện tủa, hỗn hợp được đun nóng đến 70 o

C trong 30 phút Cất kiệt khối phản ứng, hòa tan cắn trong ethanol 96

% nóng, lọc nóng loại muối vô cơ, cất loại cồn thu lấy cắn, hòa tan cắn trong 50 ml

nước nóng Để lạnh, thấy tủa suất hiện Lọc, sấy khô tinh thể thu được sản phẩm

3.1.2.2 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng

Để tìm điều kiện tối ưu cho phản ứng, chúng tôi đã tiến hành khảo sát 2 yếu

tố: tỉ lệ mol N-benzylacetamid và acid clorosulfonic; nhiệt độ phản ứng

a Tỉ lệ mol acid clorosulfonic và N-benzylacetamid

Chúng tôi giữ nguyên các điều kiện phản ứng, chỉ thay đổi tỉ lệ mol acid

clorosulfonic và N-benzylacetamid, bảng kết quả thu được như sau:

Bảng 3.3 Kết quả khảo sát tỉ lệ mol acid clorosulfonic và N-benzylacetamid

STT mN-benzylacetamid

(g)

VClHSO3(ml)

Tỉ lệ mol

Sắc kí lớp mỏng (hệ A), tonc(oC)

mIII (g) Hiệu

suất (%)

đến 1: 5 Từ đó chúng tôi chọn tỉ lệ mol N-benzylacetamid : acid clorosulfonic tối

ưu là 1: 4

b Nhiệt độ phản ứng

Sau khi chọn xong tỉ lệ mol tối ưu cho hai chất phản ứng, chúng tôi tiến hành

khảo sát nhiệt độ phản ứng clorosulfo hóa, theo dõi tiến triển phản ứng bằng SKLM (hệ A) Các phản ứng khảo sát được thực hiện trong điều kiện và quy mô giống mục 3.1.2.1, chỉ khác nhau ở nhiệt độ duy trì khối phản ứng sau khi đã nhỏ xong acid clorosulfonic Kết quả khảo sát như sau:

Bảng 3.4 Kết quả khảo sát nhiệt độ phản ứng

chọn nhiệt độ phản ứng đun sau khi nhỏ xong N-benzylacetamid là 65-70 0C

Kết luận: Sau khi khảo sát chúng tôi chọn ra được các điều kiện tối ưu cho

phản ứng sulfocloro hóa như sau:

- Tỉ lệ mol N-benzylacetamid và acid clorosulfuric là 1: 4

- Nhiệt độ sau khi nhỏ xong N-benzylacetamid duy trì ở 65 -70 0C

3.1.3 Tổng hợp 4-(aminomethyl)benzensulfonamid

Phương trình phản ứng:

Tiến hành:

Chuẩn bị một bình cầu 1 cổ 100 ml, lắp sinh hàn, khuấy từ, thêm vào 11,4 g

(0,05 mol) hợp chất (III), 11,5 ml (0,115 mol) acid hydrochloric đặc; 11,5 ml nước

cất Đun hồi lưu hỗn hợp phản ứng ở 110-120 oC kết hợp khuấy từ trong 2,5 h (theo

dõi SKLM hệ B), thêm than hoạt vào tẩy màu Để nguội khối phản ứng về 60 oC,

lọc loại than hoạt, kiềm hóa dịch lọc bằng dung dịch NaOH 20 % đến khi pH= 9-10,

sau đó làm lạnh <10 oC qua đêm Lọc lấy tủa, (phần dịch lọc được xử lý tiếp tại

mục 3.1.4), kết tinh lại trong ethanol 96 % thu được sản phẩm mafenid base (IV)

mafenid base (Rf = 0,27), chúng tôi cho benzaldehyd vào dịch nước cái, thấy tủa

xuất hiện

Phương trình phản ứng:

Tiến hành:

Cho tất cả dịch nước cái thu được (của phản ứng 3.1.3) vào bình cầu 100 ml, lắp khấy từ, sinh hàn Thêm vào đó 2,16 g (0,02 mol) benzaldehyd, thấy tủa đục mờ xuất hiện, nâng nhiệt độ khối phản ứng lên 60 oC, duy trì nhiệt độ trong 2 h, để nguội thấy tinh thể hình kim xuất hiện, lọc,sấy, kết tinh lại trong cồn 50 % thu được sản phẩm 4-[(benzylidenamino)methyl]benzensulfonamid tinh khiết

Kết quả

Cảm quan: tinh thể màu trắng

msản phẩm = 5,16 g, Hiệu suất = 37,66 % ( tính theo chất (III) )

Hòa tan hoàn toàn 5,56 g ( 30 mmol) mafenid base (IV) vào 30,0 ml ethanol

96 % trong bình cầu 1 cổ dung tích 250 ml ở 70 oC Cho tiếp 1,9 ml (33 mmol) acid acetic vào khối phản ứng Đun hồi lưu hỗn hợp trong 0,5 h (theo dõi SKLM hệ B) Sau đó làm lạnh khối phản ứng xuống < 10 o

C trong 4 giờ để kết tinh Lọc tủa và

rửa bằng isopropanol lạnh thu sản phẩm mafenid acetat (VI) [12]

bình cầu 1 cổ dung tích 100 ml ở 90 oC Cho tiếp 1,85 ml (32,3 mmol) acid acetic

vào khối phản ứng Đun hồi lưu hỗn hợp trong 1,5 h (theo dõi SKLM hệ B ), sau

đó, lấy khối phản ứng chiết với CH2Cl2 (2 lần, mỗi lần 20 ml) để loại hết

benzaldehyd Lấy lớp nước cất chân không đến còn khoảng 1/ 5 thể tích dịch, thêm

25 ml IPA vào đun nóng đến 80 oC, cho tủa tan hết Sau đó làm lạnh xuống 10 oC

trong 4 giờ, để xuất hiện kết tinh, lọc và sấy tủa thu được tinh thể mafenid acetat

 Lượng mafenid acetat toàn phần thu được là m toàn phần = 10,65 g

 Sau đây tôi xin tóm tắt lại các chất đã tổng hợp được

Bảng 3.5 Kết quả tổng hợp hóa học

1 II Tinh thể hình kim màu trắng, mùi thơm đặc

trưng

76,08 %

3.2 Kiểm tra độ tinh khiết

3.2.1 xác định sơ bộ qua giá trị R f và t 0 nc

Giá trị Rf và nhiệt độ nóng chảy (t0nc) của các chất được tóm tắt trong bảng sau:

Bảng 3.6 Rf và tonc của các chất tổng hợp được STT Chất Hệ dung môi khai triển Rf T0nc (0C)

Nhận xét: Với các hệ dung môi đã khai triển, các chất đã tổng hợp được cho

1 vết tròn rõ, không có vết lạ, và các chất có nhiệt độ nóng chảy xác định, dao động trong khoảng hẹp 2-30C Từ đó, kết luận sơ bộ các chất tổng hợp được là tinh khiết Tiến hành đo phổ để xác định cấu trúc

3.2.2 Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được

Tiến hành đo phổ hồng ngoại (IR), phổ khối lượng (MS), phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13 (13C-NMR)

các chất II, III, IV, V, VI để xác định cấu trúc

3.2.2.1 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (IR)

Bảng 3.7 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại

STT Chất Công thức cấu tạo Đỉnh hấp thụ (cm-1

5

VI

3307,92 3174,83

-NH2(SO2NH2)

Nhận xét: Kết quả phân tích phổ IR đã cho những dải hấp thụ đặc trưng của

các nhóm chức tương ứng với các chất được phân tích

3.2.2.2 Kết quả phân tích phổ khối lượng (MS)

Bảng 3.8 Kết quả phân tích phổ khối lượng của các chất II, III, IV, V, IV

1 II

149,19

171,916 [M+Na]+149,951 [M+H]+

-Nhận xét: Kết quả phân tích phổ MS trong bảng đã cho thấy phổ khối lượng

của từng chất đều cho pic phân tử có số khối phù hợp khối lượng phân tử dự kiến của chất cần phân tích