Nghiên cứu khảo sát một số điều kiện phản ứng trong quy trình tổng hợp berberin từ piperonal

BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI TRẦN THỊ KIM NGÂN MÃ SINH VIÊN: 1201402 NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN PHẢN ỨNG TRONG QUY TRÌNH TỔNG HỢP BERBERIN TỪ PIPERONAL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI - 2017 BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI TRẦN THỊ KIM NGÂN MÃ SINH VIÊN: 1201402 NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN PHẢN ỨNG TRONG QUY TRÌNH TỔNG HỢP BERBERIN TỪ PIPERONAL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Đình Luyện Ths Nguyễn Minh Ngọc Nơi thực hiện: Bộ môn Công nghiệp Dược HÀ NỘI - 2017 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin phép bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc lời cảm ơn chân thành tới người thầy đáng kính PGS.TS Nguyễn Đình Luyện người đồng hành em trải qua bao khó khăn, gian khó, tận tình hướng dẫn, bảo động viên tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập, nghiên cứu để em hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Minh Ngọc người thầy thứ hai trực tiếp hướng dẫn quan tâm, giúp đỡ em thời gian thực khóa luận Em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Văn Hải, ThS Nguyễn Văn Giang CN Phan Tiến Thành thầy giáo, cô giáo, anh chị kĩ thuật viên môn Công nghiệp Dược – Trường Đại học Dược Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập nghiên cứu môn Em xin cảm ơn tới tất bạn bè, đặc biệt bạn Nguyễn Văn Phương bạn phòng thí nghiệm Tổng hợp hóa Dược – Bộ môn Công nghiệp Dược gắn bó, động viên, chia sẻ giúp đỡ em đường tìm kiếm khoa học Lời cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn vô bờ bến đến bố mẹ người thân gia đình em yêu thương, sát cánh bên em, điểm dựa tinh thần vững để em có ngày hôm Do thời gian làm thực nghiệm kiến thức thân có hạn, nên không tránh khỏi khóa luận nhiều thiếu sót Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô, bạn bè để khóa luận em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2017 Sinh viên Trần Thị Kim Ngân MỤC LỤC DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan berberin 1.1.1 Cấu trúc hóa học 1.1.2 Tính chất vật lý, hóa học 1.1.3 Tác dụng dược lý 1.1.4 Biệt dược 1.2 Các phương pháp tổng hợp berberin 1.3 Piperonal: nguồn nguyên liệu tiềm để tổng hợp sản xuất berberin18 1.4 Lựa chọn phương pháp tổng hợp CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 22 2.1 Nguyên vật liệu, thiết bị dụng cụ nghiên cứu 22 2.2 Nội dung nghiên cứu 23 2.3 Phương pháp nghiên cứu 24 2.3.1 Tổng hợp hóa học 24 2.3.2 Kiểm tra độ tinh khiết 25 2.3.3 Xác định cấu trúc 25 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Tổng hợp hóa học 26 26 3.1.1 Phản ứng tổng hợp II từ I 26 3.1.2 Phản ứng tổng hợp III từ II 26 3.1.3 Phản ứng tổng hợp IV từ III 28 3.1.4 Phản ứng ngưng tụ V từ IV 30 3.2 Kiểm tra độ tinh khiết 31 3.3 Xác định cấu trúc 3.3.1 Phổ khối lượng (MS) 33 33 3.3.2 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR) Cacbon-13 (13C-NMR) 34 3.4 Bàn luận KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37 43 KẾT LUẬN 43 KIẾN NGHỊ 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 13 C-NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Cacbon-13 (Carbon-13-Nuclear Magnetic Resonance spectroscory) H-NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (Proton-Nuclear Magnetic Resonance spectroscory) Ac2O Anhydrid acetic AcOH Acid acetic Amphos Di-tert-butyl-(4-dimethylaminophenyl)phosphin AMPK Protein kinase hoạt hóa adenosin monophosphat (Adenosine Monophosphate-Activated Protein Kinase) Bu4NBr Tetrabutylamoni bromid CTCT Công thức cấu tạo CTPT Công thức phân tử DCM Dicloromethan DMSO Dimethyl sulfoxid đvC Đơn vị cacbon Et3N Triethylamin EtOH Ethanol h Giờ Hpư Hiệu suất phản ứng IC50 Nồng độ ức chế 50% KLPT Khối lượng phân tử m Khối lượng m/z Tỉ số khối lượng điện tích mARN Acid ribonucleic thông tin (Messenger Ribonucleic Acid) MDA 3,4-Methylendioxyamphetamin MDMA 3,4-Methylendioxymetamphetamin MIC Nồng độ ức chế tối thiểu Me Methyl MS Phổ khối lượng (Mass spectrometry) n-Bu4NF n-Tetrabutylamoni florid n-BuOH n-Butanol NH4OAc Amoni acetat PdCl2(PPh3)2 Bis(triphenylphosphin)paladi(II) diclorid ph Phút Rf Hệ số lưu giữ (Retention factor) SKLM Sắc ký lớp mỏng sp Sản phẩm t Thời gian t-BuOH tert-Butanol To Nhiệt độ Tonc Nhiệt độ nóng chảy TEBA Benzyltriethylamoni clorid THF Tetrahydrofuran TsOH Acid toluensulfonic VNĐ Việt Nam đồng DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Nguyên liệu hóa chất 22 Bảng 2.2 Các thiết bị, máy móc nghiên cứu 23 Bảng 3.1 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng ngưng tụ nitro 27 Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất phản ứng ngưng tụ nitro 27 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng dung môi kết tinh đến hiệu suất phản ứng ngưng tụ nitro 28 Bảng 3.4 Khảo sát ảnh hưởng lượng xúc tác Ni2B tới hiệu suất phản ứng tổng hợp homopiperonylamin thông qua lượng NaBH4 NiCl2.6H2O sử dụng 29 Bảng 3.5 Khảo sát việc lựa chọn dung môi tiến hành phản ứng ngưng tụ tạo amin IV 31 Bảng 3.6 Kết khảo sát ảnh hưởng dung môi kết tinh đến độ tinh khiết sản phẩm 32 Bảng 3.7 Kết giá trị Rf Tonc chất tổng hợp 33 Bảng 3.8 Kết phân tích phổ MS sản phẩm 33 Bảng 3.9 Kết phân tích phổ H-NMR sản phẩm 34 Bảng 3.10 Kết phân tích phổ 13C-NMR sản phẩm 36 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hin ̀ h 1.1 Cấu trúc hóa học berberin Hình 1.2 Sơ đồ phản ứng chuyển hóa berberin thành berberinal môi trường kiềm Hình 1.3 Sơ đồ phản ứng khử berberin thành tetrahydroberberin Hin ̀ h 1.4 Quy trình chiết xuất berberin từ thân, rễ vàng đắng Hin ̀ h 1.5 Tổng hợp berberin Pictet Gams Hin ̀ h 1.6 Tổng hợp berberin idodid Kametani Hin ̀ h 1.7 Sơ đồ tổng hợp berberin Viện Y học cổ truyền Trung Quốc 10 12 Hin ̀ h 1.8 Tổng hợp từ hợp chất 24 đến hợp chất Hình 1.9 Tổng hợp berberin Lin Hình 1.10 Tổng hợp berberin Chen Hin ̀ h 1.11 Tổng hợp berberin Peng Yang, Yan Xiang Wang 13 13 14 15 Hin ̀ h 1.12 Tổng hợp berberin Alice Gatland Hin ̀ h 1.13 Sơ đồ tổng hợp berberin Virshinha Reddy Hin ̀ h 1.14 Cấu trúc hóa học piperonal Hình 1.15 Sơ đồ tổng hợp piperonal từ 1,2-methylendioxybenzen Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp berberin từ piperonal Hình 3.1 Sơ đồ tổng hợp (E)-5-(2-nitrovinyl)benzo[d][1,3]dioxol từ piperonal 16 17 18 19 24 26 Hin 28 ̀ h 3.2 Sơ đồ tổng hợp trung gian homopiperonylamin Hin ̀ h 3.3 Sơ đồ tổng hợp từ N-(2,3-dimethoxybenzyl)-2-(benzo[d][1,3]dioxol-5yl)ethanamin từ homopiperonylamin 30 Hin ̀ h 3.4 Sơ đồ tổng hợp berberin clorid từ N-(2,3-dimethoxybenzyl)-2(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)ethanamin 31 Hình 3.5 Cơ chế phản ứng hình thành IV từ III 41 Hình 3.6 Cơ chế phản ứng chuyển IV thành berberin 42 ĐẶT VẤN ĐỀ Berberin isoquinolin alkaloid tự nhiên có mặt loài thực vật hoàng liên (Ranunculaceae), vàng đắng (Coscinium fenestratum), hoàng liên chân gà (Coptis chinesis), hoàng liên gai (Berberidaceae) Từ hàng ngàn năm, berberin dược liệu chứa berberin sử dụng rộng rãi y học truyền thống Ấn Độ đặc biệt y học cổ truyền Trung Quốc Hiện nay, berberin chủ yếu sử dụng lâm sàng để điều trị bệnh tiêu chảy, nhiễm khuẩn đường ruột hay nhiễm trùng mắt hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm tương đối mạnh nhiều loài khác [4, 45] Không dừng lại đó, nhà khoa học dày công tìm tòi để khai thác, phát thêm giá trị tiềm vốn có berberin Các nghiên cứu 20 năm gần cho thấy, tác dụng vi sinh vật, berberin có nhiều tác dụng sinh học đáng quý khác như: chống ung thư [43], hạ huyết áp [54], chống trầm cảm, chống viêm làm giảm cholesterol [28],… [3, 4] Đồng thời, việc nghiên cứu phát triển dẫn chất từ khung cấu trúc berberin với hoạt tính sinh học mạnh ngày quan tâm nhiều [8] Các dạng muối thường sử dụng làm thuốc là: berberin clorid, berberin sulfat, berberin bisulfat berberin tannat [32] Hiện nay, berberin công nghiệp chủ yếu chiết xuất từ thân rễ vàng đắng [34] Tuy nhiên, bị khai thác mức nên từ năm 1996, loài thuốc quý đưa vào Sách Đỏ Việt Nam [1] dẫn đến nguy nguồn nguyên liệu chiết xuất berberin tương lai không Đối với hai loài hoàng liên chứa berberin Trung Quốc, người ta ước tính cần phải có 53,7 triệu hoàng liên để đáp ứng cho nhu cầu năm 500 berberin [29] Do vậy, cần thiết phải có phương pháp thay nguồn berberin tự nhiên ngày cạn kiệt để đảm bảo hệ sinh thái vấn đề chi phí kinh tế Trên giới, quốc gia Nhật Bản, Trung Quốc thành công tổng hợp hóa học, thương mại hóa chế phẩm berberin từ năm 1980, phương pháp tổng hợp hóa học hướng hứa hẹn đầy triển vọng Tuy nhiên, Việt Nam chưa có Phụ lục Phổ 1H-NMR hợp chất IV Phụ lục 10 Phổ 1H-NMR giãn rộng hợp chất IV (Vùng 5,9 – 7,3 ppm) Phụ lục 11 Phổ 1H-NMR hợp chất IV (Vùng 2,9 – 4,3 ppm) Phụ lục 12 Phổ 1H-NMR hợp chất V Phụ lục 13 Phổ 1H-NMR giãn rộng hợp chất V (Vùng 7,0 – 10,0 ppm) Phụ lục 14 Phổ 1H-NMR giãn rộng hợp chất V (Vùng 3,0 – 6,3 ppm) Phụ lục 15 Phổ 13C-NMR hợp chất II Phụ lục 16 Phổ 13C-NMR giãn rộng hợp chất II Phụ lục 17 Phổ 13C-NMR hợp chất III Phụ lục 18 Phổ 13C-NMR hợp chất IV Phụ lục 19 Phổ 13C-NMR giãn rộng hợp chất IV (Vùng 30 – 160 ppm) Phụ lục 20 Phổ 13C-NMR giãn rộng hợp chất IV (Vùng 100 – 155 ppm) Phụ lục 21 Phổ 13C-NMR hợp chất V Phụ lục 22 Phổ 13C-NMR giãn rộng hợp chất V (Vùng 100 – 170 ppm) 72 Phụ lục 23 Phổ 13C-NMR giãn rộng hợp chất V (Vùng – 75 ppm) ... điều kiện phản ứng quy trình tổng hợp berberin từ piperonal Đề tài thực với mục tiêu: Khảo sát số yếu tố đến quy trình tổng hợp berberin từ piperonal CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan berberin 1.1.1... HỌC DƯỢC HÀ NỘI TRẦN THỊ KIM NGÂN MÃ SINH VIÊN: 1201402 NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN PHẢN ỨNG TRONG QUY TRÌNH TỔNG HỢP BERBERIN TỪ PIPERONAL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn:... trọng quy trình sản xuất berberin hóa học Cho nên cho rằng, việc tổng hợp berberin từ nguồn nguyên liệu piperonal trở nên khả thi thiết thực Vì vậy, thực đề tài Nghiên cứu khảo sát số điều kiện phản