MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Bỏng là những tổn thương mô tế bào do nhiệt, hóa chất và các loại bức xạ. Tổn thương bỏng thường ở da, nhưng cũng có trường hợp bỏng sâu tới các lớp dưới da như gân, cơ, xương khớp và các tạng. Bỏng luôn là tai nạn song hành cùng sự tồn tại và phát triển của xã hội loài người, nó để lại những thương tật nặng nề và là nguyên nhân gây tử vong đáng lo ngại. Hàng năm, trên thế giới có khoảng 300.000 người chết do tai nạn bỏng. Khoảng 90% số ca bỏng đều ở các nước đang phát triển, trong đó gần 60% các ca bỏng nặng tập trung ở các nước Đông Nam Á. Số lượng các ca bỏng nặng tăng từ 280.000 người (năm 1990) đến 338.000 (năm 2010). Tại Việt Nam theo điều tra dịch tễ học từ năm 2005-2009, hàng năm trung bình có khoảng 1% dân số bị bỏng so với số dân cả nước. Viện bỏng Quốc gia mỗi năm tiếp nhận và điều trị khoảng 2500 bệnh nhân bỏng từ nặng đến rất nặng. Tuy có nhiều bước đột phá trong việc chăm sóc và điều trị, nhưng tỉ lệ tử vong do bỏng vẫn cao. Một trong những nguyên nhân chính dẫn đến tử vong là do nhiễm trùng bỏng. Do vậy, công tác dự phòng và điều trị nhiễm khuẩn chiếm vị trí quan trọng trong thành công của điều trị bỏng, đặc biệt là các trường hợp bỏng nặng. Mafenid acetat là một thuốc kháng khuẩn nhóm sulfonamid. Khác với cấu trúc các sulfamid khác, cấu trúc của mafenid có chứa nhóm methylen giữa vòng benzen và nhóm amin. Mafenid acetat chủ yếu được dùng trong các trường hợp nhiễm trùng ở những bệnh nhân bỏng độ 2 và độ 3. Mafenid acetat là một chất kháng khuẩn phổ rộng, có tác dụng trên cả vi khuẩn Gram (+) và Gram (-) như: Clostradia, Acinetobacter baumannii…đặc biệt có tác dụng trên trực khuẩn mủ xanh Pseudomonas aeruginosa. Mafenid acetat không có tác dụng trên vi nấm và virus. Ngoài ra, mafenid acetat còn có khả năng ngấm sâu vào dưới tổ chức hoại tử và viêm nhiễm, vì vậy rất phù hợp cho điều trị nhiễm khuẩn tại chỗ. Hiện nay, mafenid acetat là một trong những thuốc hàng đầu điều trị nhiễm khuẩn do trực khuẩn mủ xanh và các loài vi khuẩn đa kháng thuốc tại các trung tâm bỏng và chấn thương. Tuy nhiên, giá chi trả để điều trị bỏng với mafenid acetat vẫn còn đắt (khoảng 1811 đô la Mỹ/bệnh nhân). Tại Việt Nam chưa có thuốc này, do vậy việc nghiên cứu tổng hợp mafenid acetat và bào chế thành phẩm cung cấp thị trường trong nước là rất thiết thực. Mục tiêu của luận án - Thiết kế được một số phương pháp mới định hướng ứng dụng trong tổng hợp mafenid acetat. - Xây dựng được quy trình tổng hợp và tinh chế mafenid acetat đạt tiêu chuẩn USP 38 ở quy mô 1000 g/mẻ.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN VĂN GIANG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH TỔNG HỢP VÀ TINH CHẾ MAFENID ACETAT ĐẠT TIÊU CHUẨN DƯỢC DỤNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ DƯỢC HỌC HÀ NỘI, NĂM 2018 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG ĐẶT VẤN ĐỀ Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan mafenid acetat 1.1.1 Cấu trúc tính chất hố lý 1.1.2 Tác dụng dược lý ứng dụng điều trị 1.2 Tổng quan phương pháp tổng hợp mafenid 1.2.1 Phương pháp Klarer cộng 1.2.2 Phương pháp Angyal (1950) 1.2.3 Phương pháp Miller (1940) 10 1.2.4 Phương pháp Nikulina (1976) 11 1.2.5 Phương pháp Momose 12 1.2.6 Phương pháp tổng hợp Masao (1944) 13 1.2.7 Phương pháp Reed cộng 14 1.2.8 Phương pháp tạo muối mafenid acetat 14 1.3 Một số trình tạo nhóm sulfonyl clorid (-SO2Cl) 14 1.3.1 Phương pháp tạo nhóm sulfonyl clorid trình clorosulfo hóa 15 1.3.2 Phương pháp tạo nhóm sulfonyl clorid từ acid sulfonic dẫn chất 17 1.3.3 Phương pháp tạo nhóm sulfonyl clorid phản ứng oxy hóa 17 1.3.4 Một số phương pháp khác 18 1.4 Một số q trình tạo nhóm amin bậc (-NH2) 19 1.4.1 Khử hóa nhóm nitro (-NO2) 20 1.4.2 Khử hóa oxim 21 1.4.3 Khử hóa amid 21 1.4.4 Khử hóa azid 21 1.4.5 Amin hóa khử (alkyl hóa khử) 22 1.4.6 Alkyl hóa khử amin (phản ứng Leuckart) 22 1.4.7 Khử hóa nitril 23 1.4.8 Thủy phân amid 23 1.4.9 Thủy phân dẫn chất N-alkylphthalimid (Gabriel) 23 1.4.10 N-Alkyl hóa dẫn chất alkyl halogenid với amoniac 24 1.4.11 Phản ứng hexamin dẫn chất alkyl halogenid (phản ứng Delépine) 24 1.4.12 Thoái phân Hofmann 25 1.4.13 Thoái phân acyl azid (chuyển vị Curtius) 25 1.4.14 Thoái phân acid hydroxamic (chuyển vị Lossen) 26 1.4.15 Phản ứng acid hydrazoic hợp chất carbonyl (chuyển vị Schmidt) 26 1.4.16 Thủy phân isocyanat, isothiocyanat, urethan ure 27 1.4.17 Một số phương pháp khác 27 1.5 Phân tích lựa chọn phương pháp tổng hợp mafenid acetat 28 Chương NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.1 Nguyên vật liệu, thiết bị 31 2.1.1 Thiết bị, dụng cụ 31 2.1.2 Nguyên vật liệu hoá chất 32 2.2 Nội dung nghiên cứu 33 2.3 Phương pháp nghiên cứu 34 2.3.1 Phương pháp tổng hợp hóa học 34 2.3.2 Các phương pháp đánh giá độ tinh khiết chất trung gian sản phẩm 36 2.3.3 Phương pháp phân tích cấu trúc 37 2.3.4 Phương pháp kiểm nghiệm chất lượng sản phẩm 37 2.3.5 Phương pháp nghiên cứu độ ổn định sản phẩm tổng hợp 38 Chương 3: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ .39 3.1 Tổng hợp mafenid acetat từ ngun liệu khác quy mơ phòng thí 39 3.1.1 Tổng hợp mafenid acetat qua trung gian N-benzylacetamid 39 3.1.2 Tổng hợp mafenid acetat qua trung gian N-benzylphthalimid 68 nghiệm 3.1.3 Tổng hợp mafenid acetat qua trung gian N-benzylsuccinimid 75 3.1.4 Tổng hợp mafenid acetat qua diamid (succinamid phthalamid) 87 3.2 Nghiên cứu tinh chế mafenid acetat đạt tiêu chuẩn hàm lượng theo USP 38 dung môi EtOH 95% 92 3.2.1 Khảo sát nhiệt độ kết tinh 92 3.2.2 Khảo sát số lần kết tinh lại 93 3.3 So sánh phương pháp tổng hợp mafenid acetat từ N-benzylacetamid, Nbenzylsuccinimid N-benzylphthalimid quy mơ phòng thí nghiệm 95 3.4 Nâng cấp quy trình tổng hợp mafenid acetat quy mô 100 g/mẻ 96 3.4.1.Tổng hợp mafenid acetat quy mô 100 g/mẻ qua trung gian Nbenzylacetamid 96 3.4.2 Tổng hợp mafenid acetat quy mô 100 g/mẻ qua trung gian Nbenzylsuccinimid 102 3.4.3 Nghiên cứu tinh chế mafenid acetat đạt tiêu chuẩn USP 38 quy mô 100 g/mẻ 104 3.5 Nâng cấp quy trình tổng hợp mafenid acetat quy mô 1000 g/mẻ 105 3.5.1 Tổng hợp mafenid acetat quy mô 200 g/mẻ qua trung gian Nbenzylsuccinimid 105 3.5.2 Triển khai quy trình tổng hợp mafenid acetat quy mô 500 g/mẻ 111 3.5.3 Triển khai tổng hợp mafenid acetat quy mô 1000 g/mẻ qua trung gian Nbenzylsuccinimid 116 3.6 Kiểm nghiệm sản phẩm tổng hợp theo USP 38 131 3.6.1 Kết kiểm nghiệm sản phẩm mafenid acetat tổn hợp quy mô 100 g/mẻ 131 3.6.2 Kết kiểm nghiệm mẫu mafenid acetat tổng hợp quy mô 1000 g/mẻ 132 3.7 Kết nghiên cứu độ ổn định mafenid acetat tổng hợp 133 3.7.1 Điều kiện lão hoá cấp tốc 133 3.7.2 Điều kiện thực 134 3.7.3 Dự đoán tuổi thọ sản phẩm 136 Chương 4: BÀN LUẬN 137 4.1 Về phản ứng tổng hợp hoá học 137 4.1.1 Các phản ứng tổng hợp mafenid acetat qua trung gian N-benzylacetamid 137 4.1.2 Các phản ứng tổng hợp mafenid acetat qua trung gian Nbenzylphthalimid 143 4.1.3 Các phản ứng tổng hợp mafenid acetat qua trung gian diamid 144 4.1.4 Các phản ứng tổng hợp mafenid acetat qua trung gian Nbenzylsuccinimid 145 4.2 Về trình tinh chế sản phẩm mafenid acetat 151 4.3 Về cấu trúc chất tổng hợp 152 4.3.1 Về cấu trúc chất trung gian theo đường N-benzylacetamid 152 4.3.2 Về cấu trúc chất trung gian theo đường N-benzylsuccinimid154 4.3.3 Về cấu trúc mafenid acetat 156 4.4 Về độ ổn định sản phẩm mafenid acetat tổng hợp 157 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 159 KẾT LUẬN 159 KIẾN NGHỊ 159 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Chú giải Phổ cộng hưởng từ C-13 13 Ac Acetyl AR Thuốc thử phân tích (Analytical reagent) CTCT Công thức cấu tạo CTPT Công thức phân tử d Doublet DMF Dimethylformamide Et Ethyl 10 GC Sắc ký khí (Gas chromatography) 11 HPLC 12 IPA Isopropanol 13 IR Hồng ngoại (Infrared) 14 KL Khối lượng 15 MS Phổ khối (Mass spectrometry) 16 Rf Hệ số lưu giữ (Retention factor) 17 s Singlet 18 SKLM Sắc ký lớp mỏng 19 Ts Tosyl (p-methylphenyl) 20 TT-BYT Thông tư – Bộ Y tế 21 USP 38 Dược điển Mỹ 38 (United States Pharmacopeia 38) 22 UV Tử ngoại (Ultraviolet) 23 νmax Dao động hóa trị cực đại C-NMR H-NMR (Carbon-13 nuclear magnetic resonance) Phổ cộng hưởng từ proton (Proton nuclear magnetic resonance) Sắc ký lỏng hiệu cao (High-performance liquid chromatography) DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Tên sơ đồ STT Trang Sơ đồ 1.1 Sơ đồ tổng hợp mafenid base từ N-benzylacetamid Sơ đồ 1.2 Sơ đồ tổng hợp mafenid hydroclorid từ ethyl phenylacetat Sơ đồ 1.3: Tổng hợp mafenid base từ N-benzylurethan Sơ đồ 1.4: Tổng hợp mafenid hydroclorid qua trung gian imin Sơ đồ 1.5: Tổng hợp mafenid hydroclorid từ phenylnitromethan Sơ đồ 1.6: Tổng hợp mafenid base từ 4-(bromomethyl)benzensulfonamid Sơ đồ 1.7: Tổng hợp mafenid base từ amin 10 Sơ đồ 1.8: Sơ đồ tổng hợp mafenid base từ p-toluensulfonyl clorid 9 Sơ đồ 1.9: Sơ đồ tổng hợp mafenid hydroclorid từ sulfanilamid 10 10 Sơ đồ 1.10: Tổng hợp p-cyanobenzensulfonamid từ acid 4- sulfamoylbenzoic 11 11 Sơ đồ 1.11: Tổng hợp mafenid từ phenylacetamid 12 12 Sơ đồ 1.12: Tổng hợp mafenid base từ p-toluensulfonamid 12 13 Sơ đồ 1.13: Sơ đồ tổng hợp mafenid hydroclorid từ N-benzylphthalimid 13 14 Sơ đồ 1.14: Sơ đồ phản ứng tổng hợp phthalimid 13 15 Sơ đồ 1.15: Sơ đồ phản ứng dự kiến tổng hợp mafenid qua trung gian Nbenzylsuccinimid 14 16 Sơ đồ 1.16: Sơ đồ phản ứng dự kiến tổng hợp mafenid qua trung gian Nbenzylsuccinimid 29 17 Sơ đồ 1.17: Sơ đồ phản ứng dự kiến tổng hợp mafenid qua trung gian p(hydroxymethyl)benzensulfonamid 29 18 Sơ đồ 1.18: Sơ đồ phản ứng dự kiến tổng hợp mafenid qua trung gian diamid 30 19 Sơ đồ 1.19: Sơ đồ phản ứng dự kiến tổng hợp mafenid sử dụng muối diazoni 30 20 Sơ đồ 2.1 Sơ đồ phản ứng tổng hợp mafenid acetat sử dụng phản ứng Ritter 21 Sơ đồ 2.2 Sơ đồ phản ứng tổng hợp mafenid acetat từ anhydrid phthalic 35 22 Sơ đồ 2.3 Sơ đồ phản ứng tổng hợp mafenid acetat từ acid succinic 36 34-35 23 Sơ đồ 2.4 Sơ đồ phản ứng tổng hợp mafenid acetat qua trung gian diamid 36 Sơ đồ 4.1 Cơ chế phản ứng Ritter tạo N-benzylacetamid (II) từ alcol 24 benzylic 137 từ sulfonamid III 25 26 Sơ đồ 4.2 Cơ chế đự đốn phản ứng clorosulfo hóa thơng qua muối diazoni Sơ đồ 4.3: Sơ đồ trình cải tiến tổng hợp mafenid acetat mafenid base 140 143 DANH MỤC CÁC HÌNH STT Tên hình Hình 3.1 Sơ đồ quy trình tổng hợp succinimid từ acid succinic quy mơ 1000 g/mẻ Hình 3.2 Sơ đồ quy trình tổng hợp N-benzylsuccinimid quy mơ 1000 g/mẻ Hình 3.3 Sơ đồ quy trình tổng hợp sulfonamid X từ N-benzylsuccinimid quy mơ 1000 g/mẻ Hình 3.4 Sơ đồ quy trình tổng hợp imin IV từ sulfonamid X quy mô 1000 g/mẻ Hình 3.5 Sơ đồ quy trình tổng hợp mafenid base từ imin IV quy mơ 1000 g/mẻ Hình 3.6 Sơ đồ quy trình tổng hợp mafneid acetat từ mafenid base quy mơ 1000 g/mẻ Hình 3.7 Sơ đồ quy trình tổng hợp mafenid acetat từ acid succinic qua trung gian N-benzylsuccinimid quy mô 1000 g/mẻ Trang 118 120 122 124 126 129 130 Hình 3.8 Kết dự đoán tuổi thọ mafenid acetat dựa theo phần mềm Minitab 136 Hình 4.1 Hình ảnh phổ IR sulfonamid III 153 10 Hình 4.2 Hình ảnh phổ IR imin IV tổng hợp theo đường succinimid 153 11 Hình 4.3 Hình ảnh phổ giãn imin IV 154 12 Hình 4.4 Hình ảnh phổ IR sulfonmid X 155 13 Hình 4.5 Hình ảnh phổ 1H-NMR sulfonamid X 156 14 Hình 4.6 Hình ảnh phổ IR mafenid acetat 156 15 Hình 4.7 Hình ảnh phổ 1H-NMR mafenid acetat dung mơi D2 O 157 16 Hình 4.8 Hình ảnh phổ 13C-NMR mafenid acetat 157 17 Hình 4.9 Hình ảnh sắc ký đồ mafenid acetat 158 DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng STT Trang Bảng 2.1 Danh mục dụng cụ, thiết bị sử dụng 31 Bảng 2.2 Nguyên vật liệu thuốc thử 32 Bảng 3.1 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian trì đun nóng 40 Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol 41 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol alcol benzylic acid sulfuric đến hiệu suất phản ứng Ritter 42 Bảng 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol N-benzylacetamid acid clorosulfonic đến hiệu suất phản ứng tạo sulfonamid III 44 Bảng 3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng clorosulfo hoá tạo sulfonamid III 44 Bảng 3.6 Kết khảo sát ảnh hưởng dung mơi đến hiệu suất phản ứng clorosulfo hố tạo sulfonamid III 45 Bảng 3.7 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ amoniac đến hiệu suất phản ứng sulfoamid hoá tạo sulfonamid III 46 10 Bảng 3.8 So sánh phương pháp tổng hợp sulfonamid III từ Nbenzylacetamid (II) p-(hydroxymethyl)benzensulfonamid (IIIb 53 11 Bảng 3.9 Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol sulfonamid III benzaldehyd đến hiệu suất tạo imin IV 56 12 13 14 Bảng 3.10 Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol mafenid base acid acetic đến hiệu suất phản ứng tạo mafenid acetat Bảng 3.11 Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol imin IV acid acetic đến hiệu suất tạo mafenid acetat Bảng 3.12 Kết khảo sát tỉ lệ mafenid acetat/methanol đến hiệu suất trình kết tinh 59 60 61 15 Bảng 3.13 Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mafenid acetat/ethanol đến hiệu suất trình kết tinh 62 16 Bảng 3.14 Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mafenid acetat/isopropanol đến trình kết tinh 62 17 Bảng 3.15 Kết nghiên cứu ảnh hưởng % nước có methanol đến hiệu suất trình kết tinh mafenid acetat 63 18 Bảng 3.16 Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mafenid acetat/MeOH 95% đến trình kế tinh mafenid acetat 63 ... Nghiên cứu tinh chế mafenid acetat đạt tiêu chuẩn USP 38 quy mô 100 g/mẻ 104 3.5 Nâng cấp quy trình tổng hợp mafenid acetat quy mô 1000 g/mẻ 105 3.5.1 Tổng hợp mafenid acetat quy. .. Nâng cấp quy trình tổng hợp mafenid acetat quy mô 100 g/mẻ 96 3.4.1 .Tổng hợp mafenid acetat quy mô 100 g/mẻ qua trung gian Nbenzylacetamid 96 3.4.2 Tổng hợp mafenid acetat quy mô 100... N-benzylsuccinimid quy mơ 1000 g/mẻ Hình 3.4 Sơ đồ quy trình tổng hợp imin IV từ sulfonamid X quy mơ 1000 g/mẻ Hình 3.5 Sơ đồ quy trình tổng hợp mafenid base từ imin IV quy mơ 1000 g/mẻ Hình 3.6 Sơ đồ quy trình