Nghiên cứu quy trình tổng hợp berberin clorid (the research on the berberine chloride synthesis process)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN MINH NGỌC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH TỔNG HỢP BERBERIN CLORID LUẬN ÁN TIẾN SĨ DƯỢC HỌC HÀ NỘI - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN MINH NGỌC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH TỔNG HỢP BERBERIN CLORID CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ DƯỢC PHẨM & BÀO CHẾ MÃ SỐ: 62720402 Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Đình Luyện HÀ NỘI – 2020 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan phần cơng trình nghiên cứu tập thể mà tơi thành viên Tơi tồn thành viên đồng ý cho phép sử dụng số liệu luận án Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác NCS Nguyễn Minh Ngọc LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Đình Luyện người Thầy nhiệt tình hướng dẫn, hết lịng giúp đỡ, dìu dắt, bảo, động viên, khích lệ tơi để tơi có động lực hồn thành luận án Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới TS Nguyễn Văn Hải, TS Nguyễn Văn Giang, TS Nguyễn Thị Hường, TS Đào Nguyệt Sương Huyền quan tâm đặc biệt, hỗ trợ tơi đa cho tơi q trình nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đăng Hịa, GS.TS Nguyễn Hải Nam, PGS.TS Từ Minh Kng, PGS.TS Đàm Thanh Xuân, PGS.TS Đinh Thị Thanh Hải cho tơi gợi ý q báu q trình thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn tồn thể Thầy, Cơ giáo Bộ Mơn cơng nghiệp Dược, trường Đại Học Dược Hà Nội, Ban giám hiệu trường Cao Đẳng Dược TW Hải Dương, Bộ môn Bào chế, Phịng nghiên cứu khoa học, phịng tài kế toán trường Cao Đẳng Dược TW Hải Dương, ủng hộ động viên tơi suốt q trình nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn đến giúp đỡ, cộng tác Thầy cô, anh chị Quý quan: Cục khoa học công nghệ đào tạo – Bộ Y Tế, Viện Kiểm nghiệm thuốc Trung Ương, Viện Hóa Học - Viện Hàn lâm khoa học Cơng Nghệ Việt Nam, Khoa hóa học – Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, Bộ môn Dược lý – Đại học Dược Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn Đảng ủy, Ban giám hiệu, Phòng sau đại học, Phòng tổ chức Cán bộ, Phịng chức năng, Bộ mơn chun ngành công nghệ Dược phẩm Bào chế thuốc – Trường Đại học Dược Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình học tập hồn thành luận án Tơi xin gửi lời cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Song Hà, PGS.TS.Nguyễn Thị Thanh Duyên, TS Đỗ Hồng Quảng, TS Nguyễn Trần Linh, TS Đỗ Huy Hồng tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn học viên cao học, hệ sinh viên dược tơi làm việc để hồn thành kết luận án Cuối cùng, xin cảm ơn bố mẹ, anh chị người thân bạn bè động viên, giúp đỡ suốt năm qua NCS Nguyễn Minh Ngọc MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ ĐẶT VẤN ĐỀ Chương TỔNG QUAN 1.1 Khái quát chung berberin clorid 1.1.1 Đặc điểm cấu trúc hóa học 1.1.2 Tính chất hóa lý 1.1.3 Ứng dụng lâm sàng 1.1.4 Tác dụng dược lý 1.2 Phương pháp sản xuất berberin 1.2.1 Phương pháp chiết xuất từ dược liệu 1.2.2 Phương pháp tổng hợp hóa học 10 1.3 Phân tích lựa chọn phương pháp tổng hợp berebrin 20 Chương ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 2.1 Nguyên liệu, thiết bị 23 2.1.1 Nguyên liệu 23 2.1.2 Thiết bị, dụng cụ 24 2.2 Nội dung nghiên cứu 26 2.3 Phương pháp nghiên cứu 26 2.3.1 Tổng hợp hóa học tinh chế sản phẩm, khảo sát thông số tối ưu 26 2.3.2 Phương pháp kiểm tra độ tinh khiết 28 2.3.3 Phương pháp xác định cấu trúc hóa học 28 2.3.4 Phương pháp đánh giá chất lượng nguyên liệu berberin clorid 28 2.3.5 Phương pháp nghiên cứu độ ổn định nguyên liệu tổng hợp 29 2.3.6 Phương pháp thử độc tính cấp nguyên liệu tổng hợp 30 Chương THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ 32 3.1 Xây dựng quy trình tổng hợp berberin clorid quy mơ phịng thí nghiệm 32 3.1.1 Phương pháp tổng hợp berberin clorid thông qua trung gian homopiperonylamin hydroclorid 32 3.1.2 Phương pháp tổng hợp berberin clorid từ 2,3dimethoxybenzaldehyd qua chất trung gian 2,3-dimethoxybenzaldoxim 52 3.1.3 So sánh phương pháp tổng hợp berberin clorid quy mơ phịng thí nghiệm 56 3.2 Kiểm tra độ tinh khiết khẳng định cấu trúc hóa học chất tổng hợp 56 3.2.1 Kiểm tra độ tinh khiết 56 3.2.2 Khẳng định cấu trúc sản phẩm tổng hợp 58 3.3 Xây dựng quy trình tinh chế berberin clorid quy mơ phịng thí nghiệm đạt tiêu chuẩn Dược điển Việt Nam V 65 3.3.1 Quy trình tiến hành 65 3.3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng 65 3.3.3 Đánh giá chất lượng sản phẩm tinh chế theo tiêu chuẩn DĐVN V 66 3.4 Xây dựng quy trình tổng hợp tinh chế berberin clorid quy mô 100 g/mẻ 68 3.4.1 Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (61) từ piperonal 68 3.4.2 Tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (6a) từ 3,4-methylendioxyβ-nitrostyren (61) 68 3.4.3 Tổng hợp 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (31) từ homopiperonylamin hydroclorid (6a) 75 3.4.4 Tổng hợp berberin (1) từ 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (31) 76 3.4.5 Tinh chế sản phẩm berberin thô đạt tiêu chuẩn theo Dược điển Việt Nam V quy mô 100 g/mẻ 77 3.5 Xây dựng quy trình tổng hợp tinh chế berberin clorid quy mô 500 g/mẻ 80 3.5.1 Giai đoạn - tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (61) từ piperonal 80 3.5.2 Giai đoạn - tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (6a) từ 3,4methylendioxy-β-nitrostyren (61) với tác nhân khử Fe 83 3.5.3 Giai đoạn - tổng hợp 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (31) từ homopiperonylamin hydroclorid (6a) 86 3.5.5 Giai đoạn - tổng hợp berberin (1) từ 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N(2,3-dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (31) 89 3.5.6 Tinh chế sản phẩm berberin quy mô 500g/mẻ 92 3.6 Đề xuất tiêu chuẩn sở nguyên liệu berberin clorid tổng hợp 94 3.7 Kết nghiên cứu độ ổn định thử độc tính cấp nguyên liệu berberin tổng hợp 97 3.7.1 Kết nghiên cứu độ ổn định 97 3.7.2 Kết thử độc tính cấp sản phẩm berberin clorid tổng hợp 101 Chương BÀN LUẬN 111 4.1 Một số bàn luận quy trình tổng hợp 111 4.1.1 Về quy trình tổng hợp quy mơ thí nghiệm 111 4.1.2 Về phương pháp tổng hợp berberin 116 4.1.3 Về quy trình tổng hợp quy mơ 500g/mẻ 121 4.2 Bàn luận trình tổng hợp hóa học, tinh chế độ ổn định nguyên liệu berberin clorid tổng hợp 127 4.2.1 Về trình tổng hợp chất trung gian sản phẩm cuối 127 4.2.2 Cấu trúc hóa học hợp chất tổng hợp 139 4.3 Về độ ổn định sản phẩm berberin clorid tổng hợp 144 4.5 Về tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm berberin clorid tổng hợp 148 4.6 Về độc tính cấp sản phẩm berberin clorid tổng hợp 148 Kết luận Và kiến nghị 151 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ac ACC Acetyl Acetyl coenzym-A carboxylase AChE Acetylcholinesterase ADN AR Acid deoxyribonucleic Tiêu chuẩn phân tích (Analytical Reagent) AMPK BBR Protein kinase hoạt hóa adenosin monophosphat (Adenosine Monophosphate-Activated Protein Kinase) Berberin clorid BChE Butyrylcholinesterase Bu n-Butyl COX Cyclooxygenase db Tỷ trọng biểu kiến DCM DĐVN DMSO đvC Dicloromethan Dược điển Việt Nam Dimethyl sulfoxid đơn vị Carbon Et FBG Ethyl Đường huyết lúc đói (Fasting Blood Glucose) HbA1c Hemoglobin A1c HPMC Hydroxypropyl methyl cellulose LDL Lipoprotein tỉ trọng thấp (Low Density Lipoprotein) LDLR Thụ thể lipoprotein tỉ trọng thấp LPS m/z MAO mARN MD Phân tử gồm lipid polysaccharid (Lipopolysaccharide) Tỉ lệ khối lượng điện tích Monoamin-oxidase Acid ribonucleic thơng tin (Messenger Ribonucleic Acid) Kháng nguyên biệt hóa myeloid (Myeloid Differentiation) Me MHz MMP Methyl Megahertz Proteinkinase kim loại chất ngoại bào (Matrix Metalloproteinkinase) Phổ khối (Mass Spectrometry) MS NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân PBG (Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy) Đường huyết sau bữa ăn (Postprandial blood glucose) Ph Phenyl Rf SKLM Hệ số lưu giữ (Retention factor) Sắc ký lớp mỏng T2MD TC TFA Đái tháo đường typ Tổng nồng độ cholesterol toàn phần (Total Cholesterol) Acid trifluoroacetic TG Triglycerid THF Tetrahydrofuran Tlag Thời gian tiềm tàng TLR Ts OECD ICH Thụ thể giống Toll (Toll - like receptor) p-Toluensulfonyl (tosyl) Tổ chức Hợp tác Phát triển Kinh tế (Organization for Economic Cooperation and Development;) Hội đồng quốc tế hài hòa yêu cầu kỹ thuật dược phẩm LD50 cho người (International Conference on Harmonization) Liều lượng gây chết 50% (Lethal Dose 50%) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Danh mục dung mơi, hóa chất 23 Bảng 2.2 Danh mục thiết bị, dụng cụ .24 Bảng 3.1 Kết tổng hợp chất 61 theo phương pháp 35 Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ mol nitromethan/piperonal tới hiệu suất phản ứng 35 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian tới hiệu suất phản ứng 36 Bảng 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng dung môi tới hiệu suất phản ứng 37 Bảng 3.5 Kết tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (6a) theo phương pháp 42 Bảng 3.6 Kết khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ mol NaBH4 3,4methylendioxy-β-nitrostyren (61) đến hiệu suất phản ứng .43 Bảng 3.7 Kết khảo sát ảnh hưởng xúc tác cho phản ứng khử hóa .44 Bảng 3.8 Kết tổng hợp chất 31 theo phương pháp 46 Bảng 3.9 Kết khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ mol aldehyd chất 6a 47 Bảng 3.10 Kết khảo sát ảnh hưởng bazơ khác đến hiệu suất phản ứng ngưng tụ .47 Bảng 3.11 Kết khảo sát ảnh hưởng dung môi tới hiệu suất phản ứng 48 Bảng 3.12 Kết tổng hợp berberin clorid (1) theo phương pháp 50 Bảng 3.13 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ mol đến hiệu suất phản ứng .50 Bảng 3.14 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất phản ứng .51 Bảng 3.15 Kết khảo sát ảnh hưởng tác nhân khử hóa đến hiệu suất phản ứng tổng hợp 63 54 Bảng 3.16 So sánh phương pháp tổng hợp berberin clorid từ nguyên liệu khác 56 Bảng 3.17 Đặc điểm sắc ký lớp mỏng hợp chất tổng hợp 56 Bảng 3.18 Nhiệt độ nóng chảy hợp chất tổng hợp 57 Bảng 3.19 Kết phân tích cấu trúc 61 58 Bảng 3.20 Kết phân tích cấu trúc 62 59 Bảng 3.21 Kết phân tích cấu trúc 63 60 Bảng 3.22 Kết phân tích cấu trúc 25a 61 Bảng 3.23 Kết phân tích cấu trúc 6a 62 Bảng 3.24 Kết phân tích cấu trúc 31 63 Bảng 3.25 Kết phân tích cấu trúc 64 Bảng 3.26 Ảnh hưởng dung môi tới hiệu suất kết tinh Berberin clorid .66 Phụ lục 31 Phổ MS hợp chất 62 Phụ lục 32 Phổ 1H – NMR hợp chất 62 Phụ lục 33 Phổ 1H – NMR giãn rộng hợp chất 62 (Vùng 3,5 – 11,5 ppm) Phụ lục 34 Phổ 1H – NMR giãn rộng hợp chất 62 (Vùng 7,0 – 7,4 ppm) Phụ lục 35 Phổ 13C – NMR hợp chất 62 Phụ lục 36 Phổ 13C – NMR giãn rộng hợp chất 62 (Vùng 50 - 160 ppm) Phụ lục 37 Phổ IR hợp chất 62 Inten.(x10,000,000) 2.50 2.25 2.00 1.75 1.50 168.20 1.25 151.20 1.00 0.75 136.15 0.50 209.25 0.25 115.15 219.30 0.00 125.0 150.0 175.0 200.0 225.0 Phụ lục 38 Phổ MS hợp chất 63 250.0 275.0 300.0m/z Phụ lục 39 Phổ 1H – NMR hợp chất 63 Phụ lục 40 Phổ 13C – NMR hợp chất 63 Phụ lục 41 Phổ IR hợp chất 63 Phụ lục 42 Phiếu kiểm nghiệm berberin clori quy mô 100 g/mẻ theo tiêu chuẩn dược điển Việt Nam V Phụ lục 43 Phiếu kiểm nghiệm berberin clorid quy mô 500 g/mẻ theo tiêu chuẩn sở đề xuất ... pháp tổng hợp berberin clorid để nâng cấp trình tổng hợp - Tinh chế nguyên liệu berberin tổng hợp đạt tiêu chuẩn dược dụng quy mơ phịng thí nghiệm - Nâng cấp quy mơ tổng hợp berberin clorid quy. .. sulfat [92] Trong thực vật, berberin sinh tổng hợp từ L-tyrosin, 20 acid amin sở trình sinh tổng hợp protein tế bào Hình 1.1 Con đường sinh tổng hợp berberin Trong trình sinh tổng hợp berberin [32]... 4.1.1 Về quy trình tổng hợp quy mơ thí nghiệm 111 4.1.2 Về phương pháp tổng hợp berberin 116 4.1.3 Về quy trình tổng hợp quy mơ 500g/mẻ 121 4.2 Bàn luận q trình tổng hợp hóa học,