Nghiên cứu quy trình tổng hợp para menthan 3,8 diol quy mô phòng thí nghiệm định hướng làm thuốc xua đuổi muỗi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HỒ CHÍ MINH - BỘ Y TẾ Phan Minh Hoàng NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP PARA-MENTHAN-3,8-DIOL QUY MƠ PHỊNG THÍ NGHIỆM ĐỊNH HƯỚNG LÀM THUỐC XUA ĐUỔI MUỖI LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC Thành phố Hồ Chí Minh - 2020 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC Y DƯỢC TP HỒ CHÍ MINH - BỘ Y TẾ Phan Minh Hồng NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP PARA-MENTHAN-3,8-DIOL QUY MƠ PHỊNG THÍ NGHIỆM ĐỊNH HƯỚNG LÀM THUỐC XUA ĐUỔI MUỖI Ngành: Công Nghệ Dược Phẩm Bào Chế Thuốc Mã số: 8720202 Luận văn Thạc sĩ Dược học NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trần Ngọc Châu GS TS Trần Thành Đạo Thành phố Hồ Chí Minh - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cao học “Nghiên cứu quy trình tổng hợp para-menthan3,8-diol quy mơ phịng thí nghiệm định hướng làm thuốc xua đuổi muỗi” cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn thầy TS.Trần Ngọc Châu GS.TS Trần Thành Đạo, không chép Tôi xin chịu trách nhiệm cơng trình nghiên cứu Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP PARA-MENTHAN-3,8-DIOL QUY MƠ PHỊNG THÍ NGHIỆM ĐỊNH HƯỚNG LÀM THUỐC XUA ĐUỔI MUỖI Tóm tắt Mở đầu: Muỗi trung gian truyền nhiều bệnh nguy hiểm cho người Phòng ngừa muỗi đốt giúp bảo vệ sức khỏe p-Menthan-3,8-diol (PMD) hoạt chất xua đuổi muỗi hiệu chưa sản xuất hay phổ biến Việt Nam Nghiên cứu tổng hợp PMD tạo tiền đề cho phát triển sản phẩm chứa PMD Việt Nam Đối tượng phương pháp nghiên cứu: PMD tổng hợp theo chế Prins từ nguồn nguyên liệu (±)-citronellal tinh khiết (~95%) tinh dầu bạch đàn chanh chứa citronellal (~53%) phương pháp khác bao gồm khuấy sử dụng siêu âm Dựa phổ đồ IR, NMR sắc ký đồ GC nghiên cứu phản ứng, cấu trúc hoạt chất, số phương pháp kiểm nghiệm PMD Kết quả: Đối với (±)-citronellal phương pháp khuấy 50-60 °C, acid sulfuric 0,25% (kl/kl), thời gian cho kết hiệu suất sau kết tinh tới 78,5% Phương pháp dùng sóng siêu âm với biên độ siêu âm 40% (48 µm), xung sóng siêu âm 30 giây hoạt động giây ngừng, thời gian siêu âm giờ, xúc tác acid sulfuric 0,25% (kl/kl) giúp thu sản phẩm có hàm lượng PMD lên tới 98,09% theo GC-FID Thời gian siêu âm giảm 10 phút với biên độ siêu âm 100% mà sản phẩm thu có hàm lượng PMD cao khoảng 93% Đối với tinh dầu bạch đàn chanh, phương pháp khuấy 50-60 °C, acid citric 7% (kl/kl), thời gian 15 giúp thu sản phẩm có hàm lượng PMD khoảng 54% Phương pháp siêu âm với biên độ 4060%, xúc tác acid sulfuric 0,25% giúp giảm thời gian tổng hợp 0,5-2 sản phẩm thu có hàm lượng PMD khoảng 53-63% Cơ chế phản ứng chọn lọc lập thể đồng phân quang học PMD đề xuất Phương pháp IR, NMR giúp xác định tỉ lệ cis- trans- PMD hỗn hợp hai đồng phân phương pháp IR định tính hỗn hợp cis/trans-PMD chứng minh Kết luận: Tổng hợp PMD hồn tồn thực Việt Nam với nguồn nguyên liệu citronellal nhập từ nguồn nguyên liệu tinh dầu bạch đàn chanh nước Từ khóa: PMD, citronellal, Prins, Eucalyptus citriodora RESEARCH ON SYNTHETIC PROCESS OF PARA-MENTHANE-3,8-DIOL ORIENTED FOR MOSQUITO REPELLENT ON LABORATORY SCALE Summary Introduction: Mosquitoes are intermediate hosts that transmit many dangerous diseases to humans Prevention of mosquito bites will help protect health p-Menthan3,8-diol (PMD) is an effective mosquito repellent but it has not yet been produced or popular in Vietnam Research on synthetic process of PMD can support for PMDcontaining product development in Vietnam Materials and methods: PMD is synthesized through Prins mechanism from two sources of materials that are pure (±)- citronellal (~ 95%) and essential oil of Eucalyptus citriodora L (~53% citronellal) with different methods including stirring method and ultrasound-supported method Based on IR, NMR and GC results, reaction, structures, and some PMD testing methods are studied Results: For (±)-citronellal, the stirring method carried out at 50-60 °C in hours using 0.25% (w/w) sulfuric acid as catalyst gave a crystallization yield up to 78.5% The ultrasonic method with 40% amplitude (48 µm), pulse of 30 seconds on and seconds off in hours, using 0.25% (w/w) sulfuric acid catalyst helped to obtain oil product up to 98.09% PMD The ultrasonic time could be reduced to 10 minutes with 100% amplitude and the oil product contained about 93% PMD For Eucalyptus citriodora essential oil, the stirring method at 50-60 °C for 15 hours with 7% citric acid catalyst resulted in 54% PMD oil product The ultrasonic method with 40-60% amplitude and 0.25% (w/w) sulfuric acid catalyst could reduce synthesis time to 0.52 hours and obtain the oil product containing 53-63% PMD PMD optical isomer selective reaction mechanism was proposed The IR and NMR spectra methods determining the cis-/trans- PMD ratios in a mixture, and the IR spectrum method applied to identify PMD not only in pure form but also in cis-/trans- PMD mixture form were proven Conclusion: Synthesis of PMD is completely possible in Vietnam with imported citronellal or domestic Eucalyptus citriodora essential oil Keywords: PMD, citronellal, Prins, Eucalyptus citriodora i LỜI CẢM ƠN Cho phép em gửi lời cảm ơn đặc biệt đến thầy TS.TRẦN NGỌC CHÂU, thầy GS TS TRẦN THÀNH ĐẠO dành nhiều thời gian quý báu để hướng dẫn, bảo tận tình động viên tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn thầy PGS.TS Lê Minh Trí, thầy PGS.TS Trương Phương, cô PGS.TS Huỳnh Thị Ngọc Phương, thầy PGS.TS Thái Khắc Minh, cô TS Võ Thị Cẩm Vân, Th.S Huỳnh Nguyễn Hồi Phương ln quan tâm, tạo cho em môi trường học tập, làm việc tốt Em xin cảm ơn cô PGS.TS Bùi Mỹ Linh tài trợ tinh dầu bạch đàn chanh cho nghiên cứu Em xin cảm ơn chị Ngô Thị Kiều Khương, chị Đặng Thị Hồng Chi, cảm ơn cô Thảo chăm lo dụng cụ, hóa chất, hỗ trợ lab ngăn nắp, giúp em/con hồn thành đề tài Em/mình xin chân thành cảm ơn anh chị, bạn em đồng hành suốt trình thực đề tài mơn Hóa Dược i MỤC LỤC MỞ ĐẦU TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan chất xua đuổi muỗi 2.2 Tổng quan PMD tinh dầu làm giàu PMD 2.2.1 Tổng quan PMD 2.2.2 Tổng quan tinh dầu làm giàu PMD 2.3 Tổng quan phương pháp tổng hợp chiết xuất PMD .10 2.3.1 Chiết xuất từ tự nhiên 10 2.3.2 Tổng hợp từ nguyên liệu citronellal theo phản ứng Prins .10 2.3.3 Tổng hợp từ nguồn nguyên liệu khác .17 2.4 Tổng quan citronellal .17 2.5 Tổng quan bạch đàn chanh thành phần tinh dầu 18 2.6 Tổng quan áp dụng sóng siêu âm tổng hợp .20 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 3.1 Dụng cụ hóa chất .22 3.2 Phương pháp tổng hợp PMD từ citronellal tinh khiết 23 3.2.1 Phân tích điều kiện tiến hành thí nghiệm 23 3.2.2 Quy trình tổng hợp PMD cách khuấy 24 3.2.3 Quy trình tổng hợp tinh chế PMD có sử dụng sóng siêu âm 25 3.2.4 Khảo sát yếu tố siêu âm ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp tỉ lệ chuyển hóa citronellal .25 3.2.5 Tối ưu hóa quy trình tổng hợp .26 ii 3.3 Phương pháp tổng hợp PMD từ tinh dầu bạch đàn chanh .27 3.3.1 Điều kiện tiến hành thí nghiệm quy trình tổng hợp dự kiến 27 3.3.2 Tối ưu hóa quy trình tổng hợp .27 3.4 Phương pháp xác định cấu trúc độ tinh khiết sản phẩm .28 3.4.1 Nhiệt độ nóng chảy 28 3.4.2 Sắc ký lớp mỏng 28 3.4.3 Khối phổ 28 3.4.4 Sắc ký khí 29 3.4.5 Phổ hồng ngoại 33 3.4.6 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) .33 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 35 4.1 Tổng hợp PMD từ nguyên liệu (±)-citronellal .35 4.1.1 Phân tích nguyên liệu (±)-citronellal sắc ký khí 35 4.1.2 Phân lập, phân tích đặc điểm đồng phân PMD chứng minh vị trí pic PMD phổ đồ sắc ký đồ .35 4.1.3 Tổng hợp PMD phương pháp khuấy 63 4.1.4 Tổng hợp PMD phương pháp áp dụng siêu âm 67 4.1.5 Nghiên cứu tinh chế PMD phương pháp kết tinh 76 4.2 Tổng hợp PMD từ nguyên liệu tinh dầu bạch đàn chanh .78 4.2.1 Phân tích nguyên liệu tinh dầu bạch đàn chanh sắc ký khí 78 4.2.2 Kết tổng hợp PMD từ nguyên liệu tinh dầu bạch đàn chanh 79 4.2.3 Phân tích PMD kết tinh từ dầu thô sau phản ứng siêu âm 81 4.3 Phân tích bàn luận chế phản ứng chọn lọc lập thể phản ứng Prins tổng hợp PMD từ citronellal 83 4.4 Phân tích bàn luận kiểm nghiệm PMD 86 4.4.1 Nhiệt độ nóng chảy 86 4.4.2 Sắc ký lớp mỏng 88 4.4.3 Phổ hồng ngoại 89 4.4.4 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 96 4.4.5 So sánh phương pháp kiểm nghiệm 96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97 Danh sách chữ viết tắt kí hiệu Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt cs Cộng CDC DCM DEET EI EPA Centers for disease control and Trung tâm phòng chống kiểm prevent Dicloromethane N,N-diethyl-mmethylbenzamide Electron ionization United States Environmental Protection Agency EtOAc Ethyl acetate EtOH Ethanol GC Gas chromotography GC-FID GC-MS IR Ion hóa điện tử Cục bảo vệ mơi trường Hoa Kỳ Sắc ký khí Gas chromatography - Flame- Sắc ký khí đầu dị ion hóa ionization detection Gas chromatography - Mass spectrometry Infrared lửa Sắc ký khí ghép khối phổ Hồng ngoại Nồng độ khối lượng/khối lượng kl/kl LD50 Lethal dose, 50% n6 n- hexane NIST soát dịch bệnh Liều gây chết 50% số lượng National Institute of Standards Viện tiêu chuẩn kỹ thuật Hoa and Technology Kỳ NMR Nuclear Magnetic Resonance Cộng hưởng từ hạt nhân PMD para-Menthane-3,8-diol SDS Sodium dodecyl sulfate Sắc ký lớp mỏng SKLM Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL 80 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL 81 Phụ lục 42 Kết SKLM thí nghiệm tổng hợp PMD khơng siêu âm A1-A8 TN C_acid temp A1 A2 0,25% 2,65% 50-60 80-90 °C °C A3 A4 0,25% 80-90 °C 15% tophòng A5 A6 A7 A8 1,5% 0,25% 0,25% 0,25% 50-60 50-60 50-60 50-60 °C °C °C °C PMD Phụ lục 43 Kết SKLM thí nghiệm tổng hợp PMD có siêu âm B1-B4 TN B1 B2 B3 B4 40% 30% 20% 30% 30s+5s 30s+5s 30s+5s 30s+5s giờ giờ Biên độ Xung Thời gian Cỉtronellal Cỉtronellal Cỉtronellal Cỉtronellal PMD Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL 82 Phụ lục 44 Kết SKLM theo dõi thí nghiệm D0 Phụ lục 45 Kết SKLM thời điểm ngưng phản ứng từ D1 đến D9 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 citronellal Hình trái: Điều Hình phải: Hình phải (D10): kiện D6, thực Điều kiện D8 biên 0,5 giờ, cịn nhiều thực khơng xung, 10 citronellal phút, phút, nhiều nhiều citronellal Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn độ citronellal 40%, Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL 83 Phụ lục 46 Kết SKLM kết tinh PMD từ sản phẩm dầu thô tổng hợp từ nguyên liệu tinh dầu bạch đàn chanh Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL 84 Phụ lục 47 Xác nhận đăng nội dung báo đăng Tạp chí dược học Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL 85 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL 86 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL 87 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL 88 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL 89 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL 90 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL 91 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL 92 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL 93 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PL 94 Tuân thủ Luật sở hữu trí tuệ Quy định truy cập tài liệu điện tử Ghi rõ nguồn tài liệu trích dẫn ... trình nghiên cứu Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP PARA- MENTHAN- 3,8- DIOL QUY MƠ PHỊNG THÍ NGHIỆM ĐỊNH HƯỚNG LÀM THUỐC XUA ĐUỔI MUỖI Tóm tắt Mở đầu: Muỗi. .. BỘ Y TẾ Phan Minh Hoàng NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP PARA- MENTHAN- 3,8- DIOL QUY MƠ PHỊNG THÍ NGHIỆM ĐỊNH HƯỚNG LÀM THUỐC XUA ĐUỔI MUỖI Ngành: Công Nghệ Dược Phẩm Bào Chế Thuốc Mã số: 8720202 Luận... para- menthan3 ,8 -diol quy mơ phịng thí nghiệm định hướng làm thuốc xua đuổi muỗi? ?? cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn thầy TS.Trần Ngọc Châu GS.TS Trần Thành Đạo, không chép Tôi xin chịu trách nhiệm cơng trình