Đề tài đã sử dụng và cải tiến phương pháp tổng hợp carbocistein từ phương pháp chính của tác giả L. Michaelis và cộng sự, đi từ 2 nguyên liệu là L-cystein hydroclorid monohydrat và acid monocloroacetic. Đây là 1 phản ứng S-alkyl hóa xảy ra theo cơ chế thế ái nhân SN2. Phản ứng xảy ra không tạo thành hợp chất trung gian, mà tạo thành trạng thái chuyển lưỡng phân tử.
Hình 4.1. Phản ứng S-alkyl hóa theo cơ chế SN2 giữa L-CHM và MCA Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng alkyl hóa L-CHM, trong đó đáng chú ý là: tỷ lệ mol các chất tham gia, pH phản ứng, nhiệt độ phản ứng . Vì thế chúng tôi tiến hành khảo sát các yếu tố trên để tìm ra thông số tối ưu cho phản ứng.
- pH của phản ứng là một yếu tố cần quan tâm. Nếu pH quá cao, L- cystein sẽ dễ bị oxi hóa thành L-cystin. Còn ngược lại nếu pH quá thấp (pH<7), sẽ không thể hòa tan được hết L-CHM. Trong quá trình khảo sát, chúng tôi nhận thấy pH thích hợp nhất cho phản ứng là từ 9-10.
- Tỷ lệ mol các chất tham gia phản ứng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và độ tinh khiết sản phẩm. Trong quá trình phản ứng,
48
MCA dễ dàng hòa tan vào dung dịch, còn L-CHM được hoàn tan dần dần khi tăng dần pH dung dịch. Vì thế nếu lượng MCA bằng hoặc ít hơn so với lượng L-CHM (tỷ lệ mol tương ứng là 0,9 và 1,0 khi khảo sát) thì L-CHM sẽ khó có thể tác dụng hết được với MCA, phản ứng kéo dài dễ dẫn tới tạo sản phẩm phụ. Qua khảo sát cho thấy, khi lượng MCA dư với L-CHM ở tỷ lệ mol 1,1 : 1 thì hiệu suất phản ứng đạt cao nhất, sản phẩm tinh khiết. Nếu tăng lên tỷ lệ mol cao hơn ( 1,2 và 1,3) cũng không làm tăng hiệu suất, mà còn có thể có sản phẩm phụ do MCA dư tham gia phản ứng N-alkyl hóa vào gốc amin của sản phẩm.
- Trong quá trình triển khai tổng hợp, yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất phản ứng là sự oxy hóa L-cystein thành L-cystin. Do đó cần đảm bảo duy trì sục khí N2 và tránh để nhiệt độ phản ứng tăng quá cao. Qua khảo sát cho thấy, nhiệt độ cần duy trì không quá 450C. Khi nâng nhiệt độ trên 450C, chúng tôi thấy xuất hiện vết của L-cystin trong SKLM do trong môi trường kiềm L-cystein dễ bị oxy hóa. L-cystin cũng dễ dàng được loại đi trong quá trình kết tinh sản phẩm, nên nếu tiến hành phản ứng ở nhiệt độ cao chỉ làm giảm hiệu suất mà không ảnh hưởng đến độ tinh sạch.. Trong điều kiện cơ sở vật chất phòng thí nghiệm, việc làm lạnh phản ứng chỉ có thể thực hiện bằng đá nên ở qui mô 100 g/mẻ, 500 g/mẻ và 1 kg/mẻ chúng tôi vẫn có thể kiểm soát nhiệt độ phản ứng dưới 450C (theo qui trình ban đầu). Ở qui mô lớn hơn cần có sự điều chỉnh thích hợp (xem mục 4.1.2).