CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Các phương pháp tổng hợp Sunitinib có sử dụng chất trung gian là
2.1.2. Tổng hợp Sunitinib sử dụng phản ứng đóng vòng pyrrole sau khi
Quy trình này đã hạn chế việc phải sử dụng lƣợng dƣ diamine khi tạo liên kết amide trong quy trình nêu trên. Sơ đồ của quy trình đƣợc mô tả nhƣ sau (Hình 6)
Hình 6: Tổng hợp Sunitinib theo Rajappa Vaidyanathan
Trong quy trình, vòng pyrrole (14) đƣợc đóng lại thông qua phản ứng Knorr pyrrole. Vòng này đƣợc tạo thành từ oxime (3) (có nguồn gốc từ tert-butyl
acetoacetate, NaNO2 trong HOAc) và β-Ketoamide (12). β-Ketoamide này đƣợc điều chế từ diketene và N, N-diethylethylenediamine. Vòng pyrrole (14) dễ dàng bị loại nhóm –COOt-Bu bằng tác nhân H+/ MeOH để tạo pyrrole (15).
Cách làm này sẽ không nhất thiết phải sử dụng dƣ amin, cũng nhƣ các chất xúc tác đắt tiền cho quá trình tạo amide.
Phản ứng của diketene với N,N-diethylethylenediamine trong tert-butyl
methyl ether cho β-ketoamide với hiệu suất rất cao (khoảng 93%) [23]. Do β-ketoamide dễ bị phân hủy nên ngay sau khi tạo thành, nó sẽ hoặc đƣợc sử dụng
ngay lập tức hoặc được bảo quản ở -20° C. Tuy nhiên, điều này không ảnh hưởng gì đến sản phẩm cuối của chuỗi phản ứng.
Oxim (3) đƣợc xử lý cùng với amide (12) khi có sự xuất hiện của kẽm và acid acetic tạo thành pyrrole (14) theo đúng nguyên tắc của phản ứng Knorr (hiệu suất phản ứng lên đến trên 60%).
Phản ứng đóng vòng Knorr pyrrole nếu đƣợc áp dụng nguyên mẫu thì có thể đạt hiệu suất khá cao, nhƣng nó chỉ nên áp dụng trên các tổng hợp quy mô nhỏ, nhƣ trong phòng thí nghiệm. Khi áp dụng phương pháp này vào sản xuất trong công nghiệp với quy mô lớn thì đã gặp phải những hạn chế sau:
Thông thường, sản phẩm của phản ứng Knorr (khi mà β-ketoesters được sử dụng) sẽ bị tách ra ngay trong môi trường nước. Trong trường hợp này, sự có mặt của một nhóm chức amin thêm trong (14) đã không thể cho sản phẩm tách ra ở điều kiện pH thấp đƣợc. Xét về cơ bản thì hỗn hợp phản ứng sẽ hoàn toàn thu đƣợc kết tủa nhƣ mong muốn. Nhƣng, khi chạy qua giai đoạn pH 9 thì muối kẽm cũng bị kết tủa. Điều này đã làm cho việc tinh chế sản phẩm trở nên cực kì khó khăn. Vấn đề này đã đƣợc giảm thiểu bằng cách thêm CH2Cl2 vào cuối của chu trình phản ứng, khi mà vòng pyrrole hình thành. Tiếp theo, chỉnh pH của phản ứng đến 13 - 14 bằng NaOH. Các muối kẽm hình thành ở pH 9 hòa tan ở pH 13 - 14, lúc này, sản phẩm được kết tủa gần như hoàn toàn. Mặc dù làm việc theo phương pháp này khá hiệu quả, nhƣng để đạt pH 13–14 thì vẫn cần phải trải qua giai đoạn pH 9 nên
không có cách nào có thể tránh đƣợc quá trình kết tủa của muối kẽm, mặc dù muối này có thể đƣợc làm sạch. Muối kẽm kết tủa ở dạng keo sẽ gây ảnh hưởng rất lớn trong quá trình phản ứng. Điều này đã gây ra những khó khăn nhất định trong việc áp dụng quy trình này vào sản xuất trong công nghiệp, khi mà lƣợng chất tham gia phản ứng là rất lớn.
Thứ hai, diketene đƣợc biết đến là một loại hóa chất độc hại khi tiếp xúc với cơ thể. Diketene lại không được bán sẵn trên thị trường. Như vậy, muốn tổng hợp được Sunitinib, trước hết ta phải tổng hợp diketene. Các tổng hợp diketene lại tiến hành trong điều kiện phức tạp: nhiệt độ rất cao (600oC-750oC) điều này gây ra bất lợi trong quá trình tổng hợp.
Ngoài ra, những mối quan tâm về vấn đề bảo vệ môi trường liên quan với việc xử lý muối kẽm sau phản ứng cũng là một yếu tố quan trọng trong việc thúc đẩy tìm kiếm tác nhân thay cho kẽm. Vì vậy, việc tìm kiếm tác nhân khác để thay thế kẽm chính là lựa chọn tuyệt vời cho các nhà sản xuất dƣợc phẩm.
Trước những nhu cầu được đặt ra như vậy thì một giải pháp tối ưu hóa phản ứng Knorr đã đƣợc tìm ra để áp dụng, thay vì sử dụng tác nhân kẽm bột trong acid acetic, người ta dùng Hydro làm tác nhân đóng vòng Pyrrole.
Phương pháp đóng vòng pyrrole đã được tối ưu hóa trong một tài liệu [23], ở đây, ta không cần sử dụng kẽm bột để thực hiện phản ứng đóng vòng pyrrole nữa.
Quy trình đó đƣợc mô tả nhƣ sau:
Hình 7: Tối ƣu hóa phản ứng đóng vòng Pyrrole
Trong cách làm này, kẽm đã đƣợc thay thế bằng Hydro mới sinh [29]. Sự khử oxim (3) [29]và phản ứng đóng vòng pyrrole [15] xảy ra với điều kiện hết sức đơn giản. Phản ứng Hydro hóa của amide (12), oxim (3) với sự có mặt của trên 10%
khối lƣợng xúc tác Pd/C trong HOAc (45 psig, 65-70oC trong khoảng 7 giờ) đã tạo đƣợc sản phẩm là vòng pyrrole (14) hầu nhƣ không bị lẫn tạp chất. Điều này chứng tỏ rằng, việc sử dụng hydro hoàn toàn có thể thay thế cho kẽm bột, đặc biệt có hiệu quả khi áp dụng cho những chất không thể tách ra đƣợc hoặc bị kết tủa trong môi trường acid. Hiệu suất của phản ứng khá cao, khoảng 77%.
Tuy nhiên, có rất ít tài liệu nói về phương pháp tổng hợp vòng pyrrole có gắn chuỗi bên amide sử dụng tác nhân đóng vòng là Hydro [5] . Hơn nữa, với việc sử dụng xúc tác 10% Pd/C nếu áp dụng phương pháp này trong sản xuất dược phẩm trên quy mô công nghiệp thì chi phí sử dụng cho xúc tác sẽ rất tốn kém, nên phương pháp này chƣa thể đƣợc lựa chọn để áp dụng sản xuất quy mô lớn nhƣ trong công nghiệp.
Sau phản ứng đóng vòng pyrrole, các chuỗi bên oxindole đƣợc đính vào và hoàn tất quá trình tổng hợp Sunitinib. HCl/EtOH đƣợc sử dụng để thực hiện phản ứng decarboxyl hóa pyrrole (5) tạo pyrrole (6) theo lí thuyết thì có thể dùng đƣợc trong quy trình tổng hợp. Tuy nhiên, trong trường hợp này, khi HCl được sử dụng, sản phẩm decarboxyl hóa thu đƣợc với hiệu suất cao, nhƣng dimer (17) (một sản phẩm phụ không mong muốn cũng đƣợc hình thành). Chất này đƣợc hình thành trong phản ứng từ rất sớm và lƣợng tạo thành tăng theo thời gian.
Hình 8: Dimer (17) của phản ứng decarboxyl hóa
Các phản ứng thực nghiệm đã chứng minh đƣợc rằng, việc sử dụng H2SO4 1M trong MeOH (3:1 H2O) ở 65°C có thể làm sạch sản phẩm phụ của phản ứng decarboxyl hóa mà không xảy ra bất kỳ điều gì không mong muốn cho cả quá trình thực nghiệm [41]. Bên cạnh đó thì việc sử dụng TFA ở nhiệt độ thấp hơn cũng đã
chloromethylene dimethylammonium chloride trong axetonitril để tạo thành sản phẩm cộng Vilsmeler (16) ở trạng thái trung gian [6]. Bổ sung 5-fluorooxindole và KOH vào hỗn hợp phản ứng ở giai đoạn này để thu đƣợc sản phẩm Sunitinib. Quy trình này đạt hiệu suất 74%.
Vào năm 2005, một quy trình tổng hợp Sunitinib đƣợc công bố [14], với việc sử dụng đồng vị 18F nhƣ sau:
Hình 9: Tổng hợp Sunitinib theo Ji-Quan Wang
Sau đó, dùng K18F/Kryptofix/CH3CN để chuyển toàn bộ sản phẩm có dẫn xuất NO2 về Sunitinib, nhƣ sau:
Hình 10: Chuyển hóa dẫn xuất Nitro về Sunitinib
Bằng cách làm này, ta đã thu đƣợc sản phẩm Sunitinib với hiệu suất rất cao, tuy nhiên thì vấn đề làm sạch sản phẩm cũng gặp phải nhiều khó khăn [14]. Hơn nữa, việc sử dụng K18F/Kryptofix, CH3CN lại rất đắt và độc hại cho sức khỏe nên nếu áp dụng tổng hợp Sunitinb trên quy mô lớn nhƣ trong công nghiệp dƣợc phẩm thì quy trình này rất khó để đƣợc đƣa vào sử dụng, mặc dù hiệu suất rất tốt.
Tóm lại, hóa học tổng hợp đã phát triển thành công phương pháp amine hóa để tạo 3-(4-amido) pyrrol-2-yl-2-indolinone. Nguyên tắc của phương pháp tổng hợp này là tiến hành phản ứng tạo chuỗi bên amide xảy ra trước khi hình thành vòng pyrrole. Trên thực tế đã chứng minh rằng vòng pyrrole có thể đƣợc gắn với các chuỗi bên amide thông qua một phản ứng hydro hóa. Phương pháp dùng hydro này giúp tránh các vấn đề gặp phải khi sử dụng kẽm trong phản ứng tổng hợp Knorr pyrrole.
Quy trình này đã giảm thiểu việc phải sử dụng quá nhiều chất xúc tác và không cần dùng lượng amine dư trong bước tạo amide.
2.2. Thực nghiệm