CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Các phương pháp tổng hợp Sunitinib có sử dụng chất trung gian là
2.1.1. Tổng hợp Sunitinib bằng phản ứng đóng vòng pyrrole trước khi thực
Hình 1: Quy trình tổng hợp Sunitinib bằng phản ứng Knorr
Trong quy trình này, vòng pyrrole (5) đƣợc đóng lại thông qua phản ứng Knorr pyrrole [15,26] giữa ethyl acetoacetate với oxim (3) và xúc tác của kẽm bột trong môi trường acid (oxim được tạo thành do tert-bultyl acetoacetate cùng với sự có mặt của NaNO2 trong acid acetic). Sau khi đƣợc tạo thành, pyrrole này dễ dàng bị decarboxyl hóa bằng HCl/EtOH để tạo 2,4-dimethyl-1H-pyrrole-3-carboxylic acid ethyl ester (6). Sau đó, phản ứng Vilsmeier fomyl hóa bằng xúc tác DMF-
POCl3 đƣợc dùng để oxi hóa, tạo ester, ester này đƣợc thủy phân về một dẫn xuất acid carboxylic (7)[10] nhờ KOH/ MeOH. Sau đó, thêm những lƣợng thích hợp DCC, HOBT, TEA trong THF và thêm lƣợng dƣ diamin (8), thêm 5-Fluoro-2- oxindole (10) trong methanol, thu đƣợc Sunitinib [3] (1).
Phản ứng quan trọng trong quy trình trên là phản ứng nối vòng pyrrole (7) với diamine (8) và 5-fluoro-2-oxindole (10). Điểm thuận lợi của phản ứng này là quy trình tổng hợp được áp dụng để tổng hợp hầu hết các hợp chất có cấu trúc tương tự mà phản ứng xảy ra khá nhanh chóng. Nhƣ vậy, theo lý thuyết, có thể tổng hợp đƣợc pyrrole (7) với một loạt các amine và các oxindole thay thế mà vẫn tạo ra các gốc indolinone .
Tuy nhiên, nếu sử dụng phương pháp này để tổng hợp Sunitinib trong công nghiệp thì có những hạn chế quan trọng sẽ gặp phải nhƣ:
Trước hết, phản ứng amine hoá được tiến hành từ một dẫn xuất acid cacboxylic đã được hoạt hóa bằng cách gắn thêm một nhóm aldehyde. Trong trường hợp đó, sự có mặt của gốc aldehyde dẫn đến sự hình thành các imine chứ không phải là amide mong muốn. Trong khi đó, imine đó lại không thể tham gia vào phản ứng tạo ra liên kết amide. Vì vậy, trong bước hình thành amide tiếp theo lại cần phải sử dụng dư diamine. Mặc dù, cách làm này được chấp nhận trong trường hợp các amine tham gia phản ứng không quá đắt nhưng nó sẽ ảnh hưởng đến lợi ích kinh tế khi dùng để sản xuất thuốc cũng nhƣ các chất trong công nghiệp nếu nhƣ cần đến sự có mặt của các amine đắt tiền. Sau đó, việc loại bỏ các amine dƣ sau phản ứng lại một lần nữa gây tốn kém.
Hơn nữa, các chất xúc tác cho phản ứng tạo nhóm amide đƣợc biết đến thì rất ít chất cho kết quả khả quan (nhƣ EDC và CDI). Việc loại bỏ các sản phẩm phụ (phát sinh từ các bước kích hoạt phản ứng) trong quy trình cũng có thể có vấn đề và cần phải đƣợc xem xét một cách cẩn thận. Việc sử dụng các chất xúc tác cũng đòi hỏi chi phí cao. Tóm lại nếu quy trình này đƣợc áp dụng cho sản xuất Sunitinib trong thương mại thì sẽ rất tốn kém về mặt kinh tế.
Ngoài ra, quá trình tổng hợp chất (5), (6), (7) phải sử dụng nhiều dung môi độc hại và rất nguy hiểm, đặc biệt dung môi dichloromethan là một loại dung môi gây ô nhiễm môi trường, hiện đã được cảnh báo nhiều.
Tổng hợp chất (7) là một tổng hợp rất khó đạt hiệu suất cao do sau khi đun hồi lưu, lại phải hạ nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng về 8oC, trong quá trình này rất dễ tạo các sản phẩm phụ không mong muốn. Vì vậy, quá trình làm sạch sẽ gặp nhiều khó khăn do các chất bẩn hay các sản phẩm phụ cũng kết tinh cùng với sản phẩm chính tại nhiệt độ đó.
Trong một tài liệu khác, thay vì đi từ tert-butyl acetoacetate và ethyl acetoacetate để thực hiện đóng vòng pyrrole, người ta đã dùng ethyl acetoacetate để thực hiện cả bước tạo amine và bước đóng vòng pyrrole trong quy trình phản ứng [3,9,10,13] (Hình 2).
Hình 2: Tổng hợp Sunitinib đi từ Ethyl acetoacetate
Điểm thuận lợi của quy trình này là không tạo ra các sản phẩm thế khác nhau ở hai vị trí khác nhau. Nhƣng điểm hạn chế đặt ra là, trong quá trình loại bỏ nhóm thế bằng dung dịch HCl/EtOH, có thể nhóm –COOEt sẽ bị loại ra ở cả hai vị trí, cũng có thể nhóm –COOEt sẽ bị loại ra chỉ ở một vị trí, nhƣng lại không ở vị trí mong muốn. Ngoài ra, nó cũng có những hạn chế nhƣ đã nêu trong quy trình trên, đó là: Khi thực hiện bước đóng vòng Pyrrole, hiệu suất phản ứng sẽ không cao (có thể là do nhiệt độ của phản ứng đột ngột tăng mạnh khi thêm kẽm bột, nó ảnh
hưởng đến quá trình đóng vòng Pyrrole), có nhiều tạp chất bị lẫn cùng với sản phẩm do vậy làm sạch sản phẩm là điều rất khó khăn, muối kẽm tạo thành ở dạng keo cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm sạch sản phẩm chính. Nếu lượng chất tham gia phản ứng lớn thì lƣợng muối kẽm tạo thành và lƣợng kẽm dƣ sau phản ứng sẽ lớn, việc tách chúng ra khỏi sản phẩm chính là rất khó khăn. Bởi vậy, nếu đem quy trình này để áp dụng vào đế áp dụng trong sản xuất dƣợc phẩm trên quy mô công nghiệp là một giải pháp hết sức khó khăn. Ngoài ra, vấn đề về dung môi cũng cần đƣợc đề cập đến. Trong quy trình này, sử dụng nhiều dung môi độc hại và hết sức nguy hiểm nhƣ : POCl3, THF, TEA… và dung môi gây ô nhiễm môi trường như dichloromethan. Và một điểm nữa cần chú ý đó là, chưa có quy trình hay bài báo nào mô tả kinh nghiệm việc tổng hợp Sunitinib đi từ Ethyl acetoacetate đƣợc cụng bố một cỏch rừ ràng.
Hiệu suất của cách làm này nếu sử dụng nhóm thế là –COOEt thì chỉ đạt đƣợc khoảng 35%, hơn nữa khi phản ứng, phải duy trì ở mức nhiệt độ cao nên rất khó khi tinh chế sản phẩm thu đƣợc.
Nhƣng nếu sử dụng chất đầu với nhóm thế -COOt-Bu thì hiệu suất khá cao, có thể lên tới 65%.
Cũng trong năm 2003, nhưng ở thời điểm muộn hơn, một quy trình tương tự quy trình trên đã đƣợc công bố trong Patent WO2003035009 với một số điểm khác biệt nhƣ sau (Hình 3).
Hình 3: Quy trình tổng hợp Sunitinib theo Knoevenagel
Trong quy trình này, dẫn xuất formylate tham gia phản ứng với 5-flo-2- oxindole (theo Knoevenagel, sử dụng xúc tác là pyperidine) để có đƣợc dẫn xuất axit cacboxylic. Sau đó, tiếp tục những bước điều chế tiếp theo để thu được sản phẩm là Sunitinib (1).
Đối với quy trình tổng hợp này thì điểm hạn chế giống nhƣ các quy trình trên, đó là các vấn đề gặp phải khi làm sạch sản phẩm, liên quan tới việc kết tủa muối kẽm hình thành ở dạng keo, lƣợng kẽm dƣ sau phản ứng, hay là các chất bẩn bị lẫn cùng với sản phẩm khi kết tinh… Ngoài ra còn có các vấn đề liên quan đến dung môi độc hại, hay các vấn đề về ô nhiễm môi trường…
Tuy nhiên, đến bước cuối, có sự có mặt của Pyperidine thì phản ứng xảy ra êm dịu, nhẹ nhàng hơn.
Cũng trong năm 2003, một quy trình tương tự được công bố trong Patent WO2003070725, sau đó đến 2/ 2004 nó đã đƣợc công bố bởi Rajappa Vaidyanathan trong J. Org. Chem., 2004, 69, 2565-2568 [18] (Hình 4)
Hình 4: Tổng hợp Sunitinib sử dụng xúc tác CDI/THF
Trong quy trình này, từ acid carboxylic (7), sử dụng xúc tác CDI/THF, tạo thành hợp chất trung gian (19). Sau đó, thêm N,N-Diethyl amino ethylamine (8) để tạo hợp chất trung gian công thức (9), tiếp tục thêm 5-Fluoro-2-oxindole (10) trong acetone nitrile, sau 18 giờ, thu đƣợc Sunitinib (1).
Quy trình này cũng gặp phải tất cả những hạn chế nhƣ đã nêu ở quy trình trước, đó là vấn đề làm sạch sản phẩm, vấn đề dung môi độc hại và gây ô nhiễm môi trường... Ngoài ra, xúc tác CDI rất đắt nên việc sử dụng CDI trong các tổng hợp quy mô công nghiệp là điều rất khó khăn. Và cũng chƣa có một công bố cụ thể nào núi rừ ràng hơn về quy trỡnh này.
Vào năm 2009, một quy trình tổng hợp Sunitinib nữa cũng đƣợc công bố với một số sửa đổi nhƣ sau (Hình 5):
Hình 5: Tổng hợp Sunitinib theo EP 2 274 303 B1
Trong quy trình tổng hợp trên đây, SOCl2 trong DMF/toluene đƣợc sử dụng để đƣa acid carboxylic về acid chloride. Sau đó, diethyl amine đƣợc thêm vào để tạo hợp chất (9) rồi tiếp tục thêm 5-flo-2-oxindole để tạo Sunitinib giống nhƣ các quy trình tổng hợp trên.
Trong quy trình này, ƣu điểm là hiệu suất phản ứng nối nhánh amine để tạo liên kết amide rất cao. Sản phẩm Sunitinib đƣợc tạo thành rất sạch, độ tinh khết lên tới trên 93%, và hiệu suất của quy trình này cũng rất cao, đạt trên 80%.
Tuy nhiờn, cũng chƣa cú một bỏo cỏo chớnh thức nào cụng bố một cỏch rừ ràng quy trình thực nghiệm của phương pháp này. Và khó khăn gặp phải trong quy trình này cũng là những vấn đề liên quan đến làm sạch sản phẩm, vấn đề dung môi độc hại, và các vấn đề khác liên quan đến môi trường…
Chính những hạn chế gặp phải ở các quy trình trên đây đã hướng các nhà khoa học nghiên cứu cách tiếp cận mới để đi đến đích cuối cùng là tổng hợp Sunitinib.
Theo một tài liệu [4], tác giả cho rằng, việc phải sử dụng dƣ lƣợng diamine có thể giải quyết đƣợc nếu nhƣ chúng ta thực hiện phản ứng tạo nhóm aldehyde sau khi hình thành liên kết amide.
Với cách làm này thì liên kết amide đƣợc tạo thành từ diamine (8) với diketen (13), sau đó, sự nhờ có mặt của oxim (3) thì hợp chất chứa vòng pyrrole đƣợc hình thành.
2.1.2. Tổng hợp Sunitinib sử dụng phản ứng đóng vòng pyrrole sau khi thực