Phương pháp này sử dụng phản ứng Hofmann trong giai đoạn cuối với việc dùng tác nhân có tính oxy hóa mạnh Br2 gây ra hiệu suất phản ứng thấp, không thích hợp để nâng cấp quy trình ở điều
TỔ NG QUAN
Tổng quan về mafenid acetat
1.1.1 C ấ u trúc và tính ch ấ t hoá lý
- Tên khoa học: 4-(aminomethyl)benzensulfonamid monoacetat
- Khối lượng phân tử: 246,29 đvC
- Tính chất: Bột kết tinh trắng, tan tốt nước và methanol [82]
- Tiêu chuẩn kiểm nghiệm của nguyên liệu mafenid acetat theo USP 38 [126]
+ Cảm quan: Bột kết tinh trắng hoặc hơi vàng.
+ Phổ hồng ngoại: trùng với phổ chuẩn hoặc phổ của chất chuẩn
+ t°nc: 162-171℃ (khoảng bắt đầu và kết thúc chảy không vượt quá 4°C)
+ Dung dịch 10% trong nước có pH=6,4-6,8
+ Tro còn lại sau nung: không quá 0,2%
+ Hàm ẩm: không quá 1% (phương pháp Karl Fischer)
Hàm lượng hoạt chất khan trong sản phẩm đạt từ 98,0-102,0% theo phương pháp đo quang Giới hạn tạp chất được quy định như sau: selen không vượt quá 30 ppm, kim loại nặng không quá 20 ppm, và 4-formylbenzensulfonamid cùng các tạp hữu cơ khác không quá 1% theo phương pháp sắc kí lớp mỏng.
Dung dịch mafenid acetat trong nước hoặc methanol với nồng độ 1 mg/ml có phổ hấp thụ tử ngoại UV với đỉnh hấp thụ cực đại trong khoảng bước sóng 220-267 nm, điều này chứng minh sự tồn tại của vòng thơm.
- Dữ liệu về phổ IR, MS, 1 H-NMR, 13 C-NMR của mafenid acetat:
IR (KBr, 0,5% (kl/kl)), ͞νmax (cm -1 ): 3550-3000 (N-H); 1542, 1519 (δN-H); 1413 (δC-H); 1319 (C-N); 1143 (-SO2NH2); 1090 (δN-H) [31] ESI-MS (MeOH), m/z: 187
(Ph(SO2NH2)CH2NH3 +); 106 (PhCH2NH + ); 77 (Ph + ) [31] 1 H-NMR (CD3OD, 200 MHz), δ (ppm): 1,55 (3H, s, methyl); 4,12 ( 2H, s, CH2); 7,55 (2H, d, H-3, H-5); 8,0 (
2H, d, H-2, H-6) [31] 13 C-NMR (CD3OD, 200 MHz), δ (ppm): 129 (C-3, C-5); 131 (C-2, C-6); 140, 143 (C-1; C-4) [31]
1.1.2 Tác d ụ ng d ượ c lý và ứ ng d ụng trong điề u tr ị
- Cơ chế, tác dụng dược lý
Mafenid acetat có khả năng khuếch tán vào máu một phần nhỏ sau khi bôi, với khoảng 80% liều dùng được phân bố đến các mô sau 4 giờ Nồng độ đỉnh của thuốc đạt được sau 2 đến 4 giờ Sau khi hấp thu, mafenid acetat chuyển hóa thành p-carboxybenzensulfonamid, một chất chuyển hóa không có hoạt tính và ức chế enzym carbonic anhydrase yếu Trong vòng 24 giờ, 97% mafenid acetat được đào thải qua thận Việc ức chế enzym carbonic anhydrase bởi mafenid và chất chuyển hóa của nó dẫn đến tăng đào thải bicarbonat và giữ lại ion clorid trong máu, gây ra toan chuyển hóa và thiếu hụt amoniac trong nước tiểu, có thể dẫn đến hiện tượng tăng thông khí.
Mafenid, một loại thuốc thuộc nhóm sulfonamid, ức chế enzym dihydropteroat synthetase, tham gia vào quá trình tổng hợp folat ở vi khuẩn, từ đó ngăn chặn sự nhân lên của vi khuẩn Tuy nhiên, khác với các sulfonamid khác, mafenid không cạnh tranh với acid p-aminobenzoic, mà có thể hoạt động thông qua sự cạnh tranh với các chất chuyển hóa khác hoặc theo một cơ chế khác Nghiên cứu của Harrison và cộng sự cho thấy mafenid acetat ức chế tổng hợp protein của vi khuẩn ở nồng độ điều trị bỏng.
Mafenid acetat có khả năng bền vững trong huyết thanh, mủ và dịch tiết mô, không bị ảnh hưởng bởi pH của mô Chất này cho thấy hiệu quả cao trong việc điều trị các vết thương có mủ, trong khi các loại thuốc như sulphanilamid và sulphathiazol thường bị vô hiệu hóa.
Tác dụng chính của hợp chất này là kìm khuẩn, với phổ tác dụng rộng trên nhiều loại vi khuẩn Gram (+) và Gram (-), bao gồm cả Pseudomonas aeruginosa và một số chủng vi khuẩn kỵ khí Tuy nhiên, hợp chất này không có hoạt tính chống nấm và virus.
- Chỉđịnh Điều trị hoặc ngăn ngừa nhiễm khuẩn ở bệnh nhân bị bỏng độ 2, độ 3
Mafenid acetat không được dùng dạng uống hoặc tiêm, dùng ngoài có hai dạng chủ yếu sau:
Dung dịch vô khuẩn 5% mafenid acetat có thể được pha trong nước hoặc dung dịch NaCl 0,9% Ngoài ra, kem chứa 11,2% mafenid acetat (w/w) và thường sử dụng các tá dược như methylparaben, proxyparaben, NaHSO3, và Na2EDTA trong công thức kem.
Dạng bột pha dung dịch: 50,0 g bột mafenid acetat được hòa tan hoàn toàn vào
Sử dụng 1000 mL nước vô trùng hoặc dung dịch NaCl 0,9% với kỹ thuật pha chế vô khuẩn Băng bó vết bỏng bằng băng gạc có tẩm dung dịch mafenid acetat Bảo quản chế phẩm ở nhiệt độ 20 - 25℃ và sử dụng trong vòng 48 giờ sau khi mở nắp, hoặc có thể lưu giữ cẩn thận trong 28 ngày sau khi pha chế.
Dạng kem: kem được bôi lên khu vực bị bỏng 1 đến 2 lần mỗi ngày với độ dày khoảng 1/16 inch (~1,58 mm)
Không được tiêm hay uống dung dịch mafenid acetat
Tác dụng phụthường gặp: đau và cảm giác bỏng tại nơi bôi thuốc
Chống chỉ định cho những trường hợp nhạy cảm với mafenid acetat hoặc với bất kỳ thành phần nào khác
Liều gây chết trung bình (LD50)của mafenid acetat tiêm tĩnh mạch trên chuột nhắt là 1580 mg/kg, trong khi với chuột cống là 2040 mg/kg
Một số biệt dược chứa mafenid acetat gồm có: Sulfamylon cream, Sulfamylon powder for solution, Mafimed, FG ointment [107].
T ổ ng quan c ác phương pháp tổ ng h ợ p mafenid
1.2.1 Phương pháp củ a Klarer và c ộ ng s ự
Năm 1942, Klarer và cộng sựđưa ra phương pháp tổng hợp mafenid từ những nguồn nguyên liệu khác nhau:
Quá trình tổng hợp mafenid base bắt đầu bằng việc clorosulfo hóa N-benzylacetamid bằng acid clorosulfonic, tạo ra N-acetyl-4-homosulfanilyl clorid Sulfonyl clorid này sau đó phản ứng với NH3 để tạo ra 4-homosulfanilamid Cuối cùng, 4-homosulfanilamid được deacetyl hóa bằng dung dịch NaOH, dẫn đến sản phẩm cuối cùng là mafenid base Sơ đồ tổng hợp được trình bày trong sơ đồ 1.1.
Sơ đồ 1.1 Sơ đồ tổng hợp mafenid base từ N-benzylacetamid
Frank và cộng sự (1944) đã tổng hợp mafenid qua các giai đoạn khác nhau, trong đó giai đoạn clorosulfo hoá đạt hiệu suất 44,6% và giai đoạn tạo sulfonamid đạt hiệu suất 36,9% Quá trình deacetyl hóa 4-homosulfanilamid được thay thế bằng dung dịch HCl/EtOH, cho ra mafenid hydroclorid với hiệu suất 83,6%.
Angyal và cộng sự (1950) đã cải tiến quá trình tổng hợp mafenid, đạt hiệu suất 47% cho 4-homosulfanilamid Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, quá trình clorosulfo hóa N-benzylacetamid bằng acid clorosulfonic chỉ cho 61% N-benzylacetamid clorosulfo hóa ở vị trí para-, và tác giả đã phân lập được đồng phân o-(acetylaminomethyl)benzensulfonamid từ nước cái với hiệu suất 9%.
N-benzylacetamide can be synthesized from various starting materials, including benzylamine, toluene and acetonitrile, benzyl chloride and acetamide, benzyl bromide and acetamide, benzyl chloride and acetonitrile, as well as benzyl alcohol and acetonitrile.
Tổng hợp mafenid từ N-benzylacetamid có nhiều ưu điểm, cho phép sản xuất quy mô lớn nhờ quy trình tổng hợp đơn giản qua 3 giai đoạn Nguyên liệu N-benzylacetamid có thể dễ dàng được tổng hợp từ các nguyên liệu phổ biến như acetamid, benzyl clorid, alcol benzylic và acetonitril Giai đoạn deacetyl hóa 4-homosulfanilamid giúp tinh chế mafenid dễ dàng hơn, vì sản phẩm thủy phân là acid acetic có thể được loại bỏ bằng cách thay đổi pH.
Sơ đồ 1.2 Sơ đồ tổng hợp mafenid hydroclorid từ ethyl phenylacetat
Các bước tổng hợp tiến hành theo sơ đồ 1.2: Clorosulfo hóa ethyl phenylacetat
(1) thu được sulfonyl clorid 2 Từ hợp chất này tiến hành tạo sulfonamid với amoniac thu được hợp chất 3 Thực hiện quá trình chuyển vị Hofmann amid 3 bằng tác nhân
Phương pháp Br2/NaOH để thu được mafenid sử dụng phản ứng Hofmann ở giai đoạn cuối, nhưng do tác nhân oxy hóa mạnh Br2, hiệu suất phản ứng thấp, không phù hợp để nâng cấp quy trình tại Việt Nam.
Quá trình tổng hợp được thực hiện tương tự như phương pháp sử dụng N-benzylacetamid, nhưng thay thế bằng N-benzylurethan (4) [65] Sơ đồ 1.3 minh họa quá trình tổng hợp này.
Sơ đồ 1.3: Tổng hợp mafenid base từ N-benzylurethan
Nguyên liệu N-benzylurethan được tổng hợp từ benzylamin và ethyl cloroformat với hiệu suất 99% [63]
Phương pháp này vượt trội hơn so với phương pháp sử dụng N-benzylacetamid nhờ vào việc tăng cường hiệu ứng không gian của mạch nhánh CH2NHCOOEt, từ đó cải thiện định hướng của nhóm SO2Cl vào vị trí para- thay vì ortho- Tuy nhiên, N-benzylurethan không dễ dàng có sẵn, và việc tổng hợp chất này từ benzylamin và ethyl cloroformat có chi phí nguyên liệu cao.
Sơ đồ 1.4: Tổng hợp mafenid hydroclorid đi qua trung gian imin
Các bước tổng hợp theo sơ đồ 1.4 bắt đầu bằng phản ứng của N-(4-methylbenzyliden)benzylamin với acid clorosulfonic, tạo ra sulfonyl clorid Sau đó, hợp chất này được xử lý với dung dịch NH3 10%, dẫn đến việc hình thành hợp chất imin.
7 Thủy phân imin 7 bằng dung dịch HCl 20% thu được mafenid [65]
Quá trình tổng hợp bắt đầu với clorosulfo hóa phenylnitromethan, tạo ra 4-(nitromethyl)benzen sulfonyl clorid Hợp chất này sau đó phản ứng với dung dịch NH3 10% để tạo ra 4-(nitromethyl)benzensulfonamid (8) Cuối cùng, sulfonamid 8 được khử hóa bằng tác nhân Sn trong dung dịch HCl 15%, dẫn đến sản phẩm mafenid.
Phương pháp clorosulfo hóa gặp khó khăn do nguyên liệu không sẵn có và nhóm -NO2 hút điện tử, dẫn đến việc tăng tỉ lệ sản phẩm phụ ở vị trí meta.
Sơ đồ 1.5: Tổng hợp mafenid hydroclorid từ phenylnitromethan
Sơ đồ 1.6: Tổng hợp mafenid base từ 4-(bromomethyl)benzensulfonamid
Các bước tổng hợp tiến hành theo sơ đồ 1.6: Thêm từng phần 4-
(Bromomethyl)benzensulfonamid (9) được hòa tan trong EtOH và bão hòa với khí NH3, duy trì phản ứng trong 3 ngày Sau đó, hỗn hợp phản ứng được hồi lưu cho đến khi loại bỏ hoàn toàn NH3 dư, thu được mafenid base Tuy nhiên, phương pháp này sử dụng nguyên liệu 9 có giá thành cao và phản ứng của 9 với NH3 tạo ra sản phẩm phụ bis(4-aminosulfonylbenzyl)amin, gây khó khăn trong quá trình tinh chế sản phẩm.
Diazo hóa N-(4-aminobenzensulfonyl)acetamid (10) tạo ra muối diazoni, sau đó muối này được xử lý với KCN và xúc tác CuSO4 để thu được hợp chất cyano 11 Tiếp theo, nhóm nitril của 11 được khử hóa bằng tác nhân Na/EtOH, dẫn đến sản phẩm 12 Cuối cùng, quá trình deacetyl hóa được thực hiện.
Phương pháp tổng hợp mafenid base sử dụng dung dịch kiềm và KCN, một nguyên liệu độc hại, gây khó khăn trong xử lý phản ứng và ảnh hưởng đến môi trường khi mở rộng quy trình.
Sơ đồ 1.7: Tổng hợp mafenid base từ amin 10
Mafenid được tổng hợp từ p-toluensulfonyl clorid (TsCl) qua 4 giai đoạn với hiệu suất 11% Giai đoạn đầu tiên là phản ứng cloro hóa TsCl với khí Cl2 ở 160℃ trong 10 giờ, tạo ra p-cloromethylbenzensulfonyl clorid (13) với hiệu suất 23% Tiếp theo, sulfonamid 14 được hình thành bằng cách amin hóa 13 với NH3/EtOH, đạt hiệu suất 86% Cuối cùng, hợp chất 14 phản ứng với hexamin trong CHCl3 để tạo ra muối amoni.
Một số quá trình tạo nhóm sulfonyl clorid (-SO 2 Cl)
Sulfonyl clorid là một nhóm chức hữu cơ quan trọng trong tổng hợp hữu cơ và hóa dược Các hợp chất này được sử dụng phổ biến để tổng hợp sulfonamid, sulfon, axit sulfonic, và ester Chúng thường tồn tại dưới dạng rắn, có khả năng hút ẩm mạnh và phản ứng cao với các chất có tính chất khác.
Trong tổng hợp hóa dược, các hợp chất sulfonyl clorid được sử dụng để tạo ra nhiều nhóm thuốc quan trọng, bao gồm thuốc lợi tiểu, thuốc hạ đường huyết, thuốc kháng virus, thuốc kháng tế bào ung thư và thuốc kháng khuẩn sulfonamid Việc sử dụng 15 nucleophil giúp tạo ra các dẫn chất tương ứng, đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển thuốc.
1.3.1 Phương pháp tạ o nhóm sulfonyl clorid b ằ ng quá trình clorosulfo hóa
1.3.1.1 Clorosulfo hóa bằng acid clorosulfonic
Clorosulfo hóa bằng acid clorosulfonic là phương pháp thay thế nguyên tử hydro trong hợp chất thơm bằng nhóm SO2Cl Quá trình này được ứng dụng rộng rãi trong tổng hợp các chất trung gian hóa học như mesyl clorid, saccarin, và tosyl clorid, cũng như trong tổng hợp hóa dược Sơ đồ mô tả quá trình clorosulfo hóa hợp chất thơm bằng ClSO3H được trình bày rõ ràng.
Quá trình clorosulfo hóa trên là quá trình thuận nghịch với 2 cân bằng I và II Trong quá trình này, 2 đương lượng acid clorosulfonic được yêu cầu, thông thường 3-
Để đạt được hiệu suất mong muốn từ chuyển dịch cân bằng II, có 5 đương lượng được sử dụng Cân bằng I có thể được điều chỉnh bằng cách loại bỏ khí HCl trong quá trình phản ứng thông qua nhiệt độ hoặc sử dụng dư acid clorosulfonic Đối với cân bằng II, việc loại bỏ acid sulfuric khi cho vào hỗn hợp phản ứng NaCl là cần thiết, tuy nhiên, điều này cũng có thể làm giảm hiệu suất phản ứng do sự tương tác của ion Cl- với acid clorosulfonic.
Để chuyển dịch cân bằng II, việc sử dụng dư lượng acid clorosulfonic là cần thiết Một phương pháp lý tưởng hơn là chuyển đổi sản phẩm phụ acid sulfuric thành tác nhân ClSO3H bằng cách thêm vào hỗn hợp phản ứng CCl4, S, Cl2 hoặc SO3 có mặt khí HCl Để giảm lượng ClSO3H, có thể sử dụng các tác nhân clor hóa như SOCl2, POCl3 hoặc PCl5 để chuyển sản phẩm trung gian acid sulfonic thành sulfonyl clorid.
Quá trình clorosulfo hóa hợp chất thơm bằng tác nhân ClSO3H diễn ra theo cơ chế thế ái điện tử (S E) Đối với nhóm thế loại I, phản ứng sẽ xảy ra một cách đặc trưng.
16 ở nhiệt độ thấp và chọn lọc sản phẩm vào vị trí ortho- hoặc para- Với nhóm thế loại
II thì phản ứng xảy ra ở nhiệt độcao và định hướng sản phẩm vào vị trí meta- [29] b) Cách tiến hành phản ứng clorosulfo hóa
Phương pháp clorosulfo hóa các hợp chất thơm thường sử dụng acid clorosulfonic được làm lạnh ở nhiệt độ 0-30°C Trong quá trình này, chất cần clorosulfo hóa được thêm từ từ và khuấy đều, cần chú ý đến khí HCl giải phóng có thể gây trào Đối với các hợp chất có nhóm thế loại II hoặc diclorosulfo hóa, phản ứng cần thực hiện ở nhiệt độ cao từ 100-150°C Sau khi phản ứng, khối phản ứng được đun nóng ở 60-100°C để loại bỏ khí HCl Hỗn hợp sau clorosulfo hóa được làm nguội về nhiệt độ phòng và phá hủy tác nhân dư bằng nước đá lạnh, từ đó thu được sản phẩm sulfoclorid qua chiết với dung môi thích hợp hoặc sản phẩm kết tủa ngay trong quá trình phá hủy.
Hòa tan chất cần clorosulfo hóa trong dung môi thích hợp như CH2Cl2, CHCl3, DMF, hoặc DMSO, sau đó từ từ thêm ClSO3H Đối với một số hợp chất có khả năng phản ứng mạnh và dễ bị phân hủy khi tiếp xúc với ClSO3H, việc kiểm soát nhiệt độ phản ứng là rất quan trọng Điều này có thể được thực hiện bằng cách điều chỉnh tốc độ nạp liệu và sử dụng hệ thống làm lạnh bên ngoài.
Thêm từ từ ClSO₃H vào hỗn hợp chứa chất cần clorosulfo hóa, dung môi và tác nhân tăng hiệu suất như NaCl hoặc K₂SO₄ giúp quá trình khuấy trộn dễ dàng hơn nhờ giảm độ nhớt của hỗn hợp Phương pháp này cũng rút ngắn thời gian tiếp xúc của chất không bền với acid clorosulfonic Tuy nhiên, thời gian phản ứng có thể kéo dài do khó kiểm soát nhiệt độ.
1.3.1.2 Clorosulfo hóa bằng hỗn hợp khí Cl 2 , SO 2
Phương án clorosulfo hóa bằng hỗn hợp Cl2, SO2 thường sử dụng để gắn nhóm
SO2Cl phản ứng với các ankan mạch ngắn như methan, ethan và propan thông qua cơ chế gốc (S R) dưới điều kiện ánh sáng, nhiệt độ hoặc xúc tác như peroxyd, tạo ra sản phẩm phụ là alkyl clorid Tuy nhiên, quá trình clor hóa có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh tỉ lệ hỗn hợp khí và cường độ chiếu sáng.
1.3.1.3 Clorosulfo hóa bằng sulfuryl clorid (SO 2 Cl 2 )
Sulfuryl clorid là một chất có thể được sử dụng để clorosulfo hóa các hợp chất thơm, alken hoặc alkyl halogenid Phản ứng này thường diễn ra theo cơ chế gốc, tương tự như quá trình clorosulfo hóa sử dụng hỗn hợp khí SO2 và Cl2, và thường có sự hiện diện của base để loại bỏ HCl được sinh ra.
Sử dụng dung môi DMF giúp cải thiện hiệu suất phản ứng với tác nhân này Một số arensulfonyl clorid được tổng hợp từ SO2Cl2 với sự có mặt của AlCl3.
[28] Sản phẩm phụ của quá trình này thường là sản phẩm clor hóa
Các alkyl halogenid có thể được chuyển thành dẫn chất sulfonyl clorid thông qua hợp chất cơ kim (cơ Li, tác nhân Grinard) phản ứng với SO2Cl2 [21]
1.3.2 Phương pháp tạ o nhóm sulfonyl clorid t ừ acid sulfonic và d ẫ n ch ấ t
Các acid sulfonic và muối sulfonat có thể được chuyển đổi thành sulfonyl clorid thông qua phản ứng với các tác nhân clor hóa như SOCl2, POCl3, PCl5, ClSO3H, COCl2, PCl3, và cyanuric chlorid (NCCl)3 Methansulfonyl clorid (mesyl clorid, MsCl) là một tác nhân quan trọng trong tổng hợp hữu cơ và hóa dược, thường được điều chế bằng cách phản ứng CH3SO3Na với PCl5 Phương pháp này được ưa chuộng khi các phương pháp clorosulfo hóa trực tiếp không đạt hiệu suất cao hoặc không xảy ra.
1.3.3 Phương pháp tạ o nhóm sulfonyl clorid b ằ ng ph ả n ứ ng oxy hóa
Sử dụng các tác nhân oxy hóa như HNO3, NO2/O2, nước clor và H2O2 để oxy hóa alkansulfenyl clorid có thể thu được sulfonyl clorid với hiệu suất cao Phương pháp này cũng là một lựa chọn hiệu quả để điều chế nhóm -SO2Cl, vì dẫn chất sulfenyl clorid có thể dễ dàng được tổng hợp từ dẫn chất disulfid tương ứng và khí Cl2.
1.3.3.2 Oxy hóa acid sulfinic và dẫn chất
Acid arensulfinic và muối kim loại kiềm của nó có thể bị oxy hóa thành dẫn chất sulfonyl clorid Phản ứng này thường diễn ra trong môi trường nước hoặc acid acetic, với tác nhân oxy hóa là khí clor hoặc muối Cu(II) clorid Sản phẩm phụ của phản ứng thường là các dẫn chất clor hóa.
1.3.3.3 Oxy hóa thiol, sulfid, disulfid và các hợp chất liên quan
Một số quá trình tạo nhóm amin bậc 1 (-NH 2 )
Các hợp chất hữu cơ chứa nhóm amino (-NH2) đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp hữu cơ và hóa dược Từ amin bậc 1, có thể chuyển đổi thành nhiều nhóm chức hữu cơ khác nhau như halogenid, cyanid, imin, oxim, và amid Trong quy trình tổng hợp thuốc, nhiều chất trung gian là amin bậc 1, bao gồm amin thơm và amin no đơn chức hoặc hỗn chức Nhiều loại thuốc như mafenid, amantadin, lisinopril, gabapentin, mesalamin, amlodipin, afloqualon, và eflornithin cũng chứa nhóm amin bậc 1 Các amin bậc 1 này được tổng hợp thông qua các phương pháp chung trong tổng hợp amin Ngoài ra, nhiều chất dẫn truyền thần kinh như dopamin, serotonin, và histamin cũng là amin bậc 1 Các protein, dẫn xuất của lysin, chứa nhóm amin bậc 1 tồn tại dưới dạng NH3+ và tạo tương tác tĩnh điện với nhóm carboxylat, góp phần hình thành cấu trúc bậc 3.
1.4.1 Kh ử hóa nhóm nitro (-NO 2 )
Các hợp chất chứa nhóm nitro như nitro thơm (Ar-NO2) và alkyl nitro (RNO2) có thể được khử hóa thành amin bậc một, một phương pháp phổ biến trong tổng hợp hữu cơ và sản xuất thuốc hóa dược chứa nhóm amin Nhiều phương pháp hiệu quả để gắn nhóm nitro vào hợp chất hữu cơ đã được phát triển Các hợp chất như nitro alcol, nitro ether, nitro amin, nitro cyanid và acid nitro carboxylic cũng có thể được khử thành amin với hiệu suất cao mà không làm ảnh hưởng đến các nhóm chức khác Đặc biệt, nitro thơm được khử hóa thành amin thơm bậc 1, đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp thuốc và phát triển các chất có hoạt tính sinh học cao cho nghiên cứu thuốc mới.
Nhiều tác nhân khử khác nhau được sử dụng để chuyển đổi nhóm nitro thành amin, bao gồm kim loại kết hợp với acid, các hydrid kim loại như LiAlH4 và NaBH4, cũng như khí.
H2/xúc tác, hỗn hống kim loại (Na-Hg, Al-Hg), hydrazin, kim loại kiềm trong amoniac lỏng và alcol, cùng với các hợp chất của lưu huỳnh như sulfid và bisulfid, đều là những tác nhân khử hóa điện hóa có ưu nhược điểm riêng Việc lựa chọn phương pháp khử hóa các hợp chất nitro phụ thuộc vào cấu trúc của các amin thu được Trong số đó, phương pháp khử hóa bằng khí hydro với xúc tác được ứng dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp.
Khí H2 được sử dụng làm tác nhân khử với các loại xúc tác như Pd/C 5-10%, PtO2, và Ni-Raney Cần lưu ý rằng khi thực hiện phản ứng với hydro phân tử trên xúc tác, nguy cơ cháy nổ có thể xảy ra do hydro tạo ra hỗn hợp nổ với oxy trong một khoảng nồng độ rộng Do đó, việc loại bỏ hoàn toàn vết oxy trong không khí bằng khí trơ như N2 hoặc Argon là rất cần thiết trước khi tiến hành phản ứng này.
Phản ứng CO2 có thể thực hiện ở áp suất thường hoặc cao hơn, tùy thuộc vào tính chất của hợp phần nitro Phương pháp khử hóa bằng khí hydro trên chất mang xúc tác mang lại hiệu suất cao và amin dễ dàng tinh chế với quy trình đơn giản.
Hợp chất nitroso (-NO) cũng bị khử thành amin bậc 1 với những tác nhân khử tương tựnhư quá trình khử nhóm nitro [139]
1.4.2 Kh ử hóa oxim Đây là phương pháp phổ biến để chuyển nhóm carbonyl (C=O) thành hợp phần amin (NH2) thông qua hợp phần oxim Các tác nhân khử có thể sử dụng như khí H2 với xúc tác, Na/alcol hoặc Zn/AcOH, các hydrid kim loại [129]…trong đó thông dụng nhất là khử bằng khí H2 với xúc tác ở áp suất cao
1.4.3 Kh ử hóa amid Đây là phương pháp được sử dụng để điều chế amin bậc 1 với độ tinh khiết cao từ acid tương ứng do phản ứng chọn lọc Tác nhân khử có thể sử dụng khí hydro với xúc tác, tuy nhiên cần phải tiến hành phản ứng ở nhiệt độ cao (>200°C) và áp suất cao (200-300 atm) Xúc tác chọn lọc cho phản ứng này đồng cromit (Cu2Cr2O5), Rhenium trioxid (ReO3) và Rhenium (VII) oxid (Re2O7) [97]
Các tác nhân khử amid thường được sử dụng bao gồm các hydride kim loại như LiAlH4 trong dung môi ether hoặc LiBH4 trong hỗn hợp MeOH và THF Ngoài ra, hệ BH3-THF được chế tạo từ NaBH4 và I2 trong THF cũng có thể được sử dụng để chuyển đổi amid thành amin hoặc thực hiện khử hóa điện hóa.
1.4.4 Kh ử hóa azid Đây là phương pháp điều chế nhóm amin bậc 1 được ứng dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ do các hợp chất azid dễ dàng được điều chế từ các hợp phần như alcol, carbonyl, ether, epoxid, oxim, các halogenid… với độ chọn lọc hóa học cũng như chọn lập thể cao Quá trình khử hóa không ảnh hưởng đến trung tâm bất đối có chứa nhóm
Có nhiều tác nhân khử khác nhau có thể được sử dụng để chuyển đổi các hợp chất azid thành amin bậc 1, bao gồm H₂ với xúc tác, các hydrid như LiAlH₄ và NaBH₄, cũng như các hỗn hợp như Fe/NH₄Cl, Zn/NH₄Cl, và HCOONH₄/Pd-C 10% Ngoài ra, các tác nhân khử khác như Ph₃P, H₂S, dithiol/NEt₃, Na₂S/NEt₃, diboran, và các kim loại như Cr (II), V (II), Ti (III), Mo (III), Bu₃SnH, Zn/HCl, HBr/AcOH cũng có thể được áp dụng Một phương pháp nhẹ nhàng hơn là phản ứng khử hóa Staudinger với tác nhân khử Ph₃P.
Quá trình khử hóa các hợp chất azid hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong tổng hợp hóa dược và hóa học carbonhydrat, đặc biệt là trong quy trình tổng hợp amlodipin.
[39], bán tổng hợp oseltamivir từ acid sikimic [36]
1.4.5 Amin hóa kh ử (alkyl hóa kh ử )
Phản ứng alkyl hóa khử của amoniac rất có hiệu quả để điều chế các amin bậc
Phản ứng hydro hóa các hợp chất carbonyl yêu cầu điều kiện cụ thể, bao gồm việc sử dụng xúc tác trong dung dịch alcol/NH3 ở nhiệt độ từ 40-150℃ và áp suất từ 20-150 atm Khi thực hiện trong amoniac lỏng, áp suất cần thiết có thể lên tới khoảng 330 atm và nhiệt độ đạt khoảng 150°C Để giảm thiểu sự hình thành amin bậc 2, thường sử dụng dư lượng amoniac trong quá trình này Gần đây, nhiều cải tiến đã được áp dụng để thực hiện phản ứng trong điều kiện nhẹ nhàng hơn, như hydro hóa trên xúc tác Ni-Raney hoặc PtO2 ở áp suất thường, hoặc sử dụng các tác nhân khử khác như NaBH4, NaBH3CN, và NaBH(OCOCH3)3, cho phép phản ứng diễn ra trong môi trường nước.
1.4.6 Alkyl hóa kh ử amin (ph ả n ứ ng Leuckart)
Phản ứng Leuckart chuyển đổi các hợp phần carbonyl (aldehyd, ceton) thành amin thông qua phản amin hóa khử với amoniac hoặc amin, sử dụng tác nhân khử như amoni format hoặc formamid Khi amin hóa khử với amoniac, amin bậc 1 tương ứng được tạo ra từ hợp phần carbonyl Phản ứng thường diễn ra ở nhiệt độ cao từ 120-130℃ với amoni format, trong khi với formamid, nhiệt độ cần thiết thường cao hơn (~165°C) Quá trình này bao gồm hai giai đoạn: giai đoạn 1 hình thành dẫn chất N-alkylformamid và giai đoạn 2 là thủy phân tạo amin Phản ứng Leuckart được ứng dụng rộng rãi trong tổng hợp hóa dược, đặc biệt trong việc tổng hợp nhóm thuốc an thần benzodiazepin với hiệu suất cao, cùng với việc điều chế nhiều chất trung gian quan trọng trong quá trình tổng hợp thuốc.
Phương pháp tổng hợp amin bậc 1 thông qua phản ứng khử hóa hợp chất nitril được ứng dụng rộng rãi trong tổng hợp hóa dược nhờ tính chọn lọc cao và hiệu suất tốt, mang lại amin có độ tinh khiết cao Tuy nhiên, phản ứng này có thể tạo ra amin bậc 2 do sự tương tác với trung gian imin Để giảm thiểu sự hình thành amin bậc 2, có thể thực hiện phản ứng trong dung môi anhydrid acetic để acetyl hóa amin bậc 1, hoặc sử dụng amoniac và lượng dư xúc tác để tăng tốc độ phản ứng Phản ứng có thể diễn ra ở áp suất và nhiệt độ cao hoặc ở điều kiện thường, tùy thuộc vào loại xúc tác được sử dụng, như Ni-Raney, Ni, Pt, PtO2, và Pd/C.
Ngoài ra, có thể sử tác nhân khử khác như LiAlH4, LiBH4 [101], NaBH4 và
Phân tích và l ự a ch ọn phương pháp tổ ng h ợ p mafenid acetat
Trong tổng quan về các phương pháp tổng hợp mafenid, hai phương pháp khả thi cho sản xuất tại Việt Nam là qua trung gian N-benzylacetamid và N-benzylphthalimid Cả hai phương pháp đều có điều kiện phản ứng đơn giản, nguyên liệu dễ mua và giá thành thấp Phương pháp qua N-benzylacetamid cho phép thủy phân nhẹ nhàng để loại bỏ nhóm bảo vệ acetyl, mang lại hiệu suất cao trong quá trình tinh chế sản phẩm cuối Trong khi đó, phương pháp qua N-benzylphthalimid tăng tính chọn lọc ở giai đoạn clorosulfo hóa và sulfoamid hóa, giúp tạo ra đồng phân para nhờ hiệu ứng không gian.
Chúng tôi đã phát triển một phương pháp mới để tổng hợp mafenid từ nguyên liệu N-benzylsuccinimid, bắt nguồn từ N-benzylphthalimid Phương pháp này chưa được công bố trong các tài liệu chuyên ngành và được thực hiện theo sơ đồ dự kiến trong sơ đồ 1.16.
Sơ đồ 1.16 minh họa phản ứng tổng hợp mafenid thông qua trung gian N-benzylsuccinimid Bên cạnh đó, chúng tôi đã tổng quan một số quá trình tạo nhóm sulfonyl clorid và nhóm amin bậc 1, từ đó đề xuất các phương pháp mới để tổng hợp phân tử mafenid qua các quá trình tạo nhóm thế khác nhau.
+ Từ alcol p-(hydroxymethyl)benzensulfonamid bằng phản ứng Ritter:
Sơ đồ 1.17 minh họa quá trình tổng hợp mafenid thông qua trung gian p-(hydroxymethyl)benzensulfonamid Quá trình này bắt đầu từ các diamid, được tạo ra bằng phản ứng clorosulfo hóa, sulfoamid hóa và thủy phân Hai diamid được lựa chọn là từ acid succinic và acid phthalic, nhờ vào tính sẵn có và giá thành rẻ của nguyên liệu.
Sơ đồ 1.18: Sơ đồ phản ứng dự kiến tổng hợp mafenid qua trung gian các diamid
+ Clorosulfo hóa bằng tác nhân SOCl2/CuCl:
Sơ đồ 1.19: Sơ đồ phản ứng dự kiến tổng hợp mafenid sử dụng muối diazoni
Chúng tôi đã thực hiện khảo sát các phương pháp tổng hợp mafenid acetat ở quy mô phòng thí nghiệm nhằm tìm ra phương pháp khả thi để nâng cấp quy trình tổng hợp mafenid acetat với quy mô 1000 g/mẻ.
NGUYÊN V Ậ T LI Ệ U, TRANG THI Ế T B Ị VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C Ứ U
Nguyên vật liệu, thiết bị
Bảng 2.1 Danh mục dụng cụ, thiết bị sử dụng
STT Tên dụng cụ, thiết bị Xuất xứ
2 Bình sắc ký Trung Quốc
3 Bộ lọc hút chân không Buchner Trung Quốc
4 Bộ phản ứng có áo nhiệt, dung tích 5 lít– Chemglass Mỹ
5 Bơm hút chân không KNF Đức
6 Cân kỹ thuật Satorius Đức
7 Đèn sấy hồng ngoại Đức
8 Đèn soi tử ngoại Đức
9 Máy cất quay Buchi R-210; R-220 Thụy sĩ
10 Máy đođộ nóng chảy EZ-Melt Mỹ
11 Máy đo pH để bàn Anh
12 Máy đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân Bruker 500 MHz Ascend Mỹ
13 Máy đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân Bruker AV500 Mỹ
14 Máy đo phổ hồng ngoại Perkin Elmer Mỹ
15 Máy đo phổ hồng ngoại Shimadzu Nhật
16 Máy đo phổ khối LC/MS/MS-Xevo TQMS Mỹ
17 Máy đo phổ khối LCMS/MS AGILENT 1290/6460 Mỹ
18 Máy đo phổ khối MS AutoSpec Premier Mỹ
19 Máy đo phổ khối S1100 Series LC/MSD Trap Mỹ
20 Máy đo quang UV-VIS Đức
21 Máy khuấy cơ IKA Đức
22 Máy sắc ký lỏng hiệu năng cao Agilent Mỹ
23 Máy sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) Nhật
24 Máy sinh khí N2 Nitrox UHPH0751 Anh
25 Nhiệt kế thủy ngân Đức
26 Thiết bị thuỷ tinh các loại dùng cho tổng hợp Đức
27 Tủ sấy chân không WiseVen Đức
29 Tủ vi khí hậu Newzealand
30 Máy sinh khí hydro Đức
2.1.2 Nguyên v ậ t li ệ u và hoá ch ấ t
Bảng 2.2 Nguyên vật liệu và thuốc thử STT Tên hoá chất Tiêu chuẩn Nguồn gốc
4 Acid acetic băng AR Merck
5 Acid clorosulfonic ≥ 97% (GC) Merck hoặc
6 Acid succinic AR Trung Quốc
7 Acid sulfuric AR Trung Quốc
8 Alcol benzylic AR Trung Quốc
9 Anhydrid phthalic AR Trung Quốc
11 Benzyl clorid AR Trung Quốc
13 Acid hydrocloric AR Trung Quốc
14 Amoni hydroxyd Công nghiệp Việt Nam
16 Diethyl ether AR Trung Quốc
19 Ethanol 96% Công nghiệp Việt Nam
20 Ethanol tuyệt đối AR Việt Nam
21 Ethyl acetat AR Trung Quốc
25 Mafenid acetat 99,4%, lô G0L 536 Chuẩn Mỹ
27 Na2CO3 AR Trung Quốc
33 Dd HNO3 65-68% AR Trung Quốc
N ộ i dung nghiên c ứ u
- Tổng hợp các nguyên liệu N-benzylacetamid, N-benzylphthalimid, N- benzylsuccinimid, N 1 ,N 4 -dibenzylsuccinamid, N 1 ,N 2 -dibenzylphthalamid, N-(p- aminobenzyl)acetamid, p-hydroxymethylbenzensulfonamid từ các nguồn nguyên liệu thích hợp
Tổng hợp mafenid acetat được thực hiện qua bốn con đường khác nhau, sử dụng các chất trung gian như N-benzylacetamid, N-benzylphthalimid, N-benzylsuccinimid, N1,N4-dibenzylsuccinamid, N1,N2-dibenzylphthalamid và p-hydroxymethylbenzensulfonamid Quy trình này được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm, đồng thời lựa chọn phương pháp thích hợp để nâng cấp quy trình tổng hợp mafenid acetat với quy mô 100 g/mẻ.
- Nghiên cứu lựa chọn dung môi để tinh chế mafenid acetat ở quy mô phòng thí nghiệm
- Nghiên cứu tinh chế mafenid acetat đạt tiêu chuẩn hàm lượng theo USP 38 ở quy mô phòng thí nghiệm
- Nghiên cứu tinh chế mafenid acetat đạt tiêu chuẩn USP 38 ở quy mô 100 g/mẻ
- Lựa chọn và nâng cấp quy trình tổng hợp mafenid acetat ở quy mô 200 g/mẻ
- Cải tiến và nâng cấp quy trình tổng hợp mafenid acetat ở quy mô 500 g/mẻ
- Nghiên cứu nâng cấp quy trình tổng hợp mafenid acetat ổn định ở quy mô
- Nghiên cứu phương pháp tinh chế sản phẩm mafenid acetat đạt tiêu chuẩn USP
- Nghiên cứu độ ổn định của sản phẩm mafenid acetat tổng hợp được.
Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 P hương pháp tổ ng h ợ p hóa h ọ c
Trong tổng hợp hóa dược, các phản ứng cơ bản như acyl hóa, alkyl hóa, khử hóa, diazo hóa, nitro hóa, thủy phân, clorosulfo hóa, sulfoamid hóa, ngưng tụ, trung hòa và phản ứng acid-base đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các chất trung gian và sản phẩm cuối.
Sử dụng các kỹ thuật cơ bản trong tổng hợp hóa dược như kết tinh phân đoạn, lọc, cất, tẩy màu và sắc ký là rất quan trọng để tinh chế các sản phẩm trung gian và sản phẩm cuối.
- Quá trình tổng hợp mafenid acetat được tiến hành đi từ các nguyên liệu khác nhau theo 4 hướng sau:
+ Tổng hợp mafenid acetat sử dụng phản ứng Ritter được thể hiện theo sơ đồ2.1 Nguyên liệu ban đầu là alcol bezylic (I) và p-toluensulfonyl clorid (Ib)
Sơ đồ 2.1 Sơ đồ các phản ứng tổng hợp mafenid acetat sử dụng phản ứng Ritter
+ Tổng hợp mafenid acetat qua trung gian N-benzylphthalimid theo sơ đồ 2.2 Nguyên liệu bắt đầu của quá trình tổng hợp là anhydrid phthalic
Sơ đồ 2.2 Sơ đồ các phản ứng tổng hợp mafenid acetat từ anhydrid phthalic
+ Tổng hợp mafenid acetat qua trung gian N-benzylsuccinimid theo sơ đồ 2.3 Nguyên liệu ban đầu trong quá trình tổng hợp là acid succinic
Sơ đồ 2.3 Sơ đồ các phản ứng tổng hợp mafenid acetat từ acid succinic
Mafenid acetat được tổng hợp qua trung gian các diamid như succinamid và phthalamid, bắt đầu từ nguyên liệu diethyl succinat và diethyl phthalat theo sơ đồ 2.4.
Sơ đồ 2.4 Sơ đồ các phản ứng tổng hợp mafenid acetat qua trung gian diamid
2.3 2 Các phương pháp đánh giá độ tinh khi ế t c ủ a các ch ấ t trung gian và s ả n ph ẩ m
- Phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy
- Phương pháp sắc kí lớp mỏng (SKLM) với hệ dung môi khai triển thích hợp
- Phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao HPLC.
2.3 3 Phương pháp phân tích cấ u trúc
Cấu trúc của sản phẩm trung gian và sản phẩm cuối được xác định thông qua các phương pháp phân tích phổ như phổ hồng ngoại (IR), phổ khối lượng (MS), và phổ cộng hưởng từ proton và carbon (1 H-NMR, 13 C-NMR) [1], [4].
Phổ IR được ghi lại bằng kỹ thuật viên nén KBr trong khoảng 4000-400 cm⁻¹, với mẫu rắn được phân tán trong KBr khô theo tỷ lệ 1:200 và ép thành viên nén dưới áp lực cao để loại bỏ hơi ẩm Quá trình này được thực hiện tại Phòng Phân tích, Kiểm nghiệm và Tương đương sinh học thuộc Viện Công nghệ dược phẩm quốc gia, cũng như tại Phòng thí nghiệm Hóa dược, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội.
Các chất được phân tích bằng phương pháp ESI-MS trong dung môi MeOH Phổ khối lượng được đo tại Phòng Phân tích, Kiểm nghiệm và Tương đương sinh học thuộc Viện Công nghệ dược phẩm quốc gia, Phòng thí nghiệm Hóa dược của Khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, và tại Viện Hóa Học - Viện Hàn lâm Khoa Học và Công nghệ Việt Nam.
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR và 13C-NMR) được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Hóa dược, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội và Viện Hóa Học - Viện Hàn lâm Khoa Học và Công nghệ Việt Nam Nghiên cứu sử dụng dung môi hòa tan thích hợp như DMSO-d6 và D2O để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong phân tích.
CD3OD, CDCl3…với chất chuẩn nội là tetramethylsilan (TMS)
2.3 4 Phương pháp ki ể m nghi ệ m ch ất lượ ng c ủ a s ả n ph ẩ m
Sản phẩm mafenid acetat được đánh giá chất lượng theo USP 38 [126] với các chỉ tiêu:
- Cảm quan: Bột kết tinh trắng hoặc hơi vàng
- Phổ hồng ngoại: trùng với phổ chuẩn hoặc phổ của chất chuẩn
- T°nc: 162-171℃ (khoảng bắt đầu và kết thúc chảy không vượt quá 4°C)
- Dung dịch 10% trong nước có pH=6,4-6,8
- Tro còn lại sau nung: không quá 0,2%
- Hàm ẩm: không quá 1% (phương pháp Karl Fischer)
- Hàm lượng: 98,0-102,0% tính theo hoạt chất khan (phương pháp đo quang).
- Giới hạn tạp chất: selen (không quá 30 ppm), kim loại nặng (không quá 20 ppm), 4-formylbenzensulfonamid và tạp hữu cơ khác (không quá 1% -phương pháp
Phương pháp đo quang được tiến hành như sau:
Cân 200 mg mafenid acetat vào bình định mức 100 ml, sau đó hòa tan và pha loãng bằng nước đến vạch Lắc đều và lấy 10 ml dung dịch.
Chuẩn bị dung dịch 100 ml bằng cách cho 1 ml HCl 1N và pha loãng bằng nước đến vạch, sau đó lắc đều Hòa tan một lượng chính xác mafenid acetat chuẩn trong dung dịch HCl 0,01N và pha loãng với cùng dung môi để tạo ra dung dịch chuẩn có nồng độ khoảng 200 µg/ml Đồng thời, xác định độ hấp thụ của cả hai dung dịch trong các cuvet.
Tại bước sóng hấp thụ cực đại khoảng 267 nm, với máy quang phổ phù hợp và dung dịch HCl 0,01N làm mẫu trắng, hàm lượng mafenid acetat trong mẫu thử được tính theo công thức.
KQĐL (%) = (Au / As) (Cs / Cu).100 Trong đú: Cs là nồng độ (àg/ml) của mafenid acetat chuẩn trong dung dịch chuẩn,
Nồng độ mafenid acetat trong dung dịch mẫu được xác định bằng Cu (àg/ml), trong khi Au và As đại diện cho độ hấp thụ của dung dịch mafenid acetat và dung dịch chuẩn tương ứng Phương pháp đo quang được thực hiện tại Bộ môn Công nghiệp Dược thuộc Đại học Dược Hà Nội.
2.3 5 Phương pháp nghiên cứu độ ổn đị nh c ủ a s ả n ph ẩ m t ổ ng h ợp đượ c
Nghiên cứu đánh giá độ ổn định của nguyên liệu mafenid acetat theo thông tư
44/2014/TT-BYT [2] và theo hướng dẫn của ICH-Q1A(R2) [57] ởhai điều kiện: + Điều kiện lão hoá cấp tốc:
- Tần suất lấy mẫu: 0 tháng, 1 tháng, 2 tháng, 3 tháng, 6 tháng
- Tần suất lấy mẫu: 3 tháng/lần/năm thứ nhất, 6 tháng/lần/năm thứ hai
Hàm lượng mafenid acetat và tạp chất được xác định bằng phương pháp HPLC, theo chuyên luận của USP 38 về bột mafenid acetat pha dung dịch Quá trình HPLC được thực hiện trên máy HPLC Agilent VKN/HLI/06.02 (12/2016) tại Viện Kiểm nghiệm Thuốc Trung Ương, tuân thủ các điều kiện chính của USP 38.
+ Cột sắc kớ: Inertsil C18 (150x4,6mm; 5àm)
+ Tốc độ dòng: 1mL/phút, detector UV λ = 267nm
+ Pha động: Acetonitril : đệm pH 2,5 = 1:9; Đệm pH 2,5: hoà tan 6,8 g KH2PO4 và 1,0 g natri hexansulfonat trong 800 mL nước (HPLC), chỉnh pH về 2,5 bằng H3PO4 và thêm nước vừa đủ 1000 mL
+ Dung dịch mafenid acetat chuẩn và thử: nồng độ khoảng 1 mg/mL pha động
Từ kết quả thử độ ổn định, dự đoán tuổi thọ của nguyên liệu mafenid acetat sử dụng phần mềm Minitab
THỰ C NGHI Ệ M VÀ K Ế T QU Ả
Tổng hợp mafenid acetat từ các nguyên liệu khác nhau ở quy mô phòng thí
3.1.1 T ổ ng h ợ p mafenid acetat qua trung gian N-benzylacetamid
3.1.1.1 Tổng hợp N-benzylacetamid từ alcol benzylic bằng phản ứng Ritter
Tiến hành phản ứng bằng cách cho 50,0 mL acetonitril vào bình cầu 250 mL, lắp sinh hàn và khuấy từ, làm lạnh bằng nước đá Sau đó, nhỏ giọt 11,2 mL acid sulfuric đặc vào bình phản ứng, sau khi hoàn tất, đun nóng đến 75-80℃ và nhỏ giọt 21,7 mL alcol benzylic, duy trì nhiệt độ sôi 80-82℃ Sau khi nhỏ alcol benzylic, khuấy tiếp ở nhiệt độ phòng trong 1,5-2 giờ, theo dõi tiến triển bằng SKLM Đổ khối phản ứng vào nước đá, trung hòa bằng dung dịch natri carbonat đến pH 7, sau đó chiết bằng EtOAc và rửa bằng dung dịch natri clorid bão hòa Gộp dịch EtOAc, làm khan bằng Na2SO4, lọc bỏ natri sulfat và cất để thu được N-benzylacetamid dạng sánh như dầu, màu vàng nhạt Để ở nhiệt độ phòng trong 4 giờ, sản phẩm bắt đầu kết tinh thành tinh thể hình kim màu trắng.
+ Cảm quan: Tinh thể hình kim, màu trắng, có mùi thơm đặc trưng
+ Khối lượng sản phẩm: 23,81 g (hiệu suất đạt 76,1%)
+ Nhiệt độ nóng chảy: 55-57℃ (tài liệu [112]: 60-61°C)
+ Dữ liệu phân tích phổ của chất II:
IR (KBr), ͞νmax (cm -1 ): 3278 (N-Hamid); 3086 (C-Hthơm); 2927 (C-Hno); 1633 (C=Oamid); 1548 (C=Cthơm) [Phụ lục 1] ESI-MS (MeOH), m/z: 149,95 ([M+H] + ), 171,91 [M+Na] + (CTPT C9H11NO M9,19) [Phụ lục 2] 1 H-NMR (500 MHz,
CD3OD), δ (ppm): (500MHz, MeOD); 2,00 (3H, s, H-2); 4,86 (2H, s, H-1); 7,25-7,34
(5H, m, Hthơm) [Phụ lục 3] 13 C-NMR (125 MHz, CD3OD), δ (ppm): 22,52 (C-2); 44,21 (C-1ʼ); 128,20 (C-4”); 128,58 (C-2”, C-6”); 129,52 (C-3”, C-5”); 139,93 (C-1”); 173,07 (C-1) [Phụ lục 4]
Khảo sát các yếu tốảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng tạo amid II:
• Khảo sát thời gian phản ứng:
Tiến hành phản ứng Ritter với nguyên liệu gồm 50,0 mL (0,96 mol) acetonitril, 11,2 mL (0,21 mol) acid sulfuric đặc, và 21,7 mL (0,21 mol) alcol benzylic, giữ nguyên các điều kiện khác Sau khi thêm alcol benzylic, duy trì phản ứng trong các khoảng thời gian khác nhau và theo dõi tiến triển bằng SKLM với pha động EtOAc: n-hexan = 7:3 Mỗi thí nghiệm được thực hiện 3 lần để lấy kết quả trung bình.
Kết quả khảo sát thời gian phản ứng được thể hiện trong bảng 3.1:
Bảng 3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian duy trì đun nóng đến hiệu suất phản ứng Ritter
STT Thời gian phản ứng (giờ)
Thời gian phản ứng tối ưu cho phản ứng Ritter là 1,5 giờ, trong đó hiệu suất phản ứng đạt cao nhất Nếu thời gian phản ứng chưa đủ 1,5 giờ, hiệu suất sẽ giảm khoảng 2% cho mỗi nửa giờ thiếu Ngược lại, nếu quá thời gian này, hiệu suất cũng giảm nhẹ do sản phẩm có thể bị oxy hóa và tạo ra tạp chất Vì vậy, thời gian đun hồi lưu lý tưởng cho phản ứng là 1,5 giờ.
• Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol giữa acetonitril/alcol benzylic
Quá trình khảo sát được tiến hành với quy mô 21,7 mL alcol benzylic và tỉ lệ mol giữa alcol benzylic : acid sulfuric là 1:1 (11,2 mL (0,21 mol) acid sulfuric đặc), các
Trong nghiên cứu này, 41 điều kiện khác được giữ nguyên như thí nghiệm ban đầu, chỉ thay đổi lượng acetonitril và theo dõi tiến triển phản ứng bằng SKLM với pha động EtOAc: n-hexan = 7:3 Mỗi thí nghiệm khảo sát được thực hiện 3 lần để lấy kết quả trung bình Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol giữa acetonitril và alcol benzylic đến hiệu suất phản ứng tạo N-benzylacetamid được trình bày trong bảng 3.2.
Bảng 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol alcol benzylic và acetonitril đến hiệu suất phản ứng Ritter
Tỉ lệ mol alcol benzylic/ acetonitril
Kết quả từ 6 lần khảo sát tỉ lệ mol cho thấy ở tỉ lệ mol 1:2 và 1:3, sản phẩm thu được có dạng thể chất nhão do còn lẫn alcol benzylic Khi tăng tỉ lệ mol từ 1:4 đến 1:4,5, hiệu suất phản ứng tăng lên, nhưng khi tiếp tục tăng từ 1:4,5 đến 1:5,5, hiệu suất không thay đổi nhiều Do đó, tỉ lệ mol tối ưu giữa alcol benzylic và acetonitril cho phản ứng Ritter là 1:4,5.
• Khảo sát tỉ lệ mol alcol benzylic và acid sulfuric:
Sau khi xác định tỉ lệ mol tối ưu của acetonitril và alcol benzylic, nghiên cứu tiếp tục khảo sát tỉ lệ mol giữa alcol benzylic và acid sulfuric Thí nghiệm được thực hiện với các thông số phản ứng không đổi như trong thí nghiệm ban đầu, giữ tỉ lệ mol giữa alcol benzylic và acetonitril là 1:4,5, trong khi thay đổi tỉ lệ mol alcol benzylic và acid sulfuric Tiến trình phản ứng được theo dõi bằng SKLM với pha động EtOAc:n-hexan = 7:3, và màu sắc được quan sát dưới đèn tử ngoại với bước sóng 254 nm Mỗi thí nghiệm được thực hiện ba lần để lấy kết quả trung bình, và kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 3.3.
Bảng 3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol alcol benzylic và acid sulfuric đến hiệu suất phản ứng Ritter
Tỉ lệ mol alcol benzylic/ acetonitril
Thời gian phản ứng (giờ)
Tỉ lệ mol alcol benzylic/acid sulfuric
Khi tỉ lệ mol alcol benzylic/acid sulfuric là 1/0,8 và 1/0,9, sản phẩm thu được chứa alcol dư, dẫn đến thể chất bán rắn và độ chảy thấp, khó kết tinh Tăng tỉ lệ mol alcol benzylic/acid sulfuric từ 1:1 đến 1:1,3 giúp tiêu thụ hết nguyên liệu, nhưng hiệu suất phản ứng giảm khi tỉ lệ tăng Ở tỉ lệ 1:1 đến 1:1,15, hiệu suất phản ứng không thay đổi đáng kể Tỉ lệ mol tối ưu giữa alcol benzylic và acid sulfuric trong phản ứng Ritter là 1:1,0, vì tăng lượng acid sulfuric có thể tạo ra nhiều sản phẩm phụ do tính oxy hóa mạnh của acid sulfuric.
3.1.1.2 Tổng hợp N-(p-sulfamoylbenzyl)acetamid (III) a) Từ N-benzylacetamid bằng phản ứng clorosulfo hoá và sulfoamid hoá
Tiến hành phản ứng bằng cách cho 53,3 mL (0,80 mol) acid clorosulfonic vào bình cầu ba cổ 250 mL có trang bị khuấy từ, sinh hàn, đường sục nitơ và ống dẫn khí ra dung dịch NaOH 20% Sục nitơ và làm lạnh hệ phản ứng Đun chảy 29,80 g (0,20 mol) N-benzylacetamid, sau đó nhỏ từ từ vào bình phản ứng, duy trì nhiệt độ dưới 20℃ và khuấy đều Sau khi hoàn tất quá trình nhỏ giọt, đun nóng hỗn hợp đến 70℃ trong khoảng 2 giờ, theo dõi SKLM với hệ dung môi EtOAc:n-hexan = 7:3.
Đổ khối phản ứng vào 200 g nước đá và khuấy mạnh, duy trì nhiệt độ không quá 20°C Sau nửa giờ, gạn bỏ pha nước để thu phần dầu lắng xuống, chứa sản phẩm trung gian sulfonyl clorid (p-(acetamidomethyl)benzensulfonyl clorid) thô Rửa 3 lần bằng nước lạnh (3x50 mL) và đổ chậm p-(acetamidomethyl)benzensulfonyl clorid vào hỗn hợp 48,0 mL dung dịch amoniac đặc (~25%) và 24,0 mL nước, khuấy mạnh và duy trì nhiệt độ không quá 40℃ Sau 2 giờ khuấy ở nhiệt độ phòng, tủa bắt đầu xuất hiện; hỗn hợp được đun nóng 65-70℃ để hòa tan hết tủa Lọc lấy tinh thể, hòa tan trong 50,0 mL ethanol 96% nóng, lọc nóng để loại muối vô cơ, và để lạnh dịch lọc cho kết tinh hoàn toàn Lọc và sấy khô tinh thể thu được sản phẩm sulfonamid III.
+ Cảm quan: chất rắn màu trắng hơi vàng
+ Khối lượng sản phẩm: 17,6 g (hiệu suất 38,6%)
+ Nhiệt độ nóng chảy: 167-169℃ (tài liệu [37]: 168-169°C)
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng:
Để tối ưu hóa hiệu suất cho phản ứng tạo chất III, cần khảo sát các yếu tố trong giai đoạn clorosulfo hóa, trong khi giữ nguyên các điều kiện của quá trình ở giai đoạn sulfoamid hóa.
+ Khảo sát tỉ lệ mol N-benzylacetamid và acid clorosulfonic:
Giữ nguyên các điều kiện phản ứng và lượng chất như trong thí nghiệm ban đầu, chỉ thay đổi tỉ lệ mol giữa acid clorosulfonic và N-benzylacetamid bằng cách điều chỉnh lượng acid clorosulfonic sử dụng cho phản ứng Mỗi thí nghiệm khảo sát được thực hiện một cách cẩn thận.
3 lần, lấy kết quả trung bình Kết quả khảo sát thu được theo bảng 3.4
Bảng 3.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol N-benzylacetamid và acid clorosulfonic đến hiệu suất phản ứng tạo sulfonamid III
Tỉ lệ mol chất II/ClSO 3 H
Nhận xét: Qua bảng kết quả khảo sát trên cho thấy ở tỉ lệ mol N-benzylacetamid
Tỉ lệ mol tối ưu của N-benzylacetamid và acid clorosulfonic trong phản ứng tạo sulfonamid III là 1:4 Khi tỉ lệ mol acid clorosulfonic tăng từ 1:3 lên 1:4, nguyên liệu vẫn còn, nhưng khi tiếp tục tăng lên 1:6, nguyên liệu sẽ hết và hiệu suất giảm Điều này có thể do sản phẩm trung gian không bền, dẫn đến việc acid dư bị phá hủy bằng nước, gây phân hủy sản phẩm.
+ Khảo sát nhiệt độ phản ứng:
Sau khi xác định tỉ lệ mol tối ưu cho quá trình clorosulfo hoá, chúng tôi tiến hành khảo sát nhiệt độ phản ứng sau khi cho toàn bộ N-benzylacetamid vào khối phản ứng Sự tiến triển của phản ứng được theo dõi bằng phương pháp SKLM với pha động là EtOAc:n-hexan = 7:3.
Các khảo sát được thực hiện trong cùng điều kiện và quy mô với 29,8 g N-benzylacetamid như trong thí nghiệm ban đầu Mỗi thí nghiệm được tiến hành 3 lần và kết quả trung bình được trình bày trong bảng 3.5.
Bảng 3.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng clorosulfo hoá tạo sulfonamid III
II/ClSO 3 H t° (°C) KL chất III
Khi nhiệt độ tăng đến 70°C, hiệu suất của phản ứng tăng mạnh Tuy nhiên, khi nhiệt độ vượt quá 70°C, hiệu suất phản ứng lại giảm Mặc dù tốc độ phản ứng tăng theo nhiệt độ, nhưng lượng HCl thoát ra nhiều có thể gây ra hiện tượng trào phản ứng Do đó, cần xác định nhiệt độ thích hợp cho phản ứng sau khi nhỏ xong.
+ Khảo sát ảnh hưởng của dung môi:
So sánh các phương pháp tổng hợp mafenid acetat từ N-benzylacetamid, N-
Tổng hợp mafenid acetat từ ba nguyên liệu N-benzylsuccinimid, N- benzylphthalimid và N-benzylsuccinimid được so sánh theo 3.39
Bảng 3.39 So sánh các phương pháp tổng hợp mafenid acetat từ các nguyên liệu khác nhau
Chỉ tiêu N -benzylacetamid N -benzylphthalimid N -benzylsuccinimid
Hiệu suất cao nhất toàn quá trình 34,1% 24,2% 48,1%
Phương pháp tổng hợp nguyên liệu
-Nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền
-Dễ thực hiện từ alcol benzylic bằng phản ứng Ritter
-Tinh chế sản phẩm phải chiết bằng dung môi hữu cơ.
-Khó tinh khiết do khó kết tinh bằng dung môi
-Một giai đoạn tổng hợp bằng phản ứng Ritter
-Nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền
-Phải tiến hành ở nhiệt độ cao, khó khăn khi loại bỏbenzyl clorid dư -Khó nâng cấp quy trình tổng hợp ở quy mô lớn
-Phathalimid khó tan trong nhiều dung môi
-Hai giai đoạn tổng hợp từ anhydrid phthalic
-Nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền
-Phản ứng dễ tiến hành nâng cấp ở quy mô lớn -Sản phẩm được tinh chế dễ dàng bằng phương pháp kết tinh
-Succinimid tan tốt trong nước do đó dễ dàng được loại bỏ
-Hai giai đoạn tổng hợp từ nguyên liệu rẻ tiền: acid succinic, BnCl, ure
Khối lượng nguyên liệu để tạo ra 1,0 g mafenid acetat
Quá trình clorosulfo hoá và sulfoamid hoá
-Tạp đồng phân ortho- dẫn đến hiệu suất thấp
-Cách thức tiến hành phản ứng đơn giản do có thể đun chảy nguyên liệu
-Sản phẩm sulfoclorid bán rắn, không ổn định
-Quá trình sulfoamid hoá diễn ra nhanh
-Chọn lọc vị trí para-
-Khó tiến hành nâng cấp ở quy mô lớn do đặc tính khó tan của nguyên liệu
-Sản phẩm trung gian sulfoclorid là chất rắn, ổn định
-Quá trình sulfonamid hoá diễn ra chậm, nhiều tạp, khó tinh chế
-Chọn lọc vị trí para- dẫn đến hiệu suất cao
-Có thể tiến hành nâng cấp ở quy mô lớn
-Sản phẩm trung gian sulfoclorid là chất rắn, ổn định
-Quá trình sulfonamid hoá diễn ra nhanh, sản phẩm dễ tinh chế
Quá trình thuỷ phân loại nhóm bảo vệ
-Dễ dàng loại nhóm bảo vệ, hiệu suất cao
-Sản phẩm phụ acid acetic dễ dàng loại bỏ
-Khó khăn khi loại nhóm bảo vệ
-Acid phthalic khó loại bỏ hết
-Có thể thuỷ phân trực tiếp loại nhóm bảo vệ succinyl trong kiềm đặc -Acid succinic dễ dàng loại bỏ dưới dạng muối tan
Phương pháp tổng hợp từ nguyên liệu N-benzylphthalimid không khả thi cho quy trình quy mô lớn Ngược lại, phương pháp sử dụng N-benzylsuccinimid và N-benzylacetamid có nhiều ưu điểm cho việc tổng hợp quy mô lớn Để lựa chọn quy trình phù hợp cho quy mô 500 g/mẻ và 1000 g/mẻ, chúng tôi đã nâng cấp quy trình tổng hợp mafenid acetat từ 100 g/mẻ với hai nguyên liệu này.
Nâng c ấ p quy trình t ổ ng h ợ p mafenid acetat ở quy mô 100 g/m ẻ
3.4.1.Tổng hợp mafenid acetat quy mô 100 g/mẻ qua trung gian N -benzylacetamid
Chúng tôi đã nâng cấp quy mô tổng hợp mafenid lên 100 g/mẻ từ alcol benzylic, dựa trên các kết quả khảo sát tổng hợp mafenid quy mô thí nghiệm và quy trình tương tự như mục 3.1.1, kèm theo một số cải tiến.
Tiến hành phản ứng bằng cách cho 362,0 mL acetonitril vào bình cầu 2 lít có khuấy từ và lắp sinh hàn, làm lạnh bằng nước đá Sau đó, nhỏ giọt từ từ 82,5 mL acid sulfuric đặc vào bình phản ứng Sau khi hoàn tất việc nhỏ giọt, bỏ làm lạnh và đun nóng khối phản ứng đến khoảng 75-80℃, rồi bắt đầu nhỏ giọt chậm 160,0 mL alcol benzylic, đảm bảo khối phản ứng luôn sôi ở 80-82℃ Sau khi nhỏ xong alcol benzylic, khuấy ở nhiệt độ phòng trong 1,5 giờ và theo dõi tiến triển phản ứng bằng SKLM Đổ khối phản ứng vào 400,0 g nước đá, trung hòa bằng dung dịch natri carbonat bão hòa đến pH 7 Chiết hỗn hợp bằng ethyl acetat, gộp dịch ethyl acetat và rửa bằng dung dịch natri clorid bão hòa và nước cất, sau đó làm khan bằng natri sulfat Lọc bỏ natri sulfat và cất loại ethyl acetat để thu được sản phẩm II ở dạng sánh như dầu, màu vàng nhạt, và để ở nhiệt độ phòng trong 4 giờ để kết tinh thành những tinh thể hình kim màu trắng.
+ Cảm quan: Tinh thể hình kim, màu trắng, có mùi thơm đặc trưng
+ Khối lượng sản phẩm: 159,5 g (hiệu suất đạt 69,5%)
+ Nhiệt độ nóng chảy: 55-57℃ (Tài liệu [112]: 60-61°C)
+ R f = 0,50 (hệ dung môi n-hexan : EtOAc = 3 : 7)
Khi nâng cấp quy mô lên 100 g/mẻ, chúng tôi nhận thấy hiệu suất phản ứng giảm trong quá trình tổng hợp N-benzylacetamid Việc chiết bằng ethyl acetat khi chưa loại hết acetonitril làm mất nhiều thời gian do thời gian phân lớp kéo dài Ngoài ra, khi nhỏ H2SO4 vào bình chứa acetonitril, nhiệt độ khối phản ứng tăng mạnh do hiệu ứng tĩnh điện Do đó, để đảm bảo an toàn trong quá trình tổng hợp, chúng tôi đã quyết định thay đổi một số thao tác trong quy trình tổng hợp II.
Không làm lạnh trước khi khối phản ứng đạt đến trạng thái tỏa nhiệt Sau khi nhỏ acid sulfuric, tiến hành đun nóng bên ngoài bình lên 65-70℃ Khi khối phản ứng đạt đến điểm có hiệu ứng tĩnh điện, tiến hành làm lạnh bên ngoài bình phản ứng.
Sau khi kết thúc phản ứng, cần ngay lập tức trung hòa bằng dung dịch Na2CO3 bão hòa Tiếp theo, dịch phản ứng được cất để loại bỏ acetonil, sau đó mới tiến hành xử lý khối phản ứng như đã mô tả.
Từcác thay đổi trên, chúng tôi tiến hành nâng cấp qui mô tổng hợp lên 100 g/mẻ với qui trình tổng hợp như sau (Qui trình cải tiến):
Cho 362,0 mL (6,93 mol) acetonitril vào bình cầu 2000mL có khuấy từ và lắp sinh hàn Nhỏ giọt từ từ 82,5 mL (1,54 mol) acid sulfuric đặc vào bình phản ứng, kết hợp khuấy nhẹ Sau khi nhỏ giọt xong, khuấy và đun nóng từ từ đến 65-70℃ trong 20 phút, đồng thời làm lạnh ngoài để kiểm soát nhiệt độ phản ứng Đun nóng khối phản ứng đến khoảng 75-80℃ và bắt đầu nhỏ giọt 160,0 mL (1,54 mol) alcol benzylic, đảm bảo khối phản ứng luôn sôi ở 80-82℃ Sau khi hoàn tất việc nhỏ giọt alcol benzylic, khuấy tiếp ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ và theo dõi tiến triển phản ứng bằng SKLM với hệ n-hexan : EtOAc = 3 : 7.
Khối phản ứng được xử lý bằng cách cất chân không để loại bỏ acetonitril Tiếp theo, khối phản ứng được đổ vào 400 g nước đá và được trung hòa bằng dung dịch natri carbonat bão hòa cho đến khi đạt pH 7.
Hỗn hợp được chiết bằng ethyl acetat (3x200 mL) và gộp dịch ethyl acetat Sau đó, rửa bằng dung dịch natri clorid bão hòa (2x320,0 mL) và nước cất (2x320,0 mL), rồi làm khan bằng 100,0 g natri sulfat dạng khan Sau khi lọc bỏ natri sulfat, cất ethyl acetat để thu được sản phẩm II ở dạng sánh như dầu, màu vàng nhạt Để sản phẩm II ở nhiệt độ phòng trong 4 giờ, tinh thể hình kim màu trắng bắt đầu kết tinh.
Kết quả tổng hợp 3 mẻ được thể hiện trong bảng 3.40
Bảng 3.40 Kết quả khảo sát độ lặp lại của quy trình tổng hợp amid II ở quy mô 100 g/mẻ
T Cảm quan Khối lượng chất II (g)
1 Tinh thể hình kim, màu trắng, có mùi thơm đặc trưng
(Hệ dung môi khai triển n-hexan : EtOAc = 3 : 7)
Quy trình cải tiến đã chứng minh tính ổn định và hiệu suất cao, giúp rút ngắn thời gian tổng hợp, phù hợp cho quy mô tổng hợp lớn hơn.
Tiến hành phản ứng bằng cách cho 289,7 mL (4,36 mol) acid clorosulfonic (d=1,753 g/mL) vào bình cầu 2000 mL, lắp sinh hàn và khuấy từ Sục nitơ và dẫn khí ra dung dịch NaOH 20% Sau đó, làm lạnh hệ phản ứng và đun chảy 163,0 g (1,09 mol).
N-benzylacetamid (II), sau đó nhỏ từ từ vào bình phản ứng (duy trì làm lạnh dưới 20 o C kết hợp khuấy từ) Sau khi nhỏ giọt xong, đun nóng hỗn hợp đến 70℃ trong khoảng 2 giờ (theo dõi SKLM với hệ dung môi khai triển: n-hexan : EtOAc = 3 : 7, quan sát vết bằng đèn tử ngoại có bước sóng 254 nm) Đổ khối phản ứng vào 1000,0 g nước đá trong bình cầu 6 lít, khuấy mạnh (cần chú ý nhiệt độ của hỗn hợp cần duy trì không quá 20°C), sau khoảng nửa giờ thì gạn bỏ pha nước, thu lấy phần dầu lắng xuống đáy chứa sản phẩm p-
Cho p-(acetamidomethyl)benzensulfonyl clorid vào hỗn hợp 262,5 mL dung dịch amoniac đặc (~25%) và 131,0 mL nước cất, khuấy mạnh và giữ nhiệt độ dưới 40℃ Theo dõi phản ứng bằng SKLM với dung môi n-butanol : acid acetic : nước theo tỷ lệ 9,0:2,0:2,5, quan sát vết dưới đèn tử ngoại 254 nm Sau 2 giờ khuấy ở nhiệt độ phòng, tủa bắt đầu xuất hiện, sau đó đun nóng hỗn hợp ở 65-70℃ trong 30 phút.
Làm lạnh và lọc để thu tinh thể, sau đó hòa tan tinh thể trong ethanol 96% nóng Tiến hành lọc nóng để loại bỏ muối vô cơ, rồi để lạnh dịch lọc cho đến khi kết tinh hoàn toàn Cuối cùng, lọc và sấy khô để thu được sản phẩm p-(acetamidomethyl)benzensulfonamid (III).
Nước cái được cất cho đến khi kiệt, sau đó hòa tan trong ethanol 96% nóng Tiến hành lọc nóng để loại bỏ muối vô cơ, rồi để lạnh dịch lọc nhằm kết tinh hoàn toàn Cuối cùng, lọc và sấy khô tinh thể để thu thêm sản phẩm III.
Kết quả tổng hợp 3 mẻ được thể hiện trong bảng 3.41
Bảng 3.41 Kết quả khảo sát độ lặp lại của qui trình tổng hợp sulfonamid III quy mô 100 g/mẻ
STT Chất II (g) chất III (g) Hiệu suất (%) t° nc (°C)
Với việc cải tiến quy trình trong giai đoạn xử lý nước cái của phản ứng, hiệu suất phản ứng đã tăng cao hơn so với mức 38,6% ở quy mô thí nghiệm, do trong nước cái vẫn còn tồn tại sản phẩm III.
3.4.1.3.T ổ ng h ợ p mafenid base và imin IV
Qua khảo sát ở quy mô thí nghiệm, chúng tôi thực hiện phản ứng theo như quy trình 4 (mục 3.1.1.4)
Nâng c ấ p quy trình t ổ ng h ợ p mafenid acetat ở quy mô 1000 g/m ẻ
3.5.1 Tổng hợp mafenid acetat ở quy mô 200 g/mẻ qua trung gian N - benzylsuccinimid Để tiếp tục nghiên cứu ổn định quy trình tổng hợp mafenid acetat qua trung gian
N-benzylsuccinimid làm tiền đề nâng cấp ở quy mô 500 g/mẻ Chúng tôi triển khai quy trình tổng hợp mafenid acetat ở quy mô 200 g/mẻ
Cân 400,0 g (3,39 mol) acid succinic và 203,4 g (3,39 mol) ure cho vào bình cầu
2 cổ đáy tròn dung tích 2000mL Tiến hành đun nóng khối phản ứng đến nhiệt độ 110-
Khi đạt đến 120°C, hỗn hợp bắt đầu chảy lỏng và xuất hiện nhiều bọt khí Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 130-140°C để hỗn hợp chảy lỏng hoàn toàn Duy trì nhiệt độ này trong khoảng 1 giờ cho đến khi bọt khí giảm dần, sau đó nâng nhiệt độ phản ứng lên 180-190°C và giữ ở mức này trong khoảng 3 giờ, theo dõi bằng quỳ ẩm cho đến khi không còn khí.
Sau khi NH3 và hơi nước thoát ra, phản ứng dừng lại Để làm nguội khối phản ứng về nhiệt độ phòng, thêm 1,2 lít ethanol 96% và đun sôi để hòa tan Tiến hành lọc nóng qua phễu lọc Buchner, sau đó làm nguội dịch lọc về nhiệt độ phòng và để kết tinh qua đêm ở 0-5°C Tinh thể được lọc hút chân không và rửa bằng ethanol lạnh Cuối cùng, sấy sản phẩm dưới đèn hồng ngoại trong 2 giờ, thu được 285,35 g succinimid với hiệu suất 85,0% và nhiệt độ nóng chảy 121-124°C.
So với quy mô 100 g/mẻ, hiệu suất phản ứng có sự giảm nhẹ Phản ứng diễn ra ổn định, với sự xuất hiện nhiều bọt khí ở giai đoạn đầu do sự tạo ra nhiều khí CO2 và NH3.
Thử quỳ tím có hóa xanh cho thấy sự hình thành khí NH3, do đó, để bảo vệ môi trường, khí NH3 được dẫn vào bình chứa H2SO4 qua bẫy chân không để ngăn chặn hiện tượng hút ngược Sản phẩm thu được tương đối sạch, không cần tẩy màu Để tiết kiệm dung môi và nâng cao hiệu suất sản phẩm, dịch lọc ethanol từ mẻ này được sử dụng để tinh chế cho mẻ tiếp theo.
Cân 250,0 g (2,53 mol) succinimid vào bình cầu 2 cổ đáy tròn 2000 mL, thêm 600 mL aceton và đun cách thủy ở 50-60 °C trong 30 phút Sau đó, thêm 348,5 g (2,53 mol) K2CO3 và 27,6 g (0,2 mol) KI khan vào bình cầu, đun hồi lưu trong 1 giờ Tiếp tục nhỏ từ từ 290 mL benzyl clorid (320,0 g; ~2,53 mol) vào trong 3 giờ và đun hồi lưu trong 72 giờ, theo dõi phản ứng bằng sắc ký lớp mỏng với hệ dung môi cloroform: methanol = 9:1 Để nguội khối phản ứng, lọc nóng trên phễu Buchner, cất dịch lọc đến khi còn thể tích nhỏ Đổ từ từ hỗn hợp dịch vào 3 lớp nước cất lạnh, khuấy liên tục để tạo kết tủa trắng Để qua đêm rồi lọc hút chân không, sản phẩm được hong khô và sấy dưới đèn hồng ngoại trong 3 giờ Tủa sau khi lọc được hòa tan lại vào nước để thu sản phẩm, tinh chế bằng cách kết tinh trong ethanol 96% Kết quả thu được 399,5 g chất IX dạng tinh thể óng ánh, màu hơi vàng, có mùi benzyl clorid, với hiệu suất 83,7%, nhiệt độ nóng chảy 101-103 °C, Rf = 0,76 (EtOAc : n-hexan = 7:3).
Hiệu suất phản ứng đạt 83,7%, cao hơn so với quy mô nhỏ là 73%, cho thấy sự cải tiến đáng kể Trong quy trình trước, sản phẩm trong phần tủa vô cơ bị bỏ qua và chỉ lọc nguội ở nhiệt độ phòng Tuy nhiên, việc khuấy tủa vô cơ với nước đã giúp hòa tan các muối vô cơ, thu được thêm sản phẩm không tan trong nước, được tinh chế trong EtOH 96% Trong quá trình alkyl hóa, K2CO3 khó tan trong aceton và dễ hút ẩm, do đó cần khuấy trộn kỹ để tránh vón cục và đảm bảo phản ứng hoàn toàn Sắc ký lớp mỏng được sử dụng để theo dõi phản ứng, với sự chuyển màu từ vàng sang nâu, và dừng lại khi không còn mùi benzyl clorid.
3.5.1.3 Tổng hợp 4-(2,5 dioxopyrolidin-1-yl)methylbenzensulfonamid (X)
Để tiến hành thí nghiệm, lắp đặt thiết bị phản ứng 2000mL với nắp 5 cổ có sinh hàn, nhiệt kế, khuấy cơ và ống dẫn khí thoát ra vào bình rửa chứa dung dịch NaOH 10% Đổ 500 mL (~7,5 mol) acid clorosulfonic vào bình phản ứng đã được làm khô và sục khí nitơ để tránh ẩm Hòa tan 200,0 g (1,06 mol) chất IX vào 500 mL CH2Cl2 và nhỏ giọt từ từ vào bình phản ứng.
108 vào bình cầu có khuấy đều ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ Sau đó thêm tiếp từng phần
Cho 200,0 g (1,06 mol) chất IX vào khối phản ứng, sau đó nâng nhiệt độ lên 50℃ và khuấy đều trong 2 giờ Theo dõi quá trình phản ứng bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng với hệ dung môi EtOAc : n-hexan theo tỷ lệ 7:3.
Xử lý phản ứng:Rót khối phản ứng vào bình chiết 1 lít rồi nhỏ từ từ vào bình cầu
Trong quá trình thực hiện thí nghiệm, 6 lít dung dịch được chuẩn bị với 1 lít nước lạnh và 1 kg đá, sau đó khuấy đều bằng máy khuấy cơ, đồng thời kiểm soát nhiệt độ luôn dưới 20℃ bằng cách làm lạnh bên ngoài Khí HCl sinh ra được dẫn qua dung dịch NaOH 10% và vòi nước chân không Tủa mịn hình thành được lọc và rửa lại 3 lần bằng nước lạnh để thu được sản phẩm Cuối cùng, sản phẩm được hong khô ngoài không khí trong 1 giờ.
Phân tán sản phẩm trong 1000 mL aceton và nhỏ từ từ vào 800 mL dung dịch amoniac ~25% trong 3 giờ ở nhiệt độ khoảng 30°C Sau đó, khuấy qua đêm và lọc tủa bằng phễu lọc Buchner, rửa 3 lần bằng nước lạnh Hong khô ngoài không khí và sấy ở 70℃ trong 12 giờ Kết quả cho thấy sản phẩm clorosulfo hóa dạng pellet, màu hơi vàng và dễ lọc, trong khi sản phẩm sulfoamid hóa màu trắng và khó lọc hơn Khối lượng sản phẩm X thô đạt 450,86 g với hiệu suất 79,5% và nhiệt độ nóng chảy 185-190°C.
Nhiệt độ làm lạnh khi đổ khối phản ứng vào nước đá cần được duy trì dưới 20℃ để ngăn chặn quá trình thủy phân hợp chất sulfonyl clorid Dù thời gian khuấy trộn trong quá trình sulfonamid hóa được kéo dài, sản phẩm sulfoamid X vẫn còn chứa vết nguyên liệu sulfoclorid Do đó, sản phẩm thô sulfonamid X cần được tinh chế bằng cách hòa tan hoàn toàn 450,86 g sản phẩm thô X trong bình 6 lít chứa hỗn hợp.
Sử dụng 2000 mL EtOH 96% và 200 mL dung dịch NH3 25% ở nhiệt độ 80 °C, sau đó lọc nóng qua phễu lọc Buchner Dịch thu được được để nguội về nhiệt độ phòng và làm lạnh qua đêm ở 0-5 °C Sau khi lọc, thu được tinh thể, sấy khô và cân sản phẩm với khối lượng 410,46 g, đạt hiệu suất tinh chế 91,0%.
Hiệu suất sau tinh chế đạt 72,3%, sản phẩm sulfonamid X sau tinh chế có nhiệt độ nóng chảy 204-205°C
Việc sử dụng dung môi diclomethan trong quá trình clorosulfo hóa N-benzylsuccinimid, với khối lượng 400,0 g, đã được khảo sát để đánh giá ảnh hưởng của dung môi đến quá trình tạo sulfonamid X Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 3.46.
Bảng 3.46 Khảo sát ảnh hưởng lượng dung môi dicloromethan sử dụng cho quá trình clorosulfo hóa tạo sulfonamid X
Việc sử dụng dung môi để hòa tan chất IX mang lại hiệu suất cao hơn, nhưng khi giảm lượng dung môi hoặc không sử dụng, hiệu suất phản ứng chỉ thay đổi không đáng kể Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cấp quy mô phản ứng để triển khai ở quy mô công nghiệp.
3.5.1.4 Tổng hợp p-[(benzylidenamino)methyl]benzensulfonamid (IV)
Để tiến hành, đun 400,0 g (1,49 mol) hợp chất X trong bình hai cổ đáy tròn dung tích 2000 mL với 1,3 lít dung dịch NaOH 40% ở nhiệt độ 90-100℃ trong 4 giờ Sau khi quá trình thủy phân hoàn tất, hạ nhiệt độ hỗn hợp xuống 60-70℃ và điều chỉnh pH về 9-10 bằng acid clohydric đặc Tiếp theo, đun nóng hỗn hợp lên 80-90℃ và thêm dần.
174 g (~ 1,64 mol) benzaldehyd vào khối phản ứng Duy trì nhiệt độ phản ứng ở 65-
Ki ể m nghi ệ m s ả n ph ẩ m t ổ ng h ợp đượ c theo USP 38
3.6.1 Kết quả kiểm nghiệm sản phẩm mafenid acetat tổn hợp được ở quy mô 100 g/mẻ
Kết quảđược trình bày ở bảng 3.60
Bảng 3.60 Kết quả kiểm nghiệm nguyên liệu mafenid acetat tổng hợp được theo USP 38 ở quy mô 100 g/mẻ
STT Chỉ tiêu và tiêu chuẩn áp dụng Kết quả Yêu Cầu
1 Mô tả Bột màu trắng khô tơi
Phổ hồng ngoại của chế phẩm phải phù hợp với phổ hồng ngoại của mafenid acetat chuẩn
Trên sắc ký đồ, dung dịch thử phải cho vết có cùng màu sắc, cùng giá trị R f với vết mafenid acetat thu được từ dung dịch chuẩn
Phương pháp Karl- fischer Đạt (0,3%) Không quá 1%
6 Khoảng chảy Đạt Từ 162°C-171°C, Khoảng chảy không quá 4°C
Tạp đơn Đạt (