Từ kết quả trên cho thấy phản ứng tổng hợp 4,4,4-trifluoro-1-4-methylphenylbutan-1,3-dion đạt hiệu suất tương đương với kết quả chúng tôi đã công bố trước đó khi thực hiện phản ứng trong
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
TRẦN THỊ YẾN
NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH TỔNG HỢP LIÊN TỤC VÀ TINH CHẾ CELECOXIB
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS Ngô Quốc Anh
Hà Nội
Trang 2MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài
Việt Nam là một nước nhiệt đới, có khí hậu nóng ẩm và mưa nhiều, các bệnh thấp khớp, viêm xương khớp… chiếm tỉ lệ khá cao nên nhu cầu về các NSAID nói chung và celecoxib nói riêng khá lớn Celecoxib sử dụng tại Việt Nam, kể cả sản xuất trong nước vẫn phải nhập nguyên liệu từ nước ngoài nên giá thành cao hơn các thuốc chống viêm khác, làm hạn chế khả năng tuân thủ điều trị của bệnh nhân khi dùng lâu dài Vì vậy, việc nghiên cứu sản xuất nguyên liệu celecoxib tại Việt Nam để người bệnh có cơ hội được sử dụng celecoxib generic từ nguyên liệu trong nước với giá thành hợp lý hơn là rất cần thiết Do đó, đề tài nghiên cứu tổng hợp celecoxib tạo nguồn nguyên liệu trong nước là thiết thực
Với mong muốn hoàn thiện quy trình tổng hợp celecoxib khả thi ở quy mô công nghiệp, cho hiệu suất cao, giá thành hợp lý, có thể áp dụng trong nước, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu qui trình tổng hợp liên tục và tinh chế celecoxib”
2 Mục đích nghiên cứu
- Khảo sát điều kiện phản ứng, điều kiện tinh chế để thu được celecoxib với hiệu suất cao đạt tiêu chuẩn dược dụng
- Tổng hợp celecoxib ở quy mô 50g/mẻ trong phòng thí nghiệm
3 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng hợp Celecoxib
+ Tổng hợp celecoxib gồm 2 bước Bước 1, diketon (6) được tổng hợp bằng phản ứng ngưng
tụ Claisen giữa một keton và ester trong môi trường bazơ Bước 2, diketon (6) tạo thành phản ứng được với 4-SAPH (7) để tạo thành celecoxib
+ Khảo sát, lựa chọn điều kiện phản ứng, kết tinh cho hiệu suất cao, tỉ lệ sản phẩm phụ thấp
- Kiểm tra độ tinh khiết: SKLM, HPLC
- Xác định cấu trúc: IR, 1H-NMR, 13C-NMR, MS
- Kiểm nghiệm chất lượng sản phẩm và xác định độc tính cấp ( LD50 )
4 Cấu trúc của luận văn
Luận văn bao gồm 61 trang, 25 bảng, 16 hình , 34 tài liệu tham khảo và 25 phụ lục Với: Phần mở đầu ( 02 trang)
Chương 1 – TỔNG QUAN (17 trang)
Chương 2– NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU (07 trang) Chương 4 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ( 34 trang)
Kết luận và kiến nghị (1 trang)
Tài liệu tham khảo (4 trang)
5 Tổng quan tài liệu nghiên cứu
Tổng quan các tài liệu về công thức cấu tạo và tính chất , tác dụng dược lý và cơ chế chống viêm của celecoxib, các phương pháp tổng hợp celecoxib
Trang 3CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về celecoxib
1.1.1 Công thức cấu tạo và tính chất
- CTPT: C17H14F3N3O2S
- Trọng lượng phân tử: 381,08 g/mol
- Công thức cấu tạo:
ﾧ
Hình 1.1:
Công thức cấu tạo của celecoxib.
- Tên khoa học: 4-[5-(4-methylphenyl)-3-(trifluoromethyl)-1H-pyrazol-1-yl]benzensulfonamid [25]ﾧ
- Cảm quan: Dạng bột kết tinh trắng hoặc vàng nhạt
- Nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 157-159oC [31], 159-162oC [20], 160,5-162,3oC [24]
- Độ tan: Celecoxib rất ít tan trong nước, độ tan trong nước là 3-7µg/ml ở
pH = 7,0 và nhiệt độ 40oC, tan tốt trong methanol, cloroform và aceton Celecoxib ở dạng
vô định hình thì dễ tan hơn dạng kết tinh
- pKa: Celecoxib thể hiện tính axit yếu với pKa = 11,1 do đó độ tan của celecoxib sẽ thay đổi theo pH của môi trường hòa tan
- Tính bất đối: Celecoxib không chứa trung tâm bất đối
Trang 41.1.2 Tác dụng dược lý và cơ chế tác dụng
1.1.2.1 Viêm và cơ chế chống viêm của NSAIDs
1.1.2.2 Tác dụng
1.1.3 Tác dụng phụ
1.1.4 Chống chỉ định [3]ﾧ
1.1.5 Chỉ định, liều dùng và cách dùng [3]
1.1.6 Dạng thuốc và biệt dược
1.2 Phương pháp tổng hợp
1.2.1 Tổng hợp celecoxib bằng cách ngưng tụ diketon với hydrazin
1.2.2 Tổng hợp celecoxib bằng cách ngưng tụ butynon với hydrazin
1.2.3 Tổng hợp celecoxib bằng phản ứng đóng vòng 1,3
1.3 Phương pháp tinh chế
1.3.1 Kết tinh
1.3.2 Một số phương pháp kết tinh celecoxi
CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nguyên liệu
2.2 Thiết bị thí nghiệm
2.3 Phương pháp nghiên cứu
Trang 5CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ, THẢO LUẬN
3.1 Triển khai quy trình tổng hợp celecoxib ở quy mô phòng thí nghiệm
Sơ đồ chung:
Hình 3.1: Sơ đồ tổng hợp Celecoxib
4-methylacetophenone
+ isopropanol (IPA)
NaOCH325%/CH3OH + isopropanol (IPA)
Thiết bị phản ứng dòng liên tục Vapourtec
Methyltrifluoroacetat +
isopropanol (IPA)
Sản phẩm ngưng tụ diketon
(6) sạch
(Dung dịch A)
(Dung dịch B)
4-sulphonamidophenyl hydrazin hydroclorit
Nhỏ từ từ, Khuấy đều 80 0 C
Sản phẩm celecoxib thô
Trang 6Dựa vào các điều kiện thí nghiệm đã công bố và các hóa chất cho phép, tiến hành tổng hợp celecoxib theo một qui trình gồm hai giai đoạn
để tổng hợp celecoxib Bước 1, diketon (6) được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ Claisen giữa một keton và este trong môi trường bazơ Bước 2, diketon (6) tạo thành trong dung dịch phản ứng được với 4-SAPH (7) để tạo thành celecoxib
3.1.1 Tổng hợp liên tục 1-(4-metylphenyl)- 4,4,4-trifluorobutan-1,3-dion 3.1.1.1 Thiết kế phản ứng tổng hợp liên tục 1-(4-metylphenyl)-
4,4,4-trifluorobutan-1,3-dion đi từ 4-metylacetophenon và este của axit trifluoroacetic theo mô hình dòng chảy quy mô phòng thí nghiệm.
Tiến hành tổng hợp diketon (6) theo sơ đồ phản ứng sau:
ﾧ Hình 3.2: Sơ đồ tổng hợp chất (6)
Sơ đồ phản ứng chung:
(Dung dịch B)
4-metylacetophenone
+ isopropanol (IPA)
NaOCH325%/CH3OH + isopropanol (IPA)
Thiết bị phản ứng dòng liên tục Vapourtec
Metyltrifluoroacetat +
isopropanol (IPA)
(Dung dịch A)
Sản phẩm ngưng tụ diketon (6)
Trang 7Hình 3.3: Phản ứng tổng hợp liên tục diketon 2 đi từ 4-metylacetophenon
và este của axit trifluoroacetic trong mô hình phản ứng dòng chảy liên tục
Tổng hợp 1-(4-metylphenyl)- 4,4,4-trifluorobutan-1,3-dion (2) Xác định nồng độ tối ưu của chất 4-metylacetophenon tham gia phản ứng theo
mô hình dòng chảy
Tổng hợp 1-(4-metylphenyl)- 4,4,4-trifluorobutan-1,3-dion (6) Xác định nồng độ tối ưu của este của axit trifluoroacetic tham gia phản ứng theo mô hình dòng chảy.
Tổng hợp 1-(4-metylphenyl)- 4,4,4-trifluorobutan-1,3-dion (6) Xác định nhiệt độ tối ưu của phản ứng ngưng tụ Claisen trong hệ phản ứng dòng chảy thực nghiệm.
Tổng hợp 1-(4-methylphenyl)- 4,4,4-trifluorobutan-1,3-dion (6) Xác định tốc độ dòng của phản ứng ngưng tụ Claisen trong hệ phản ứng dòng chảy thực nghiệm.
3.1.1.2 Tổng hợp 1-(4-methylphenyl)- 4,4,4-trifluorobutan-1,3-dion (6).
Xác định hiệu suất tối ưu của phản ứng ngưng tụ Claisen trong hệ phản ứng dòng chảy thực nghiệm.
Qui trình tổng hợp chung:
a Dung dịch 1 được chuẩn bị bên ngoài theo quy trình sau: 10ml 4-metylacetophenon (1,0 đương lượng) trong 10,5 ml IPA cho từ từ vào dung dịch NaOCH3 25%/CH3OH (1,3 đương lượng) và 21 ml IPA, khuấy trong 30 phút ở nhiệt độ phòng (25-30°C)
b Chuẩn bị dung dịch 2 gồm 9 ml metyltrifluoroacetat (1,2 đương lượng) trong 52,5 ml IPA
c Cài đặt phần Collection Valve ở dạng Waste
d Phần Priming the pumps: Cả 2 kênh A, B đều đặt ở dạng Solvent (Ở đây ta dùng IPA)
e Đặt nhiệt độ phản ứng 110oC
f Đặt tốc độ kênh A, Kênh B 50µl/min
g Sau khi chạy Solvent ta chuyển chạy phản ứng (Chuyển kênh A, B sang dạng Reagent)
h Sản phẩm thu được sau khi chạy phản ứng được hứng vào bình cầu chứa HCl 10%
i Kết thúc phản ứng ta ấn vào Stop Reaction
j Chuyển kênh A, B sang Solvent
k Chờ nhiệt độ về dưới 600C ta ấn vào Stop All
l Tắt máy
m Hỗn hợp phản ứng được làm lạnh đến nhiệt độ phòng và chuyển sang bình chiết chứa
(Dung dịch B)
Trang 8sẵn 42 ml dung dịch HCl 3N, lắc kỹ Lớp nước được chiết 3 lần với EtoAc, mỗi lần 10 ml Gộp các lớp hữu cơ, rửa 2 lần bằng nước, mỗi lần 10 ml; cất thu hồi dung môi dưới áp suất giảm ở 40°C tới khô kiệt, để qua đêm thu được sản phẩm
Kết quả
- Cảm quan: Chất rắn màu vàng nhạt
- Độ tan: tan tốt trong methanol, tan trong ethanol, isopropanol, ethylacetat, toluen, DMF, không tan trong H2O
Từ kết quả trên cho thấy phản ứng tổng hợp 4,4,4-trifluoro-1-(4-methylphenyl)butan-1,3-dion đạt hiệu suất tương đương với kết quả chúng tôi đã công bố trước đó khi thực hiện phản ứng trong bình khuấy [8], nhưng đã rút ngắn được thời gian phản ứng từ 24h xuống còn 3 – 6 h, và với nồng độ cơ chất cao hơn Ngoài ra thiết bị sử dụng ổn định, an toàn và có độ lặp lại tốt
3.1.2 Tổng hợp celecoxib
Celecoxib được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ diketon với phenylhydrazin theo sơ đồ phản ứng sau:
ﾧ
Hình 3.5: Phản ứng tổng hợp celecoxib
3.1.2.1 Khảo sát điều kiện dung môi trong phản ứng tổng hợp celecoxib.
Kết quả được trình bày ở bảng 3.6
Bảng 3.6: Hiệu suất và thời gian của phản ứng tổng hợp celecoxib trong một số
dung môi.
Dung môi Lần thí
nghiệm
Nguyên liệu (g) Sản phẩm
(5) (g)
Hiệu suất (%)
Hiệu suất
TB (%)
Thời gian phản ứng (giờ)
(6) (g) (7) (g)
MeOH
83,05 3,5
Trang 93 1,5 1,6 2,10 84,80
Bên cạnh việc ảnh hưởng đến hiệu suất của phản ứng, các dung môi khác nhau cũng ảnh hưởng tới độ tinh khiết của sản phẩm tạo thành Hàm lượng celecoxib trong sản phẩm được định lượng bằng phương pháp HPLC Kết quả được thể hiện ở phụ lục 1:3 bảng 3.7
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của dung môi lên sự tạo thành celecoxib
Mẫu Dung môi Celecoxib (%) Sản phẩm phụ (%)
3.1.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol của 4-SAPH/diketon đến sự tạo
thành celecoxib và sản phẩm phụ regioisomer
Kết quả phân tích HPLC ở 3 tỷ lệ khác nhau được trình bày ở phụ lục 4÷7 và bảng 3.8
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của tỷ lệ 4-SAPH/diceton lên sự tạo thành celecoxib và sản
phẩm phụ regioisomer.
Mẫu Nguyên liệu Tỷ lệ mol (7)/(6) Celecoxib (%) Regioisomer (%)
(6) (g) (7) (g)
3.1.2.3 Khảo sát điều kiện nhiệt độ
Kết quả được trình bày ở bảng 3.9
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian phản ứng và tỷ lệ tạo thành
celecoxib và đồng phân regioisiomer.
Mẫu Nhiệt độ(oC) Thời gian phản ứng (giờ) Celecoxib (%) Regioisomer(%)
Trang 103.2 Tinh chế celecoxib
3.2.1 Khảo sát, xây dựng phương pháp kết tinh celecoxib bằng các loại
dung môi
Khảo sát, xây dựng phương pháp kết tinh celecoxib thô bằng dung môi aceton
Tiến hành:
Celecoxib thô (25g) là sản phẩm của quá trình tổng hợp trước Celecoxib thô được hòa tan với Aceton theo các tỷ lệ gam celecoxib/ ml dung môi lần lượt là: 1/1, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6
để tìm tỷ lệ dung môi thích hợp, thêm vào 2 (g) than hoạt tính (loại màu), đun nóng ở 60 – 65 oC, lọc nóng bỏ cặn Dịch chiết được làm lạnh về 0 – 5oC để kết tinh sản phẩm Sản phẩm thu được sấy tại nhiệt độ 60oC đến khối lượng không đổi
Kết quả thử nghiệm được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 3.10: Hiệu suất và độ tinh sạch của celecoxib theo tỷ lệ Celecoxib/aceton.
STT Nguyên liệu kết tinh Tỷ lệ
Celecoxib/aceton Hiệu suất(%) Độ sạch(%)
Qua thống kê cho thấy tỷ lệ celecoxib/dung môi aceton 1/5 là khả thi nhất
Khảo sát, xây dựng phương pháp kết tinh celecoxib thô bằng dung môi acetonitrile
Tiến hành:
Celecoxib thô (25g) tiếp tục hòa tan theo các tỷ lệ celecoxib/ dung môi acetonitrile lần lượt là: 1/1, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6 để tìm tỷ lệ dung môi thích hợp, thêm vào 2 (g) than hoạt tính (loại màu), đun nóng ở 60 – 65oC, lọc nóng bỏ cặn Dịch chiết được làm lạnh về 0 – 5oC để kết tinh sản phẩm Sản phẩm thu được sấy tại nhiệt độ 60oC đến khối lượng không đổi
Kết quả thể hiện trên bảng sau:
Bảng 3.11: Hiệu suất và độ tinh sạch của celecoxib theo tỷ lệ
Celecoxib/acetonitrile
STT Nguyên liệu kết tinh Tỷ lệ Hiệu suất Độ sạch
Trang 11Celecoxib/aceton (%) (%)
Qua thống kê cho thấy tỷ lệ celecoxib/dung môi acetonitril 1/5 là khả thi nhất
Khảo sát, xây dựng phương pháp kết tinh celecoxib thô bằng dung môi MeOH
Tiến hành:
Celecoxib thô (25g) tiếp tục hòa tan theo các tỷ lệ celecoxib/ dung môi MeOH lần lượt là: 1/2, 1/4, 1/6, 1/8, 1/10 và 1/12 để tìm tỷ lệ dung môi thích hợp, thêm vào 2 (g) than hoạt tính, đun nóng ở 60 – 65oC, lọc nóng bỏ cặn Dịch chiết được làm lạnh về 0 – 5oC để kết tinh sản phẩm Sản phẩm thu được sấy tại nhiệt độ 60oC đến khối lượng không đổi
Kết quả thể hiện trên bảng sau:
Bảng 3.12: Hiệu suất và độ tinh sạch của celecoxib theo tỷ lệ Celecoxib/MeOH
STT Nguyên liệu kết tinh Tỷ lệ
Celecoxib/MeOH Hiệu suất(%) Độ sạch(%)
Qua thí nghiệm và thống kê cho thấy sử dụng dung môi MeOH chưa mang tính khả thi Vì lượng dung môi cần thiết để tinh chế quá lớn và độ sạch cũng như hiệu suất thu hồi chưa cao Nếu ứng dụng triển khai thiết bị sẽ cồng kềnh
Trang 123.2.2 Khảo sát, xây dựng phương pháp kết tinh celecoxib lại bằng các loại
dung môi/nước
Khảo sát, xây dựng phương pháp kết tinh celecoxib lại bằng hệ aceton/nước
Tiến hành:
Celecoxib (25g) (độ sạch 80%) được hòa tan trong 125ml aceton tại nhiệt độ 600C cho đến khi tan hết Hỗn dịch được lọc nóng loại bỏ cặn không tan Dịch lọc được hạ đến nhiệt độ phòng rồi thêm từ từ nước theo các tỷ lệ aceton/nước 5/1, 5/2, 5/3,5/4, 5/5 trong 30 phút Tiếp tục khuấy thêm 1 giờ Hỗn hợp được để lạnh trong 12 h sau đó đem lọc loại dung môi lấy tinh thể Tinh thể được sấy khô tại 600C cho đến khối lượng không đổi ( Thí nghiệm lặp lại 3 lần) Kết quả HPLC cho thấy không xuất hiện pic của sản phẩm phụ (mẫu 3j,phụ lục 10)
Kết quả thể hiện trên bảng sau:
Bảng 3.13: Bảng tỷ lệ celecoxib/aceton/nước ảnh hưởng đến hiệu suất
STT Nguyên liệu kết tinh Tỷ lệ
Celecoxib/aceton/nước Hiệu suất(%) Độ sạch(%)
100
Vậy qua thực nghiệm được thống kê trên bảng tỷ lệ celecoxib/aceton/nước khả thi nhất
để ứng dụng vào quy trình công nghệ là 1/5/5 thu được hiệu suất kết tinh là 74% có độ sạch 100%
Khảo sát, xây dựng phương pháp kết tinh celecoxib lại bằng hệ acetonitril/nước:
Tiến hành:
Celecoxib (25g) (độ sạch 80%) được hòa tan trong 125ml acetonitril tại nhiệt độ 60 0C cho đến khi tan hết Hỗn dịch được lọc nóng loại bỏ cặn không tan Dịch lọc được hạ đến nhiệt độ phòng rồi thêm từ từ nước theo các tỷ lệ acetonitril/nước 5/1, 5/2, 5/3, 5/4, 5/5 trong 30 phút Tiếp tục khuấy thêm 1 giờ Hỗn hợp được để lạnh trong 12 h sau đó đem lọc loại dung môi lấy tinh thể Tinh thể được sấy khô tại 600C cho đến khối lượng không đổi ( Thí nghiệm làm lại 3 lần) Kết quả HPLC cho thấy không xuất hiện pic của sản phẩm phụ (mẫu 3k, phụ lục 11)
Kết quả thể hiện trên bảng sau:
Trang 13STT Nguyên liệu kết tinh Tỷ lệ
Celecoxib/acetonitrile/nước Hiệusuất
(%)
Độ sạch (%)
100
Vậy qua thực nghiệm được thống kê trên bảng tỷ lệ celecoxib/acetontitrile/nước khả thi nhất để ứng dụng vào quy trình công nghệ là 1/5/5 thu được hiệu suất kết tinh là 72% có độ sạch 100%
Khảo sát, xây dựng phương pháp kết tinh celecoxib lại bằng hệ MeOH/nước
Tiến hành:
Celecoxib (25g) (độ sạch 80%) được hòa tan trong 300ml MeOH ( theo tỷ lệ 1/12) tại nhiệt độ 600C Sau khi tan hết, hỗn dịch được lọc nóng loại bỏ cặn không tan Dịch lọc được hạ đến nhiệt độ phòng rồi thêm từ từ nước theo các tỷ lệ MeOH/nước 12/2, 12/4, 12/6, 12/8, 12/10, 12/12 trong 30 phút Tiếp tục khuấy thêm 1 giờ Hỗn hợp được để lạnh trong 12 h sau đó đem lọc loại dung môi lấy tinh thể Tinh thể được sấy khô tại 600C cho đến khối lượng không đổi ( Thí nghiệm làm lại 3 lần) Kết quả HPLC cho thấy không xuất hiện pic của sản phẩm phụ (mẫu 3p, phụ lục 12)
Kết quả thể hiện trên bảng sau:
Bảng 3.15: Bảng tỷ lệ celecoxib/MeOH/nước ảnh hưởng đến hiệu suất.
STT Nguyên liệu kết tinh Tỷ lệ
Celecoxib/MeOH/nước
Hiệu suất (%)
Độ sạch (%)
100
