Điều chế chất chìa khóa trong tổng hợp coenzyme q10 bằng phản ứng chuyển vị claisen và phản ứng ghép chéo

Là một trong ba coenzyme quan trọng trong tổng hợp nên ATP – năng lượng sinh học của cơ thể sống.Do có tính chất chống oxy hóa mạnh, trung hòa các gốc tự do nên CoQ10 ngày càng được sử d

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

LÊ MINH ĐÔNG

ĐIỀU CHẾ CHẤT CHÌA KHÓA TRONG TỔNG HỢP DẪN XUẤT COENZYME Q10 BẰNG PHẢN ỨNG

CHUYỂN VỊ CLAISEN VÀ PHẢN ỨNG GHÉP CHÉO

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn: TS PHẠM VĂN PHONG

Hà Nội - 2016 Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Mã số: 60440144

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 – TỔNG QUAN 2

1.1 Lịch sử Coenzyme Q 10 2

1.2Cấu tạo của Coenzyme Q 10 3

1.3 Sinh tổng hợp và chức năng Coenzyme Q 10 4

1.3.1 Coenzyme Q 10 trong tự nhiên 4

1.3.2 Sinh tổng hợp Coenzyme Q 10 5

1.3.3 Chức năng của Coenzyme Q 10 7

1.4 Ứng dụng Coenzyme Q 10 trong y học 8

1.4.1 Tác dụng đối với các bệnh về tim mạch 9

1.4.2 Tác dụng với bệnh đau đầu kinh niên 10

1.4.3 Tác dụng trong điều trị các bệnh khác 10

1.4.4 Trong mỹ phẩm 12

1.5 Phương pháp hóa học tổng hợp Coenzyme Q10 12

1.6 Mục tiêu luận văn 16

Chương 2 – THỰC NGHIỆM 18

2.1 Thiết bị và hóa chất 18

2.2 Phương pháp thực nghiệm 18

Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Tổng hợp chất chìa khóa trong tổng hợp dẫn xuất Coenzyme Q10 29

3.2 Phản ứng khử hóa 31

3.3 Phản ứng acyl hóa 31

3.4 Phản ứng thủy phân 34

3.5 Phản ứng ete theo Williamson 40

3.6 Phản ứng chuyển vị Claisen 44

3.7 Phản ứng bảo vệ nhóm hydroxy 49

3.8 Phản ứng ghép chéo sử dụng xúc tác Grubbs 2 nd 51

KẾT LUẬN 60

CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC 68

MỞ ĐẦU

còn gọi là (ubiquinone, ubidecarenone, CoQ10) lần đầu tiên được phân lập từ tim

bò bởi Frederick Crane (USA) năm 1957 Là một trong ba coenzyme quan trọng trong tổng hợp nên ATP – năng lượng sinh học của cơ thể sống.Do có tính chất chống oxy hóa mạnh, trung hòa các gốc tự do nên CoQ10 ngày càng được sử dụng nhiều làm nguồn thực phẩm chức năng, giúp cải thiện sức khỏe và được đưa vào mỹ phẩm làm đẹp như một chất chống oxy hóa, chống lão hóa để giúp cơ thể trẻ hóa; ứng dụng trong y tế nhằm ngăn ngừa ung thư, điều trị nhiều bệnh về tim mạch, tiểu đường, Parkinson, tăng hệ thống miễn dịch…

Với nhiều ứng dụng có lợi như vậy nên nhu cầu về CoQ10 ngày một tăng lên, đặt ra yêu cầu đó là cần thực hiện được sản xuất quy mô công nghiệp bằng con đường tổng hợp toàn phần, tạo ra được các dẫn xuất mới có hoạt tính sinh học cao

Để đáp ứng nhu cầu đó, đã có nhiều giải pháp được đưa ra như tổng hợp hóa học, bán tổng hợp và công nghệ sinh học Mặc dù, từ khi CoQ10 ra đời cho đến nay đã

có nhiều nhà nghiên cứu tổng hợp, tuy vậy vẫn chưa có sản phẩm CoQ10 thương mại nào ra đời bằng con đường tổng hợp toàn phần Hiện tại, các sản phẩm bán trên thị trường đều được sản xuất chủ yếu bằng con đường lên men vi khuẩn như

Agrobacterium tumefaciens, Escherichia Coli, Paracoccus denitrificans…

Ở trong nước việc nghiên cứu CoQ10 chỉ dừng lại ở việc tối ưu hóa quá trình lên men các chủng tự nhiên hoặc cải biến chúng Chưa có nhóm nghiên cứu nào tiến hành nghiên cứu và tổng hợp CoQ10 hoặc dẫn xuất CoQ10 Xuất phát từ những cơ

sở lý luận và thực tiễn đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài :

“Điều chế chất chìa khóa trong tổng hợp dẫn xuất coenzyme Q10 bằng

phản ứng chuyển vị Claisen và phản ứng ghép chéo”

Chương 1 – TỔNG QUAN

benzoquinone và chuỗi isoprenoid kỵ nước CoQ10 còn có tên gọi khác là ubiquinone được đặt bởi giáo sư Morton, mang ý nghĩa là quinone tìm thấy ở mọi tế

(adenosin triphosphat) – nguồn năng lượng sinh học của cơ thể, ước tính có đến 95% năng lượng ATP của con người được tổng hợp bằng con đường này Trong đó, nồng

độ CoQ10 cao nhất được tìm thấy ở các cơ quan cần nhiều năng lượng để hoạt động như tim, gan, thận46,3

1.1 Lịch sử Coenzyme Q10

Crane và cộng sự ở viện nghiên cứu Enzyme của trường Đại học Madison Từ dịch chiết của ty thể tim bò các nhà nghiên cứu đã phân lập được một

1958, CoQ10 đã được xác định chính xác cấu trúc bởi Karl Forkers và có tên theo

Trong những năm tiếp theo, các nghiên cứu của tiến sỹ Gian Paolo Littarru và Karl Forkers đã chỉ ra rằng những người mà mắc bệnh tim thường liên quan đến thiếu

nhà hóa sinh người Anh Peter Michell nhận giải thưởng Nobel Hóa học cho những cống hiến của ông về CoQ10 Ông đã giải thích được chức năng vận chuyển điện tử

và khả năng chống oxy hóa của CoQ10 trong cơ thể, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về

của thế kỷ XX, các nhà khoa học đã tiến hành rất nhiều các thử nghiệm lâm sàng và cho kết quả tốt Từ đó các công ty dược phẩm của Nhật đã sử dụng CoQ10 như một loại thuốc điều trị các bệnh về tim mạch, tiểu đường, Parkinson, tăng hệ thống miễn

khoa học chỉ ra CoQ10 đóng vai trò quan trọng trong sức khỏe con người

được triển khai ở nhiều nước Ít nhất đã có hơn 10 hội nghị khoa học quốc tế, và các diễn đàn khoa học đề cập đến dược tính và việc ứng dụng CoQ10 trong y học Cho

của hãng dược phẩm chức năng Thụy Điển viết quảng cáo với tiêu đề: “Viên ngọc của tuổi trẻ” vì mang lại năng lượng hằng ngày và giúp “giữ mãi thời gian” (chống lão hóa) Hiện tạicó rất nhiều thực phẩm chức năng chứa chất CoQ10 được sản xuất

và sử dụng

1.2 Cấu tạo của Coenzyme Q10

Đến nay, đã có nhiều loại Coenzyme Q được phân lập và tìm ra, chúng chỉ

gồm 10 đơn vị isopren (ở ty thể của động vật), ở thực vật có chất tương tự là

vào sự có mặt đầy đủ của các acid amin, vitamin và các yếu tố vi lượng; nên nếu thiếu các yếu tố này thì lượng CoQ10 trong cơ thể bị giảm sút CoQ10 hiện diện ở mọi tế bào của cơ thể, là yếu tố không thể thiếu được, vì nó cùng với 3 enzyme khác tổng hợp nên ATP ở ty thể -cung cấp năng lượng trong tế bào Ubiquinone là hợp chất kỵ nước, tan tốt trong dung môi phân cực, có những tính chất tương tự như

xác định chủ yếu nằm ở lớp màng trong ty thể của sinh vật nhân chuẩn và màng plasma của sinh vật nhân sơ CoQH2 là một phần tử rất kỵ nước nằm ở giữa lớp phospholipid kép Phần đầu cấu trúc quione, nó có thể chuyển giao điện tử và đuôi

là chuỗi isopreneoid dài bên trong màng ty thể hay màng tế bào chất của các sinh vật, chính phần đuôi này giúp cho phân tử CoQ10 có thể khuếch tán dễ dàng trong lớp màng lipid

Hình 1 Các trạng thái oxy hóa CoQ10

1.3 Sinh tổng hợp và chức năng Coenzyme Q10

1.3.1 Coenzyme Q10 trong tự nhiên

CoQ10 hiện diện trong tự nhiên với số lượng nhỏ trong nhiều loại thực phẩm, nhưng mức độ đặc biệt cao trong các loại nội tạng như tim, gan, thận cũng như thịt

bò, dầu đậu nành Một số loài có chất béo như cá thu, cá trích là những tài nguyên

có thể tách chiết từ động vật và thực vật nhưng nồng đồ CoQ10 trong tế bào rất thấp không thể chiết tách ở quy mô công nghiệp, bởi vì hiệu suất thấp và chi phí cao Thông thường nguồn nguyên liệu của CoQ10 chủ yếu đến từ lên men sinh vật

1.3.1.1 Coenzyme Q 10 từ nấm

Một số loại nấm men đã được nghiên cứu về khả năng sinh tổng hợp CoQ10,

trong đó một vài giống có hàm lượng CoQ10 cao như Cyptococcus,Trichosporon,

Dexomyces, Rhdoporium Bên cạnh đó còn có chủng vi sinh vật khác có khả năng

sinh tổng hợp CoQ10, nhưng với hàm lượng thấp hơn như:Bullera, Candida,

Rhodoturola, Sporobolomyces, Utilago1,2 Schizosaccharomyces pombe cũng là một

loài nấm mốc khác cũng gây chú ý như Neurospora crassa và Aspergillus fumigatus

về khả năng sinh tổng hợp CoQ10 nhưng với hàm lượng thấp

1.3.1.2 Coenzyme Q 10 từ vi khuẩn

CoQ10 từ vi khuẩn đã được hai nhà khoa học là Carr và Exell nghiên cứu từ năm 19655 Đặc biệt, các nghiên cứu đã chọn lọc các chủng có khả năng sinh

R sphaeroides, R.sulfidophilus51, Rhodospirillum rubrum49 Trong đó hàm lượng

CoQ10 đạt cao nhất trong R Rubrum đạt 10 mg/l Ngoài ra CoQ10 cũng được thu

seudomonas Các loài A tumefaciens, R sphaeroides, P denitrificans đã được sử

Trong số các chủng vi sinh vật thì vi khuẩn A tumefaciens là một trong những vi

khuẩn đang được sử dụng để sản xuất CoQ10 hiện nay do chúng có nhiều ưu điểm như có hàm lượng CoQ10 tương đối cao so với các vi sinh vật khác, hơn nữa chúng chỉ tổng hợp CoQ10, môi trường nuôi đơn giản thích nghi với các môi trường khác nhau, rẻ tiền, phù hợp sản xuất ở quy mô công nghiệp7,9,18

1.3.2 Sinh tổng hợp Coenzyme Q10

Con đường sinh tổng hợp CoQ10 từ sinh vật bao gồm 2 phần: tổng hợp mạch vòng quinonoid và biến đổi vòng quinonoid; Tổng hợp mạch nhánh decaprenyl diphosphate

- Tổng hợp vòng quinonoid

Sự tạo thành 4-hydroxybenzoate (p-HBA) từ chorismate là bước đầu tiên trong

quá trình sinh tổng hợp Phản ứng được xúc tác bởi enzyme chorismate pyruvatelyase được mã hóa bởi gen ubiC

Ở E.coli p-HBA, tiền chất của vòng quinonoid thu được tạo thành từ con

đường shikimate, đây là con đường quan trọng để tổng hợp các acid amin thơm

thông qua chorismate, p-HBA được sử dụng cho quá trình prenyl hóa và biến đổi

vòng

Ở động vật có vú, p-HBA được tạo thành từ acid amin tyrosine do thiếu con

đường shikimate

- Tổng hợp mạch nhánh (decaprenyl diphosphate)

Isopentyl diphosphate (IPP) và đồng phân dimethylallyl diphosphate (DMAPP)

là tiền chất quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp CoQ10, con đường sinh tổng

Sơ đồ 1 Sinh tổng hợp IPP theo con đường MEV Quá trình kéo dào mạch isoprenoid (6-10 đơn vị isoprene) được tổng hợp từ

ngưng tụ FPP và phân tử IPP với xúc tác chuyển pha trans-prenyl, thu được 100%

4-hydroxybenzoate, thực hiện bởi enzyme polyprenyl-4-hydroxybenzoate Ngoài ra, quá trình tổng hợp vòng quinone có thể đi từ tyrosine hoặc là phenylalanine.Hai phản ứng đầu tiên đều xảy ra ở trong màng lưới nội chất và peroxisomes ở tế bào động vật Sau khi thực hiện phản ứng ngưng tụ, là quá trình biến đổi vòng quinone,

ở đây xảy ra các phản ứng: phản ứng C-hydroxylation, decarboxylation, methylation và C-methylation Quá trình sinh tổng hợp này trong tế bào cần 12 gen

O-và quan trọng nhất là enzyme HMG-CoA reductase

1.3.3 Chức năng của Coenzyme Q10

Như chúng ta đã biết, hầu hết các chuyển hóa trong cơ thể, trong tế bào của người đều cần sự xúc tác của các loại enzym khác nhau Để tạo điều kiện cho các enzym này hoạt động có hiệu quả thì cần có các chất hỗ trợ (coenzyme) CoQ10 là một trong nhiều loại coenzyme có trong cơ thể người Các nhà khoa học đã chứng minh CoQ10 là yếu tố kết hợp (cofactor) của ít nhất 3 enzyme tại ty thể của mỗi tế

nhất: vận chuyển điện tử (electron transport chain –ETC) cho quá trình sản xuất

khác trong quá trình đồng hóa và dị hóa Ở trong lớp màng ty thể, điện tử từ NADH (Nicotinamide adenine dinucleotide) và succinate thông qua chức năng ETC kết hợp với oxy, từ đó tách ra một phân tử nước (trong chu trình Krebbs) Chức năng

ATP synthase để tổng hợp nên năng lượng sinh học của cơ thể sống là ATP

phát hiện bởi nhà hóa sinh người Anh Peter Michell Coenzyme Q10 ức chế

peroxide lipid bằng cách ngăn chặn sự tạo raperoxide lipid gốc (LOO·), ngoài ra

ubisemiquinone và hydro- peroxide Cơ chế của quá trình: ức chế và ngăn chặn hình thành chất gốc perferryl, từ đó làm ngăn chặn quá trình oxy hóa lipid Ngoài ra, một

số nghiên cứu mới đây còn chỉ ra rằng, CoQ10 không chỉ ngăn chặn quá trình oxy

hóa ở lipid mà còn ở protein Bên cạnh đó, chất khử CoQ· còn ảnh hưởng đến việc

hình thành và sinh tổng hợp vitamin E bằng việc tái chế gốc α-tocopheroxyl Hơn nữa, dạng oxy hóa CoQ tương tác với hydroperoxide và các ion kim loại, gắn chặt vào DNA và tạo ra các hydroxy gốc CoQ10 còn hiệu quả trong việc ngăn chặn các tác nhânphá hủy bazơnitơtrong DNA, đây là chức năng quan trọng của của CoQ10 đối với DNA, từ đó dễ dàng bảo vệ DNA và giúp DNA sửa lỗi trong quá trình sao chép Khả năng chống oxy hóa mạnh của CoQ10 góp phần quan trọng hỗ trợ cơ thể trong việc chống các gốc tự do; nó có tác dụng hiệp đồng với các chất chống oxy hóa khác như beta caroten, vitamin E, vitamin C…Do tác dụng này, CoQ10 có tác dụng làm chậm sự lão hóa của cơ thể, cải thiện khả năng làm việc và kéo dài tuổi thọ, tăng cường hệ miễn dịch, giúp cơ thể phòng chống được nhiều loại bệnh tật Từ hơn

10 năm trở lại đây, trên thế giới có nhiều nước đã sử dụng CoQ10 bào chế dưới dạng viên nang mềm với một số tên biệt dược dùng như chất bổ sung dinh dưỡng và trị liệu

1.4Ứng dụng Coenzyme Q10 trong y học

sống, để sản xuất ra năng lượng sinh học cho sự duy trì và phát triển của tế bào.Nồng độ CoQ10 trong cơ thể chịu ảnh hưởng bởi môi trường sống và các yếu

tố cuộc sống như tình trạng stress, nồng độ hormon, tuổi tác, bệnh tật, và các hoạt động thể lực… Khi CoQ10 trong cơ thể bị giảm sút sẽ làm giảm năng lượng, đồng thời hạn chế sự hoạt động của các cơ quan và tuyến nội tiết Thiếu CoQ10 thì trước hết tim bị ảnh hưởng, vì CoQ10 có nồng độ cao nhất là ở tim - trái tim chứa

thụ cũng rất lớn Trong các bệnh tim mạch, bệnh nhân thường bị thiếu hụt nghiêm trọng CoQ10 - giảm đến 75% so với cơ tim bình thường Nhiều nghiên cứu trên

thế giới cho thấy người bệnh tim nếu sử dụng đều đặn CoQ10 dạng viên nang 30mg/viên, 1-2 viên ngày sẽ giảm được triệu chứng như: phù, gan to, sung huyết tĩnh mạch, đánh trống ngực và cải thiện thông số tim (phân suất tống máu, cung

tim mạch mà còn có rất nhiều lợi ích khác

1.4.1 Tác dụng đối với các bệnh về tim mạch

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng lợi ích của việc bổ sung CoQ10 giúp cải thiện chức năng của tim mạch thông qua tăng cường sản xuất năng lượng, cải thiện sự co bóp của cơ tim và đặc biệt ngăn ngừa sự oxy hóa của lipoprotein LDL

CoQ10 trong huyết tương thấp và bệnh động mạch vành, vì họ thấy rằng nồng độ CoQ10 ở những bệnh nhân bị bệnh động mạch vành (0,43 μmol/L) thấp hơn so với

nhân bị suy tim sung huyết với 200 mg CoQ10/ngày và thấy rằng có thể làm giảm nguy cơ về bệnh tim mạch37 Langsjoen và cộng sự (1999) cho rằng việc duy trì nồng độ CoQ10 trong huyết tương (> 3,5 μg/mL) cùng với cách bổ sung CoQ10 có

CoQ10 kết hợp với fenofibrate làm giảm đáng kể huyết áp tâm thu và huyết áp tâm trương, giảm glycosylated hemoglobin (HbA1C), cải thiện rõ rệt chức năng nội mô của động mạch cánh tay là yếu tố liên quan đến nguy cơ bệnh tim mạch

các hình thức khác nhau của bệnh tim mạch trong khoảng thời gian tám năm 1993).Ngoài các loại thuốc họ đã dùng theo đơn, nhóm nghiên cứu đã cho thêm

mức độ cải thiện rõ rệt của bệnh lý, 28% đã khỏi bệnh khi dùng cả 2 loại thuốc này,

và chỉ 3% số bệnh nhân đã khảo sát là khỏi bệnh nếu chỉ dùng độc lập thuốc điều trị

bệnh đau tim Những bệnh nhân này sau khi dùng kết hợp CoQ10 đã có thể giảm số lượng thuốc đặc trị bệnh tim, từ đó có thể giảm giá thành trong quá trình điều trị

1.4.2 Tác dụng với bệnh đau đầu kinh niên

Nhóm nghiên cứu ở Canada đã tiến hành thí nghiệm trên32 bệnh nhân (26 nữ,

6 nam giới) có lịch sử đau nửa đầu, tiến hành điều trị bằng 150 mg/ngày (thuốc

chứng đau nửa đầu Trung bình, những bệnh nhân này có tiền sử đau nửa đầu nhiều hơn 7ngày trên mỗi tháng, và kết quả đã giảm xuống chỉ còn đau đầu ít hơn 3 ngày/tháng.Sau 3 tháng điều trị tần suất đau nửa đầu so với sau1 tháng điều trị là 13,1% và tăng lên 55,3% sau 3 tháng sử dụng thuốc điều trị Điều đặc biệt hơn, trong quá trình khảo sát không có bệnh nhân nào có biển hiện phản ứng phụ với Coenzyme Q10 Các bác sỹ tham gia vào nghiên cứudựa trên kết quả điều tra kết

1.4.3 Tác dụng trong điều trị các bệnh khác

Với chức năng là chất vận chuyển điện tử ở trong ty thể, từ đó làm cho CoQ10

Một số nghiên cứu cho thấy nồng độ CoQ10 ở các bệnh nhân tiểu đường type II thường thấp hơn so với người bình thường và bằng cách bổ sung CoQ10 có thể

Từ hoạt tính chống oxy hóa giúp cho CoQ10 có khả năng tăng cường chức năng miễn dịch của tế bào,dựa vào tăng cường hoạt động của đại thực bào và làm tăng sinh bạch cầu hạt Barbieri và cộng sự (1999) đã chỉ ra rằng hàm lượng kháng thể của nhóm đối tượng sử dụng 90 mg và 180 mg CoQ10/ngày cao hơn so với

150 – 750 μg CoQ10/ngày trên chuột cũng cho thấy sự miễn dịch của tế bào tăng

CoQ10 trong máu đã được phát hiện ở các bệnh nhân mắc hội chứng suy giảm miễn

trong máu thấp hơn những người bình thường Nồng độ CoQ10 chỉ thấp hơn với các bệnh phức tạp liên quan đến sự phát triển bệnh AIDS (ARC) và suy giảm hơn nữa khi phát triển thành AIDS Zhang và cộng sự (1997) cho rằng, việc bổ sung 200

mg CoQ10/ngày có thể trì hoãn sự phát triển từ ARC tới AIDS và làm tăng tỷ lệ tế

làm tăng cường chức năng miễn dịch ở người, kéo dài tuổi thọ cho những người nhiễm virut HIV

Đến nay đã có những thử nghiệm lâm sàng về khả năng chữa trị ung thư CoQ10 có vai trò quan trọng đối với hoạt động hô hấp và chức năng của tế bào Bất kỳ sự thiếu hụt hoặc suy giảm quá trình sinh tổng hợp CoQ10 có thể làm ảnh hưởng chức năng tế bào Do đó, điều mà chúng ta có thể theo dõi được đó là sự phân chia bất thường của tế bào sẽ gây nên bệnh ung thư Hodges và cộng sự (1999) cũng đã chỉ

ra rằng nồng độ CoQ10 ở những bệnh nhân bị ung thư vú, ung thư phổi và ung thu tuyến tụy thấp hơn so với những người bình thường Một số báo cáo chứng minh rằng sử dụng liều lượng 390mg/ngày làm suy thoái khối u di căn và làm biến mất khối u từ 1 đến 3 năm sau đó, tùy từng trường hợp, di căn có thể không xuất hiện trở lại Có thể cơ chế của CoQ10 trong điều trị bệnh ung thư bao gồm tăng cường

hệ thống miễn dịch và các hoạt động chống oxy hóa Hiệp hội ung thư Hoa kỳ công bố: ubiquinone có thể làm giảm, thậm chí có thể không phải dùng phương pháp hóa

xạ trị liệu trong điều trị ung thư

Trong báo cáo của tổ chức phi chính phủ Cochrane Collaboration đề cập đến

người bị bệnh Parkinson thì hàm lượng CoQ10 ở trong máu, tiểu cầu ở ty thể và huyết tương có sự suy giảm đáng kể Một số thử nghiệm đối với những người bị bệnh Parkinson bổ sung CoQ10 hàng ngày với liều cao từ 1.200 - 3.300 mg kết hợp với 1.200 IU vitamin E cho thấy nồng độ CoQ10 bổ sung hàng ngày là 2.400 mg có thể là liều hiệu quả tối đa trong điều trị bệnh Parkinson Ngoài ra hoạt động của tiểu

cầu ở ty thể của các phức hợp I và III đã được tăng lên đáng kể đối với những bệnh nhân có sử dụng CoQ10 so với đối chứng

1.4.4 Trong mỹ phẩm

CoQ10 được bổ sung vào mỹ phẩm có tác dụng ngăn ngừa các nếp nhăn Thí nghiệm đã chứng minh rằng CoQ10 có thể hoạt động như một chất chống oxy hóa chống lại tác động của hydroperoxide và tia UVA trong quá trình nuôi cấy tế bào biểu bì sừng và nguyên bào sợi da

CoQ10 có hiệu quả trong việc bảo vệ các tế bào sừng bởi sự phá hủy của tia UVA CoQ10 cũng có hiệu quả đáng kể trong việc giảm sự lão hóa cơ thể người bằng cách làm giảm nếp nhăn thông qua khả năng làm tăng cường sức đề kháng của

da, giảm sự lão hóa da và dọn dẹp gốc tự do Một nhóm nghiên cứu của Đức thấy rằng CoQ10 cũng ức chế collagenase, một enzyme gây hại của các mô liên kết của

da CoQ10 có thể xâm nhập vào lớp biểu bì, nơi mà có sự biến đổi từ dạng oxy hóa sang dạng khử và hoạt động như một chất chống oxy hóa Như chúng ta đã biết lớp biểu bì có hàm lượng tương đối cao NADPH quinone reductase – tiền đề sản sinh ra CoQ10 dạng khử Vì vậy, CoQ10 có thể bảo vệ tế bào khỏi tác hại của tia UVA và khi sử dụng CoQ10 thì không có tác dụng phụ như dị ứng Hiện nay CoQ10 được kết hợp với retinoic acid dùng để điều trị bệnh lão hóa Tóm lại, những kết quả nghiên cứu CoQ10 biến thành một chất mỹ phẩm độc đáo để bảo vệ da khỏi lão hóa

1.5 Phương pháp hóa học tổng hợp Coenzyme Q10

là: lên men nấm, tách chiết từ động thực vật và tổng hợp hóa học Phương pháp lên men hiện tại vẫn đang được áp dụng trong sản xuất CoQ10 quy mô công nghiệp, với các ưu điểm giá thành rẻ, sản lượng lớn Đối với phương pháp tách chiết từ động thực vật, phù hợp trong quá trình nghiên cứu, vì chi phí sản xuất quá cao, sản phẩm tinh chế phức tạp Để sử dụng CoQ10 có hiệu quả hơn cho những ứng dụng trong y học, mỹ phẩm và hiểu rõ hơn những đặc tính của CoQ10, việc sản xuất

CoQ10 với chi phí thấp là một yêu cầu cấp thiết Giảm chi phí sản xuất CoQ10 bằng cách tối ưu hóa các giai đoạn trong tổng hợp CoQ10, từ đó có thể ứng dụng sản xuất

ở quy mô công nghiệp

Chúng tôi tin rằng, trong tương lai phương pháp tổng hợp toàn phần hay bán phần với những ý tưởng mới trong nghiên cứu có thể áp dụng vào sản xuất ở quy

mô công nghiệp, và chi phí sản xuất có thể cạnh tranh với quá trình lên men sinh học Hơn nữa, tính ưu việt của phương pháp tổng hợp hóa học: có thể tìm ra các dẫn xuất mới mang hoạt tính sinh học cao, đáp ứng với nhu cầu thực tế của con người trong điều trị các bệnh y học mới, và trong ngành thực phẩm chức năng tương lai Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên, đã và đang có rất nhiều nhà hóa học trên thế nghiên cứu, phát triển các phương pháp tổng hợp mới tạo ra các dẫn xuất có hoạt tính sinh học cao, khắc phục những nhược điểm của các nghiên cứu trước đó.Sử dụng các phản ứng kinh điển: phản ứng ghép chéo với xúc tác Ni(0), phản ứng cơ Grinha,…tất cả mục đích là tạo liên kết C–C của vòng quinone và chuỗi polyisoprene

nhà hóa học công bố trước đây

Sơ đồ 2.Quy trình tổng hợp ngược trong tổng hợp CoQ10 Phương pháp I, tổng hợp toàn phần CoQ10 được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu Bruce H.Lipshutz Giai đoạn quan trọng nhất trong phương pháp này, đó là

dụng phản ứng Negishi carboalumination của ankin đầu mạch để thu được chất 3 -

một chất trung gian quan trọng39 Việc sử dụng dụng xúc tác Cp2ZrCl2 cyclopentadienyl-zirconium) tăng khả năng lựa chọn cấu hình của sản phẩm Sơ đồ phản ứng của nhóm nghiên cứu Bruce H.Lipshuitz được trình bày dưới đây

(dichloro-Sơ đồ 3 Phương pháp tổng hợp của B.H Lishutz Tóm lại, Bruce H.Lipshutz đã thực hiện phản ứng cross coupling liên kết giữa isoprene và quinone bằng sử dụng xúc tác nikel(0) với lựa chọn cấu hình cao Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp làphản ứng được tiến hành ở điều kiện khắc nghiệt, giá thành chi phí quá cao khi sản xuất ở quy mô công nghiệp

Phương pháp thứ II, nhóm tác giả Fen-Er Chen đã nghiên cứu phương pháp mới tổng hợp hiệu quả CoQ1057 Phản ứng chìa khóa ở đây: từ chất 4 thực hiện

ghép chéo với {[(2E)-4-bromo-2-methylbut-2-enyl]oxy}(tert-butyl)dimethylsilane

với xúc tác là cơ lithinium thu được sản phẩm 5, sau đó thêm 2 bước tổng hợp thu được chất trung gian quan trọng 6 Sơ đồ phản ứng được thể hiện dưới đây:

Sơ đồ 4 Phương pháp tổng hợp của Fen-er Chen Phương pháp tổng hợp của Fen sử dụng dẫn xuất của silan và đạt được hiệu suất cao với khả năng khống chế cấu hình tốt (E/Z=99/1) Tuy nhiên, phản ứngthực hiện với nhiều bước và trong điều kiện khó khăn, hiệu suất của cả quá trình thấp và

kết quả nghiên cứu chỉ thích hợp trong quy mô nghiên cứu phòng thí nghiệm, khả năng ứng dụng trong thực tế thấp

Sơ đồ 5 Tổng hợp CoQ10 sử dụng xúc tác Lewis Phương pháp nghiên cứu III, nhóm tác giả Sangho Koo đã tổng hợp thành công Coenzyme Q10 sử dụng xúc tác Lewis acid cho phản ứng allylic chlorde C5

mại hóa là tetramethoxytoluen, hiệu suất tổng quá trình lên đến 53% Tuy nhiên sự lựa chọn cấu hình thấp (Z/E=10/1), sản phẩm tinh chế phức tạp

Hiện nay, vẫn còn rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới nghiên cứu phương

đáp ứng nhu cầu của con người

1.6 Mục tiêu luận văn

chúng tôi mong muốn tạo ra được các dẫn xuất CoQ10 có hoạt tính sinh học cao, đáp ứng được nhu cầu trong tình hình mới hiện nay Mục tiêu của luận văn:

hạn chế những nhược điểm của các phương pháp nghiên cứu trước đó

- Chúng tôi nghiên cứu và tiến hành tổng hợp thành công bước trung gian quan trọng của dẫn xuất CoQ10 bằng phương pháp tổng hợp mới

- Xác định cấu trúc sản phẩm bằng các phương pháp phân tích hiện đại:

- Tối ưu hóa các điều kiện phản ứng, nghiên cứu và ưu tiên sử dụng các phản ứng hóa học đơn giản, hiệu suất cao

Chương 2 – THỰC NGHIỆM

2.1 Thiết bị và hóa chất

2.1.1 Thiết bị

- Máy khuấy từ gia nhiệt (IKA – Đức)

- Cân phân tích độ chính xác ± 0,0001g (Sartorious – Đức)

- Đèn soi UV (CAMAG – Thụy sỹ)

- Máy cất quay áp suất thấp (Buchi – Thụy sỹ)

- Máy chụp phổ cộng hưởng từ 500Hz (Brucker Advance 500 Khoa Hóa học, trường đại học Khoa học Tự nhiên)

spectrometer-2.1.2 Hóa chất sử dụng

- Hóa chất: 2-methyl-1,4-naphthoquinone, 2,3,5-trimethyl hydro- quinone, allyl bromide…( Sigma Aldrich, Đức)

- Dung môi: methanol, ethanol, n-hexane, ethyl acetate…(Tây Long, Trung Quốc), được chưng cất lại trước khi sử dụng

- Giấy sắc ký bản mỏng (Merck – Đức)

- Silica gel (Trung Quốc) sấy khô và làm sạch trước khi sử dụng

2.2 Phương pháp thực nghiệm

giản ban đầu là menadione và 2,3,5-trimethyl hydroquinone Sau khi nghiên cứu tổng hợp các tài liệu, nhóm đã sử dụng các phản ứng acyl hóa, phá bảo vệ chọn lọc, phản ứng ete – Williamson, chuyển vị Claisen và hoán vị olefin sử dụng xác tác Grubbs, thu được sản phẩm trung gian quan trọng trong tổng hợp các dẫn xuất CoQ10

Sơ đồ tổng hợp chất trung gian dẫn xuất Coenzyme Q10:

Sơ đồ 6 Phương pháp tổng hợp chất trung gian 8

Sơ đồ 7 Tổng hợp chất trung gian15

2.2.1 Tổng hợp 1,4-hydroxy-2-methylnaphthalene

Sơ đồ phản ứng:

Cho chất rắn 2-methyl-1,4-naphthoquinone (8,2g, 47,6 mmol) vào bình cầu 50 ml, thêmethyl acetate (100ml) hòa tan hoàn toàn chất rắn, sau đó đưa nhiệt

trong môi trường khí nitơ Tiến trình phản ứng được theo dõi bằng sắc ký bản mỏng, sau khoảng thời gian 10 giờ dừng phản ứng, sản phẩm được chiết bằng ethyl acetate

cô quay áp suất thấp tách dung môi thu được chất rắn màu tím 2 (8,24g, 47,6mmol);

7,49 – 7,47 (m, 1H); 6,64 (s, 1H); 4,86 (s, 1H); 4,68 (s, 1H); 2,36 (s, 3H)

2.2.2 Tổng hợp 1,4-diacetate-2-methylnaphthalene

Sơ đồ phản ứng:

Cho 1,4-dihydroxy-2-methyl- naphthalene (8,24g, 47,6mmol) vào bình cầu, sau đó cho nhỏ từ từ acetic anhydride (23ml, 244mmol), tiếp tục nhỏ 1ml sulfuric acid vào hỗn hợp phản ứng Hỗn hợp khuấy đều, phản ứng thực hiện ở nhiệt độ phòng, thời gian 1 giờ Sau đó dừng phản ứng bằng cách cho đá lạnh vào hỗn phản ứng, tạo thành kết tủa rắn màu trắng, lọc và rửa vài lần với nước cất lạnh Chất rắn thô thu được đem kết tinh lại trong ethanol,thu được sản phẩm dưới

chất rắn tan hoàn toàn giảm nhiệt độ về 35oC Hòa tan hỗn hợp chất rắn K2CO3

phản ứng bằng sắc ký bản mỏng, phản ứng thực hiện trong khoảng thời gian 1 giờ Sau đó, dừng phản ứng vàlàm lạnh từ từ về nhiệt độ phòng, cho 50g đá lạnh vào bình phản ứng, trung hòa về pH = 7 bằng acid acetic Hỗn hợp sản phẩm được tách

chiết với dung môi ethyl acetate, sản phẩm được làm khô bằng Na2SO4, và cô quay tách loại dung môi thu được chất rắn màu trắng Chất rắn thô được kết tinh lại trong

hệ dung môin- hexane:ethyl acetate, cho tinh thể màu trắng 4 (1,87g, 0,87mmol, đạt

(d, J = 8,4 Hz, 1H); 7,48 (t, J = 7,6 Hz, 1H); 7,38 (t, J = 7,6 Hz, 1H); 6,31 (s, 1H);

149,49; 137,38;127,50; 126,92; 126,41; 124,55; 123,89; 122,17; 120,27; 110,94; 20,64; 16,26

2.2.4 Tổng hợp 4-allyloxy-2-methylnaphthalenyl-1-acetate

Sơ đồ phản ứng:

Tinh thể rắn màu trắng4 (3g, 13,9mmol) được hòa tan trong 40ml DMF, đưa

liệt cho đến khi thoát hết bọt khí trong bình cầu (thời gian khoảng 30 phút), sau đó

trình phản ứng được theo dõi bằng sắc ký bản mỏng (khoảng 12 giờ dừng phản ứng), hỗn hợp phản ứng làm lạnh về nhiệt độ phòng, cô quay tách loại dung môi DMF

Phân lập hỗn hợp sản phẩm bằng cột sắc ký nhồi silicagel (dung môi chạy cột

n-hexane:ethyl acetate = 50:1 v/v), thu được chất rắn màu trắng 4-allyloxy-2-methyl-

ppm: 8,26 (d, J = 8,3 Hz, 1H); 7,67 (d, J = 8,4 Hz, 1H); 7,52 – 7,41 (m, 2H); 6,65 (s, 1H); 6,21 – 6,11 (m, 1H); 5,52 (dd, J = 17,3, 1,5 Hz, 1H); 5.34 (dt, J = 6,8, 3,4 Hz, 1H); 4,70 (d, J = 5,1 Hz, 2H); 2,45 (s, 3H); 2,30 (s, 3H); 13C NMR (126 MHz, CDCl3) δ ppm: 169,43; 152,12; 137,79; 133,22; 127,72; 127,09; 126,12; 125,11; 124,83; 122,41; 120,41; 117,44; 107,57; 69,19; 20,59; 16,83

2.2.5 Tổng hợp 4-hydroxy-3-allyl-2-methylnaphthalenyl-1-acetate

Sơ đồ phản ứng:

Tinh thể rắn 5 (2,9g, 11,3 mmol) được hòa tan hoàn trong 50ml dung môi 1,2

trơ nitơ Quan sát phản ứng bằng sắc ký bản mỏng, khoảng thời gian sau 24 giờ dừng phản ứng, hỗn hợp sản phẩm sauphản ứng có thể đưa trực tiếp lên cột silicagel

để phân lập (dung môi chạy cột n-hexane:ethyl acetate = 20:1 v/v), thu được sản

– 5,98 (m, 1H); 5,36 (s, 1H); 5,19 – 5,06 (m, 2H); 3,59 (dt, J = 5,6, 1,7 Hz, 2H);

2,47 (s, 3H);2,25 (s, 3H); 13C NMR (126 MHz, CDCl3) δ ppm: 169,56; 147,55; 138,24; 134,87; 126,53; 126,39; 126,32; 125,11; 123,87; 121,59; 120,69; 118,02; 116,53; 31,24; 20,62; 13,30

2.2.6 Tổng hợp 1,4-diacetate-3-allyl-2-methylnaphthalene

Sơ đồ phản

ứng:

Chất rắn màu vàng6 (1,6g, 6,2 mmol) được hòa tan bởi 10ml pyridine trong

đó, thêm anhydride acetic (1,34 ml, 12 mmol) vào bình phản ứng, duy trì phản ứng

1,3 mmol), thực hiện phản ứng ở nhiệt độ phòng và trong môi trường khí nitơ Theo

dõi phản ứng bằng sắc ký bản mỏng, trong thời gian khoảngmột giờ dừng phản ứng Cho 30ml nước cất vào hỗn phản ứng, dùng 10 ml ethyl acetate chiết hỗn hợp sản phẩm và thực hiện chiết trong 3 lần.Tiếp tục làm sạch sản phẩm với 20ml nước

tách sản phẩm bằng cột sắc ký silicagel (dung môi chạy cột n-hexane:ethyl acetate =

20:1), thu được sản phẩm tinh khiết màu trắng 7 (1,66g, 5,58 mmol, hiệu suất đạt

7,51 – 7,43 (m, 2H); 5,89 (ddt, J = 16,1, 10,2, 5.9 Hz, 1H); 5,08 – 4,93 (m, 2H);

ppm: 169,49; 168,47; 142,75; 142,63; 134,56; 128,25; 126,97; 126,54; 126,52; 126,31; 126,13; 121,47; 121,21; 116,19; 31,98; 20,72; 20,62; 13,03

2.2.7 Tổng hợp (E)-2-(4-methoxy-3-methylbut-2-en-1-yl)-3-methylnaphthalene -1,4-diyl diacetate

Sơ đồ phản ứng:

Cho chất 7 (31mg, 0,1 mmol) và methyl methacrylate (0.11ml, 1mmol) vào

bình phản ứng, thêm 6 ml dung môi dichloromethane, tiếp tục cho xúc tác Grubbs

loại dung môi của hỗn hợp sau phản ứng, tách hỗn hợp sản phẩm bằng cột sắc ký

nhồi silicagel (dung môi n-hexane: ethyl acetate = 9:1 v/v), thu được chất rắn màu

trường khí trơ nitơ Theo dõi phản ứng bằng sắc ký bản mỏng (thời gian phản ứng khoảng1 giờ) dừng phản ứng Sau đó cho đá lạnh vào hỗn hợp phản ứng, thu được kết tủa rắn, lọc chất rắn và rửa sản phẩm bẳng nước lạnh cho đến khi dung dịch rửa

có pH = 7 Chất rắn thô, được kết tinh lại trong n-hexane:ethyl acetate, thu được

Hòa tan chất rắn 10 (9,73g, 41,22 mmol) bằng20 ml methanol trong bình cầu

(5g, 26,5 mmol) trong 15ml nước cất, thu được hỗn hợp A Cho từ từ hỗn hợp A

trình phản ứng được theo dõi bằng sắc ký bản mỏng,sau thời gian khoảng 1 giờ thì dừng phản ứng vàlàm lạnh về nhiệt độ phòng Tiếp tụccho 50g đá lạnh vào bình phản ứng, trung hòa về pH = 7 bằng acetic acid Hỗn hợp sản phẩm được tách bằng

môi, thu được chất rắn màu trắng Chất rắn thô được kết tinh lại trong dung

môin-hexane:ethyl acetate, cho tinh thể màu trắng 11 (4,56 g, 23,5 mmol, hiệu suất

Tinh thể màu trắng 11 (2g, 10,3 mmol) ở trên được hòa tan trong 40ml DMF,

nitơ Sau đó, cho từ từ NaH (0,52g, 20,2 mmol), khuấy mãnh liệt cho đến khi bọt khí ngừng thoát ra từ dung dịch phản ứng (thời gian khoảng 30 phút), nhỏ từ từ allyl

giờ dừng phản ứng, đưa về nhiệt độ phòng và cô quay tách loại dung môi DMF Sản

phẩm thu được chạy sắc ký cột nhồi silicagel (dung môi chạy cột n-hexane:ethyl

acetate = 50:1 v/v) thu được chất lỏng màu vàng 12 (2,02g, 8,65 mmol, hiệu suất

Phương trình phản ứng như sau:

Chất lỏng 12 (0,5g, 2,13 mmol) cho vào bình cầu chứa 30ml dung môi

trơ nitơ Sau thời gian 1 ngày phản ứng, hỗn hợp sản phẩmđược đưa trực tiếp lên

cột silicagel để tách hỗn hợp sản phẩm (dung môi chạy cột n-hexane:ethyl acetate =

20:1 v/v), thu được chất rắn màu vàng nhạt 13 (0,19g, 1,67 mmol, hiệu suất

3,41 (s, 2H); 2,34 (s, 2H); 2,16 (s, 5H); 2,05 (s, 3H); 2,11 (s, 3H); 2,05 (s, 3H) ;13C NMR (126 MHz, CDCl3) δ ppm: 169,62; 150,04; 141,77; 135,40; 127,53; 127,53; 126,311; 121,60; 115,90; 31,11; 20,37; 13,14; 12,66; 12,16

2.2.12 Tổng hợp chất 2-Allyl-3,5,6-trimethyl-1,4-phenylene diacetate

Phương trình phản ứng:

Chất rắn 13 (0,5g, 2,13 mmol) được hòa tan bằng 5ml pyridine trong bình cầu

anhydride acetic (0,4 ml, 4 mmol) vào bình phản ứng, duy trì phản ứng ở điều kiện

bình phản ứng, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ phòng trong môi trường khí nitơ Theo dõi phản ứng bằng sắc ký bản mỏng (sau thời gian 4giờ thì dừng phản ứng), thêm 15ml nước cất vào hỗn hợp phản ứng, dùng 10 ml ethyl acetate để chiết, thực hiện chiết3 lần Làm sạch hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng với 20ml nước và dung dịch CuSO4 bão hòa (2x20ml) (tách loại được pyridine), sau đó dùng nước muối

sắc ký silicagel (dung môi chạy cột n-hexane:ethyl acetate = 20:1), thu được sản

128,54; 128,11; 127,72; 127,53; 115,73; 31,82; 29,78; 20,55; 13,35; 13,30; 12,67

2.2.13 Tổng hợp chất trimethyl-1,4-phenylene diacetate

(E)-2-(4-methoxy-3-methylbut-2-en-1-yl)-3,5,6-Sơ đồ phản ứng sau:

Cho chất 14 (20mg, 0,072 mmol) và methyl methacrylate (0,11ml, 1mmol)

vào bình cầu 25ml, thêm 6 ml dung môi dichloromethane vào bình phản ứng, tiếp

quay tách loại dung môi của hỗn hợp sau phản ứng, tách sản phẩm với cột sắc ký

silicagel (dung môi n-hexane: ethyl acetate = 9:1 v/v), thu được chất rắn màu vàng

J = 6,8, 1,4 Hz, 1H); 3,69 (d, J = 5,4 Hz, 3H); 3,36 (s, 2H); 2,33 (d, J = 16,3 Hz,

6H), 2,05 (d, J = 10,6 Hz, 9H), 1,96 (d, J = 1,1 Hz, 3H); 13C NMR (126 MHz, CDCl3) δ ppm: 168,24; 145,99; 145,57; 139,30; 128,56; 128,15; 127,83; 127,22; 51,74; 27,47; 20,55; 20,50; 13,24; 12,84; 12,65

Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Tổng hợp chất chìa khóa trong tổng hợp dẫn xuất Coenzyme Q10

Trong luận văn, chúng tôi đã nghiên cứu điều chế thành công chất chìa khóa

ứng được trình bày ở sơ đồ 8:

Sơ đồ 8 Tổng hợp ngược chất chìa khóa trongđiều chế

menadion 1 và trimethyquinone 9, qua các phản ứng khử hóa, bảo vệ nhóm chức, phá bảo vệ chọn lọc, và phản ứng tạo ete theo Williamson thu được chất 5 và 12

Sau khi có được sản phẩm ete, tiếp tục thực hiện phản ứng chuyển vị Claisen thu

được các chất 7 và 14 Phản ứng chuyển vị Claisen là phương pháp đơn giản, hiệu

quả và hiệu suất cao,là bước rất quan trọng để tổng hợp nên chất chìa khóa trong tổng hợp dẫn xuất Coenzyme Q10 Để thu được chất trung gian 8 và 15, nhóm

sử dụng xúc tác để tạo ra sản phẩm có độ chọn lọc cấu hình cao, quy trình thực nghiệm đơn giản, hiệu suất cao Từ đó, nhóm nghiên cứu đã tổng hợp được 2 chất chìa khóa quan trọng trong tổng hợp dẫn xuất CoQ10 Với việc sử dụng hai phản ứng kinh điển chuyển vị Claisen và phản ứng ghép chéo Grubbs, đây là phản ứng chìa khóa trong tổng hợp các dẫn CoQ10, đó cũng làtính mới của đề tài

3.2 Phản ứng khử hóa

Chất 1,4-dihydroxy-methylnapthoquinone thu được từ phản ứng khử

2-methyl naphthalene-1,4-dione1 trong dung môi ethyl acetate và môi trường khí trơ

Tối ưu hóa quá trình khử hóa bằng việc khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tác nhân sodium dithionite đến hiệu suất của phản ứng, thay đổi tỷ lệ mol phản ứng menadion: sodium dithionite ta có bảng sau:

Từ bảng 1 có thể nhận thấy ở tỷ lệ menadion: sodium dithionite = 1:1 thì phản

dần và đạt hiệu suất cao nhất tại tỷ lệ mol menadion:sodium dithionite = 1:4 Điều này cho ta thấy rằng, khi hàm lượng tác nhân thấp, sự tương tác giữa các chất trong phản ứng thấp, dẫn đến thời gian cũng như hiệu suất phản ứng không cao Tuy nhiên khi tăng tỷ lệ quá cao, trong quá trình phản ứng sinh nhiệt lớn, khó khống chế được tiến trình phản ứng, dẫn đến sản phẩm dễbị oxy hóa trở lại, từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng Vậy phản ứng cho hiệu suất cao nhất khi tỷ lệ mol phản ứng là 1:4

Ngoài ra, sản phẩm sau khi loại cô quay tách loại dung môi có thể sử dụng ngay cho phản ứng acyl hóa, mà không cần phân lập thu sản phẩm tinh khiết

3.3 Phản ứng acyl hóa

Từ 1,4-dihydroxy-2-methylnapthoquinone và trimethyquinone 9 thực hiện phản ứng acyl hóa thu được chất 3 và chất 10 tương ứng.Trong bướcphản ứng này,

chúng tôi đã khảo sát dùng 2 xúc tác khác nhau,kết quả thu được ở bảng 2

Đầu tiên sử dụng xúc tác acid (sulfuric acid) cho phản ứng acyl hóa, hiệu suất phản ứng cao hơn trên 90%, thao tác thực hiện đơn giản Tuy nhiên, trong quá trình

phản ứngban đầu có hiện tượng tỏa nhiệt cao, dẫn đếnkhó tiến hành ở quy mô sản xuất công nghiệp

Sau đó, nhóm nghiên cứu thực hiện thay đổi xúc tác acid bằng xúc tác DMAP (4-dimethyl amino pyridine) Kết quả cho thấy, với DMAP cho hiệu suất sản phẩm thấp hơn so với sulfuric acid, thao tácphân lập phức tạp hơn Tuy vậy, phản ứng với xúc tác DMAP xảy ra êm dịu hơn, dễ dàng khi thực hiện với lượng lớn, vì phản ứng thực hiện ở nhiệt độ thấp và không có hiện tượng tỏa nhiệt mạnh trong giai đoạn đầu phản ứng Vì vậy, ở giai đoạn acyl hóa này, chúng tôi đã sử dụng xúc tác acid Bên cạnh đó,ở giai đoạnkhác khi cần thực hiện phản ứng trong điều kiện êm dịu hơn, thì có thể sử dụng xúc tác bazơ DMAP

Bảng 2 Ảnh hưởng xúc tác đến hiệu suất acyl hóa

Từ hình 2 trên, ta có bảng phân tích các tín hiệu trong phổ cộng hưởng từ 1H

chất 3 dưới đây như sau:

CH vòng thơm

CH vòng thơm

Từ bảng trên có thể dễ dàng nhận thấy: ở vị trí tín hiệu δ (ppm): 7,15 (s, 1H) là tín hiệu singlet của nhóm -CH- vòng thơm, 2,47 (d, 6H) là tín hiệu của nhóm -COCH3,sản phẩm là kết quả của phản ứng acyl hóa với số H trên hợp chất tăng

169,39 và 168,86 là tín hiệu đặc trưng của các bon –CO–; 20,98 và 20,57 là tín hiệu

chứng minh được cấu trúc của chất 3phù hợp với mục tiêu tổng hợp

Từ kết quả hình 3 phổ 1H cộng hưởng từ chất 10 ta có kết quả phân tích

Từ bảng giải phổ cộng hưởng từở trên nhận thấy ở vị trí δ (ppm): 2,34 và 2,31

từ hạt nhân

3.4 Phản ứng thủy phân

Sản phẩm chất 4 và chất 11 thu được từ phản ứng phá bảo vệ nhóm acyl ở vị

trí ít cản trở không gian hơn.Để giải thích cho cơ chế thủy phân chọn lọc, nhóm nghiên cứu người Brazil đã sử dụng phần mềm Gauss và tính toán lượng tử, từ đó tính được năng lượng liên kết–C–O–ở vị trí 4 thấp hơn ở vị trí 1 (khoảng 3 kcal/mol)

bền hơn ở vị trí 1 (dễ dàngtham gia phản ứng hóa học ở vị trí 4), hay nói cách khác phản ứng thủy phân ở vị trí 4 dễ dàng hơn ở vị trí 1

Đầu tiên, nghiên cứu khảo sát phản ứng thủy phân với xúc tác acid, tuy nhiên phản ứng xảy ra mãnh liệt Thu được sản phẩm hiệu suất rất thấp, thậm chí không thu được sản phẩm vì sản phẩm chính là chất đầu tương ứng lần lượt: 1,4-

dihydroxy-2-methylnapthoquinone và trimethyquinone Quan sát phản ứng bằng sắc

ký bản mỏng, thấy quá trình phá bảo vệ cả 2 nhóm diễn ra trong thời gian ngắn, gần như không thể khống chế phản ứng theo mong muốn

Tiếp tục thay đổi xúc tác, sử dụng xúc tác là bazơ, phản ứng xảy ra êm dịu hơn,

dễ dàng khống chế tốc độ cũng như thời gian phản ứng.Theo dõi phản ứng liên tục

bằng sắc ký bản mỏng, khi thấy sản phẩm xuất hiện vết của chất đầu 2,ngay lập tức

dừng phản ứng Sau đó, hỗn hợp phản ứng được tiến hành phân lập bằng cột sắc ký Với xúc tác tìm được, tiến hành tối ưu hóa điều kiện phản ứng, kết quả như sau:

Bảng 5 Khảo sát điều kiện ảnh hưởng đến hiệu suất chất 4

nchất đầu:nK2CO3 Thời gian (giờ) Hiệu suất (%)