CHU HÀ PHƯƠNG NGHIÊN cứu QUY TRÌNH TỔNG hợp (s) 3 HYDROXYTETRAHYDROFURAN KHÓA LUẬN tốt NGHIỆP dược SĨ

Sơ đồ tổng hợp amprenavir S-3-hydroxytetrahydrofuran tham gia vào quy trình dưới dạng cloroformat 11 được điều chế bằng cách cho S-3-hydroxytetrahydrofuran phản ứng với phosgen, s

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

CHU HÀ PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP

(S)-3-HYDROXYTETRAHYDROFURAN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

HÀ NỘI – 2019

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

CHU HÀ PHƯƠNG MÃ SINH VIÊN: 1401475

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP

(S)-3-HYDROXYTETRAHYDROFURAN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

Người hướng dẫn:

1 TS Nguyễn Văn Giang

2 NCS Nguyễn Thị Ngọc

Nơi thực hiện:

Bộ môn Công nghiệp Dược

HÀ NỘI – 2019

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và gửi lời cảm ơn chân

thành tới người thầy của tôi, TS Nguyễn Văn Giang và NCS Nguyễn Thị Ngọc đã đồng hành cùng tôi vượt qua bao khó khăn, luôn quan tâm, động viên,

tận tình hướng dẫn tôi, tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành khóa luận này

Tôi vô cùng biết ơn và xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đình Luyện, TS Nguyễn Văn Hải đã luôn quan tâm, động viên, hướng dẫn tôi, cho

tôi những kinh nghiệm quý báu cả trong công việc và cuộc sống

Tôi xin chân trọng cảm ơn các đơn vị: Khoa Hóa - Đại học KHTN, Đại học Quốc Gia Hà Nội, Bộ môn Vật Lý - Hóa lý - Đại học Dược Hà Nội đã hết

sức nhiệt tình, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện khóa luận này

Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị, các bạn, và các em của tôi cùng thực hiện khóa luận tại phòng thí nghiệm Tổng hợp Hóa Dược, Bộ môn Công

nghiệp Dược đặc biệt là các bạn Nguyễn Tấn Thành, Lường Thị Trang, em Đào Thị Yến đã gắn bó cùng tôi, chia sẻ, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và

nghiên cứu tại bộ môn

Cuối cùng, tôi xin dành sự biết ơn sâu sắc nhất tới bố mẹ và gia đình của tôi Cảm ơn gia đình vì đã luôn yêu thương tôi, bên tôi, ủng hộ tôi để tôi có được ngày hôm nay!

Mặc dù đã cố gắng hết sức cũng như được tạo mọi điều kiện song do thời gian nghiên cứu còn ngắn, kiến thức bản thân còn hạn chế nên chắc chắn khóa luận này còn nhiều thiếu sót Rất mong nhận được những đóng góp quý báu của các thầy cô và các bạn để khóa luận được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 19 tháng 5 năm 2019

Sinh viên

Chu Hà Phương

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Tính chất của (S)-3-hydroxytetrahydrofuran 2

1.2 Ứng dụng của (S)-3-hydroxytetrahydrofuran 2

1.2.1 Trong tổng hợp hóa dược 2

1.2.2 Trong các lĩnh vực khác 6

1.3 Các phương pháp tổng hợp (S)-3-hydroxytetrahydrofuran 7

1.3.1 Nguyên liệu ban đầu là ester của acid 4-halo-3-hydroxybutyric 7

1.3.2 Nguyên liệu ban đầu là acid L-malic 8

1.4 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu 13

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

2.1 Nguyên liệu và thiết bị 14

2.2 Nội dung nghiên cứu 16

2.3 Phương pháp nghiên cứu 16

2.3.1 Tổng hợp hóa học 16

2.3.2 Kiểm tra độ tinh khiết của các chất tổng hợp được 16

2.3.3 Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được 17

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ 18

3.1 Kết quả thực nghiệm 18

3.1.1 Tổng hợp (S)-dimethyl malat 18

3.1.2 Tổng hợp (S)-1,2,4-butantriol 19

3.1.3 Tổng hợp (S)-3-hydroxytetrahydrofuran 21

3.2 Xác định cấu trúc các chất tổng hợp được bằng phương pháp phổ 22

3.2.1 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (IR) 22

3.2.2 Kết quả phân tích phổ khối lượng (MS) 23

3.2.3 Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) 24

3.3 Bàn luận 26

3.3.1 Bàn luận về các phương pháp tổng hợp hóa học 26

3.3.2 Bàn luận về cấu trúc sản phẩm 29

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36

KẾT LUẬN 36

KIẾN NGHỊ 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

HIV Human immunodeficiency virus (Virus gây suy giảm miễn dịch ở người)

IR Infrared (Phổ hồng ngoại)

KLPT Khối lượng phân tử

m/z Tỷ số giữa khối lượng và điện tích của các ion

MS Mass spectrometry (Phổ khối lượng)

MTBE tert-butyl methyl ether

ppm Part per milion (Một phần một triệu)

PTSA p-toluenesulfonic acid monohydrate

Rf Retention factor (Hệ số lưu giữ)

SGLT2 Sodium-glucose co-transporter-2 (Kênh đồng vận chuyển natri-glucose

2) SKLM Sắc ký lớp mỏng

STT Số thứ tự

THF Tetrahydrofuran

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Danh mục các dung môi, hóa chất 14

Bảng 2.2 Danh mục các dụng cụ, thiết bị 15

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol đến hiệu suất phản ứng ester hóa 19

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol đến hiệu suất phản ứng khử hóa 20

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tác nhân đến hiệu suất phản ứng khử hóa 21

Bảng 3.4 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại 23

Bảng 3.5 Kết quả phân tích phổ khối lượng 23

Bảng 3.6 Kết quả phân tích phổ 1 H-NMR 24

Bảng 3.7 Kết quả phân tích phổ 13 C-NMR 25

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của (S)-3-hydroxytetrahydrofuran 2

Hình 1.2 Sơ đồ tổng hợp afatinib 3

Hình 1.3 Sơ đồ tổng hợp amprenavir 5

Hình 1.4 Sơ đồ tổng hợp empagliflozin 6

Hình 1.5 Sơ đồ tổng hợp (S)-3-hydroxytetrahydrofuran từ ester 8

Hình 1.6 Sơ đồ tổng hợp (S)-3-hydroxytetrahydrofuran đi từ acid L-malic 8

Hình 1.7 Sơ đồ tổng hợp dimethyl malat 9

Hình 1.8 Sơ đồ tổng hợp diethyl malat 9

Hình 1.9 Sơ đồ tổng hợp 1,2,4-butantriol sử dụng tác nhân NaBH 4 10

Hình 1.10 Sơ đồ tổng hợp 1,2,4-butantriol 11

Hình 1.11 Sơ đồ tổng hợp 1,2,4-butantriol sử dụng tác nhân LiAlH 4 11

Hình 1.12 Sơ đồ tổng hợp (S)-1,2,4-butantriol trực tiếp từ acid L-malic 12

Hình 1.13 Sơ đồ tổng hợp (S)-3-hydroxytetrahydrofuran 13

Hình 3.1 Bố trí thí nghiệm 21

Hình 3.2 Minh họa bản mỏng sắc ký silicagel 22

Hình 3.3 Cơ chế phản ứng ester hóa bằng SOCl 2 26

Hình 3.4 Cơ chế phản ứng khử hóa bằng NaBH 4 27

Hình 3.5 Cơ chế phản ứng đóng vòng 28

Hình 3.6 Phổ MS của (S)-3-hydroxytetrahydrofuran 32

Hình 3.7 Phổ IR của (S)-3-hydroxytetrahydrofuran 33

Hình 3.8 Phổ 1 H-NMR của (S)-3-hydroxytetrahydrofuran 34

Hình 3.9 Phổ 13 C-NMR của (S)-3-hydroxytetrahydrofuran 35

Gilotrif) được FDA chấp thuận là phương pháp điều trị đầu tay cho bệnh nhân

ung thư phổi không tế bào nhỏ với các đột biến EGFR phổ biến

Cùng với ung thư, hiện tại, có khoảng 33 triệu người trên toàn thế giới được ước tính bị nhiễm virus suy giảm miễn dịch ở người (HIV) trong đại dịch AIDS [6] Amprenavir được biết đến đầu tiên dùng trong điều trị HIV như là một chất ức chế HIV-1 protease - enzym chịu trách nhiệm phân cắt các polyprotein Gag và Gag-Pol của virus thành các protein trưởng thành có chức năng [12]

Một căn bệnh mạn tính gây hậu quả nặng nề khác là đái tháo đường tuýp

2 Đái tháo đường nói chung hay tuýp 2 nói riêng là nguyên nhân thứ bảy gây tử vong và là nguyên nhân chính gây đột quỵ, bệnh tim, suy thận, mù lòa và các tình trạng khác như biến chứng vi mạch, bệnh thần kinh ảnh hưởng đến sức khỏe và chất lượng cuộc sống [20] FDA đã phê duyệt empagliflozin (biệt dược

Jardiance), một chất ức chế SGLT2 như là một biện pháp bổ sung cho chế độ

ăn kiêng và tập thể dục để cải thiện đường huyết ở người lớn mắc đái tháo đường tuýp 2 [23]

Điểm chung giữa afatinib và amprenavir, cũng như empagliflozin là trong

quy trình tổng hợp đều sử dụng chất trung gian là (S)-3-hydroxytetrahydrofuran, thêm vào đó (S)-3-hydroxytetrahydrofuran là một hợp chất có giá thành cao, khó

kiếm trên thị trường Trong khi đó, nguyên liệu ban đầu để tổng hợp chất này là acid L-malic có giá thành rẻ hơn và sẵn có Do đó, với mục đích tạo nguyên liệu định hướng cho tổng hợp các thuốc hóa dược trên, chúng tôi thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu quy trình tổng hợp (S)-3-hydroxytetrahydrofuran” với mục

tiêu sau:

“Tổng hợp được (S)-3-hydroxytetrahydrofuran từ acid L-malic.”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tính chất của (S)-3-hydroxytetrahydrofuran

• Công thức cấu tạo:

1

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của (S)-3-hydroxytetrahydrofuran

• Tên khoa học: (S)-3-hydroxytetrahydrofuran

Tên khác: tetrahydro-(S)-(+)-3-furanol; (S)-(+)-3-hydroxyoxolan.

1.2 Ứng dụng của (S)-3-hydroxytetrahydrofuran

1.2.1 Trong tổng hợp hóa dược

1.2.1.1.Tổng hợp afatinib

Afatinib được dùng để điều trị ung thư phổi không tế bào nhỏ, thuộc nhóm ức chế enzym tyrosine kinase Tác giả Juergen Schroeder và cộng sự đã

tổng hợp afatinib dimaleat theo con đường có sử dụng hợp chất hydroxytetrahydrofuran như sau [7]:

(S)-3-Hình 1.2 Sơ đồ tổng hợp afatinib

Quá trình tổng hợp afatinib dimaleat gồm 9 giai đoạn từ acid

2-amino-4-clorobenzoic (2): ngưng tụ 2 và formamidin acetat trong 2-methoxyethanol ở nhiệt độ hồi lưu thu được dẫn chất 7-cloroquinazolin-4-(3H)-on (3) Nitro hóa 3

bằng hỗn hợp sulfo-nitric ở 90 °C thu được 7-cloro-6-nitroquinazolin-4-(3H)-on

(4) Brom hóa 4 bằng tác nhân POBr3 ở 90 °C thu được

4,7-dibromo-6-nitroquinazolin (5) Ngưng tụ 5 với 3-cloro-4-fluoroanilin (6) trong 1,4-dioxan ở

90°C, sau đó sulfo hóa bằng natri benzensulfinat thu được

N-(3-cloro-4-fluorophenyl)-7-phenylsulfonyl-6-nitroquinazolin-4-amin (7), hiệu suất 80%

Ether hóa 7 bằng phản ứng với (S)-3-hydroxytetrahydrofuran (1), xúc tác kali tert-butoxid trong THF, tert-butanol và DMF, thu được 8, hiệu suất 90% Khử

hóa nhóm nitro của 8 bằng khí hydro, xúc tác NaBH4/NiCl2 thu được amin 9,

hiệu suất 97% Tạo

diethyl((4-(3-cloro-4-fluoro-phenylamino)-7-((S)-tetrahydrofuran-3-yloxy)-quinazolin-6-ylcarbamoyl)-methyl)-phosphat (10) từ amin 9 bằng phản ứng với acid 2-(diethoxyphosphoryl)acetic, xúc tác 1,1’-

carbonyldiimidazol (CDI) trong dung môi THF và tert-butyl methyl ether

(MTBE), hiệu suất 69,8% Xử lý 10 với LiCl trong THF, KOH/nước, sau đó

alken hóa bằng tác nhân 2,2-diethoxy-N,N-dimethylethan-1-amin trong HCl

30% thu được afatinib hydrat, hiệu suất 78% Tạo muối afatinib dimaleat bằng phản ứng của afatinib với acid maleic trong ethanol ở 70 °C, hiệu suất 91,5%

1.2.1.2 Tổng hợp amprenavir

Amprenavir là thuốc kháng virus thuộc nhóm các chất ức chế HIV protease Amprenavir ngăn chặn việc các tế bào virus gây suy giảm miễn dịch (HIV) nhân rộng trong cơ thể

Tác giả Yukata Honda cùng các đồng sự đã tổng hợp được amprenavir có

sử dụng (S)-3-hydroxytetrahydrofuran đi theo những giai đoạn chính sau [5]:

Hình 1.3 Sơ đồ tổng hợp amprenavir

(S)-3-hydroxytetrahydrofuran tham gia vào quy trình dưới dạng

cloroformat 11 được điều chế bằng cách cho (S)-3-hydroxytetrahydrofuran phản

ứng với phosgen, sau đó tiến hành phản ứng Schumid Baumann với amin 12 được hợp chất 13 rồi khử hóa nhóm nitro để thu amprenavir

1.2.1.3 Tổng hợp empagliflozin

Empagliflozin dùng để kiểm soát lượng đường trong máu cao ở những người bị bệnh đái tháo đường tuýp 2, kết hợp với chế độ ăn uống và tập thể dục thích hợp Việc kiểm soát lượng đường trong máu giúp ngăn ngừa tổn thương thận, mù lòa, các vấn đề thần kinh, loét chân tay và các vấn đề về chức năng khác Ngoài ra, việc kiếm tra và theo dõi chặt chẽ bệnh tiểu đường cũng có thể giảm nguy cơ đau tim hoặc đột quỵ Bên cạnh đó, thuốc empagliflozin có tác dụng thúc đẩy việc loại bỏ đường của thận

Theo tài liệu [15] của tác giả Xiao-jun Wang cùng đồng sự, empagliflozin được tổng hợp từ nguyên liệu ban đầu là acid 2-cloro-5-iodobenzoic như sau:

Hình 1.4 Sơ đồ tổng hợp empagliflozin

(S)-3-hydroxytetrahydrofuran tham gia vào quy trình tổng hợp

empagliflozin ở giai đoạn thay thế nhóm fluoro của fluorobenzophenon 15 bằng nhân furan tạo ra benzophenon 16 Hợp chất 15 được tạo thành bằng phản ứng Friedel-Crafts hợp chất 5-halo-2-clorobenzoyl clorid (14) Sau đó khử 16 bằng

1,1,3,3-tetramethyldisiloxan có mặt AlCl3 trong toluen thu được hợp chất 17 Thực hiện phản ứng trao đổi I/Mg của 17 với iPrMgCl sau đó bổ sung 18 rồi acid hóa bằng HCl trong methanol để tạo ra hợp chất 19 Sau đó khử bằng

Et2SiH qua trung gian AlCl3-một acid Lewis trong CH2Cl2/MeCN để thu được empagliflozin

1.2.2 Trong các lĩnh vực khác

Ứng dụng trong nhiên liệu diesel, động cơ diesel hoạt động bằng cách đánh lửa nén Chúng có tỷ số nén trong khoảng 14 : 1 đến 17 : 1 hoặc cao hơn và vì lý do đó với cùng một lượng nhiên liệu nhất định nó hoạt động tốt hơn so

với động cơ chu trình Otto Trong lịch sử, động cơ diesel đã được vận hành bằng nhiên liệu hydrocarbon lỏng có nguồn gốc từ dầu mỏ

Gần đây, do trữ lượng dầu mỏ cạn kiệt, hỗn hợp hydrocarbon alcol và alcol đã được nghiên cứu để sử dụng làm nhiên liệu diesel Một yếu tố chính trong việc giảm chất lượng nhiên liệu là số cetan Số cetan có liên quan đến độ trễ đánh lửa sau khi nhiên liệu được bơm vào buồng đốt Nếu quá trình đánh lửa

bị trì hoãn quá lâu, lượng nhiên liệu trong buồng lái và khi đánh lửa sẽ dẫn đến động cơ chạy thô và xả nhiều khói Nếu quá trình đánh lửa nhanh thì động cơ hoạt động trơn tru và giảm khói Nhiên liệu diesel dầu mỏ thương mại thường có

số cetan khoảng 40-55 Alcol có giá trị cetan thấp hơn nhiều và từ đó yêu cầu làm tăng số cetan để vận hành động cơ tốt hơn

Qua nhiều năm, nhiều loại phụ gia đã được sử dụng để nâng số cetan của nhiên liệu diesel Chúng bao gồm peroxid, nitrit, nitrat, nitrosocarbamat, và các chất tương tự Nitrat kiềm như amyl nitrat, hexyl nitrat và hỗn hợp octyl nitrat

đã được sử dụng với kết quả tốt Lượng phụ gia (chiếm 0,05-0,15% trọng lượng) của este nitrat được sản xuất từ acid sunfuric-nitric của 3-

hydoxytetrahydrofuran đã được nghiên cứu để tăng chất lượng (số cetan) của

nhiên liệu diesel [3]

1.3 Các phương pháp tổng hợp (S)-3-hydroxytetrahydrofuran

Khi nghiên cứu về (S)-3-hydroxytetrahydrofuran chúng tôi nhận thấy các phương pháp tổng hợp (S)-3-hydroxytetrahydrofuran chủ yếu đi từ 2 nguyên liệu

hoặc ester của acid 4-halo-3-hydroxybutyric hoặc acid L-malic

1.3.1 Nguyên liệu ban đầu là ester của acid 4-halo-3-hydroxybutyric

Tổng hợp (S)-3-hydroxytetrahydrofuran đi từ nguyên liệu ban đầu là ester

của acid 4-halo-3-hydroxybutyric qua các giai đoạn sau [8], [16]:

Hình 1.5 Sơ đồ tổng hợp (S)-3-hydroxytetrahydrofuran từ ester

của acid 4-halo-3-hydroxybutyric

Khử hóa ester của acid 4-halo-3-hydroxybutyric (20) với hợp chất của

boro hydrid hoặc của nhôm hydrid trong dung môi hữu cơ khan Sau đó xử lý

hỗn hợp thu được bằng acid và nước để chuyển thành (S)-4-halo-1,3-butandiol

(21) Thực hiện phản ứng đóng vòng 21 trong dung dịch trên để tạo sản phẩm

(S)-3-hydroxytetrahydrofuran Chiết để lấy (S)-3-hydroxytetrahydrofuran từ

dung dịch trên với dung môi hữu cơ, làm khan để loại nước Cất dưới áp suất

giảm để thu được (S)-3-hydroxytetrahydrofuran

Nhận xét:

Ưu điểm của phương pháp này là bảo toàn được cấu hình, các phản ứng diễn ra nhẹ nhàng tuy nhiên hạn chế của phương pháp này là nguyên liệu ban đầu đắt tiền

1.3.2 Nguyên liệu ban đầu là acid L-malic

Theo các nghiên cứu, các con đường tạo (S)-3-hydroxytetrahydrofuran hiện nay đều đi qua chất trung gian là (S)-1,2,4-butantriol, để tổng hợp được (S)-

1,2,4-butantriol có thể khử trực tiếp từ acid L-malic hoặc thông qua trung gian

diester của acid L-malic Từ đó cho thấy mắt xích quan trọng để tổng hợp hydroxytetrahydrofuran là đi qua chất (S)-1,2,4-butantriol Vì vậy chúng tôi xin trình bày các con đường tổng hợp (S)-3-hydroxytetrahydrofuran đi từ nguyên

(S)-3-liệu ban đầu là acid L-malic như sau:

Hình 1.6 Sơ đồ tổng hợp (S)-3-hydroxytetrahydrofuran đi từ acid L-malic

(1) Acid L-malic được ester hóa với một alcol

(1’) Khử hóa trực tiếp acid L-malic tạo 1,2,4-butantriol

(2) Khử hóa ester của acid L-malic tạo 1,2,4-butantriol

(3) Đóng vòng tạo (S)-3-hydroxytetrahydrofuran

1.3.2.1 Tổng hợp 1,2,4-butantriol đi qua trung gian diester

1.3.2.1.1 Các phương pháp tổng hợp ester của acid L-malic

a Phản ứng tạo dimethyl malat

❖ Sơ đồ phản ứng: (hình 1.7)

Hình 1.7 Sơ đồ tổng hợp dimethyl malat

❖ Mô tả:

Hòa tan 26,8g acid L-malic trong 500mL MeOH rồi làm lạnh xuống 0oC Sau đó nhỏ từ từ từng giọt 32,2mL thionyl clorid vào dung dịch trên trong khoảng 1 giờ Hỗn hợp phản ứng được khuấy trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng Kết thúc phản ứng, sử dụng máy cất quay loại dung môi, phần dịch còn lại được chiết với dicloromethan và natri bicarbonat để thu pha hữu cơ Làm khan với MgSO4 rồi cất loại dicloromethan thu sản phẩm [10]

b Phản ứng tạo diethyl malat

❖ Sơ đồ phản ứng: (hình 1.8)

Hình 1.8 Sơ đồ tổng hợp diethyl malat

❖ Mô tả:

Hòa tan 100 g acid L-malic trong 320 mL ethanol, làm lạnh xuống 0oC sau đó thêm nhỏ giọt 120 mL thionyl clorid trong 2 giờ, rồi khuấy ở nhiệt độ phòng trong 4 giờ Sau đó đun hồi lưu hỗn hợp phản ứng ở 70-80oC đến khi phản ứng kết thúc, làm lạnh, cất quay loại dung môi Điều chỉnh pH= 7-8 bằng

dung dịch natri bicarbonat, thêm nước cất và chiết với ethyl acetat Pha hữu cơ được làm khan, lọc, sau đó cất quay loại dung môi thu sản phẩm [17]

❖ Ưu nhược điểm của phương pháp ester hóa acid L-malic sử dụng SOCl 2 :

• Ưu điểm:

✓ Phản ứng tiến hành ở nhiệt độ thường

✓ Hiệu suất phản ứng cao

✓ Chất trung gian tạo thành dễ dàng tham gia phản ứng khử sau đó

1.3.2.1.2 Các phương pháp khử hóa ester của acid L-malic

a Sử dụng tác nhân NaBH 4

❖ Sơ đồ phản ứng: (hình 1.9)

Hình 1.9 Sơ đồ tổng hợp 1,2,4-butantriol sử dụng tác nhân NaBH 4

❖ Mô tả:

Hòa tan 100 g dimethyl malat trong ethanol sau đó thêm natri borohydrid vào Giữ nhiệt độ ở 20oC Hỗn hợp phản ứng được khuấy ở 20oC trong 15 giờ sau đó làm lạnh Thêm 200 mL hỗn hợp HCl/ethanol vào hỗn hợp phản ứng, phần chất rắn không tan được lọc loại bỏ Dịch lọc được cho chảy qua cột gồm 200g anion XE-583 để loại boron, sau đó cất quay loại dung môi Sản phẩm thu được bằng cách cất dưới áp suất giảm [9]

b Sử dụng tác nhân NaBH 4 /LiCl

❖ Sơ đồ phản ứng: (hình 1.10)

Hình 1.10 Sơ đồ tổng hợp 1,2,4-butantriol

❖ Mô tả:

Khuấy 5,92 g natri borohydrid và 17 g lithi clorid trong 100mL ethanol, sau đó thêm 32,4 g dimethyl malat vào hỗn hợp trên, đun hồi lưu Cứ sau 40 phút lại thêm 2,96 g natri borohydrid Sau khi thêm đủ 5 lần, đun hồi lưu khối phản ứng trong 2 giờ, khi không còn phát hiện vết nguyên liệu trên sắc ký lớp mỏng thì kết thúc phản ứng Lọc khối phản ứng, dịch lọc được điều chỉnh đến

pH 2-3 bằng acid sulfuric, tiếp tục lọc loại các chất rắn rồi cất quay loại dung môi Hỗn hợp rắn- lỏng còn lại được hòa trong 20mL ethanol và 20 mL ethyl acetat, khuấy và lọc Dịch lọc được cất quay loại dung môi thu sản phẩm [19]

❖ Ưu nhược điểm của việc sử dụng NaBH 4 :

c Sử dụng tác nhân LiAlH 4

❖ Sơ đồ phản ứng: (hình 1.11)

Hình 1.11 Sơ đồ tổng hợp 1,2,4-butantriol sử dụng tác nhân LiAlH 4

❖ Mô tả:

Thêm 4,5 g lithi nhôm hydrid 250 mL tetrahydrofuran ở 0oC, vừa thêm vừa sục khí nitơ Dimethyl malat được hòa tan trong 10 mL tetrahydrofuran rồi được thêm nhỏ giọt vào Khối phản ứng được đun ở 65oC trong 3 ngày Kết thúc phản ứng, thêm từ từ 35 mL nước cất rồi lọc qua chân không Cất quay loại dung môi, phần còn lại được tinh chế bằng sắc kí cột (silica, dicloromethan-ethanol 0-50%) để thu sản phẩm [10]

❖ Ưu nhược điểm của phương pháp:

• Ưu điểm:

- Tác nhân khử hóa mạnh, khử hóa triệt để

• Nhược điểm:

- Tác nhân đắt tiền, khó bảo quản, dễ gây nổ

- Thời gian phản ứng dài, tốn kém [9]

1.3.2.2 Tổng hợp (S)-1,2,4-butantriol trực tiếp từ acid L-malic

❖ Sơ đồ phản ứng: (hình 1.12)

Hình 1.12 Sơ đồ tổng hợp (S)-1,2,4-butantriol trực tiếp từ acid L-malic

❖ Mô tả:

Cho 40,4 g kali borohydrid vào trong 100 mL tetrahydrofuran, khuấy liên tục, sau đó thêm nhỏ giọt 40 g acid L-malic đã hòa tan trong 200 mL tetrahydrofuran, sau khi hoàn tất việc nhỏ giọt khuấy hỗn hợp trong 2 giờ và nhỏ từ từ 76 g I2 được hòa tan trong 100mL tetrahydrofuran đến hết Sau đó đun hồi lưu khối phản ứng và khuấy trong 14 giờ Thêm từ từ acid hydrochloric trong ethanol trong khi làm lạnh khối phản ứng, điều chỉnh đến khi pH đạt môi trường acid, sau đó khuấy qua đêm, lọc, rửa với ethanol khan

2-5 lần, cất quay loại dung môi thu được (S)-1,2,4- butantriol thô [18]

❖ Ưu nhược điểm của phương pháp:

• Ưu điểm:

- Phản ứng chỉ qua một giai đoạn mà không cần qua trung gian ester

- Tác nhân khử hóa mạnh

• Nhược điểm:

- Sản phẩm nhiễm màu iod khó tinh chế

- Phản ứng tạo ra khí BH3 độc

1.3.2.2 Phương pháp đóng vòng tạo nhân tetrahydrofuran

❖ Sơ đồ phản ứng: (hình 1.13)

Hình 1.13 Sơ đồ tổng hợp (S)-3-hydroxytetrahydrofuran

❖ Mô tả:

Cho 318 g (S)-1,2,4-butantriol và acid 3 g p-toluenesulfonic monohydrat

vào bình cầu 500mL, khuấy để hòa tan acid Dùng thêm đá bọt để điều nhiệt, bố trí cột và thiết bị cất để thu sản phẩm Nâng nhiệt độ lên 180o-220oC và cất dưới áp suất 22 mmHg trong 2-2,5 giờ Hỗn hợp phản ứng thu được ở dạng lỏng, không màu, gồm 2 phần: thứ nhất, 50-60g chủ yếu là nước (lượng không đáng

kể), còn lại là 215-231g sản phẩm (S)-3-hydroxytetrahydrofuran tinh khiết với

nhiệt độ sôi 93-95oC/26 mmHg [11]

1.4 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu

Chúng tôi lựa chọn tổng hợp (S)-3-hydroxytetrahydrofuran từ nguyên liệu ban đầu là acid L-malic qua trung gian (S)-dimethyl malat và (S)-1,2,4-butantriol vì

những nguyên nhân sau:

Nguyên liệu acid L-malic có giá rẻ hơn nhiều so với sản phẩm hydroxytetrahydrofuran, cụ thể 25g (S)-3-hydroxytetrahydrofuran có giá là 717

(S)-3-SGD ( ̴ 12,1 triệu VNĐ) gấp hơn 16 lần so với giá của acid L-malic 44 (S)-3-SGD (̴

750 ngàn VNĐ) [22] Hơn nữa ưu điểm rất lớn của acid L-malic là sản phẩm tạo

ra có sự bảo toàn cấu hình cao

Quy trình phản ứng ngắn gồm 3 giai đoạn với các tác nhân và dung môi có giá thành rẻ Đặc biệt, việc sử dụng tác nhân khử NaBH4 có ưu điểm là rẻ tiền, dễ bảo quản hơn thay vì LiAlH4 đắt tiền, khó bảo quản

Chất trung gian dimethyl ester dễ khử hơn diethyl ester và khử trực tiếp từ acid L-malic

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu và thiết bị

Để thực hiện các phản ứng trong khóa luận, chúng tôi đã sử dụng một số dung môi, hóa chất, dụng cụ và thiết bị của phòng thí nghiệm Tổng hợp Hóa

dược, Bộ môn Công nghiệp Dược, Trường Đại học Dược Hà Nội (xem bảng 2.1

và bảng 2.2) Các dung môi, hóa chất, dụng cụ và thiết bị dùng để xác định cấu

trúc bằng phương pháp phổ được đề cập riêng trong phần phương pháp nghiên cứu

Bảng 2.1 Danh mục các dung môi, hóa chất

Bảng 2.2 Danh mục các dụng cụ, thiết bị

2 Bình cầu 1 cổ dung tích 50 mL, 100 mL Đức

3 Bình cầu 2 cổ dung tích 100 mL Đức

17 Máy cất quay chân không Buchi R210 Thụy Sỹ

21 Ống đong 25 mL, 50 mL, 100 mL Trung Quốc

22 Pipet chia vạch 1 mL, 5 mL, 10 mL Đức

2.2 Nội dung nghiên cứu

1 Tổng hợp hoá học

Từ những ưu và nhược điểm phân tích trong phần Tổng quan, chúng tôi tiến

hành các phản ứng hoá học để tổng hợp các chất trung gian và sản phẩm

(S)-3-hydroxytetrahydrofuran như sau:

2 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến các phản ứng

3 Kiểm tra độ tinh khiết và khẳng định cấu trúc của các hợp chất trung gian và sản phẩm cuối cùng tổng hợp được

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Tổng hợp hóa học

❖ Sử dụng các phương pháp thực nghiệm cơ bản trong hóa học hữu cơ để tổng hợp các chất: phản ứng ester hóa, khử hóa, đóng vòng

❖ Theo dõi tiến triển của phản ứng bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng (SKLM) thực hiện trên bản mỏng silicagel 60 F254 với các hệ dung môi khai triển khác

nhau: n-butanol : acid acetic : nước (9:2:2.5) (A); dicloromethan : methanol

(5:5) (B), quan sát sắc ký đồ dưới bước sóng 254 nm của đèn tử ngoại, hoặc được hiện màu bằng H2SO4 5%/ethanol sau đó hơ trên ngọn lửa đèn cồn

❖ Sử dụng phương pháp cất, lọc, chiết lỏng – lỏng, sắc kí cột để tinh chế sản phẩm

2.3.2 Kiểm tra độ tinh khiết của các chất tổng hợp được

❖ Sử dụng phương pháp SKLM với 2 hệ dung môi khai triển khác nhau Dựa vào đặc điểm hình thức của sắc ký đồ để sơ bộ đánh giá độ tinh khiết của sản phẩm

❖ Sử dụng phương pháp đo góc quay cực Dựa vào giá trị góc quay cực đo được tại Bộ môn Vật lý- Hóa lý trường đại học Dược Hà Nội để đánh giá sơ

bộ độ tinh khiết quang học của sản phẩm cuối cùng

2.3.3 Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được

Cấu trúc của các dẫn chất tổng hợp được được xác định bằng các phương pháp phổ: phổ khối lượng (MS), phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton 1H-NMR và 13C(13C-NMR)

❖ Phổ khối lượng (MS):

Được ghi tại khoa Hóa học, trường đại học Khoa học tự nhiên, đại học Quốc gia Hà Nội trên máy Agilent 1100 LC-MSD Trap, với chế độ đo ESI, trong dung môi methanol

❖ Phổ hồng ngoại (IR):

Được ghi tại khoa Hóa học, trường đại học Khoa học tự nhiên, đại học Quốc gia Hà Nội sử dụng kỹ thuật viên nén kali bromid trong vùng 4000 -

400 cm-1

❖ Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ( 1 H-NMR) và 13 C ( 13 C-NMR):

Được ghi tại khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học tự nhiên, đại học Quốc gia Hà Nội trên máy Bruker 500 MHz Ascend, sử dụng dung môi

DMSO-d 6 hoặc CDCl3, chất chuẩn nội là tetramethylsilan

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ 3.1 Kết quả thực nghiệm

3.1.1 Tổng hợp (S)-dimethyl malat

Sơ đồ phản ứng:

Cách tiến hành:

Hòa tan 5,36 g (4,0 mmol) acid L-malic vào 100 mL methanol, hỗn hợp được làm lạnh ở 0℃ trong bình cầu 2 cổ 250 mL bằng đá muối Nhỏ giọt 6,50

mL (88,82 mmol) thionyl clorid vào đến khi hết Hỗn hợp phản ứng được khuấy ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ

Sau khi phản ứng kết thúc cất quay loại methanol dư Cho dần dung dịch NaHCO3 bão hòa vào để điều chỉnh đến pH = 8 Sau đó đổ vào bình gạn 500 mL chiết với dicloromethan 3 lần, lấy pha dicloromethan Sau đó rửa với nước cất đến khi lớp hữu cơ có pH=7 Làm khan bằng natri sulfat khan, lắc kĩ Lọc loại cặn, cất quay loại dicloromethan

Kết quả cho thấy:

- Trên SKLM với 2 hệ dung môi khai triển khác nhau, chất tổng hợp được cho 1 vết gọn, rõ nét, không có vết sản phẩm phụ, với giá trị Rf như trên Như

vậy có thể sơ bộ kết luận (S)-dimethyl malat tinh khiết về mặt hóa học, đủ điều

kiện đo phổ, xác định cấu trúc

Khảo sát tỉ lệ mol của acid L-malic và SOCl 2 :

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol đến hiệu suất phản ứng ester hóa

STT Tỷ lệ chất acid L-malic

ester bị phân hủy Tỷ lệ nguyên liệu và SOCl2 là 1:2,2 hiệu suất đạt tối đa Vì vậy chúng tôi lựa chọn tỷ lệ này cho phản ứng

3.1.2 Tổng hợp (S)-1,2,4-butantriol

Sơ đồ phản ứng:

Cách tiến hành:

Hòa tan 9,72 g (60,0 mmol) (S)-dimethyl malat trong 30 mL ethanol trong

bình cầu 1 cổ 50 mL Sau đó thêm từ từ 4,04 g (106,31 mmol) natri borohydrid trong khi nhiệt độ được giữ ở 20oC Khuấy hỗn hợp phản ứng trong 15 giờ ở

20oC

Sau khi kết thúc, phản ứng được làm lạnh Thêm từ từ dung dịch HCl 5% trong ethanol đến khi pH= 2-3 Lọc loại các chất không tan Cất quay loại dung môi Thêm 10 mL ethanol và 10 mL ethyl acetat, khuấy và lọc Dịch lọc được cất quay loại dung môi thu được sản phẩm thô

Cho sản phẩm thô chảy qua cột silicagel với tỉ lệ dicloromethan: methanol

= 10:1 để loại các chất vô cơ và các tạp khác Phát hiện vùng có sản phẩm bằng

sắc kí lớp mỏng với hệ dung môi n-butanol : acid acetic : nước (9:2:2.5) Cất

loại dung môi thu sản phẩm

Kết quả cho thấy:

- Trên SKLM với 2 hệ dung môi khai triển khác nhau, chất tổng hợp được cho 1 vết gọn, rõ nét, không có vết sản phẩm phụ, với giá trị Rf như trên Như

vậy có thể sơ bộ kết luận (S)-1,2,4-butantriol tinh khiết về mặt hóa học, đủ điều

kiện đo phổ, xác định cấu trúc

Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng:

- Về tỉ lệ mol của (S)-dimethyl malat với NaBH4:

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol đến hiệu suất phản ứng khử hóa

Hiệu suất (%)

ứng còn nguyên liệu chưa được khử hết Khi thay đổi tỉ lệ mol của nguyên liệu

và NaBH4 từ 2 lần trở lên thì không còn nguyên liệu nhưng hiệu suất tăng lên không đáng kể

- Về tác nhân của phản ứng:

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tác nhân đến hiệu suất phản ứng khử hóa

Nhận xét: Khi thay đổi tác nhân, phản ứng đều ra vết tương đương Hiệu

suất gần như thay đổi không đáng kể, tuy nhiên chúng tôi lựa chọn chỉ dùng NaBH4 để tiết kiệm chi phí do LiCl là một chất đắt tiền

3.1.3 Tổng hợp (S)-3-hydroxytetrahydrofuran

Sơ đồ phản ứng:

Cách tiến hành:

Cho 2,0 g (18,87 mmol) (S)-1,2,4-butantriol vào bình cầu 2 cổ 100 mL, sau đó thêm 0,02g (0,12 mmol) acid p-toluenesulfonic monohydrat Bố trí thí

nghiệm như hình 3.1 Đun trong bếp bọc áo nhiệt, nâng dần nhiệt của phản ứng

từ 100oC lên 200oC Thu được dịch ngưng tụ trong bình cầu

Hình 3.1 Bố trí thí nghiệm