nghiên cứu xây dựng trình tổng hợp berberin clorid ở quy mô 50gmẻ

3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất phản ứng 27 Bảng 3.. 5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol giữa NaBH4 và 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren 58 đến hiệu suất phả

KHÓA LUẬN DƢỢC SĨ DƢỢC HỌC

HÀ NỘI 2019

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn tới người thầy đáng kính PGS TS

Nguyễn Đình Luyện người đã đồng hành cùng em trong suốt quá trình học tập và

nghiên cứu, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cũng như động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện giúp đỡ để em hoàn thành khóa luận

Em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Văn Hải, TS Nguyễn Văn Giang cùng

các thầy giáo và các anh chị kĩ thuật viên của bộ môn Công nghiệp Dược - Trường Đại học Dược Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại bộ môn

Em xin chân thành cảm ơn DS Phạm Trung Kiên người thầy thứ hai trực tiếp

hướng dẫn đã quan tâm, giúp đỡ em trong thời gian thực hiện khóa luận

Em cũng xin cảm ơn tới tất cả bạn bè, đặc biệt là bạn Lường Thị Trang và các

bạn tại phòng thí nghiệm Tổng hợp hóa Dược-Bộ môn Công nghiệp Dược đã luôn gắn bó, động viên, chia sẻ và giúp đỡ em trong con đường tìm kiếm khoa học Lời cuối cùng, em xin được bày tỏ lòng biết ơn vô bờ bến đến bố mẹ và những người thân trong gia đình em đã luôn yêu thương, sát cánh bên em, là điểm dựa tinh thần vững chắc để em có được ngày hôm nay Do thời gian làm thực nghiệm và kiến thức của bản thân còn có hạn, nên không tránh khỏi khóa luận còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô, bạn bè để khóa luận của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Ngày 19 tháng 05 năm 2019

Sinh viên

Toon KhongKha

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Khái quát chung về berberin 2

1.1.1 Đặc điểm cấu trúc hóa học 2

1.1.2 Tính chất hóa lý 2

1.1.3 Ứng dụng trong lâm sàng 3

1.3 Phân tích và lựa chọn chiến lược nghiên cứu 16

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.1.Nguyên liệu, thiết bị 18

2.1.1 Nguyên liệu 18

2.1.2 Thiết bị, dụng cụ 19

2.2 Nội dung nghiên cứu 20

2.2.1 Tổng hợp berberin clorid ở quy mô phòng thí nghiệm 20

-Tổng hợp 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl) ethan-1-amin hydrochlorid (29) từ homopiperonylethan-1-amin hydroclorid (4a) 20

-Tổng hợp berberin clorid (1) từ 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (29) 20

2.3 Phương pháp nghiên cứu 20

2.3.1 Tổng hợp hóa học, khảo sát các thông số tối ưu 20

2.3.2 Phương pháp kiểm tra độ tinh khiết 20

2.3.3 Phương pháp xác định cấu trúc hóa học 21

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ, BÀN LUẬT 24

3.1 Xây dựng quy trình tổng hợp berberin clorid quy mô nhỏ 24

3.1.1 Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (58) từ piperonal 24

3.1.2 Tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (4a) từ 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (58) 27

3.1.3 Tổng hợp

2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (29) từ homopiperonylamin

hydroclorid (4a) 31

3.1.4 Tổng hợp berberin clorid (1) từ 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (29) 35

3.2 Xây dựng quy trình tổng hợp berberin clorid ở quy mô 50 g/mẻ 38

3.2.1 Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (58) từ piperonal 38

3.2.2 Tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (4a) từ 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (58) 39

3.2.3 Tổng hợp 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (29) từ homopiperonylamin hydroclorid (4a) 41

3.2.4 Tổng hợp berberin (1) từ 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (29) 43

3.3 Kiểm tra độ tinh khiết 44

3.3.1 Sắc ký lớp mỏng 44

3.3.2 Nhiệt độ nóng chảy 45

3.4 Xác định cấu trúc hóa học 45

3.4.1 Xác định cấu trúc sản phẩm 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (58) 45

3.4.2 Xác định cấu trúc sản phẩm homopiperonylamin hydroclorid (4a) 46

3.4.3 Xác định cấu trúc sản phẩm 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (29) 46

3.5 Tóm tắt quy trình tổng hợp berberin từ nguyên liệu ban đầu là piperonal 48

CHƯƠNG 4 BÀN LUẬN 49

4.1 Tổng hợp hóa học 49

4.1.1 Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (58) từ piperonal 49

4.1.2 Tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (4a) từ 58 49

4.1.3 Tổng hợp 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (29) từ homopiperonylamin hydroclorid (4a) 49

4.1.4 Tổng hợp berberin (1) từ 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (29) 50

4.2 Cấu trúc hóa học của các hợp chất tổng hợp đƣợc 51

4.2.1 Hợp chất 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (58) 51

4.2.2 Hợp chất homopiperonylamin hydroclorid (6a) 51

4.2.3 Hợp chất

2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (29) 524.2.4 Hợp chất berberin clorid (1) 52KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

DAN MỤC CÁC KÝ ỆU, CÁC C Ữ V ẾT TẮT

AR Tiêu chuẩn phân tích (Analytical Reagent)

AMPK Protein kinase đƣợc hoạt hóa bởi adenosin monophosphat

(Adenosine Monophosphate-Activated Protein Kinase)

LDL Lipoprotein tỉ trọng thấp (Low Density Lipoprotein) m/z Tỉ số khối lượng và điện tích

(Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy)

PBG Đường huyết sau bữa ăn (Postprandial blood glucose)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2 1 Danh mục dung môi, hóa chất 18

Bảng 2 2 Danh mục thiết bị, dụng cụ 19

Bảng 3 1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất phản ứng 25 Bảng 3 2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol nitromethan/piperonal tới hiệu suất phản ứng 26

Bảng 3 3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất phản ứng 27 Bảng 3 4 Kết quả tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (4a) theo 2 phương pháp 29

Bảng 3 5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol giữa NaBH4 và 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (58) đến hiệu suất phản ứng 30

Bảng 3 6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của xúc tác cho phản ứng khử hóa nhóm nitro 30

Bảng 3 7 Kết quả tổng hợp 29 theo 2 phương pháp 33

Bảng 3 8 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol giữa aldehyd và (4a) 33

Bảng 3 9 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các bazơ khác nhau đến hiệu suất phản ứng 34

Bảng 3 10 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất phản ứng 34

Bảng 3 11 Kết quả tổng hợp berberin clorid (1) theo 2 phương pháp 36

Bảng 3 12 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol đến hiệu suất phản ứng 37

Bảng 3 13 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng 38

Bảng 3 14 Kết quả đánh giá độ lặp lại của quy trình tổng hợp chất 58 với tác nhân NaOH 39

Bảng 3 15 Kết quả đánh giá độ lặp lại của quy trình tổng hợp chất 4a 41

Bảng 3 16 Kết quả đánh giá độ lặp lại của quy trình tổng hợp chất 29 42

Bảng 3 17 Kết quả đánh giá độ lặp lại của quy trình tổng hợp chất 1 44

Bảng 3 18 Đặc điểm sắc ký của các hợp chất tổng hợp đƣợc 44 Bảng 3 19 Nhiệt độ nóng chảy của các hợp chất tổng hợp đƣợc 45

Bảng 4 1 Kết quả so sánh phổ 1H-NMR berberin tổng hợp đƣợc và phổ chuẩn

của berberin clorid 53 Bảng 4 2 Kết quả so sánh phổ 13C-NMR berberin tổng hợp đƣợc và phổ

chuẩn của berberin clorid 53 Bảng 4 3 Kết quả so sánh phổ 13C-NMR berberin tổng hợp đƣợc và phổ

chuẩn của berberin clorid (tiếp) 54

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ

Hình 1 1 Phản ứng khử berberin 3

Hình 1 2 Phản ứng thủy phân berberin trong môi trường kiềm 3

Hình 1 3 Sơ đồ tổng hợp berberin của Amé Pictet và Alfons Gams 6

Hình 1 4 Sơ đồ tổng hợp berberin của T Kametani và cộng sự 7

Hình 1 5 Sơ đồ tổng hợp berberin của Viện Y học cổ truyền Trung Quốc 8

Hình 1 6 Sơ đồ tổng hợp berberin của W Liu 9

Hình 1 7 Sơ đồ tổng hợp berberin của Z X Chen 10

Hình 1 8 Sơ đồ tổng hợp berberin của Xiaolin Bian (2006) và Peng Yang 11

Hình 1 9 Sơ đồ tổng hợp berberin của Alice Gatland 12

Hình 1 10 Sơ đồ tổng hợp berberin của Virshinha Reddy 13

Hình 1 11 Sơ đồ tổng hợp berberin của Chen Cheng 14

Hình 1 12 Sơ đồ tổng hợp berberin của Chen Cheng 15

Hình 1 13 Sơ đồ tổng hợp berberin từ piperonal 16

Hình 3 1 Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren từ piperonal với tác nhân amoni acetat 24

Hình 3 2 Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren từ piperonal với tác nhân NaOH 24

Hình 3 3 Sơ đồ tổng hợp homopiperonylamin (4a) từ 58 dùng hệ NiCl2/NaBH4 27

Hình 3 4 Sơ đồ tổng hợp homopiperonylamin (4a) từ 58 dùng hệ CuCl2/NaBH4 28

Hình 3 5 Sơ đồ tổng hợp 29 từ homopiperonylamin hydroclorid (4a) sử dụng NaOH 31

Hình 3 6 Sơ đồ tổng hợp 29 từ homopiperonylamin hydroclorid (4a) sử dụng

triethylamin 32

Hình 3 7 Sơ đồ tổng hợp berberin từ 29 35

Hình 3 8 Sơ đồ tổng hợp berberin từ 29 36 Hình 3 9 Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (58) từ piperonal 38 Hình 3 10 Tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (4a) từ 3,4-

methylendioxy-β-nitrostyren (58) 39 Hình 3 11 Tổng hợp 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-

dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (29) từ homopiperonylamin hydroclorid (4a) 41 Hình 3 12 Tổng hợp berberin (1) từ 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-

dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (29) 43 Hình 3 13 Sắc ký đồ berberin tổng hợp và berberin chuẩn 45 Hình 3 14 Quy trình tổng hợp berberin clorid từ nguyên liệu ban đầu là

piperonal 48

Hình 4 1 Quá trình hình thành nitrostyren 58 49 Hình 4 2 Quá trình khử hóa nitrostyren 58 thành muối amin 4a 49 Hình 4 3 Tổng hợp 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-

dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (29) từ homopiperonylamin hydroclorid (4a) 50 Hình 4 4 Cơ chế phản ứng hình thành berberin (1) từ 29 50

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Berberine là một isoquinolin alkaloid có nguồn gốc từ nhiều loại dược liệu như Hoàng liên, Vàng đắng… Berberine được sử dụng từ rất lâu đời trong nền y học cổ truyền Trung Quốc để điều trị các bệnh do vi sinh vật gây ra như tiêu chảy, nhiễm trùng mắt, bên cạnh đó, berberin cũng có thể giúp ngăn ngừa nhiễm nấm, bội nhiễm nấm và chống lại tác hại của vi khuẩn tả Ngoài ra, berberin còn giúp hạ đường huyết, hạ huyết áp, giúp giảm nồng độ cholesterol máu Hiện nay, các nhà khoa học đặc biệt quan tâm đến hoạt tính chống ung thư của berberin Berberin có khả năng ức chế sự tăng sinh của nhiều loại tế bào ung thư ở dạ dày, tuyến tiền liệt, biểu mô lưỡi và nhiều loại khối u ác tính khác… Nhiều nỗ lực đã được thực hiện nhằm tạo ra những dẫn chất mới dựa trên khung cấu trúc của berberin với hoạt tính sinh học mạnh và chọn lọc hơn [07]

Trên thế giới, các quốc gia như Nhật Bản, Trung Quốc đã tổng hợp và thương mai hóa chế phẩm berberin từ rất lâu Tuy nhiên, ở Việt Nam các nghiên cứu để tổng hợp berberin còn ở quy mô nhỏ, hiệu suất thấp và rất hạn chế Với những tác dụng dược lý và tiềm năng trong điều trị, việc nghiên cứu những phương pháp mới giúp tối ưu hóa quá trình tổng hợp berberin là rất quan trọng

Để góp phần tạo nguồn nguyên liệu làm thuốc và phát triển nền công nghiệp

hóa ngành dược nước nhà, chúng tôi thực hiện đề tài: „„Nghiên cứu xây dựng quy

trình tổng hợp berberin clorid ở quy mô 50g/mẻ” với mục tiêu sau:

Nghiên cứu xây dựng được qui trình tổng hợp berberin quy mô 50 g/mẻ

2

C ƯƠNG 1: TỔNG UAN 1.1 Khái quát chung về berberin

1.1.1 Đặc điểm cấu trúc hóa học

- Công thức phân tử: [C20H18NO4]+ (M = 336,36 đvC)

- Công thức cấu tạo [38]:

- Tên khoa học: a]isoquinolin-7-ium

9,10-dimethoxy-5,6-dihydro-[1,3]dioxolo[4,5-g]isoquinolino[3,2 Dạng dược dụng được quy định trong Dược điển Việt Nam V [4] là muối berberin clorid dihydrat

1.1.2 Tính chất hóa lý

* Tính chất vật lý

- Tinh thể hay bột kết tinh màu vàng, không mùi, vị rất đắng [02]

- Berberin clorid tan trong nước theo tỷ lệ 1/400, tan tốt trong nước nóng, ethanol, không tan trong cloroform và ether [09], [29]

- Berberin clorid có nhiệt độ nóng chảy là 191-192°C [31]

* Tính chất hóa học

- Hóa tính của N: Dạng base có khả năng tạo muối với các acid [03]

[C20H18O4N]+OH- + HCl [C20H18O4N]+Cl- + H2O

- Hóa tính của liên kết đôi [01], [33]:

* Phản ứng cộng vào liên kết đôi C=N+

[C20H18O4N]+Cl- + NaCN [C20H18O4N]+CN- + NaCl

* Nhân thơm có chứa N của berberin có thể bị khử tạo thành hydro alcaloid

không màu như hình 1.1

3

Hình 1 1 Phản ứng khử berberin

- Hóa tính của oxy: Trong môi trường kiềm mạnh vòng isoquinilin bị mở tạo chức

aldehyd gọi là berberinal theo hình 1.2

Hình 1 2 Phản ứng thủy phân berberin trong môi trường kiềm

1.1.3 Ứng dụng trong lâm sàng

a Tác dụng kháng khuẩn

Bererin chủ yếu được dùng để điều trị các bệnh do vi khuẩn hoặc do ký sinh trùng đường ruột gây ra như: tiêu chảy, nhiễm trùng mắt [13] Berberin đã được bào chế dưới dạng thuốc nhỏ mắt để điều trị bệnh viêm kết mạc, điều trị đau mắt hột và đau mắt đỏ do nhiễm khuẩn hoặc những kích ứng từ môi trường bên ngoài (nắng, gió, bụi…) [10] Bên cạnh đó, berberin còn có thể sử dụng để ngăn ngừa nấm và bội nhiễm do nấm [15], [18]

Mặc dù berberin có khả năng ngăn chặn vi khuẩn gây bệnh, tuy nhiên, không ảnh hưởng tới sự phát triển bình thường của hệ vi khuẩn có ích ở ruột Berberin dường như có tác động hiệp đồng với fluconazol giúp chống lại ngay cả trong

nhiễm trùng Candida albican kháng thuốc Phối hợp với các kháng sinh ampicillin hoặc oxacillin để tăng cường tác dụng chống lại Staphylococcus aureus kháng

methicillin Không những thế, việc phối hợp berberin cùng với kháng sinh sẽ hạn

và đường huyết sau ăn (PBG) ở bệnh nhân tiểu đường týp 2 mới được chẩn đoán Đồng thời, nồng độ Hemoglobin A1c (HbA1c) trên những bệnh nhân này giảm 2,0%, tương đương với tác dụng của metformin Ở những bệnh nhân tiểu đường phải kiểm soát bằng cách tiêm insulin, berberine đã giảm HbA1c 0,8% [43]

Tác dụng hạ đường huyết độc lập với insulin của nó có liên quan đến sự ức chế chức năng của ty thể, kích thích quá trình đường phân và kích hoạt con đường AMPK Ngoài ra, berberine cũng có thể hoạt động như một chất ức chế α-glucosidase [30], [31] Ở những bệnh nhân đái tháo đường týp 2 mới được chẩn đoán, berberine có thể hạ thấp mức insulin trong máu thông qua việc tăng cường độ nhạy cảm với insulin Tuy nhiên, ở những bệnh nhân có chức năng tế bào đảo thận kém, berberine có thể cải thiện việc tiết insulin thông qua việc hồi sinh các đảo nhỏ

đã cạn kiệt [43]

c Tác dụng trên hệ thần kinh

Berberine có khả năng bảo vệ các tế bào thần kinh chống lại các rối loạn thoái hóa thần kinh [78], [79], [80] Berberine ức chế prolyl oligopeptidase (POP) phụ thuộc vào liều Berberine có khả năng liên kết các thụ thể sigma giống như nhiều loại thuốc chống trầm cảm tổng hợp khác Kết quả thử nghiệm lâm sàng ở những bệnh nhân trầm cảm, rối loạn cảm xúc lưỡng cực, tâm thần phân liệt hoặc các bệnh

lý liên quan trong đó khả năng nhận thức bị ảnh hưởng sau khi dùng dịch chiết berberin hoặc berberine tinh khiết đều cho thấy berberin giúp cải thiện đáng kể các rối loạn thần kinh trên Bên cạnh đó, berberine có thể ức chế và phòng ngừa bệnh Alzheimer (AD) chủ yếu thông qua cả hai con đường ức chế cholinesterase (ChE)

5

và beta-amyloid, [82], [ 83], ức chế monoamin oxidase (MAO) và hạ cholesterol Thử nghiệm cho thấy sử dụng berberin đường uống với liều 50 mg/kg thể trọng, một lần mỗi ngày, trong 14 ngày, giúp cải thiện được tình trạng suy giảm trí nhớ trong mô hình gây bệnh Alzheimer trên chuột

d Tác dụng hạ lipid máu

Nghiên cứu phân tích meta thực hiện bởi Hui Dong và cộng sự với 11 thử nghiệm ngẫu nhiên có đối chứng trên 874 người tham gia cho thấy việc sử dụng berberine đã làm giảm đáng kể cholesterol toàn phần (giảm 0,61 mmol/L, triglyceride (giảm 0,5 mmol/L) và LDL (giảm 0,65 mmol/ L) so với nhóm đối chứng [16]

So sánh với simvastatin, berberin cũng cho hiệu quả điều trị tương tự: TC, LDL,

TG giảm lần lượt 21,8%; 23,8%; 22,1% đối với berberin và 9,1%; 14,3%; 11,4% đối với simvastatin Mặt khác, berberin còn cho tác dụng hiệp đồng khi kết hợp với simvastatin [24]

Berberin có tác dụng này chủ yếu thông qua quá trình hoạt hóa AMPK Protein kinase hoạt hóa adenosine monophosphate (AMPK), điều hòa chuyển hóa năng lượng bằng cách kích hoạt các con đường tạo ATP như glycolysis và oxy hóa acid béo, ức chế các con đường tiêu thụ ATP như tạo acid béo và tổng hợp cholesterol AMPK thúc đẩy chuyển vị acid béo bằng cách phosphoryl hóa hoặc bất hoạt acetyl

- CoA carboxylase (ACC), làm giảm ảnh hưởng của malonyl - CoA, một chất ức chế quá trình chuyển vị, berberin giúp hoạt hóa AMPK nên giúp hạ lipid máu Ngoài ra, thông qua quá trình hoạt hóa AMPK, berberin còn ức chế tổng hợp và bài tiết TG, cholesterol [42]

e Tác dụng chống ung thư

Các nghiên cứu chỉ ra rằng berberine có khả năng ức chế enzyme arylamin acetyltransferase (NAT) - enzym được cho là khởi phát của ung thư Berberin điều chỉnh biểu hiện gen apoptotic, ngăn chặn sự hình thành khối u mạch máu và ngăn chặn quá trình truyền tín hiệu dẫn truyền Berberine có thể ức chế NF-Kappa B, ngăn chặn sự phát triển của tế bào và gây ra quá trình apoptosis (chết tế bào ung

N-6

thư) trong các tế bào ung thư vú, ung thư tuyến tiền liệt cùng nhiều loại khối u ác tính khác… Berberin làm tăng nhạy cảm của tế bào ung thư vú kháng thuốc với hóa trị doxorubicin và trực tiếp gây ra apoptosis thông qua con đường truyền tín hiệu AMPK [35] Berberin chống lại u nguyên bào thần kinh thông qua việc ức chế hình thành tế bào ung thư, gây độc tính khối u [32]

Berberin làm nhạy cảm các tế bào ung thư phổi [27], gây độc tế bào đối với các

tế bào ung thư cổ tử cung [28], ức chế sự tăng trưởng tế bào trong các tế bào ung thư tuyến tụy bằng cách gây tổn thương DNA [30]

Một nghiên cứu năm 2017 cho thấy, berberin có thể ức chế sự di căn và xâm lấn

của các tế bào ung thư đại trực tràng trong cơ thể và in vitro theo ba cách: ức chế

(COX-2), giảm phosphoryl hóa và ức chế biểu hiện MMP [26]

Với hoạt tính chống ung thư tiềm năng và độ an toàn cao trong sử dụng, do đó, berberin đang là tác nhân chống ung thư khá triển vọng và tiềm năng[14].

1.2 hương pháp tổng hợp berberin

a Phương pháp của AméPictet và AlfonsGams (1911)

Năm 1911, hai tác giả Amé Pictet và Alfons Gams đã đưa ra quy trình tổng hợp berberin lấy (3,4-dimethoxyphenyl) acetic làm nguyên liệu ban đầu theo sơ đồ:

Hình 1 3 Sơ đồ tổng hợp berberin của Amé Pictet và Alfons Gams

uy trình tổng hợp: Hợp chất acyl clorid 3 thu được bằng cách clo hóa acid

2-(3,4-dimethoxyphenyl) acetic (2) bằng PCl5 Sau đó ngưng tụ 3 với homopiperonylamin (4) trong môi trường kiềm thu được amid 5 Đun nóng 5 với

7

với P2O5 ở 68 - 70oC thu được 6 Khử hóa 6 bằng thiếc trong HCl thu được 7 Đem

7 ngưng tụ với HCHO, chất sinh ra cho tác dụng với brom và cacbon disulfid tạo

thành berberin (1) [46]

Nhược điểm: Sử dụng tác nhân nhạy cảm với nước như PCl5, P2O5; quy trình nhiều

giai đoạn khó nâng cấp tổng hợp ở quy mô lớn

b Phương pháp của T Kametani và cộng sự (1969)

Năm 1969, T Kametani và cộng sự đưa ra quy trình tổng hợp berberin theo sơ đồ

hình 1.4 như sau [22]:

Hình 1 4 Sơ đồ tổng hợp berberin của T Kametani và cộng sự

8

uy trình tổng hợp: Ngưng tụ ester 8 với homopiperonylamin (4) thu được

amid 9 Đem 9 phản ứng tiếp với POCl3 trong 2h thu được sản phẩm đóng vòng 10 Khử hóa 10 bằng NaBH4 thu được 11 Loại bỏ nhóm bảo vệ benzyl của 11 bằng HCl đặc trong EtOH thu được 12 Chất 12 tham gia phản ứng Mannich đóng vòng tạo hợp chất 13 Xử lý 13 với Zn trong NaOH giúp loại bỏ nhóm thế (Br-) thu được

14 Sản phẩm 14 được methyl hóa trong nitromethan, thu được 15 chất phản ứng

với I2 thu được berberin iodid Hiệu suất cả quy trình là 3% [22]

Nhược điểm: Quy trình nhiều giai đoạn, hiệu suất thấp, sử dụng nhiều hóa chất

đắt tiền (POCl3, NaBH4)

c Phương pháp của Viện Y học cổ truyền Trung Quốc (1980)

Năm 1980, Viện Y học cổ truyền Trung Quốc đưa ra quy trình tổng hợp

berberin từ phenol qua 17 bước theo sơ đồ hình 1.5 [48]:

Hình 1 5 Sơ đồ tổng hợp berberin của Viện Y học cổ truyền Trung Quốc

Quy trình tổng hợp: Xuất phát từ phenol (16) trải qua các quá trình clo hóa và

thủy phân tạo hợp chất catechol (19) Từ 19 phản ứng với diclomethan trong NaOH

9

được 20, đem 20 tương tác với 1,3,5-trioxan thu 21, chất này kết hợp với hexamethylentetramin, sản phẩm 22 thu được xử lý với acid acetic thu được piperonal (23) Đem 23 ngưng tụ với ClCH2CO2CH3, sau đó thủy phân trong môi

trường kiềm và xử lý với acid acetic thu được aldehyd 28 Ngưng tụ 26 với NH3 tạo

thành imin 27, khử hóa 27 bằng H2 xúc tác Ni thu được homopiperonylamin (4) Tiếp theo, 4 được ngưng tụ với 2,3 –dimethoxybenzaldehyd tạo imin rồi khử bằng

H2, xúc tác Ni cho 28 Muối hydroclorid của 28 tham gia phản ứng đóng vòng với glyoxal được 30 Xử lí trong điều kiện thích hợp sẽ thu được berberin clorid (1)

Hiệu suất toàn bộ quy trình là 15%

Ưu điểm: Độ tinh khiết cao (trên 99%) so với phương pháp chiết xuất (97%)

Năm 1981, xí nghiệp dược phẩm Đông Bắc (Trung Quốc) đã sản xuất berberin theo quy trình này với sản lượng 30 tấn/năm

Nhược điểm: Quy trình phức tạp, hiệu suất thấp, chi phí lớn, sử dụng nhiều tác

nhân gây ô nhiễm môi trường như benzen, dimethyl sulfoxid nên năm 1994,

phương pháp này đã bị ngừng lại [25], [48]

d Phương pháp của W Liu (1981)

Nghiên cứu của W Liu và cộng sự tập trung vào rút ngắn giai đoạn chuyển hợp

chất 20 thành homopiperonylamin (4), đồng thời xuất phát từ nguyên liệu ban đầu

là catechol nên rút ngắn giai đoạn điều chế, giảm lượng hóa chất dung môi, nâng cao hiệu suất (tăng 20% so với viện y học cổ truyền Trung Quốc) [25], [48]

Quy trình tổng hợp được thể hiện trên sơ đồ hình 1.6 [25]:

Hình 1 6 Sơ đồ tổng hợp berberin của W Liu

10

uy trình tổng hợp: Catechol (19) được đem phản ứng với DCM trong môi

trường kiềm thu được chất 20 Alkyl hóa 20 với 1,3,5-trioxan, HCl, PCl3 ở nhiệt độ

70 - 90oC thu được 21 Thực hiện phản ứng thế (-Cl) của 21 bởi (-CN) sau đó khử

hóa bằng H2 xúc tác Ni thu được chất 4 Ngưng tụ 4 với 2,3-dimethoxybenzaldehyd,

sau đó khử hóa tiếp bằng H2 xúc tác Ni thu được 28 Đem 28 tạo phản ứng đóng

vòng với glyoxal sau đó xử lý với NH3 thu được berberin

Nhược điểm: Quy trình sử dụng hợp chất cyanid độc hại (NaCN)

e Phương pháp của Z X Chen (2007)

Năm 2007, Z X Chen và các cộng sự đã nghiên cứu quy trình sản xuất berberin

gồm 6 giai đoạn đi từ nguyên liệu 2,3-dimethoxylphenylmethanol (32) Quy trình

này đã được đưa vào sản xuất trong công nghiệp bởi công ty dược phẩm Changzhou Yabang, Trung Quốc [25], [47] Hiệu suất toàn bộ quy trình là 67% trong đó mỗi giai đoạn đều đạt hiệu suất trên 90%

Hình 1 7 Sơ đồ tổng hợp berberin của Z X Chen

Quy trình tổng hợp: 2,3-dimethoxylphenylmethanol (32) được methyl hóa

bằng dimethyl sulfat trong dung dịch NaOH 30% ở 80°C trong môi trường kiềm thu

được 33 Tiếp theo 33 cho phản ứng với paraformaldehyd và HCl trong toluen ở 30°C thu được 34 Thực hiện phản ứng thế (-Cl) bằng (-CN) thu được 35, thêm

tiếp CH3OH, H2SO4 thu được este 36 Ngưng tụ 36 với homopiperonylamin (4) thu

11

được amid 37 rồi thực hiện phản ứng đóng vòng 37 với PCl5 và DCM thu được

berberin (1)

Ưu điểm: Hiệu suất cao, đã được đưa vào sản xuất trong công nghiệp

Nhược điểm: Sử dụng hợp chất cyanid độc hại (NaCN), tác nhân nhạy cảm với

nước (PCl5)

g Phương pháp của Xiaolin Bian (2006) và Peng Yang (2008)

Sử dụng chất ban đầu là homopiperonylamin (4), hai tác giả X Bian (2006) [11]

và P Yang (2008) [42] đã độc lập đưa ra quy trình tổng hợp berberin theo sơ đồ

hình 1.8 như sau:

Hình 1 8 Sơ đồ tổng hợp berberin của Xiaolin Bian (2006) và Peng Yang

uy trình tổng hợp: Tạo imin 38 bằng cách ngưng tụ 4 với 2,3-dimethoxyl

benzaldehyd ở 100oC trong 8h Sau đó 38 được khử hóa với NaBH4 trong methanol

trong 5h được 28 Lấy 28 cho phản ứng với glyoxal, CuSO4 trong axit formic tạo thành berberin dưới dạng muối format Hòa tan sản phẩm trong methanol và nước, cho phản ứng với CaO rồi chuyển về dạng berberin clorid bằng HCl trong ethanol

[11], [42] Ưu điểm: Ít giai đoạn, hiệu suất cao, có thể nghiên cứu nâng cấp quy

mô tổng hợp

12

h Phương pháp của Alice Gatland (2014)

Năm 2014, Alice Gatland và cộng sự thuộc Phòng thí nghiệm Hóa học - Trường

đại học Oxford đã đề xuất quy trình tổng hợp berberin từ aldehyd 47 và acid 49 sử dụng xúc tác chứa Pd với hiệu suất 50% [17] Quy trình được trình bày ở sơ đồ

13

dụng dung môi THF, EtOH và H2O để thu được berberin clorid từ hợp chất 48 và

50 với hiệu suất 40% Hiệu suất toàn bộ quy trình là 68% tính theo 47 hoặc 50%

tính theo 49 [17]

Nhược điểm: Hóa chất không sẵn có, phản ứng tiến hành phức tạp, khó triển

khai nâng cấp ở quy mô lớn

k Phương pháp của Virshinha Reddy (2015)

Năm 2015, V Reddy và cộng sự đưa ra phương pháp tổng hợp berberin gồm 4

giai đoạn, hiệu suất toàn bộ quá trình đạt 32% như sơ đồ hình 1.10 [37]:

Hình 1 10 Sơ đồ tổng hợp berberin của Virshinha Reddy

uy trình tổng hợp: Dẫn xuất của 2-alkynylarylethanol (54) thu được bằng

cách thủy phân loại nhóm bảo vệ của 53 với tetrabutylamoni florid, hiệu suất 88% Tiến hành phản ứng Sonogashira giữa 54 với 2,3-dimethoxy-5-bromo benzaldehyd

55 thu được hợp chất 56, hiệu suất 65% Isoquinolin 57 tạo thành bởi phản ứng

đóng vòng 56 sử dụng xúc tác AgNO3 và NH4OAc trong alcol tert-butylic, hiệu suất

78% Cuối cùng, thực hiện phản ứng Apel 57 chuyển thành berberin, hiệu suất 72%

[37]

14

Nhược điểm: Nguyên liệu 53 không sẵn có, sử dụng xúc tác đắt tiền, dung môi

độc hại (CCl4), hiệu suất còn thấp, khó triển khai nâng cấp ở quy mô lớn

i Phương pháp của Chen Cheng (2016)Năm 2016, Chen Cheng và cộng sự đưa

ra phương pháp tổng hợp berberin xuất phát từ nguyên liệu ban đầu là pyrocatechol, hiệu suất toàn bộ quá trình đạt 13,6% [50]

Hình 1 11 Sơ đồ tổng hợp berberin của Chen Cheng

Điều kiện phản ứng: (a) CH2Cl2, DMSO, NaOH, 80oC, 4h; (b)(CH2O)n,HCl, PhCH3, 0 - 5oC, 9h; (c) C2H5ONa, CH2(COOC2H5)2, 60oC, 9h; (d) NaOH, HCl, hồi lưu, 6h; (e) C6H5Cl, 130oC, 5h; (f) HCONH2, 180oC, 8h; (g) NaClO, C2H5OH, NaOH, 0 - 80oC, 24h; (h) 2,3-dimethoxybenzaldehyd, CH3OH, NaBH4,70 - 105oC, 10,5h; (i) HCOOH, CHOCHO, CuSO4, 60oC, 4,5h

Quy trình tổng hợp: Đầu tiên catechol (19) phản ứng với CH2Cl2 trong dung môi DMSO, môi trường kiềm ở nhiệt độ 80oC trong 4h thu được 20 Alkyl hóa 20

với paraformaldehyd, toluen, acid clohydric đậm đặc ở 0 - 5oC trong 9h được 21 Cho 21 phản ứng với C2H5ONa, CH2(COOC2H5)2 ở 60 oC trong 9h thu được este

39 Thủy phân este 39 với NaOH, HCl hồi lưu trong 6h thu được dẫn xuất của

acid malonic 40 Cho 40 phản ứng với C6H5Cl ở 130oC trong 5h thu được dẫn

xuất của acid propionic 41 Amid 42 được tạo thành bằng phản ứng giữa 41 và

formamid ở 180oC trong 8h Loại bỏ nhóm CO của amid 42 bằng NaClO, C2H5OH,

15

NaOH giữ ở 0 - 80oC trong 24h thu được homopiperonylamin (4) Đem 4 ngưng tụ

với 2,3-dimethoxybenzaldehyd, khử hóa bằng NaBH4 thu 28, sau đó đóng vòng 28 với glyoxal thu berberin clorid (1)

Nhược điểm: Quy trình gồm nhiều giai đoạn, hiệu suất thấp, khó triển khai

nâng cấp ở quy mô lớn

j Phương pháp của chen cheng

Năm 2017, Chen Cheng và cộng sự tiếp tục đưa ra phương pháp tổng hợp berberin gồm 5 giai đoạn, hiệu suất toàn bộ quá trình đạt 33% xuất phát từ 1,2-

methylenedioxybenzen như sơ đồ hình1.12 [49]:

Hình 1 12 Sơ đồ tổng hợp berberin của Chen Cheng

Điều kiện phản ứng: (a) (Boc)2O, Et3N, CH2Cl2, 4h; (b) CAN, LiBr, CH3CN,

32oC, 8h; (c) Mg, I2, THF, CuBr•SMe2, 0oC, 20 phút; (d) TFA, CH2Cl2, 17h; (e) 2,3-dimethoxybenzaldehyd, CH3OH, NaBH4, 70 - 105oC, 10,5 h; (f) HCOOH, CHOCHO, CuSO4, 60oC, 4,5h

Quy trình tổng hợp: Sản phẩm thế brom 45 thu được bằng cách cho 20 phản

ứng với acetonitril, LiBr, CH3CN ở 32oC, trong 8h, hiệu suất đạt 77% Ziridin (43)

ngưng tụ với di-tert-butyl dicarbonat trong môi trường diclometan và triethylamin

khuấy trộn ở nhiệt độ phòng trong 4h thu được 44, hiệu suất đạt 93% Tiếp theo tạo thuốc thử Grignard và cho 44 tác dụng 45 thu được 46, hiệu suất đạt 78% 46 đem

cho phản ứng với axit trifluoroacetic, CH2Cl2 ở nhiệt độ phòng trong 17h thu được 4 với hiệu suất đạt 94% Ngưng tụ 4 với 2,3-dimethoxybenzaldehyd tạo imin sau đó

16

khử bằng NaBH4 thu được 28, hiệu suất đạt 96% 28 đóng vòng với glyoxal trong

môi trường acid formic và CuSO4 ở 60oC trong 4,5h thu được 1, hiệu suất đạt 60%

Nhược điểm: Sử dụng hóa chất đắt tiền, dẫn chất cyanid độc hại (CH3CN), khó triển khai nâng cấp ở quy mô lớn

1.3 Phân tích và lựa chọn chiến lược nghiên cứu

Các quy trình tổng hợp berberin đã được công bố có những nhược điểm như: nhiều giai đoạn, hiệu suất thấp, sử dụng các hóa chất dung môi đắt tiền, không có sẵn Để có thể nâng cấp ở quy mô lớn hơn yêu cầu cần phải xây dựng được một quy trình ít giai đoạn, hiệu suất tốt và đi từ các nguyên liệu rẻ tiền dễ kiếm Phần lớn các quy trình tổng hợp berberin trên đều đi qua chất trung gian homopiperonylamin (6) Đây là một hướng đi đầy hứa hẹn được các nhà khoa học quan tâm Năm 2017, nhóm nghiên cứu tại bộ môn Công Ngiệp Dược – Đại học Dược Hà Nội đã thực hiện thành công quy trình sản xuất berberin từ piperonal ở

quy mô phòng thí nghiệm như hình 1.13 [06]:

Hình 1 13 Sơ đồ tổng hợp berberin từ piperonal Điều kiện phản ứng: (a) CH3NO2, AcOH, NH4OAc, 120oC, 1,5h; (b) NaBH4, MeOH, THF, Ni2B, 25 - 30oC, 3,5h; (c) 2,3-dimethoxybenzaldehyd, NaOH, MeOH,

Na2SO4, 70oC, 8h ; (d) NaBH4, MeOH, 70oC, 6h; (e) glyoxal, CuSO4, HCOOH,

100oC, 26h

Trong luận văn này, chúng tôi lựa chọn phương pháp tổng hợp 6 đi từ nguyên

liệu ban đầu là piperonal Sở dĩ lựa chọn piperonal là do những ưu điểm về trữ

17

lượng, giá thành, phương pháp sản xuất đơn giản Bên cạnh đó, qui trình tổng hợp berberin từ piperonal khá dễ dàng, tác nhân sử dụng rẻ tiền dễ kiếm, sản phẩm đạt yêu cầu về độ tinh khiết và giới hạn tạp chất Do đó, chúng tôi lựa chọn nghiên cứu, khảo sát quy trình này nhằm nâng cao hiệu suất từng giai đoạn để có thể triển khai ở qui mô lớn hơn (50 g/mẻ) và có khả năng ứng dụng trong sản xuất

Bảng 2 1 Danh mục dung môi, hóa chất

19

4 Cân kỹ thuật Sartorius BP 2001S, độ chính xác 0,01

20

2.2 Nội dung nghiên cứu

2.2.1 Tổng hợp berberin clorid ở quy mô phòng thí nghiệm

-Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (58) từ piperonal (23)

-Tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (4a) từ 3,4-methylendioxy nitrostyren (58)

-β Tổng hợp 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl) ethan-1-amin

hydrochlorid (29) từ homopiperonylamin hydroclorid (4a)

-Tổng hợp berberin clorid (1) từ

2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (29)

2.3 hương pháp nghiên cứu

2.3.1 Tổng hợp hóa học, khảo sát các thông số tối ưu

Sử dụng các phản ứng hóa học với các tác nhân phù hợp để thu được sản phẩm mong muốn

2.3.2 Phương pháp kiểm tra độ tinh khiết

Sản phẩm được kiểm tra sơ bộ độ tinh khiết bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng

và đo nhiệt độ nóng chảy

a Sắc ký lớp mỏng

- Pha tĩnh: Bản mỏng silica gel 60 F254 (Merck)

- Pha động: Hệ dung môi khai triển sử dụng

 n-hexan : EtOAc = 3,0 : 7,0

 CH2Cl2 : CH3OH = 90,0 :1,0

 n– buOH : AcOH : H2O = 9,0 : 2,0 : 2,5

21

Quan sát sắc ký đồ dưới ánh sáng tử ngoại ở bước sóng 254 nm, 366 nm hoặc hiện màu bằng dung dịch ninhydrin 0,1% trong ethanol hoặc dùng hơi iod

b Đo nhiệt độ nóng chảy

Nhiệt độ nóng chảy đo bằng máy đo nhiệt độ nóng chảy EZ-Melt (Mỹ)

2.3.3 Phương pháp xác định cấu trúc hóa học

Các sản phẩm tổng hợp được xác định cấu trúc thông qua các số liệu phổ khối lượng (MS), phổ hồng ngoại (IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR, 13C-NMR)

Phổ khối lượng: Đo trên máy LC-MS/MS-Xevo, tại phòng Phân tích khối phổ,

Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, tại khoa Hóa học, trường đại học Khoa học tự nhiên, đại học Quốc gia Hà Nội, chế độ đo ESI

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân: Đo trên máy Bruker AV 500, tần số 500 MHz (đối với 1H-NMR), 125 MHz (đối với 13C-NMR) tại khoa Hóa học, trường đại học Khoa học tự nhiên, đại học Quốc gia Hà Nội, dung môi DMSO

24

C ƯƠNG 3 T ỰC NG ỆM, KẾT UẢ, ÀN LUẬT 3.1 Xây dựng quy trình tổng hợp berberin clorid quy mô nhỏ

3.1.1 Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (58) từ piperonal

3.1.1.1 Khảo sát, lựa chọn điều kiện phản ứng

 Theo tác giả Vinogradova sơ đồ phản ứng như sau [39]:

Hình 3 1 Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren từ piperonal với tác nhân

amoni acetat

Quy trình tổng hợp: Thêm lần lượt 1,00 g (6,67 mmol) piperonal; 0,45 ml

(8,34 mmol) nitromethan; 0,29 g (3,77 mmol) amoni acetat và 5,0 ml acid acetic băng vào bình cầu 100 ml khuấy và đun ở nhiệt độ 120oC trong 1,5 giờ Kết thúc phản ứng, rót hỗn hợp nóng vào nước đá Lọc tủa thô, hòa tan tủa trong 5,0 ml hỗn hợp dung môi ethanol: aceton tỉ lệ 2:1, thêm 0,03 g than hoạt tẩy màu Lọc thu dịch,

để kết tinh qua đêm trong tủ lạnh Sau đó, lọc lấy tủa, sấy khô thu được 58 tinh

khiết

Kết quả:

- Cảm quan: Chất rắn, màu vàng, tinh thể hình kim

- Khối lượng: 0,78 g (hiệu suất đạt 60,59%)

- Hệ số lưu giữ: Rf = 0,8 (CH2Cl2 : methanol = 90,0 : 1,0)

- Nhiệt độ nóng chảy: 159,1 - 161,5oC (tài liệu [39]: 153 – 154oC)

 Theo tác giả Vogel [40], và Brendan Phillips [36] sơ đồ phản ứng như sau:

Hình 3 2 Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren từ piperonal với tác nhân

NaOH

25

Quy trình tổng hợp: Thêm lần lượt 1,00 g (6,67 mmol) piperonal; 0,36 ml

(6,67 mmol) nitromethan và 10,0 ml methanol vào bình cầu 100 ml, khuấy đều Làm lạnh hỗn hợp phản ứng về 0oC bằng nước đá muối và thêm từ từ 0,8 ml dung dịch NaOH 10,5M khuấy trộn trong 30 phút Sau khi quá trình thêm NaOH kết thúc, pha loãng khối phản ứng với 10,0 ml nước lạnh và rót vào 45,0 ml dung dịch HCl 4%, kết hợp khuấy mạnh thấy xuất hiện tủa vàng Lọc tủa thô, hòa tan tủa trong 5,0 ml hỗn hợp dung môi ethanol: aceton tỉ lệ 2:1, thêm 0,03 g than hoạt tẩy màu Lọc thu dịch, để kết tinh qua đêm trong tủ lạnh Sau đó, lọc lấy tủa, sấy khô

thu được 58 tinh khiết

Kết quả:

- Cảm quan: Chất rắn, màu vàng, tinh thể hình kim

- Khối lượng: 0,97 g (hiệu suất đạt 75,38%)

- Hệ số lưu giữ: Rf = 0,8 (CH2Cl2 : methanol = 90,0 : 1,0)

- Nhiệt độ nóng chảy: 159,5 – 162,0oC (tài liệu [39]: 153 – 154oC)

Nhận xét: Dựa trên các kết quả thực nghiệm chúng tôi lựa chọn phương pháp 2

để tiếp tục khảo sát do hiệu suất tốt hơn, tiến hành đơn giản, đi từ các tác nhân rẻ tiền, thời gian tiến hành nhanh

3.1.1.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng

a Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Giữ nguyên các điều kiện phản ứng, chỉ thay đổi tỷ lệ nnitromethan : npiperonal = 1,2 : 1,0 đồng thời thay đổi thời gian phản ứng sau khi thêm NaOH Sản phẩm được đánh giá bằng SKLM với hệ dung môi CH2Cl2:MeOH (90,0:1,0) Kết quả như bảng (3.1)

Bảng 3 1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất phản ứng

Thời gian (phút) Khối lượng 58 (g) t o nc ( o C) Hiệu suất (%)

26

Nhận xét: Qua bảng khảo sát trên nhận thấy thời gian tối ưu của NaOH khi cho

thêm là 40 phút Bởi đây là khoảng thời gian cần thiết để lượng sản phẩm trung gian tạo ra tối đa Nếu ít hơn thì lượng chất trung gian tạo ra ít nên hiệu suất thấp còn nếu nhiều hơn thì không có sự khác biệt đáng kể

b) Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol piperonal và nitromethan

Giữ nguyên thiết kế thí nghiệm ban đầu, chỉ thay đổi tỷ lệ mol piperonal và nitromethan thông qua sự thay đổi lượng nitromethan dùng cho phản ứng Sản phẩm được đánh giá bằng SKLM với hệ dung môi CH2Cl2 : MeOH (90,0 : 1,0) Kết

quả khảo sát thu được theo bảng 3.2

Bảng 3 2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol nitromethan/piperonal tới hiệu

suất phản ứng

(ml)

Tỷ lệ mol nitromethan/

c Khảo sát ảnh hưởng của dung môi

Giữ nguyên điều kiện phản ứng, thay đổi các thông số đã tối ưu đồng thời khảo sát ảnh hưởng của dung môi đến phản ứng Sản phẩm thu được được đánh giá bằng

27

SKLM với hệ dung môi CH2Cl2 : MeOH (90 : 1) Kết quả khảo sát thu được theo

bảng 3.3

Bảng 3 3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất phản ứng

Nhận xét: Qua bảng 3.3 trên nhận thấy sử dụng dung môi là ethanol cho hiệu

suất tương đương methanol, nhưng ưu điểm là đỡ độc hại hơn nên chọn ethanol làm dung môi phản ứng

3.1.2 Tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (4a) từ nitrostyren (58)

3,4-methylendioxy-β-Homopiperonylamin (4) là một amin dạng lỏng, rất dễ bị oxy hóa đồng thời khó

xác định các thông số vật lý đặc trưng Xuất phát từ điều này, nhóm nghiên cứu

chuyển dạng amin (base) về dạng amin hydroclorid (4a) với mục đích để tăng độ ổn

định chuyển dạng sản phẩm từ thể lỏng sang thể rắn nhằm thuận lợi hơn trong bảo quản và đánh giá chất lượng

3.1.2.1 Khảo sát, lựa chọn điều kiện phản ứng

Phương pháp 1: Sử dụng hệ khử là NiCl 2 /NaBH 4 theo tác giả Osby & Ganem và một số cải tiến với sơ đồ phản ứng như sau [34]

Hình 3 3 Sơ đồ tổng hợp homopiperonylamin (4a) từ 58 dùng hệ NiCl2/NaBH4

Quy trình tổng hợp: Hòa tan hoàn toàn 3,68 g (15,5 mmol) NiCl2.6H2O trong

300 ml methanol Thêm từ từ 1,76 g (46,5 mmol) NaBH4, chú ý sự tạo bọt Thêm từ

từ 5,0 g (25,91 mmol) hợp chất nitro 58 vào khuấy trộn trong 30 ph sau đó thêm

tiếp từng phần nhỏ 4,1 g NaBH4 5 ph một lần chú ý sự tạo bọt Sau 15 phút, hỗn

làm lạnh qua đêm Đem lọc, thu được sản phẩm muối amin clorid (4a)

Kết quả:

- Cảm quan: Chất rắn màu trắng

- Khối lượng: 3,52 g (hiệu suất đạt 67,43%)

- Nhiệt độ nóng chảy: 207 - 210oC (tài liệu [46]: 213 – 214oC)

- Hệ số lưu giữ: Rf = 0,56 (n– BuOH : AcOH : H2O = 9,0 : 2,0 : 2,5)

Phương pháp 2: Sử dụng hệ khử là CuCl 2 /NaBH 4 theo tác giả Jademyr với sơ đồ phản ứng như sau [21]:

Hình 3 4 Sơ đồ tổng hợp homopiperonylamin (4a) từ 58 dùng hệ

CuCl2/NaBH4

Quy trình tổng hợp: Thêm từ từ 5,0 g (25,91 mmol) hợp chất nitro 58 vào hỗn

dịch (đã được sục khí N2) của 7,36 g NaBH4 trong IPA (83,0 ml) và nước (41,5 ml) Sau đó thêm từng giọt 1,3 ml CuCl2 2M vào hỗn hợp phản ứng Nâng nhiệt độ hỗn hợp phản ứng lên 80oC (duy trì trong 30 phút) Để hỗn hợp phản ứng về nhiệt độ phòng, thêm 52,0 ml dung dịch NaOH 25% khuấy trộn đến khi xuất hiện sự tách pha Pha IPA được lấy riêng, pha nước sau đó chiết với IPA (3x78,0 ml) Dịch chiết sau đó được gộp lại, làm khan với Na2SO4, sau đó đem lọc Thêm HCl đặc cho đến khi pH = 1-2 Bốc hơi dung môi thu cặn xám, sau đó thêm aceton khuấy trộn trong

1h Lọc khối phản ứng và rửa với aceton thu được chất rắn màu trắng

29

Kết quả:

- Cảm quan: Chất rắn màu trắng

- Khối lượng: 4,02 g (hiệu suất đạt 77,01%)

- Nhiệt độ nóng chảy: 210 - 212oC (tài liệu [46]: 213 – 214oC)

- Hệ số lưu giữ: Rf = 0,56 (n– BuOH : AcOH : H2O = 9,0 : 2,0 : 2,5)

Bảng 3 4 Kết quả tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (4a) theo 2 phương

Nhận xét: Qua bảng 3.5 nhận thấy phương pháp 2 cho hiệu suất cao hơn

đồng thời qua thực nghiệm nhận thấy phương pháp 2 có nhiều ưu điểm hơn

phương pháp 1: Sử dụng dung môi là nước nên an toàn không sợ cháy nổ (do phản ứng sinh nhiệt), lượng chất khử sử dụng ít hơn, dung môi hữu cơ ít độc hại hơn, tinh chế dễ dàng hơn lựa chọn để khảo sát tối ưu

3.1.2.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng

a Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol giữa NaBH 4 và nitrostyren

3,4-methylendioxy-β-Giữ nguyên các điều kiện phản ứng và lượng các chất như thí nghiệm ban đầu,

chỉ thay đổi tỷ lệ mol 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren và NaBH4 thông qua sự thay đổi lượng NaBH4 dùng cho phản ứng Sản phẩm thu được được đánh giá bằng SKLM với hệ dung môi butanol : acid acetic : H2O (9,0 : 2,0 : 2,5) Kết quả khảo

sát được thể hiện trên (bảng 3.5)

30

Bảng 3 5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol giữa NaBH4 và

3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (58) đến hiệu suất phản ứng.

trình là 8,5 : 1,0

b Khảo sát ảnh hưởng của xúc tác cho phản ứng khử hóa nhóm nitro

Giữ nguyên các điều kiện phản ứng và lượng các chất như thí nghiệm ban đầu, chỉ thay đổi xúc tác khử Sản phẩm thu được được đánh giá bằng SKLM với hệ dung môi butanol : acid acetic : H2O (9,0 : 2,0 : 2,5) Kết quả khảo sát thu được

Nhận xét: Khi dùng cùng 1 tỷ lệ mol (1 : 10) giữa dạng muối của kim loại

khử và hợp chất nitro thì muối CuCl2 và CuSO4 tỏ ra ưu thế vượt trội so với muối NiCl2, trong đó dạng muối CuCl2 tỏ ra rất hiệu quả nên được lựa

chọn khi nâng cấp quy trình