Nghiên cứu quy trình bán tổng hợp Cacbocystein quy mô 1,0 kg-mẻ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay có đến 80% số các bệnh lý hô hấp liên quan đến đờm. Trong đó, Carbocystein được dùng khá phổ biến. Tại Việt Nam chưa có cơ sở nào sản xuất nguyên liệu này. Nhằm góp phần thúc đẩy phát triển công nghiệp hóa được trình được tác giả thực hiện đề tài "Nghiên cứu bán tổng hợp carboncystein quy mô 1,0 kg/mẻ với mục tiêu xây dựng quy trình tổng hợp carbocystein với quy mô 1,0 kg/mẻ đạt tiêu chuẩn BP2007

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu quy trình bán tổng hợp Cacbocystein quy mô 1,0 kg-mẻ

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH BÁN TỎNG HỢP CARBOCYSTEIN QUY MÔ 1,0 kg/MẺ sv , Dương Văn Khoa*; TkS. Nguyễn Văn Giang* H ư ớng dẫn: PGS. TS. N guyễn B ìn h h u y ê n * TÓM T T Hiện nay, có đến 80% số các bệnh lý hô hấp liên quan đến đờm. Trong đó, carbocystein được dùng khá phổ biến. Tại Việt Nam chưa có cơ sở nào sản xuất nguyên liệu này. Nhằm góp phần thúc đẩy phát Iriển công nghiệp hóa được chúng tồi thực hiện đề tài “Nghiên cứu bán tổng h p carbocyst in quy mô 1,0 kg/mẻ” với mục tiêu: Xây dựng được quy tr nh tổng hợp carbocystein với quy mô 1,0 kg/mè đạt tiêu chuẩn BP2007. Đối tưọng và phương pháp nghiên cứu: Carbocystein được tổng hợp từ 2 nguồn nguyên liệu là Lcystin và Lcystein hydrocloriđ monohyđrat. Phư ng pháp I : Từ l^cystin tiến hành khử hóa trong môi trường kiềm với sự có mặt cửa kẽm và acid monocloroacetic thu được carbocystein. Phư ng pháp 2: SAlkyl hóa Lcystein hyđroc oriđ monohyđrat với acid monocloroacetic trong môi trường kiềm thu được carbocystein. SKLM với hệ đung môi thích họp, xác định cấu trúc sản phẩm bằng phổ IR, MS, fHNMR, kiểm nghiệm sản phẩm tổng hợp được theo tiêu chuẩn BP2007. Kết quả; Tổng hợp carbocystein íừ Lcysíin: Hiệu suất đạt 78,0%, t„c 196199°c. Tổng hợp carbocystein từ Lcystein hyđrocloriđ monohydrat: Hiệu suất đạt 98,6%, tnc 197199°c. Khảo sát một sổ yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất tổng hợp carbocystein từ Lcystein, chọn điều kiện thích hợp nhất đề nâng cẩp quy mô mẻ: Sục khí N2 trong suốt quá tr nh phàn úng, tỷ lệ mol acid monocloroacetic: Lcystein hydroclorid monohyđrat=l,l: i; Phản ứng diễn ra với hiệu suất cao ở khoảng nhiệt độ 035°C; Nồng độ dung dịch NaOH bằng 7 5M thay cho NaOH 5M; t nh chế sàn phẩm bằng nước. Kết quả phổ carbocystein: IR (KBr, cm'1): 3019 (NH3+);1687 (>C=Oacid); ESIMS: m/z 178,0 t(MIi)'] 357,0 [(2M H)“3; ‘HNMR (DMSOík ppm): 5 3,0 (ÍH, dd,Cr KQ; s 3,1 (1H, dd, C3Hp); a 3,3 (2H, s, C5H2); 5 3,9 (1H, dd, CrHJ. Carbocystein được kiểm nghiệm đạt tiêu chuẩn BP2007, hàm lượng dạt 99,6%. Kết luận: Như vậy, chóng tôi đã bán tổng hợp được CMC quy mô ỉkg/mẻ đạt tiêu chuẩn BP2007. * Từ khóa: Carbocystein; Bán tổng hợp. S tu d y in g s m i-sy n th tic p ro c s s o f ca rb oc ừ t in a t th sca l o f L 0 kg /b a tch Sum m ary Currently, approximately 80% of respiratory diseases are related to sputum. In which, carbocisteine is commonly used. However, there isn’t any factoiy manufacturing this raw pharmaceutical materials in Vietnam. In order to promote the development of our pharmaceutical industry, we have researched for "Studying semisynthetic process of carbocisteine at the scale of 1.0 kg/batch" with the aim: Developing the carbocisteine semisynthesizing process at the scale of 1.0 kg/batch", conformed BP2007 standards. Materials and method: Carbocisteine is synthesized from 2 sources including Lcystine and Lcysteine hydrochloride monohydrate. Method 1: From Lcystine carried out by reductive Salkylation in alkaline medium in the presence of zinc and raonochloroacetic acid to obtain carbocisteine. * Đại học Dược Hà Nội 676
Method 2: Salkylation of Lcysteine hydrochloride monohydrate with monochloro acetic acid in an alkaline environment obtained carbocisteine. Thin layer chromatography (TLC) with a suitable solvent system, the structure of product was identified by IR, MS, HNMR spectroscopy, carbocisteine was evaluated through BP2007 standards. Results: Synthesis of carbocisteine from Lcystine: yield 78.0 %, melting point 196199°c. Synthesis of carbocisteine from Lcysteine hydrochloride monohydrate : yield 98.6%, melting point 197Ỉ99°C. Surveying a number of factors affecting the performance carbocisteine synthesis from Lcysteine hydrochloride raonohydrate, choosing the most suitable conditions for upgrading scale batch: Aerating of N2 gas during the reaction, the molar ratio of monocloroacetic acid: Lcysteine hydrochloride monohydrate is 1.1:1; reaction occurs with high efficiency in the temperature range of 035°C, with concentrations of NaOH 7.5M instead of NaOH 5.0M, using water to purify products. Resulted carbocystein spectroscopy: ĨR (KBr, cm'1): 3019 (NH3+);1687 (>C=Oacid); ESXMS: mJz 178,0 [(MH)] 357,0 [(2MH)]'; ‘HNMR (DMSOrffi, ppm): 5 3,0 (1H, đđ, C3Ha); 8 3,1 (1H, dd, C3Hp); s 3,3 (2H, s, C5H2); 6 3,9 (1H, dd, C2H). The obtained carbocisteine contains 99.6% of carbocisteine calculated with reference to the dried substance. The results showed that carbocisteine was met the requirement of BP 2007. Conclusion: Thus, we have been semisynthesized carbocisteine at the scale of 1.0 kg/batch" conformed the BP2007 requirements. * Key words: Carbocisteine; Semisynthesizing process. LĐẶTV NĐ Carbocystein (carbocisteine: CMC) được dùng rất phổ biến để điều trị các bệnh về đường hô hấp [0]. Carbocystein có tác dụng ỉàm lỏng dịch nhày đường hô hấp, được đùng trong các trường hợp rối loạn hô hấp, đặc biệt liên quan đến tăng tiết hoặc tăng độ nhày nhót như viêm phế quản cấp hoặc mạn tính, giãn phế quản, viêm phế quản dạng hen hoặc khí phế thũng. Carbocystein được dùng điều trị hỗ trợ trong viêm tai, viêm xoang, viêm mũi họng, chảy dịch ống tai và giảm việc tăng tiết trước khi phẫu thuật [0]. Tuy nhiên, trên thị thường Việt Nam các biệt dược chứa carbocystein đều có nguồn gốc nhập khẩu và chưa đơn vị nào trong nước tổng hợp đươc nguyên liệu này. M ặt khác, Carbocystein có thể tổng hợp được từ nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước là Lcystin và Lcystein (sản phẩm thủy phân từ các nguồn keratin). Nhằm góp phần thúc đẩy phát triển công nghiệp hóa dược trong những năm tới, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu bán tổng hợp carbocyst in quy m ô ĩ,0 kg /m è” vói mục tiêu: Xây d ựn g được quy trình bán tổng hợp Carbocyst in với quy m ô Ik g /m ẻ đạt tiêu chuẩn BP2007. II. nguY n lI u v à p h ư ơ n g p h á p n g h iê n c u 2.1. Nguyên liệu Lcystin và Lcystein hydroclorid monohydrat được sản xuất tại phòng thí nghiệm Tổng họp Hóa được (Bộ môn Công nghiệp Dược, Trường Đại học Dược Hà Nội) và các hóa chất cần thiết khác có nguồn gốc Sigma và Aldrich (Mỹ), T rang Quốc. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Tổng hợp hóa học theo sơ đồ sau. 4 Tổng hợp từ Lcystin [03. nH 2 O HOOc^ s- s^ Y cOOH NH* a j L m ° NH2 Lcystin C a rb o c y s te ín
+ Tổng hợp từ Lcystein hydroclorid monohydrat [0], [03. 1 0 0 h s ^ Ỵ ^ o h ° _ ^ o h H° Y ^ s ^ A o h NH2 .H C1.H20 N OH 0 N H2 L-cystein hydroclorid monohydraỉ Carbocysíein Sử dụng phương pháp SKLM với hệ dung môi thích hợp, hiện màu bằng dung dịch Ninhydrin 1% trong aceton để theo dõi tiến tr nh phản ứng. Xác định sợ bộ độ tinh khiết của sản phẩm bằng SKLM và đo nhiệt độ nóng chảy. Khẳng định cấu trúc sản phẩm bằng phổ ĨR, MS và phổ Kiểm nghiệm sản phẩm Carbocystein tổng hợp được theo các chỉ tiêu chất lượng của BP 2007 [0]. í ĩ ĩ . TH Ự C N G H IỆ M V À K Ế T QUẢ 3.1. Tổng h ọp Carbocystein từ L-cystín Cho vào b nh cầu 3 cổ dung tích 250ml hỗn họp gồm: È0,00g (0,042mo ) Lcystin và 10,00g (0,106moí) acid monocloroacetic vào 100 mi nước ở nhiệt độ phòng. Nitơ được sục liên tục trong quá tr nh phản ứng. Thêm tù từ 40,0ml NaOH 5M vào khối phản ứng, nhiệt độ duy tr khoảng 2 5 °c. Thêm tiếp 20g (0,31 moi) kẽm đã được hoạt hóa, khuấy 45 phút. Sau đó lọc íoạị bỏ kẽm dư, dịch lọc được điều chinh về pH 2 bằng acid sulfuric đặc. Làm lạnh bằng nước đá khoảng 1 giờ, lọc kết tủa sản phẩm đem sấy ở 6 0 °c trong 3 giờ, thu được 1 ỉ,67g sản phẩm thô. Hiệu suất đạt 78%, tnc 196199°c , Rf =0,24 (nButanoỉ: Acid acetic: Nước cất= 6:2:2). 3.2. Tổng hợp Carbocysteịn từ L-cystein hyđrocloriđ monohydrat (L-CHM) Cho vào b nh cầu 3 cổ dung tích 500mĩ hỗn họp gồm: 0,00 g (0,057m o ) Lcystein hydroclorid monobydrat; 5,94g (0,063m ol) acid m onocloroacetic; 5,0ml nước đ ã được sục k h í N2 ở nhiệt độ phòng. Sau đó, làm lạnh khối phản ứng về 0 ° c 5 °c bằng nước đá. Thêm từ từ 34,0 m N aOH 5M vào khối phản ứng, nhiệt độ suổt q uá tr nh phản ứng đuy tr 0 ° c 5 ° c (chú ý: sục khí N 2 trong suốt quá tr nh phản ứng). Sau đô khuấy thêm 10 phút, rồi điều chỉnh khối phản ứng về pH=6 bằng dung địch HC1 5M. L àm lạnh k hối ph ản ứ ng b ằn g IHTỚC đ á tron g 1 giờ, L cy stein d ư sẽ tủ a lại, íọc lo ại tủ a L c ystein , thu lấy dịch lọc. Điều chỉnh pH của dịch lọc về 2,8 bằng HC1 2M . Sau đó làm lạnh dịch pH 2,8 bằng nước đá trong Ih, CM C sẽ kết tinh dưới dạng muối nội. Lọc thu lấy tinh thể, sấy ở 6 0°c trong 3 giờ thu được 1 0 , ĩ l g sản phẩm thô. H iệu suẩt đạt 98,6%, tnc 187°C190°C, Rf = 0,24 (nButanol: A cid acetic: Nước cất= 6:2:2). Phản ứng tong hợp CM C từ L-CH M thực hiện thuận lọ ị c tính ổn định và đạt hiệu suất cao. Phản ứng tổng hợp C M C từ L -cy stin c hiệu suấ t thẩp h n, diễn ra ph ức tạp h n, c sừ d u n g tác nhân kẽm đ ể khử nhưng sau đ p hả i loại kẽm dư. * Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất phản ứng tổng hợp Carbocyst in tìcL-cyst in hydrocloríd monohydrat: Tỷ lệ mol acid monocloracetic (MCA) và Lcỳstein.HCl.H20 . Thí nghiệm đtrợc tiến hành như trên, kết quả khảo sát tỷ lệ moi MCA:Lcystein.HCI.H20 được thể hiện trong bảng 1:
Bảng 1. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng tỷ lệ mol M CA: L CHM tới hiệu suất phản ứng Khối lượng Khối lượng Tỷ lệ moi MCA: Khối lượng Hiệu suất STT T°nc(°C) LCHM(g) MCA (g) LCHM MCM (g) (%) 1 10,00 4,85 0,90 8,42 91,67 187190 2 10,00 5,38 1,00 9,62 94,35 185188 3 10,00 g ||§ t |l l ||f ; f |l § 10,10 ililtls lo ftil 185187 4 10,00 6,19 1,15 10,02 98,24 186189 5 10,00 6.46 1,20 10,05 98,56 187189 Tỷ lệ mol MCA: LCHM = 1 ,1 cho hiệu suất cao nhất, khi tăng tỷ lệ hiệu suất gần như không đổi. Nhiệt độ phản ứng: Thí nghiệm được tiến hành như trên vói tỷ lệ số mol M CA:LCHM= 1,1; kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất phản ứng được thể hiện ở bảng 2: Bảng 2. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu suất phản ứng Khối lirọng L Khểi lượng Khếi lượng STT Nhiệt độ Hiệu suất (%) T°nc(°C) CHM
Tỉnh chế: Cách ỉ : Tính chế bằng nước. Hòa tan 10,0 (g) sản phẩm thô vào trong 500,0ml nước sôi, lọc nóng thu địch lọc. Dịch lọc được để kết tinh lạnh qua đêm. CMC sẽ kết tinh dưới dạng tinh thể trắng, lóng lánh. Lọc, rửa bằng nước lạnh, sấy ở 60°c trong 3 giờ thu được 9,42g sản phẩm. Hiệu suất quá tr nh kết t nh khoảng 94,0%, nhiệt độ nóng chảy 204206°C. Cách 2: Tinh chế bằng acid. Tạo hỗn địch của 10,Og CM C thô với dung dịch 35ml HC1 2N (HC1 dư khoảng 25%). Đun sôi hỗn dịch trong 5 phút, rồi làm lạnh về 30°c. Điều chỉnh pH đung địch đến 2,8 bằng đung địch NaOH 2N. Sản phẩm càrbocystein sẽ kết tủa. Lọc rửa tủa sản phẩm tới khi hết ion c r, sấy 60°c trong 3 giờ thu được 9,5g sản phẩm. Hiệu suất quá tr nh tinh chế đạt 95,0%. Nhiệt độ nóng chảy: 204205,5°c. Nâng c p quy trình tồng hợp CMC từ L-CHM. Điều kiện: + Cấp khí N 2 trong suốt quá tr nh phản ứng. + Nhiệt độ < 30°c + Tỷ lệ mol MCA:L~CHM = 1 ,1 . + Tinh chế sản phẩm thô bằng nước. Tổng hợp quy mô lOOg/mẻ, thu được bảng số liệu: Bàng 4. Kết quả tổng hợp Carbocystein quy mô lOOg/mẻ STT Khối lượng Khổi lượng y NaOH 7>5M Khối lượng H ĩệusuất(% ) T°flc(0C ) LCHM(g) MCA 00 (ml) CMC (g) 1 110,00 65,00 250,0 102,23 91,12 204205 2 110,00 65,00 250,0 101,96 90,88 204,5205,5 3 ỉ 10,00 65,00 250,0 102,49 91,35 204,5205,5 Trung b nh 102,23 91,12 Tổng hợp quy mô 500g/mẻ. Bảng 5. Kết quả tổng hợg Carbocystein quy mô 500g/mẻ Khối lượng Khối lượng 7,5M N aO H Khối lưọng Hiệu suất STT T 'w m LCHM (g) MCA (g) (ral) CMC(g) (%) 1 540,00 320,00 1230,0 496,35 90,12 204,5205,5 2 540,00 320,00 1230,0 493,10 89,53 204205 3 540,00 320,00 1230,0 494,42 89,77 204,5205,5 Trung b nh 494,62 89,81 Tổng hợp quy mô l»0kg/mẻ. 680
Bảng 6. Kết quả tổng hợp Carbocystein quy mô 1,0 kg/mẻ Khối lượng Khối Iưọt g V NaOH 7S5M Khối iưọiig STT Hiệu suất (%) T ^cC C ) LCHM (g) MCA (g) (nứ) CMC i ) 1 1100,00 650,00 2500,0 984,28 87,73 204205 2 1100,00 650,00 2500,0 987,75 88,04 204,5205,5 3 1100,00 650,00 2500,0 986,41 87,92 205,5205,5 Trung b nh 986,15 87,90 Vói quy mô lớn hơn, hiệu suất quá tr nh tổng hợp ổn định. Xác định c u trúc sản phẩm: Để phân tích cấu trúc sản phẩm thu được, tiến hành ghi phổ IR, MS, 'HNM R, thu được kết quả như sau: Bảng 7. Kết quả phân tích phổ IR, MS, ^ N M R của Carbocystein Công thức IR (em'1) MS (m/z) ’HNM R (ppm) 8 3,0 (ỈH , dđ, CaHa) 3019 (~NH3+) 178.0 [(MH)]' ỗ 3,1 (1H, dd, C3Hp) " Y0 V ' tỈM* i * 1687 (>C=Oadđ) 357.0 [(2MH)]~ ỗ 3,3 (2H, s, C 5H2) . C arbocy stein 5 3,9 (1H, dd, C2H) Các kết quả thu được đều phù hợp với công thức cấu tạo của sản phẩm. Kiểm nghiệm sản phẩm: Tiến hành kiểm nghiệm sản phẩm thu được theo tiêu chuẩn BP2007 [0], kết quả như sau: Bảng 8 . Kết quả kiểm nghiệm Carbocystein theo tiêu chuẩn BP2007 STT Yêu cầu Tiêu chuẩn BP2007 Kết quả 1 Tính chất Bột kết tinh màu trắng Đạt Phổ hồng ngoại: chế phẩm cho phổ hồng ngoại giống phổ chuẩn. Đúng 2 Định tính Năng suất quay cực: tù 32,5° đến 35,5° Đúng Dung dich S: phân tán 5,00g CMC trong 20ml nước và nhò 3 Độ trong, màu sắc từng giọt 2,5ml dung dịch NaOH để hòa tan. Điều chỉnh về Đạt pH 6,3 bằng NaOH IM và pha loãng với 50ml nước cất. Dung dịch s phải trong và không màu. 4 pH Lắc 0,2g chế phẩm với 20ml nước cất không chứa C 0 2 pH của hỗn dịch là 2,8 3,0 Đạt (2,8) Tạp dương tính với 5 Phương pháp sắc ký lớp mỏng, không quá 0,5% Đạt ninhyđrin 6 Tạp cloríd Không quá 0,15% Đat 7 Tạp sulfat Không quá 300ppm Đat 8 Kim loại nặng Không quá lOppm Đạt 9 Giảm khối lượng do sấy Sây lg ở 105°c trong 2 giờ, không được quá 0,5% Đạt (0,02%) 10 Tro suỉfat Không quá 0,3% Đạt (0,2%) 11 Định lượng Hàm lượng Carbocystein trong chế phẩm đạt từ 98,5% tới 10 1 % tính theo chế phẩm đã làm khan. Đạt (99,6%) Nguyên liệu carbocystein được kiểm nghiệm đều đạt các chỉ tiêu chất lượng theo tiêu chuẩn BP2007 681
IV. BÀN LUẬN Quá tr nh tổng hợp CMC đi từ nguồn nguyện liệu là LCHM có nhiều ưu điểm hơn hẳn với qụá tr nh tổng hợp CMC đi từ nguồn nguyên liệu ỉà Lcystin như hiệu suất cao, quá tr nh đơn giản qua một giai đoạn, sản phẩm dễ tinh chế, xử lí... Trong quá tr nh tổng họp, yếu tố quan trong ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất phản ứng là sục kh í N2. Nhận thấy có sự khác biệt hiệu suất rõ rệt khi có và không sục khí Nạ. So với nghiên cứu trong nước [0], chúng tôi đã cải thiện được hiệu suất của quá tr nh tổng hợp CMC và nâng cấp quy mô của qua tr nh này. Nhiệt độ phản ứng không ảnh hưởng nhiều tới hiệu suất phản ứng trong khoảng 035°C. Khi nhiệt độ cao trên 45°c (đặc biệt khi cho NaOH nhanh vào làm tăng nhiệt độ khối phản ứng) và trong môi trường kiềm L cystein dễ bị oxy hóa thành Lcystin và làm hiệu suất phản ứng giảm mạnh. Phản ứng oxy h a L-cyst in: Lcystein Tỷ lệ Số mol giữa chất tham gia phản ứng (LCHM) và tác nhân alkyl hóa (MCA) có ảnh hưởng lớn tới hiệu suất phản ửng, tỷ lệ số mol thích hợp là MCA:L“CHM = 1,1:1. Khi tăng quy mô mẻ, chúng tôi thay đung dịch NaOH 5M bằng dung địch NaOH 7,5M để giảm thể tích khối phản ứng m à vẫn đảm bảo hiệu suất quá tr nh tổng hợp. Tinh chế bằng nước cho hiệu suất cao, đơn giản và thân thiện với môi trường do không sử dụng hóa chất. Khi triển khai với quy mô lớn hơn, quá tr nh tổng hợp diễn ra ổn định, đạt hiệu suất cao. Với thành công của đề tài này, chúng tôi hy vọng sẽ nâng cấp quy tr nh bán tổng hợp CMC nhằm bước đầu tạo nguyên liệu thuốc cho phát triển công nghiệp dược V iệt Nam. V. K É T LUẬN Tổng họp thành công carbocystein với quy mô lkg/m ẻ đạt tiêu chuẩn Dược điển Anh 2007. T À I L IỆ U T H A M KH Ả O 1. British Pharmacopoeia 2007 2. Đào Nguyệt Sương Huyền (2011), Nghiên cứu tổng hợp Carbocyst in từ L-cystin, Luận văn thạc sĩ dược học, Trường Đại học Dược Hà Nội, Hà Nội. 3. Pierson M. et a ., (1946), “Proc ss sfor pr paring substitut dpropanoic acid", u s 2460785. 4. JouHie M. et al., (1962), “D riv s d cystéin t l ur pr paration”, FR 1288907A. 5. Joullie M. et al., (1967), “Nail str ngth n d containingS-carboxym thylcyst in and salts th r og”, u s 3326762. 6. Brown, D.T. (1988), “ Carbocysteine”, Drug ỉnt ll. Clin. Pharm., 22, pp .603608. 8. Casali Let ah, (1982), “ Doubleblindclinical trial of domiodol vsS carboxymethylcysteine in chronic obstructive lung disease”, Int. J. Clin. Pharmacol. Th n Toxicol, 20, pp.554557. 682