Tối ưu hóa quy trình tổng hợp nifedipin

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ bản của Số 1 * 2011<br /> <br /> Nghiên cứu Y học<br /> <br /> TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH TỔNG HỢP NIFEDIPIN<br /> Nguyễn Thị Nguyệt Anh*, Lê Minh Trí*, Trần Thành Đạo*, Nguyễn Thị Thu Hà *<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Đặt vấn đề: Nifedipin thuộc nhóm chẹn kênh calci chọn lọc, được sử dụng rộng rãi trong điều trị các bệnh<br /> tim mạch. Hiện nay, nhu cầu về nifedipin ở Việt Nam là khá lớn và phải nhập khẩu, vì thế việc nghiên cứu quy<br /> trình tổng hợp nguyên liệu dùng cho việc sản xuất thuốc là rất cần thiết<br /> Mục tiêu nghiên cứu: Tiến hành tối ưu hoá theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm thiết kế bề mặt đáp<br /> ứng, mô hình Box-Behnken, với sự hỗ trợ của phần JMP (phiên bản 4.0).<br /> Phương pháp nghiên cứu: Nifedipin được điều chế dựa trên phản ứng tổng hợp dihydropyridin của<br /> Hantzsch. Bố trí thí nghiệm theo mô hình Box-Behken và tối ưu hóa bằng phương pháp thống kê, với sự hỗ trợ<br /> của phần JMP (phiên bản 4.0). Hiệu suất của phản ứng được tính dựa trên kết quả định lượng bằng phương<br /> pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).<br /> Kết quả nghiên cứu: Xác định được ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát lên hiệu suất phản ứng, tương tác<br /> giữa các yếu tố khảo sát lên hiệu suất phản ứng. Xác định được điều kiện tối ưu và hiệu suất dự kiến của phản<br /> ứng. Thẩm định lại kết quả bằng cách tiến hành 3 phản ứng tổng hợp nifedipin ở điều kiện dự kiến, với lượng<br /> các chất ban đầu tham gia phản ứng lớn hơn 10 lần. Tinh chế nifedipin thu được từ 3 phản ứng trên, kiểm định<br /> nifedipin tổng hợp được theo các tiêu chuẩn của BP 2007.<br /> Kết luận: Tối ưu hóa được quy trình tổng hợp nifedipin theo mô hình Box-Behnken nhờ phần mềm JMP có<br /> thể áp dụng trong điều kiện ở Việt nam.<br /> Từ khóa: mô hình Box-Behnken, phần mềm thống kê JMP, quy trình tổng hợp nifedipin.<br /> <br /> ABSTRACT<br /> OPTIMIZATION OF PARAMETERS FOR PROCEDURE OF SYNTHESIS OF NIFEDIPINE<br /> Nguyen Thi Nguyet Anh, Le Minh Tri, Tran Thanh Dao, Nguyen Thi Thu Ha<br /> * Y Hoc TP. Ho Chi Minh * Vol. 15 - Supplement of No 1 - 2011: 481 - 486<br /> Background: Nifedipine, a dihydropyridine calcium channel blocker is commonly used for treatment of<br /> cardiovascular diseases such as antianginal and antihypertensive. Nifedipine is imported costly with a large scale<br /> for formulations. Therefore, setting up an optimal process for synthesis of nifedipine is critical need towards local<br /> pharmaceutical factories.<br /> Methods: Nifedipine was synthesized via the Hantzsch reaction, in which the conditions were established<br /> following the Box-Behnken design. The optimal conditions were treated by statistics software JMP version 4.0.<br /> Results: The procedure for making nifedipine with high yield in laboratory conditions was established<br /> successfully.<br /> Conclusion: This optimal and possible procedure of synthesis of nifedipine could be developed to apply in<br /> bigger scale.<br /> Keywords: Box-Behnken design, JMP software, procedure for synthesis of nifedipine.<br /> <br /> *<br /> <br /> Khoa Dược; Đại học Y Dược Tp. Hồ Chí Minh<br /> Tác giả liên lạc: ThS. Nguyễn Thị Thu Hà ĐT: 38392387 Email: nthithuha2002@yahoo.com<br /> <br /> Chuyên Đề Dược Khoa<br /> <br /> 481<br /> <br /> Nghiên cứu Y học<br /> <br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ bản của Số 1 * 2011<br /> <br /> ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Nifedipin thuộc nhóm chẹn kênh calci chọn<br /> lọc , được sử dụng rộng rãi trong điều trị tăng<br /> huyết áp và đau thắt ngực mãn tính kiểu ổn<br /> định. Hiện nay, nhu cầu về nifedipin ở Việt<br /> Nam là khá lớn và phần lớn nguyên liệu dùng<br /> cho việc sản xuất thuốc là nhập khẩu, vì thế việc<br /> nghiên cứu quy trình tổng hợp là rất cần thiết,<br /> đó là lý do đề tài “Tối ưu hoá quy trình tổng hợp<br /> nifedipin trong điều kiện của Việt Nam” được<br /> chọn để khảo sát.<br /> (6)<br /> <br /> Nghiên cứu này tiến hành tối ưu hoá theo<br /> phương pháp quy hoạch thực nghiệm thiết kế<br /> <br /> bề mặt đáp ứng, mô hình Box-Behnken, với sự<br /> hỗ trợ của phần JMP (phiên bản 4.0)(2)<br /> Ngoài ra, chúng tôi tính hiệu suất của phản<br /> ứng dựa trên kết quả định lượng bằng phương<br /> pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (High<br /> performance chromatography liquid - HPLC) vì<br /> vậy kết quả thu được sẽ chính xác và tin cậy hơn<br /> so với phương pháp cân.<br /> <br /> PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> Phản ứng tổng hợp<br /> Nifedipin được điều chế dựa trên phản ứng<br /> tổng hợp dihydropyridin của Hantzsch(3,4)<br /> <br /> Sơ đồ 1. Phản ứng Hantzsch tổng hợp nifedipin<br /> <br /> Bố trí thí nghiệm<br /> Phương pháp quy hoạch thực nghiệm theo<br /> thiết kế bề mặt đáp ứng, mô hình Box-Behnken.<br /> Mô hình này là những cấu trúc đối xứng trong<br /> đó mỗi thí nghiệm được tạo bởi 3 yếu tố, mỗi<br /> yếu tố khảo sát được mã hóa trong hệ tọa độ<br /> không thứ nguyên có 3 mức: tọa độ của phương<br /> án bằng 0, các yếu tố mã hóa nhận 2 giá trị -1 và<br /> +1 tương ứng với mức dưới và mức trên.<br /> <br /> Tiến hành tổng hợp<br /> Nifedipin được tổng hợp ở những điều kiện<br /> khác nhau (dựa vào nghiên cứu tiền tối ưu) với<br /> sự thay đổi lần lượt 3 yếu tố:<br /> - Nhiệt độ phản ứng: thay đổi theo 3 mức 55,<br /> 60, 65 oC.<br /> - Tỷ lệ mol methyl acetoacetat: thay đổi theo<br /> 3 mức 2,25; 2,45; 2,65.<br /> - Tỷ lệ ammoniac đậm đặc: thay đổi theo 3<br /> mức 1,6; 1,8 và 2.<br /> Bố trí thực nghiệm dựa theo các điều kiện<br /> nêu trên thông qua phần mềm JMP, ở mỗi điều<br /> <br /> 482<br /> <br /> kiện tiến hành 2 phản ứng, tổng cộng có 30 phản<br /> ứng ở 15 điều kiện tương ứng.<br /> Dùng giá trị hiệu suất phản ứng tổng hợp<br /> thu được theo từng điều kiện để đánh giá hiệu<br /> quả của quá trình tổng hợp. Áp dụng qui trình<br /> định lượng nifedipin mô tả trong Dược điển BP<br /> 2007 bằng phương pháp HPLC để xác định<br /> lượng nifedipin tạo thành trong hỗn hợp phản<br /> ứng. Để đảm bảo quy trình này đạt được các<br /> yêu cầu trong định lượng: tính chọn lọc, độ lặp<br /> lại, độ đúng, và khoảng tuyến tính (0,06 mg/ml<br /> đến 0,24 mg/ml) cần phải thẩm định lại qui<br /> trình.<br /> Các điều kiện sắc ký như sau:<br /> - Cột: C18, kích thước cột 25 cm x 4,6 mm,<br /> kích thước pha tĩnh 5 µm.<br /> - Pha động: methanol-acetonitril-nước với tỷ<br /> lệ thể tích 25:25:50<br /> - Tốc độ dòng: 1 ml/phút,<br /> - Thể tích bơm mẫu: 25 µl<br /> <br /> Chuyên Đề Dược Khoa<br /> <br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ bản của Số 1 * 2011<br /> Phân tích kết quả<br /> Kết quả thu được từ 30 thí nghiệm sẽ được<br /> xử lý bằng phần mềm thống kê JMP (phiên bản<br /> 4.0), từ đó xác định được mối tương quan giữa<br /> các yếu tố nhiệt độ, tỉ lệ mol, thời gian đối với<br /> hiệu suất phản ứng; đồng thời xây dựng được<br /> phương trình bề mặt đáp ứng và dự đoán điều<br /> kiện phản ứng cho hiệu suất tối ưu.<br /> <br /> Thẩm định lại quy trình đã được tối ưu<br /> hóa<br /> Từ các thông số đã lựa chọn cho phản ứng<br /> điều chế, tiến hành 3 phản ứng tổng hợp lại<br /> nifedipin ở điều kiện dự kiến, với lượng các chất<br /> ban đầu tham gia phản ứng lớn hơn 10 lần. Tinh<br /> chế lượng nifedipin thu được từ 3 phản ứng trên<br /> bằng kết tinh trong ethanol<br /> <br /> Kiểm định nifedipin theo các tiêu chuẩn<br /> của BP 2007.<br /> KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN<br /> Hiệu suất của phản ứng điều chế nifedipin<br /> được tóm tắt trong Bảng 2.<br /> <br /> Nghiên cứu Y học<br /> <br /> Bảng 2. Hiệu suất phản ứng điều chế nifedipin trong<br /> các điều kiện khác nhau<br /> <br /> STT<br /> <br /> 1<br /> 2<br /> 3<br /> 4<br /> 5<br /> 6<br /> 7<br /> 8<br /> 9<br /> 10<br /> 11<br /> 12<br /> 13<br /> 14<br /> 15<br /> 16<br /> 17<br /> 18<br /> 19<br /> 20<br /> 21<br /> 22<br /> 23<br /> 24<br /> 25<br /> 26<br /> 27<br /> 28<br /> 29<br /> 30<br /> <br /> Tỷ lệ mol<br /> methyl<br /> Mã thí acetoacetat/2<br /> -nitro<br /> nghiệm<br /> benzaldehyd<br /> (X1)<br /> 0+2,45<br /> -+0<br /> 2,25<br /> 000<br /> 2,45<br /> 000<br /> 2,45<br /> +02,65<br /> +0+<br /> 2,65<br /> ++0<br /> 2,65<br /> -0+<br /> 2,25<br /> 000<br /> 2,45<br /> 000<br /> 2,45<br /> 0++<br /> 2,45<br /> 0-+<br /> 2,45<br /> 000<br /> 2,45<br /> 0-+<br /> 2,45<br /> -02,25<br /> 0++<br /> 2,45<br /> 0-2,45<br /> -0+<br /> 2,25<br /> +0+<br /> 2,65<br /> -+0<br /> 2,25<br /> +-0<br /> 26,5<br /> --0<br /> 2,25<br /> +02,65<br /> ++0<br /> 2,65<br /> +-0<br /> 26,5<br /> --0<br /> 2,25<br /> 0-2,45<br /> 0+2,45<br /> 000<br /> 2,45<br /> -02,25<br /> <br /> Hiệu<br /> Nhiệt Tỷ lệ mol<br /> ammoniac<br /> suất<br /> (%)<br /> độ<br /> /2(Y)<br /> phản nitrobenzứng<br /> aldehyd<br /> X2<br /> (X3)<br /> 61,4<br /> 65<br /> 1,6<br /> 84,8<br /> 65<br /> 1,8<br /> 93,2<br /> 60<br /> 1,8<br /> 93,2<br /> 60<br /> 1,8<br /> 64,4<br /> 60<br /> 1,6<br /> 55,6<br /> 60<br /> 2,0<br /> 89,0<br /> 65<br /> 1,8<br /> 62,9<br /> 60<br /> 2,0<br /> 86,7<br /> 60<br /> 1,8<br /> 92,6<br /> 60<br /> 1,8<br /> 60,6<br /> 65<br /> 2,0<br /> 54,1<br /> 55<br /> 2,0<br /> 92,8<br /> 60<br /> 1,8<br /> 55,0<br /> 55<br /> 2,0<br /> 60,3<br /> 60<br /> 1,6<br /> 62,4<br /> 65<br /> 2,0<br /> 59,1<br /> 55<br /> 1,6<br /> 62,9<br /> 60<br /> 2,0<br /> 47,5<br /> 60<br /> 2,0<br /> 88,7<br /> 65<br /> 1,8<br /> 52,9<br /> 55<br /> 1,8<br /> 59,8<br /> 55<br /> 1,8<br /> 67,9<br /> 60<br /> 1,6<br /> 81,5<br /> 65<br /> 1,8<br /> 54,8<br /> 55<br /> 1,8<br /> 63,9<br /> 55<br /> 1,8<br /> 60,8<br /> 55<br /> 1,6<br /> 57,9<br /> 65<br /> 1,6<br /> 92,9<br /> 60<br /> 1,8<br /> 53,9<br /> 60<br /> 1,6<br /> <br /> Phương trình đường cong của mô hình bề mặt đáp ứng<br /> Từ kết quả trên, phần mềm JMP đã xác định được phương trình đường cong của mô hình bề mặt<br /> đáp ứng như sau:<br /> <br /> Y = 91,9 + 7,867875 X 2 − 5,1X 1 X 3 − 9,73125 X 12 − 10,24375 X 22 − 22,74375 X 32<br /> Trong đó Y là hiệu suất phản ứng tổng hợp (%), X1, X2 và X3 là các biến thay đổi như đã xác định trong Bảng 2. Đường<br /> cong này cho thấy mối quan hệ giữa các yếu tố với hiệu suất là đáng tin cậy với độ tin cậy 95 % và hệ số tương quan R2 =<br /> 0,89.<br /> <br /> Ngoài ra, Hình 1 (xử lý với JMP) cũng cho thấy yếu tố nhiệt độ (X2) là yếu tố ảnh hưởng nhiều<br /> nhất đến hiệu suất tổng hợp.<br /> <br /> Chuyên Đề Dược Khoa<br /> <br /> 483<br /> <br /> Nghiên cứu Y học<br /> <br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ bản của Số 1 * 2011<br /> <br /> X1: tỷ lệ mol của methyl acetoacetat/2-nitrobenzaldehyd; X2: nhiệt độ; X3: tỷ lệ mol của dung dịch amoniac<br /> <br /> Hình 1. Mô tả mối quan hệ giữa các yếu tố với hiệu suất tổng hợp nifedipin<br /> Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát lên<br /> hiệu suất phản ứng<br /> <br /> sự xuất hiện các tạp phân hủy khác của<br /> nifedipin.<br /> <br /> Trong 3 yếu tố, chỉ có nhiệt độ là yếu tố có<br /> ảnh hưởng ý nghĩa nhất lên hiệu suất phản ứng<br /> với độ tin cậy là 95 %: khi nhiệt độ tăng thì hiệu<br /> suất tăng nhưng khi nhiệt độ lớn hơn 65 oC, hiệu<br /> suất không tăng thêm nữa và còn giảm nhẹ do<br /> sự thủy phân của liên kết ester trong phân tử và<br /> <br /> Tăng tỷ lệ mol của methyl acetoacetat và<br /> dung dịch ammoniac làm hiệu suất phản ứng<br /> tăng. Nhưng hiệu suất chỉ tăng trong một<br /> khoảng tỷ lệ mol nhất định, nếu tiếp tục tăng tỷ<br /> lệ mol của 2 yếu tố trên thì hiệu suất sẽ không<br /> tăng lên nữa do lúc này 2-nitro benzaldehyd đã<br /> hết, lượng dư amoniac sẽ làm sản phẩm khó kết<br /> tủa hơn.<br /> <br /> Hình 2. Mô hình bề mặt đáp ứng được thể hiện bởi các yếu tố<br /> Tương tác giữa các yếu tố khảo sát lên hiệu<br /> suất phản ứng<br /> <br /> Tương tác tỷ lệ mol giữa methyl acetoacetat và<br /> 2-nitro benzaldehyd<br /> <br /> Thực nghiệm xác định có 3 yếu tố có ảnh<br /> hưởng đến hiệu suất phản ứng như sau:<br /> <br /> Ở tỷ lệ mol của methyl acetoacetat so với 2nitro benzaldehyd là 2,25 và 2,65: hiệu suất của<br /> phản ứng tăng khi tỷ lệ mol này nằm trong<br /> khoảng 1,60 đến 1,85. Nếu tiếp tục tăng tỷ lệ mol<br /> thì hiệu suất sẽ giảm.<br /> <br /> - Tương tác tỷ lệ mol giữa methyl acetoacetat<br /> và 2-nitro benzaldehyd.<br /> - Tương tác giữa nhiệt độ và tỷ lệ mol của<br /> methyl acetoacetat.<br /> - Tương tác giữa nhiệt độ và tỷ lệ mol của<br /> amoniac.<br /> <br /> 484<br /> <br /> Tương tác giữa nhiệt độ và tỷ lệ mol của methyl<br /> acetoacetat<br /> <br /> Chuyên Đề Dược Khoa<br /> <br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ bản của Số 1 * 2011<br /> Ở nhiệt độ 55 oC và 65 oC: hiệu suất của phản<br /> ứng tăng khi tỷ lệ mol của methyl acetoacetat so<br /> với 2-nitro benzaldehyd từ 2,25 đến 2,50. Nếu<br /> tiếp tục tăng tỷ lệ mol thì hiệu suất sẽ giảm<br /> nhưng ở nhiệt độ 55 oC thì biến đổi ít hơn.<br /> <br /> Nghiên cứu Y học<br /> <br /> Ở nhiệt độ 55 oC và 65 oC: hiệu suất của phản<br /> ứng tăng khi tỷ lệ mol của amoniac nằm trong<br /> khoảng 1,60 đến 1,85 nhưng ở nhiệt độ 55 oC thì<br /> hiệu suất thấp hơn ở 65 oC. Nếu tiếp tục tăng tỷ<br /> lệ mol thì hiệu suất sẽ giảm. (xem Hình 3)<br /> <br /> Tương tác giữa nhiệt độ và tỷ lệ mol của<br /> amoniac<br /> <br /> Hình 3. Tương tác giữa các yếu tố lên phản ứng<br /> Xác định điều kiện tối ưu và hiệu suất dự kiến<br /> Dựa vào đồ thị biểu diễn trên Hình 4 có thể xác định được các thông số thích hợp để điều chế<br /> nifedipin với hiệu suất cao.<br /> <br /> Hình 4. Điều kiện tối ưu và hiệu suất dự kiến bởi phần mềm JMP<br /> Điều kiện tối ưu của phản ứng:<br /> - Tỷ lệ mol của methyl acetoacetat là 2,44<br /> - Nhiệt độ là 61,9 oC (62 oC)<br /> - Tỷ lệ mol của amoniac là 1,79 (1,8)<br /> - Hiệu suất dự kiến là 93,39 %<br /> <br /> Chuyên Đề Dược Khoa<br /> <br /> 485<br /> <br />