Tổng hợp các dẫn chất ester của beta-cyclodextrin

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ bản của Số 1 * 2011<br /> <br /> Nghiên cứu Y học<br /> <br /> TỔNG HỢP CÁC DẪN CHẤT ESTER CỦA BETA-CYCLODEXTRIN<br /> Lê Thị Thu Cúc*, Nguyễn Thị Phương Thanh**, Nguyễn Đức Tuấn**, Đặng Văn Tịnh**<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Đặt vấn đề: Beta-cyclodextrin (β-CD) và các dẫn chất của chúng được sử dụng phổ biến trong các phương<br /> pháp GC, HPLC, CE, …làm tác nhân đối quang tách đồng phân quang học. Để mở rộng các nghiên cứu của<br /> chúng tôi về tách đồng phân quang học bằng phương pháp CE, đề tài “Tổng hợp các dẫn xuất ester của betacyclodextrin” là một trong những nghiên cứu tiếp nối, với mong muốn phát triển tác nhân đối quang sử dụng<br /> trong phân tích các đồng phân quang học.<br /> Mục tiêu nghiên cứu: Tổng hợp các dẫn chất heptakis(2,3,6-tri-O-acetyl)-β-CD, heptakis[2,3,6-tri-O-(2bromo-isobutyl)]-β-CD, heptakis[2,3,6-tri-O-(2-morpholin isobutyryl)]-β-CD, heptakis(2,3-di-O-acetyl-6-O-tertbutyldimethylsilyl)-β-CD, heptakis(2,3-di-O-acetyl-6-O-tert-butyldimethylsilyl)-β-CD<br /> Đối tượng – Phương pháp nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là các dẫn xuất ester của beta-cyclodextrin.<br /> Phương pháp nghiên cứu: tổng hợp heptakis(2,3,6-tri-O-acetyl)-β-cyclodextrin, heptakis[2,3,6-tri-O-(2-bromoisobutyl)]-β-cyclodextrin, heptakis[2,3,6-tri-O-(2-morpholin isobutyryl)]-β-cyclodextrin, heptakis(2,3-di-Oacetyl-6-O-tert-butyldimethylsilyl)-β-cyclodextrin, heptakis(2,3-di-O-acetyl-6-O-tert-butyldimethylsilyl)-β-CD<br /> bằng phương pháp ester hóa ở cả 3 nhóm hydroxyl, khóa nhóm hydroxyl bậc một rồi ester hóa các nhóm hydroxyl<br /> bậc hai và thay đổi mạch carbon ở dẫn chất ester với các tác nhân khác nhau. Các dẫn chất tổng hợp được xác<br /> định độ tinh khiết qua việc xác định điểm chảy và góc quay cực riêng. Cấu trúc được xác định qua dữ liệu thu<br /> được từ phổ IR, NMR, MS hoặc sắc ký rây phân tử.<br /> Kết quả: Tổng hợp thành công và xây dựng quy trình tổng hợp các sản phẩm: heptakis(2,3,6-tri-O-acetyl)β-CD, heptakis[2,3,6-tri-O-(2-bromo-isobutyl)]-β-CD, heptakis[2,3,6-tri-O-(2-morpholin isobutyryl)]-β-CD,<br /> heptakis(2,3-di-O-acetyl-6-O-tert-butyldimethylsilyl)-β-CD.<br /> Kết luận: Các nhóm hydroxyl ở C(2), C(3) và C(6) trong β-CD đã được thay thế bằng các nhóm chức hóa<br /> học khác nhau. Trong đề tài, đã tổng hợp được 5 dẫn chất ester của β-CD và xây dựng được quy trình tổng hợp<br /> các dẫn chất này.<br /> Từ khóa: Beta-cyclodextrin, tổng hợp, dẫn chất ester.<br /> <br /> ABSTRACT<br /> SYNTHESIS ESTERS DERIVATIVES OF BETA-CYCLODEXTRIN<br /> Le Thi Thu Cuc, Nguyen Thi Phuong Thanh, Nguyen Duc Tuan, Dang Van Tinh<br /> * Y Hoc TP. Ho Chi Minh* Vol. 15 - Supplement of No 1 - 2011: 365 - 371<br /> Introduction – Aims: The most commonly used chiral selectors in GC, HPLC, CE,…are beta-cyclodextrin<br /> and their derivatives. In this study, we report the practical syntheses of esters derivatives of beta-cyclodextrin.<br /> The purpose of this study was the development chiral selectors.<br /> Subjects and Methods: The subject of this study is esters derivatives of β-cyclodextrin. The aims of our<br /> study are: synthesis heptakis(2,3,6-tri-O-acetyl)-β-CD, synthesis heptakis[2,3,6-tri-O-(2-bromo-isobutyl)]-β-CD,<br /> synthesis<br /> heptakis(6-O-tertsynthesis<br /> heptakis[2,3,6-tri-O-(2-morpholinyl<br /> isobutyryl)]-β-CD,<br /> butyldimethylsilyl)-β-CD, synthesis heptakis(2,3-di-O-acetyl-6-O-tert-butyldimethylsilyl)-β-CD. Purity of the<br /> *Viện Kiểm nghiệm thuốc TP. Hồ Chí Minh<br /> **Khoa Dược, Đại học Y Dược TP. Hồ Chí Minh<br /> Tác giả liên lạc: PGS TS Đặng Văn Tịnh ĐT: 0909382233 Email: vantinhdang62@yahoo.com.vn<br /> <br /> Chuyên Đề Dược Khoa<br /> <br /> 365<br /> <br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ bản của Số 1 * 2011<br /> <br /> Nghiên cứu Y học<br /> <br /> obtained products has been determined by melting point measurement, specific rotation measurement and their<br /> structural has been charaterized by IR, 1H-NMR, 13C-NMR, MS.<br /> Results: Proceeding of the synthesized heptakis(2,3,6-tri-O-acetyl)-β-CD, heptakis[2,3,6-tri-O-(2-bromoisobutyl)]-β-CD, heptakis[2,3,6-tri-O-(2-morpholinyl isobutyryl)]-β-CD, heptakis(6-O-tert-butyldimethylsilyl)β-CD, heptakis(2,3-di-O-acetyl-6-O-tert-butyldimethylsilyl)-β-CD were established.<br /> Conclusion: In the synthesis process, both the C(2) and C(3) secondary and the C(6) primary hydroxyl<br /> groups of beta-cyclodextrin have been the target of many chemical substitutions. Proceeding of the synthesized<br /> heptakis(2,3,6-tri-O-acetyl)-β-CD, heptakis[2,3,6-tri-O-(2-bromo-isobutyl)]-β-CD, heptakis[2,3,6-tri-O-(2morpholinyl isobutyryl)]-β-CD, heptakis(6-O-tert-butyldimethylsilyl)-β-CD,heptakis(2,3-di-O-acetyl-6-O-tertbutyldimethylsilyl)-β-CD were established.<br /> Keywords: beta-cyclodextrin, synthesis, ester derivative.<br /> <br /> ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> <br /> O<br /> <br /> CH3 CH3<br /> <br /> N<br /> <br /> Si<br /> <br /> O<br /> <br /> Beta-cyclodextrin (β-CD) và các dẫn chất của<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> chúng được sử dụng phổ biến trong các phương<br /> <br /> O<br /> <br /> pháp GC, HPLC, CE, …làm tác nhân đối quang<br /> tách đồng phân quang học. Để mở rộng các<br /> <br /> hợp các dẫn xuất ester của beta-cyclodextrin” là một<br /> trong những nghiên cứu tiếp nối, với mong<br /> muốn phát triển tác nhân đối quang sử dụng<br /> <br /> OH<br /> HO<br /> <br /> O<br /> O<br /> <br /> nghiên cứu của chúng tôi về tách đồng phân<br /> quang học bằng phương pháp CE, đề tài “Tổng<br /> <br /> 7<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> -<br /> <br /> PHƯƠNG<br /> <br /> O<br /> <br /> Hình 2. heptakis[2,3,6-tri-O-(2-morpholinyl<br /> isobutyryl)]-β-CD và heptakis(6-O-tertbutyldimethylsilyl)-β-CD<br /> CH3 CH3<br /> <br /> CH3 CH3<br /> O<br /> <br /> Br<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> Hình 3. heptakis(2,3-di-O-acetyl-6-O-tertbutyldimethylsilyl)-β-CD<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> Trang thiết bị, hóa chất, dung môi<br /> <br /> 7<br /> O<br /> <br /> 7<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> O<br /> Br<br /> <br /> O<br /> Br<br /> <br /> Hình 1. heptakis(2,3,6-tri-O-acetyl)-β-CD và<br /> heptakis[2,3,6-tri-O-(2-bromo-isobutyl)]-β-CD<br /> <br /> 366<br /> <br /> 7<br /> <br /> O<br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> CH3<br /> <br /> Si<br /> O<br /> <br /> Đối tượng nghiên cứu<br /> <br /> O<br /> <br /> 7<br /> <br /> O<br /> <br /> PHÁP<br /> <br /> Các dẫn chất ester của β-CD.<br /> <br /> O<br /> <br /> N<br /> N<br /> <br /> trong phân tích các đồng phân quang học.<br /> <br /> ĐỐI TƯỢNG<br /> NGHIÊN CỨU.<br /> <br /> CH3 CH3<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> CH3<br /> <br /> Trang thiết bị<br /> - Bình cầu 2 cổ có gắn sinh hàn với các dung<br /> tích 100 ml, 250 ml, bình nhỏ giọt cổ mài và ống<br /> đong các loại, phễu lọc hút Buchner, bình sắc ký<br /> CAMAG, bản mỏng Silicagel 60 F254 tráng sẵn<br /> (Merck), bản mỏng 60 RP 18 F254 tráng sẵn<br /> (Merck). Đèn soi tử ngoại CAMAG hai bước<br /> sóng 254 nm và 366 nm, máy khuấy từ có bộ<br /> <br /> Chuyên Đề Dược Khoa<br /> <br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ bản của Số 1 * 2011<br /> phận gia nhiệt IKA®, máy cô quay dưới áp lực<br /> giảm Büchi Rotavapor R200, tủ sấy chân không<br /> Heraeus, máy đo điểm chảy tự động Büchi<br /> melting Point 545, máy đo năng suất quay cực<br /> HORIBA-SEPA 300, máy đo phổ hồng ngoại FTIR Magna-IR 760 Spectrometer Nicolet, máy đo<br /> phổ cộng hưởng từ hạt nhân Bruker AC 500<br /> MHz, máy sắc ký rây phân tử với detector RID<br /> <br /> Hóa chất, dung môi<br /> β-CD, acetyl clorid, anhydrid acetic, 2-bromoisobutyryl<br /> bromid,<br /> morpholin,<br /> tertbutyldimethylsilyl clorid, pyridin khan, 1-methyl2-pyrrolidion<br /> (NMP),<br /> ethanol,<br /> methanol,<br /> dicloromethan, cloroform, natri bicarbonat, natri<br /> sulfat khan đạt tiêu chuẩn dùng cho phân tích<br /> (Merck, Đức).<br /> Phương pháp nghiên cứu<br /> Phản ứng tổng hợp<br /> -Tổng hợp heptakis(2,3,6-tri-O-acetyl)-β-CD:<br /> ester hóa cả 3 nhóm hydroxyl của β-CD với tác<br /> nhân là acetyl clorid.<br /> -Tổng hợp heptakis[2,3,6-tri-O-(2-bromoisobutyl)]-β-CD: ester hóa cả 3 nhóm hydroxyl<br /> <br /> Nghiên cứu Y học<br /> <br /> của β-CD với tác nhân là 2-bromo-isobutyryl<br /> bromid.<br /> -Tổng<br /> hợp<br /> heptakis[2,3,6-tri-O-(2morpholinyl isobutyryl)]-β-CD: từ dẫn chất<br /> heptakis[2,3,6-tri-O-(2-bromo-isobutyl)]-β-CD<br /> tiến hành cắt gốc Br- bằng phản ứng với<br /> morpholin theo cơ chế thế ái nhân.<br /> -Tổng<br /> hợp<br /> heptakis(6-O-tertbutyldimethylsilyl)-β-CD: khóa nhóm hydroxyl<br /> bậc một của β-CD với tác nhân tertbutyldimethylsilyl clorid trong môi trường pyridin.<br /> -Tổng hợp heptakis(2,3-di-O-acetyl-6-O-tertbutyldimethylsilyl)-β-CD: ester hóa ở hai nhóm<br /> hydroxyl bậc hai bằng tác nhân anhydrid acetic<br /> theo cơ chế cộng –tách.<br /> <br /> Xác định độ tinh khiết<br /> Xác định độ tinh khiết bằng phương pháp<br /> vật lý: đo điểm chảy, đo góc quay cực riêng.<br /> Xác định cấu trúc<br /> Xác định cấu trúc của sản phẩm thu được<br /> dựa vào phổ hồng ngoại (IR), sắc ký rây phân<br /> tử, phổ khối (MS), phổ cộng hưởng từ hạt nhân<br /> (NMR).<br /> <br /> KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN<br /> Tổng hợp heptakis(2,3,6-tri-O-acetyl)-β-CD (1)(1,6)<br /> O<br /> <br /> OH<br /> <br /> O<br /> Cl<br /> <br /> O<br /> <br /> HO<br /> <br /> OH<br /> <br /> +<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> NMP<br /> <br /> 7<br /> <br /> acetyl clorid<br /> <br /> Trong bình cầu dung tích 250 ml cho vào<br /> 3,41 g β-CD (3 mmol)(β-CD được sấy chân<br /> không ở 80 oC trong 24 giờ với phospho<br /> pentoxid), 30 ml dung môi NMP khan, lắp sinh<br /> <br /> Chuyên Đề Dược Khoa<br /> <br /> 7<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> β-CD<br /> <br /> O<br /> <br /> (1)<br /> <br /> hàn hồi lưu, khuấy trộn trên máy khuấy từ và<br /> hỗn hợp được làm lạnh đến 0 oC.<br /> Hòa tan 9 ml acetyl clorid (126 mmol) trong<br /> 15 ml dung môi NMP và cũng làm lạnh đến 0 oC<br /> rồi nhỏ từng giọt hỗn hợp này vào hỗn hợp<br /> <br /> 367<br /> <br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ bản của Số 1 * 2011<br /> <br /> Nghiên cứu Y học<br /> <br /> Sản phẩm thu được là dạng bột màu trắng,<br /> tan trong methanol, không tan trong nước. Sắc<br /> ký rây phân tử cho biết trọng lượng phân tử: 2016.<br /> <br /> trong bình cầu. Sau đó, tiếp tục khuấy trộn ở 0<br /> oC trong 2 giờ rồi từ từ nâng lên nhiệt độ phòng<br /> và khuấy tiếp trong 18 giờ. Dịch màu nâu thu<br /> được sau phản ứng pha loãng với<br /> dicloromethan, rồi rửa với dung dịch natri<br /> bicarbonat bão hòa, với nước, làm khan với natri<br /> sulfat rồi đem cô quay chân không thu được<br /> dịch sệt màu nâu. Hòa tan dịch này trong<br /> methanol rồi cho kết tủa trong nước. Lọc hút<br /> chân không lấy tủa. Sấy sản phẩm ở 80 oC. Tinh<br /> chế sản phẩm nhiều lần với methanol và nước.<br /> Hiệu suất khoảng 59,8 %.<br /> <br /> Điểm chảy: 145 – 148 oC. Góc quay cực [α ]D = từ +<br /> 20<br /> <br /> 135 đến + 142 o. Phổ IR: C-H (2961 cm-1), C=O (1747<br /> cm-1), C-O-C (1273 cm-1). Phổ 1H-NMR (DMSO, 500<br /> MHz)), δ (ppm): 5,06 -5,07 (d, 7H, H-1); 3,82-4,74<br /> (m, 42H, H-2, 6); 1,91-2,19 (m, 56H, H-2). 13C-NMR<br /> (DMSO, 125 MHz), δ (ppm): 173,75 (C=O); 96,57<br /> (CH-1); 76,54 (CH-4); 69,38-70,01 (CH-2,3,5); 62,33<br /> (CH2); 20,499 (CMe3).<br /> <br /> Tổng hợp heptakis[2,3,6-tri-O-(2-bromo-isobutyl)]-β-CD (2)(6)<br /> Br<br /> O<br /> <br /> OH<br /> <br /> O<br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> HO<br /> <br /> OH<br /> <br /> O<br /> <br /> +<br /> <br /> Br<br /> <br /> O<br /> NMP<br /> <br /> 7<br /> <br /> O<br /> Br<br /> <br /> Br<br /> <br /> 368<br /> <br /> (2)<br /> <br /> 2-bromo-isobutyryl bromid<br /> <br /> Trong bình cầu dung tích 250 ml cho vào<br /> 3,41 g β-CD (3 mmol)(β-CD được sấy chân<br /> không ở 80 oC trong 24 giờ với phospho<br /> pentoxid), 30 ml dung môi NMP khan, lắp sinh<br /> hàn hồi lưu, khuấy trộn trên máy khuấy từ và<br /> hỗn hợp được làm lạnh đến 0 oC.<br /> Hòa tan 29 ml 2-bromo-isobutyryl bromid<br /> (126 mmol) trong 15 ml dung môi NMP và cũng<br /> làm lạnh đến 0 oC rồi nhỏ từng giọt hỗn hợp này<br /> vào hỗn hợp trong bình cầu. Sau đó, tiếp tục<br /> khuấy trộn ở 0 oC trong 2 giờ rồi từ từ nâng lên<br /> nhiệt độ phòng và khuấy tiếp trong 18 giờ. Dịch<br /> màu nâu thu được sau phản ứng pha loãng với<br /> dicloromethan, rồi rửa với dung dịch natri<br /> bicarbonat bão hòa, với nước, làm khan với natri<br /> sulfat rồi đem cô quay chân không thu được<br /> dịch sệt màu nâu. Hòa tan dịch này trong<br /> <br /> 7<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> O<br /> <br /> β-CD<br /> <br /> O<br /> <br /> Br<br /> <br /> methanol rồi cho kết tủa trong nước. Lọc hút<br /> chân không lấy tủa. Sấy sản phẩm ở 80 oC. Tinh<br /> chế sản phẩm nhiều lần với methanol và nước.<br /> Hiệu suất khoảng 51,1 %.<br /> Sản phẩm thu được là dạng bột màu trắng,<br /> tan trong methanol, cloroform. Không tan trong<br /> nước. Sắc ký rây phân tử cho biết trọng lượng<br /> phân tử: 4263. Điểm chảy: 150 – 156 oC. Góc<br /> quay cực [α ]D = từ + 63 đến + 69 o. Phổ IR: C-H<br /> 20<br /> <br /> (2933 cm-1), C=O (1747 cm-1), C-O-C (1163 cm-1).<br /> Phổ 1H-NMR (CDCl3), δ (ppm): 5,27 -5,40 (d, 7H,<br /> H-1); 3,80 -4,68 (m, 42H, H-2, 6); 0,84-2,64 (m,<br /> 56H, H-2). 13C-NMR (CDCl3), δ (ppm): 171,49<br /> (C=O); 98,83 (CH-1); 80,52 (CH-4); 76,84-77,35<br /> (CH-2,3,5); 60,49 (CH2); 30,41-31,86 (CMe2);<br /> 55,75-55,90 (C-Br).<br /> <br /> Chuyên Đề Dược Khoa<br /> <br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Tập 15 * Phụ bản của Số 1 * 2011<br /> <br /> Nghiên cứu Y học<br /> <br /> Tổng hợp heptakis[2,3,6-tri-O-(2-morpholinyl isobutyryl)]-β-CD (3)<br /> O<br /> <br /> Br<br /> <br /> N<br /> O<br /> <br /> O<br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> H<br /> N<br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> 7<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> +<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> O<br /> N<br /> O<br /> <br /> N<br /> <br /> Br<br /> <br /> Br<br /> <br /> 7<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> O<br /> <br /> Ethanol<br /> <br /> O<br /> <br /> (2)<br /> <br /> (3)<br /> <br /> Morpholin<br /> <br /> Trong bình cầu dung tích 250 ml, cho vào 2,2<br /> g sản phẩm 2 (0,5 mmol), 30 ml dung môi<br /> ethanol, lắp sinh hàn hồi lưu, khuấy trộn trên<br /> máy khuấy từ. Nhỏ từ từ 1,1ml morpholin (12,6<br /> mmol) vào hỗn hợp trong bình cầu. Sau đó, đun<br /> hồi lưu và tiếp tục khuấy trộn trong 5 giờ. Sản<br /> phẩm thu được sau phản ứng cho tủa trong<br /> nước đá. Tủa được sấy khô chân không ở 80 oC.<br /> Tinh chế lặp lại nhiều lần với methanol và nước.<br /> Hiệu suất khoảng 74,8 %.<br /> <br /> Sản phẩm thu được là dạng bột màu trắng,<br /> tan trong methanol, dicloromethan. Không tan<br /> trong nước. Sắc ký rây phân tử cho biết trọng<br /> lượng phân tử: 4388. Điểm chảy: 163 – 170 oC.<br /> <br /> Góc quay cực [α ]D = từ + 75 đến + 80 o. Phổ IR:<br /> 20<br /> <br /> C-H (2927cm-1), C=O (1742 cm-1), C-O-C (1162<br /> cm-1). Phổ 1H-NMR (MeOD), δ (ppm): 3,33-5,13<br /> (m, 217H, H-1, 6); 1,31-2,85 (m, 126H, CH3).<br /> <br /> Tổng hợp heptakis(6-O-tert-butyldimethylsilyl)-β-CD (4)(1)<br /> CH3 CH3<br /> Si<br /> <br /> OH<br /> <br /> O<br /> <br /> HO<br /> <br /> O<br /> <br /> +<br /> <br /> O<br /> <br /> OH<br /> <br /> β-CD<br /> <br /> Si<br /> <br /> O<br /> <br /> Pyridin<br /> OH<br /> <br /> 7<br /> HO<br /> <br /> tert-butyldimethylsilyl clorid<br /> <br /> Trong bình cầu dung tích 250 ml, cho vào<br /> 2,270 g β-CD (2 mmol) (β-CD được sấy chân<br /> không ở 80 oC trong 24 giờ với phospho<br /> pentoxid), 30 ml dung môi pyridin khan, lắp<br /> <br /> Chuyên Đề Dược Khoa<br /> <br /> Cl<br /> <br /> CH3<br /> <br /> CH3 CH3<br /> <br /> O<br /> <br /> 7<br /> <br /> (4)<br /> <br /> sinh hàn hồi lưu, khuấy trộn trên máy khuấy từ<br /> và hỗn hợp được làm lạnh đến 0 oC.<br /> Hòa tan 2,321 g tert-butyldimethylsilyl clorid<br /> trong dung môi 20 ml pyridin và cũng làm lạnh<br /> đến 0 oC rồi nhỏ từng giọt hỗn hợp này vào hỗn<br /> <br /> 369<br /> <br />