Tổng hợp dẫn xuất mono-6 amino-6 deoxy-betacyclodextrin

Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019<br /> <br /> <br /> TỔNG HỢP DẪN XUẤT MONO-6-AMINO-6-DEOXY-<br /> BETACYCLODEXTRIN<br /> Nguyễn Thị Minh Phương*, Hồ Đan Thư*, Nguyễn Đức Tuấn*<br /> <br /> TÓMTẮT<br /> Mở đầu: Beta-cyclodextrin ( -CD) và các dẫn chất của chúng được sử dụng phổ biến trong các<br /> phương pháp sắc ký khí (GC), sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), điện di mao quản (CE), ...làm tác nhân<br /> đối quang phân tách các dược chất là đồng phân quang học. Một trong số đó là mono-6-amino-6-deoxy-<br /> betacyclodextrin (M6A- β-CD), được sử dụng rất rộng rãi để làm tác nhân đối quang trong phương pháp<br /> điện di mao quản, phân tách thành công đồng phân quang học của nhiều dược chất, nhiều chất lưỡng tính<br /> và amino acid như acid glutamic, phenylalanin, threonin và valin,… Tiếp nối các công trình trước đây đã<br /> tổng hợp được các dẫn chất methyl, methoxycarbonyl, carboxymethyl và các dẫn chất này đã được ứng dụng<br /> làm tác nhân đối quang tách thành công một số dược chất quang hoạt bằng CE. Với mong muốn tiếp tục<br /> phát triển và góp phần làm đa dạng hóa tác nhân đối quang để phân tách các đồng phân quang học bằng CE,<br /> đề tài: “Tổng hợp dẫn xuất mono-6-amino-6-deoxy-betacyclodextrin” đã được thực hiện.<br /> Mục tiêu: Xây dựng quy trình tổng hợp và khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến hiệu suất tổng<br /> hợp ở quy mô phòng thí nghiệm và phù hợp với điều kiện trong nước dẫn chất mono-6-amino-6-deoxy-<br /> betacyclodextrin.<br /> Đối tượng - Phương pháp nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: mono-6-amino-6-deoxy-β-<br /> cyclodextrin.Phương pháp nghiên cứu: Thực hiện các phản ứng của tổng hợp M6A- β-CD từ β-CD qua các<br /> 3 giai đoạn. Phân lập và tinh chế sản phẩm bằng phương pháp thay đổi dung môi và phương pháp kết tinh<br /> lại. Dẫn chất tổng hợp được xác định độ tinh khiết qua việc xác định điểm chảy và góc quay cực riêng. Cấu<br /> trúc được xác định qua dữ liệu thu được từ phổ IR, NMR, MS. Khảo sát sự ảnh hưởng đến hiệu suất của<br /> một số điều kiện phản ứng ở từng giai đoạn.<br /> Kết quả: Đã tổng hợp được mono-6-amino-6-deoxy-β-CD từ β-CD qua giai đoạn tổng hợp dẫn chất<br /> trung gian là mono-6-O-tosyl-β-CD và mono-6-azido-6-deoxy-β-CD.<br /> Kết luận: Thành công của đề tài tạo tiền đề cho hướng tiếp tục nghiên cứu ứng dụng sản phẩm làm tác<br /> nhân đối quang, phân tách đồng phân quang học các nguyên liệu và thành phẩm dược chất quang hoạt bằng<br /> phương pháp điện di mao quản.<br /> Từ khóa: mono-6-amino-6-deoxy-β-cyclodextrin, tổng hợp, dẫn chất β-cyclodextrin.<br /> ABSTRACT<br /> SYNTHESIS OF MONO-6-AMINO-6-DEOXY-BETACYCLODEXTRIN<br /> Nguyen Thi Minh Phuong, Ho Dan Thu, Nguyen Duc Tuan<br /> * Ho Chi Minh City Journal of Medicine * Supplement of Vol. 23 - No 2- 2019: 462 – 467<br /> <br /> Background: Beta-cyclodextrin (β-CD) and its derivatives are commonly used as the chiral selectors<br /> for analysis of enantiomer drugs by HPLC and capillary electrophoresis (CE). One of these derivatives is<br /> mono-6-amino-6-deoxy derivatives of  -cyclodextrin, used for the enantioseparation of various anionic,<br /> <br /> *<br /> Khoa Dược, Đại học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh<br /> Tác giả liện lạc: ThS. Nguyễn Thị Minh Phương ĐT: 0909810668 Email: minhphuongvn80@yahoo.com<br /> <br /> <br /> <br /> 462 Chuyên Đề Dược<br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Nghiên cứu Y học<br /> <br /> amphoteric substance and amino acids by capillary electrophoresis (CE) such as glutamic acid,<br /> phenylalanine, threonine và valine,… Some beta-cyclodextrin derivatives as methyl- -CD,<br /> methoxycarbonyl- -CD and carboxymethy-β-cyclodextrin were successfully synthesized by our group.<br /> These derivatives were successfully applied for separation of some enantiomer drugs by CE, too. With the<br /> desire to develop the selective chiral selectors, this study was carried out to synthesize mono-6-amino-6-<br /> deoxy-β-cyclodextrin from β-cyclodextrin.<br /> Objectives: The purpose of this process is to synthesize mono-6-amino derivative of  -cyclodextrin and<br /> evaluate influences of reaction conditions on the yield.<br /> Subjects and Methods: The subjects of this study was mono-6-amino derivatives of  -cyclodextrin,<br /> which was synthesized from β-CD. Purity of the final synthesized product was checked by melting point<br /> and specific rotation measurements, and its structure was elucidated by IR, MS, and NMR spectra.<br /> Influences of reaction temperature, reaction duration and reactant ratio on the yield were studied.<br /> Results: Mono-6-amino-6-deoxy-β-CD was synthesized by a three-step reaction sequence beginning<br /> with β-CD. Two intermediate products of this process were mono-6-O-tosyl-β-CD and mono-6-azido-6-<br /> deoxy-β-CD.<br /> Conclusion: The successful synthesis of mono-6-amino-6-deoxy-β-CD derivative provides a theoretical<br /> and experimental basis for further scale-up research. In the future, we are going to develop the application of<br /> this selector for separation of enantiomer drugs by capillary electrophoresis.<br /> Key words: mono-6-amino-6-deoxy-β-cyclodextrin, synthesis, β-cyclodextrin derivative.<br /> ĐẶTVẤNĐỀ hoạt rất đa dạng về cấu trúc và tính chất đang có<br /> mặt trên thị trường hiện nay thì số lượng các tác<br /> Beta-cyclodextrin (-CD) và các dẫn chất của<br /> nhân quang hoạt được thương mại hóa còn ít,<br /> chúng được sử dụng phổ biến trong các phương<br /> giá thành cao. Chính vì vậy, xu hướng của các<br /> pháp sắc ký khí (GC), sắc ký lỏng hiệu năng cao<br /> nhà nghiên cứu ở các nước hiện nay là tổng hợp<br /> (HPLC), điện di mao quản (CE),... làm tác nhân<br /> nhiều tác nhân tách đồng phân chuyên biệt có<br /> đối quang tách đồng phân quang học(1-4,6,8,9), đặc<br /> tính chọn lọc cao và có giá trị kinh tế(7-10). Tiếp nối<br /> biệt được ứng dụng trong kiểm nghiệm các<br /> các công trình trước đây đã tổng hợp được các<br /> thuốc chứa hoạt chất có tính quang hoạt. Để<br /> dẫn chất methyl, methoxycarbonyl và<br /> phân tách các dược chất quang hoạt cần tác nhân<br /> carboxymethyl, các dẫn chất này đã được ứng<br /> đối quang phù hợp với tính chất của dược chất,<br /> dụng làm tác nhân đối quang tách thành công<br /> đôi khi để phân tách được các dạng đồng phân<br /> một số dược chất quang hoạt bằng CE. Với<br /> của một chất còn cần phải phối hợp nhiều tác<br /> mong muốn tiếp tục phát triển và góp phần làm<br /> nhân quang hoạt với nhau. Một trong số tác<br /> đa dạng hóa tác nhân đối quang để phân tách<br /> nhân thường dùng là mono-6-amino-6-deoxy-<br /> các đồng phân quang học bằng CE, đề tài: “Tổng<br /> betacyclodextrin (M6A-β-CD), được sử dụng để<br /> hợp dẫn xuất mono-6-amino-6-deoxy-<br /> làm tác nhân đối quang phân tách thành công<br /> betacyclodextrin” đã được thực hiện với mục<br /> đồng phân quang học của nhiều dược chất,<br /> tiêu xây dựng quy trình tổng hợp và khảo sát<br /> nhiều chất lưỡng tính và amino acid như acid<br /> ảnh hưởng của một số yếu tố đến hiệu suất tổng<br /> glutamic, phenylalanin, threonin và valin,…(9-11)<br /> hợp ở quy mô phòng thí nghiệm và phù hợp với<br /> So với một số lượng lớn các dược chất quang<br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên Đề Dược 463<br /> Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019<br /> <br /> <br /> điều kiện trong nước dẫn chất mono-6-amino-6- sodium azid (Merck) và triphenylphosphin<br /> deoxy-betacyclodextrin. (Merck).<br /> <br /> NGUYÊNLIỆU-PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU Trang thiết bị<br /> Máy đo phổ IR Bruker (Đức), máy đo<br /> Nguyên liệu phổ NMR Bruker 500 MHz Đức), máy LC-<br /> Beta cyclodextrin (Himedia), p- MS Shimazhu (Nhật), máy đo góc quay cực<br /> toluenesulfonyl clorid (Trung Quốc), HORIBA-SEO+PA 300 (Nhật).<br /> Phản ứng tổng hợp M6A- -CD(5,11)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Sử dụng phương pháp thay đổi dung môi toluensulfonyl clorid vào 10 ml pyridin. Nhỏ<br /> và phương pháp kết tinh lại để phân lập và từ từ dung dịch p-toluensulfornyl clorid vào<br /> tinh chế sản phẩm thu được từ phản ứng. bình phản ứng trong khoảng 1 giờ. Tiếp tục<br /> Các dẫn chất tổng hợp được xác định độ thực hiện phản ứng ở nhiệt độ phòng. Theo<br /> tinh khiết qua việc xác định điểm chảy, góc dõi phản ứng bằng TLC.<br /> quay cực riêng và sắc ký lớp mỏng (TLC). Cấu Thêm vào hỗn hợp sau phản ứng 300 ml<br /> trúc được xác định qua dữ liệu thu được từ aceton kết tinh hoàn toàn sản phẩm. Lọc, rửa<br /> phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt phần tủa bằng aceton 3 lần, mỗi lần với 5 ml.<br /> nhân (NMR) và khối phổ (MS). Hòa tan kết tủa thu được vào 100 ml nước<br /> Khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố đến nóng 60 oC, lọc bỏ tủa. Để nguội dịch lọc ở<br /> hiệu suất phản ứng như: thời gian phản ứng, nhiệt độ phòng để kết tinh lại sản phẩm, lọc<br /> nhiệt độ phản ứng, tỉ lệ mol các chất tham gia thu kết tủa. Kết tinh lại trong nước nóng 3 lần<br /> phản ứng ở từng giai đoạn. thu được kết tủa trắng không còn mùi của<br /> pyridin. Sấy khô sản phẩm thu được ở nhiệt<br /> KẾTQUẢ độ 60 oC.<br /> Tổng hợp mono-6-O-tosyl- β-CD (M6t) từ β-CD Sản phẩm M6t<br /> Hòa tan 10 g β-CD (8,8 mmol) vào 50 ml Chất rắn màu trắng, tan được trong nước,<br /> pyridin. Làm lạnh bình phản ứng đến 0 oC. không tan trong aceton. Hiệu suất sau khi tinh<br /> Lắp sinh hàn lạnh. Hòa tan 2 g (10,5 mmol) p- chế khoảng 32,4 %. Rf = 0,74 (IPA – EtOAc –<br /> <br /> <br /> 464 Chuyên Đề Dược<br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Nghiên cứu Y học<br /> <br /> H2O, 6:1:3). FTIR,  (cm-1): 3296 (OH acol), 2928<br /> (CH alkan), 1022 (C-O-C ether), 1598 (C=C<br /> aromatic), 1359 (S=O sulfon), 835 (S-O-Ar).<br /> Tổng hợp mono-6-azido-6-deoxy-β-CD<br /> (M6az) từ M6t<br /> Hòa tan 2 g M6t (1,6 mmol) và 1,56 g NaN3<br /> (24 mmol) trong khoảng 20 ml nước cất.<br /> Đun hỗn hợp phản ứng đến nhiệt độ 80 oC<br /> và duy trì ở nhiệt độ này trong vòng 24 giờ.<br /> Hình 2: Đường biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt<br /> Theo dõi phản ứng bằng TLC, vết sản phẩm<br /> độ đến hiệu suất phản ứng tổng hợp M6az<br /> bắt đầu xuất hiện sau 7 giờ phản ứng, tới<br /> khoảng 19 giờ thì không còn vết nguyên liệu.<br /> Cô dung dịch thu được sau phản ứng. Cho<br /> 40 ml aceton vào để sản phẩm kết tủa hoàn<br /> toàn, lọc lấy kết tủa. Hòa tan phần kết tủa thu<br /> được trong 5 ml nước cất, kết tinh lại trong 20<br /> ml aceton 3 lần. Sấy khô sản phẩm ở 60 oC.<br /> Sản phẩm M6az: Chất rắn màu trắng, tan<br /> được trong nước, không tan trong aceton.<br /> Hiệu suất sau khi tinh chế khoảng 70,35 %. Rf<br /> = 0,50 (IPA – H2O – EtOAc – NH3, 5:3:1:0,5). Hình 3: Đường biểu diễn sự ảnh hưởng của tỷ lệ<br /> FTIR,  (cm-1): 2106 (N=N=N azid), 2041 mol giữa sodium azid và M6t đến hiệu suất phản<br /> (N=N=N azid). ứng tổng hợp M6az<br /> Khảo sát ảnh hưởng của một số điều kiện lên Dựa vào kết quả phân tích được thể hiện ở<br /> hiệu suất phản ứng tổng hợp M6az trên, tìm điều kiện để tổng hợp mono-6-azido-<br /> Thực hiện khảo sát hiệu suất phản ứng với 6-deoxy-betacyclodextrin từ nguyên liệu NaN3<br /> thời gian phản ứng từ 19-24 giờ, nhiệt độ phản và M6t là thực hiện phản ứng trong vòng 21<br /> ứng từ 60-100 oC và của tỷ lệ mol giữa sodium giờ, ở nhiệt độ 80 oC và tỷ lệ mol giữa sodium<br /> azid và M6t từ 5:1-25:1, thu được kết quả như azid và M6t là 20 : 1, đạt hiệu suất là 76,85 %.<br /> sau. Tổng hợp mono-6-amino-6-deoxy-β-CD<br /> (M6A) từ M6az<br /> Hòa tan 1 g M6Az (0,86 mmol) và 0,3 g<br /> triphenylphosphin (1,15 mmol) vào khoảng<br /> 10 ml dimethylformamid, khuấy 2 giờ ở nhiệt<br /> độ phòng. Thêm vào bình phản ứng khoảng 1<br /> ml nước khử khoáng, Đun hỗn hợp phản ứng<br /> đến nhiệt độ 60 oC và duy trì ở nhiệt độ này<br /> trong vòng 6 giờ. Theo dõi phản ứng bằng<br /> TLC. Thêm vào hỗn hợp sau phản ứng 20 ml<br /> aceton để kết tinh sản phẩm, lọc thu kết tủa.<br /> Hình 1: Đường biểu diễn sự ảnh hưởng của thời Hòa tan phần kết tủa vào 10 ml nước khử<br /> gian đến hiệu suất phản ứng tổng hợp M6az khoáng lọc để loại bỏ phần không tan, thêm<br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên Đề Dược 465<br /> Nghiên cứu Y học Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019<br /> <br /> vào dịch lọc 30 ml aceton để kết tinh lại sản<br /> phẩm, lọc thu lấy tủa. Rửa tủa bằng aceton 3<br /> lần, mỗi lần với 5 ml. Sấy khô sản phẩm ở 60 oC.<br /> Sản phẩm M6A: chất rắn màu trắng ngà, tan<br /> được trong nước, không tan trong aceton. Hiệu<br /> suất sau khi tinh chế khoảng 70,25 %. tnc = 260 –<br /> 265 oC.  D (1%, H2O) = 125. Rf = 0,11 (IPA –<br /> 20<br /> <br /> <br /> H2O – EtOAc – NH3, 5:3:1:0,5). FTIR,  (cm-1):<br /> 1658 (N-H amin), 1597 (N-H amin). MS (m/z):<br /> [M-H]+ = 1134,38; [M-H]- = 1133,35. 1H-NMR<br /> (D2O, 500 MHz): 5,13 (7H, s, H1); 3,91-4,04 (28H, Hình 6: Đường biểu diễn sự ảnh hưởng của tỷ lệ<br /> m, H3, H5, H6); 3,62-3,72 (14H, m, H2, H4); 3,11 mol giữa triphenylphosphin và M6az đến hiệu suất<br /> (1H, br, s, NH2); 2,96 (1H, br, s, NH2). phản ứng tổng hợp M6A<br /> <br /> Khảo sát ảnh hưởng của một số điều kiện lên Dựa vào kết quả phân tích được thể hiện ở<br /> trên, nhận thấy điều kiện để tổng hợp dẫn<br /> hiệu suất phản ứng tổng hợp M6A<br /> xuất M6A từ nguyên liệu triphenylphosphine<br /> Thực hiện khảo sát hiệu suất phản ứng với<br /> và M6az là thực hiện phản ứng trong vòng 3<br /> thời gian phản ứng từ 2-6 giờ, nhiệt độ phản<br /> giờ, ở nhiệt độ 40 oC và tỷ lệ mol giữa<br /> ứng từ 20-60 oC và của tỷ lệ mol<br /> triphenylphosphin và M6az là 3 : 1. Hiệu suất<br /> triphenylphosphin và M6az từ 1:1-5:1, thu<br /> 83,6 %<br /> được kết quả như sau.<br /> BÀNLUẬN<br /> β-CD là một dạng polymer có nhiều trung<br /> tâm bất đối trong phân tử nên rất khó khống<br /> chế điều kiện phản ứng để tạo thành 1 sản<br /> phẩm thế duy nhất sau phản ứng. Giai đoạn<br /> tổng hợp M6t từ β-CD bị ảnh hưởng lượng<br /> nước lẫn trong pyridin và độ ẩm β-CD làm cho<br /> thời gian phản ứng kéo dài, hiệu suất thấp và<br /> tạo ra sản phẩm phụ, cần làm khan pyridin<br /> Hình 4: Đường biểu diễn sự ảnh hưởng của thời<br /> bằng CaH2 và sấy khô β-CD trước khi thực hiện<br /> gian đến hiệu suất phản ứng tổng hợp M6A<br /> phản ứng để thu được sản phẩm thế mono.<br /> Giai đoạn tổng hợp M6az và M6A sản phẩm<br /> khó tinh chế được nếu dùng dư nhiều tác nhân<br /> tham gia phản ứng vì bị hấp phụ vào vòng β-<br /> CD, có thể tinh chế bằng kết tinh lại trong dung<br /> môi nhiều lần hoặc dùng sắc ký cột.<br /> KẾTLUẬN<br /> Đề tài đã xây dựng được quy trình tổng<br /> hợp được mono-6-amino-6-deoxy-β-CD từ β-<br /> CD qua giai đoạn tổng hợp dẫn chất trung<br /> Hình 5: Đường biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt gian là mono-6-O-tosyl-β-CD và mono-6-<br /> độ đến hiệu suất phản ứng tổng hợp M6A azido-6-deoxy-β-CD.<br /> <br /> <br /> <br /> 466 Chuyên Đề Dược<br /> Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 23 * Số 2 * 2019 Nghiên cứu Y học<br /> <br /> and Carboxymethyl-13-Cyclodextrin as Chiral Selector.<br /> TÀILIỆUTHAMKHẢO<br /> Chromatographia, 49: pp.215-218.<br /> 1. Gyula O, Tibor C, Mária S (2014). Cyclodetrins in 9. Weihua T, Wayan I M, Siu C Ng, (2005). Synthesis and<br /> chromatography. Eur. Chem. Bull., 3 (1): pp.2-12. application of mono-6-ammonium-6-deoxy-β-cyclodextrin<br /> 2. József S (2004). Past, present, and future of cyclodextrin chloride as chiral selector for capillary electrophoresis.<br /> research. Pure and Applied Chemistry, 76: pp.1829-1830. Journal of Chromatography A, 1094 (1-2): pp.187 – 191.<br /> 3. Julianna S, Katalin G (1994). Use of cyclodextrins and 10. Youchang X, Hui M L, Tai SC, Raj R (2007). Acetylation of<br /> cyclodextrin derivatives in high- performance liquid β-Cyclodextrin Surface-Functionalized Cellulose Dialysis<br /> chromatography and capillary electrophoresis. Journal of Membranes with Enhanced Chiral Separation. Langmuir,<br /> Chromatography A, 668: pp.509-517. 23 (26): pp.12990.<br /> 4. Manoj MN, Dinesh MS, Parag VJ (2012). The 11. Zhang ZB, Zhang WG, Luo WJ, Fan J (2008). Preparation<br /> Cyclodextrins: A Review. Journal of Current Pharmaceutical and enantioseparation characteristics of a novel chiral<br /> Research: pp.1-6. stationary phase based on mono (6(A)-azido-6(A)-deoxy)-<br /> 5. Moutard S, Perly B, Gode P, Demailly G, Djedaini-Pilard F per(p-chlorophenylcarbamoylated) beta-cyclodextrin.<br /> (2002). Novel glycolipids based on cyclodextrins. J Incl Journal of Chromatography A, 1213: pp.162-168.<br /> Phenom Macro, 44: pp.317-322.<br /> 6. Salvatore F (1996). Identification of chiral drug isomers by<br /> capillary Electrophoresis. Journal of chromatography A, 735: Ngày nhận bài báo: 18/10/2018<br /> pp.77-121<br /> Ngày phản biện nhận xét bài báo: 01/11/2018<br /> 7. Takeo K et al (1976). Synthesis of Heptakis (2-O-methyl-β-<br /> cyclodextrin. Die Starke, 28 (7): pp.226-227. Ngày bài báo được đăng: 15/03/2019<br /> 8. Verleysen K, Sabah S, Scriba G, Sandra P (1999).<br /> Enantioseparation of Aspartyl Dipeptides by CE:<br /> Comparison between 18-Crown-6-Tetracarboxylic Acid<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Chuyên Đề Dược 467<br />