BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƢỢC TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẪN CHẤT CARBOXYMETHYL BETA CYCLODEXTRIN TỪ BETA CYCLODEXTRIN ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH DƢỢC CHẤT QUANG HOẠT BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN DI MAO QUẢN /2017/HĐ-NCKH Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Minh Phƣơng ThS Trần Quốc Thanh Tp Hồ Chí Minh 9-2018 BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƢỢC TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẪN CHẤT CARBOXYMETHYL BETA CYCLODEXTRIN TỪ BETA CYCLODEXTRIN ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH DƢỢC CHẤT QUANG HOẠT BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN DI MAO QUẢN /2017/HĐ-NCKH Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) Tp Hồ Chí Minh, 9-2018 Danh sách thành viên tham gia nghiên cứu đề tài PGS.TS Nguyễn Đức Tuấn ThS Nguyễn Thị Minh Phƣơng ThS Trần Quốc Thanh Nguyễn Thị Kiều Hảo MỤC LỤC MỞ ĐẦU 13 TỔNG QUAN 15 2.1 TỔNG QUAN VỀ β-CYCLODEXTRIN 15 2.2 TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP CARBOXYMETHYL β – CYCLODEXTRIN TỪ β –CYCLODEXTRIN 16 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 3.1 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 17 3.2 NGUYÊN LIỆU VÀ TRANG THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 18 3.3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 3.3.1 Khảo sát quy trình tổng hợp 19 3.3.2 Xác định cấu trúc độ tinh khiết sản phẩm 20 3.3.3 Tối ƣu hóa quy trình tổng hợp carboxymethyl β-cyclodextrin 21 KẾT QUẢ 25 4.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUY TRÌNH TỔNG HỢP CARBOXYMETHYL βCYCLODEXTRIN 25 4.2 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH ĐỘ TINH KHIẾT VÀ CẤU TRÚC SẢN PHẨM CM 26 4.3 KẾT QUẢ TỐI ƢU HÓA QUY TRÌNH TỔNG HỢP CARBOXYMETHYL-CYCLODEXTRIN 31 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT β-CD : Beta-cyclodextrin CD : Cyclodextrin DMSO DS : Dimethyl sulfoxid : Độ (Degree of Substitution) EtOAc : Ethyl acetat IPA : Isopropyl alcohol IR : Phổ hồng ngoại (Infrared Spectrophotometry) m : Multiplet (mũi đa) MCA : Acid monocloroacetic MS : Khối phổ (Mass Spectrometry) NMR : Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonance) Phổ 1H-NMR pic : Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân proton : Đỉnh, mũi TLC : Sắc ký lớp mỏng (Thin Layer Chromatography) DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Các thiết bị dùng đề tài 19 Bảng 3.3 Bảng mã hóa yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất phản ứng 22 Bảng 3.4 Ma trận quy hoạch thực nghiệm 23 Bảng 4.1 Kết Rf sản phẩm CM hệ dung môi 27 Bảng 4.2 Dữ liệu phổ IR sản phẩm CM1 28 Bảng 4.3 Phân tích liệu phổ ESI-MS (+) sản phẩm CM1 29 Bảng 4.4 Biện giải phổ 1H-NMR (D2O, 500 MHz) sản phẩm CM1 29 Bảng 4.5 Biện giải phổ 13C-NMR (D2O, 125 MHz ) sản phẩm CM 31 Bảng 4.6 Sự thay đổi hiệu suất phản ứng theo thời gian 31 Bảng 4.7 Sƣ thay đổi hiệu suất theo nhiệt độ 32 Bảng 4.8 Sự thay đổi hiệu suất phản ứng theo tỉ lệ mol MCA β-CD 34 Bảng 4.9 Sự thay đổi hiệu suất phản ứng theo tốc độ khuấy 34 Bảng 4.10 Khoảng giá trị khảo sát yếu tố 35 Bảng 4.11 Kết quy hoạch thực nghiệm 35 Bảng 4.12 Các thông số tối ƣu dự đốn cơng cụ Prediction Optimizer 40 Bảng 4.13 Kết phản ứng điều kiện dự đoán 40 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Cơng thức cấu tạo cấu trúc 3D β-CD 15 Hình 4.1 Sắc ký lớp mỏng nguyên liệu β-CD sản phẩm CM 27 Hình 4.2 Cấu trúc CM-β-CD 28 Hình 4.3 Ảnh hƣởng thời gian lên hiệu suất phản ứng 32 Hình 4.4 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng 33 Hình 4.5 Ảnh hƣởng tỉ lệ mol MCA β-CD đến hiệu suất phản ứng 34 Hình 4.7 Kết tƣơng quan yếu tố lên hiệu suất phản ứng đƣợc xuất từ phần mềm 36 Hình 4.8 Tƣơng quan yếu tố với hiệu suất yếu tố với 37 Hình 4.9 Mơ hình bề mặt đáp ứng 3D yếu tố hiệu suất 39 Hình 4.10 Mơ hình bề mặt đáp ứng hiệu suất theo đƣờng đồng mức 39 Hình 4.11 Đƣờng biểu diễn hiệu suất điều kiện phản ứng 39 DANH MỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: PHỔ IR CỦA NGUYÊN LIỆU β- CYCLODEXTRIN PHỤ LỤC 2: PHỔ IR CỦA SẢN PHẨM CARBOXYMETHYL βCYCLODEXTRIN (CM) PHỤ LỤC 3: PHỔ ESI-MS (+) CỦA SẢN PHẨM CM PHỤ LỤC 4: PHỔ 1H-NMR (D2O, 500 MHZ) MỞ RỘNG CỦA SẢN PHẨM CM PHỤ LỤC 5: PHỔ 13C-NMR (D2O, 125 MHZ) MỞ RỘNG CỦA SẢN PHẨM CM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG Thơng tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp dẫn chất carboxymethyl β-cyclodextrin từ βcyclodextrin để ứng dụng phân tích dƣợc chất quang hoạt phƣơng pháp điện di mao quản - Mã số: - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thị Minh Phƣơng Điện thoại: 0909810668 Email: minhphuongvn80@yahoo.com - Đơn vị quản lý chuyên môn (Khoa, Tổ môn): Bộ môn PT-KN, khoa Dƣợc - Đồng chủ nhiệm đề tài: Trần Quốc Thanh Điện thoại: 0903389214 Email: tranquocthanhdhyd@yahoo.com - Đơn vị quản lý chuyên môn (Khoa, Tổ môn): Bộ môn Bào chế, khoa Dƣợc - Thời gian thực hiện: 10/2017 – 10/2018 Mục tiêu: Xây dựng qui trình tổng hợp dẫn chất carboxymethyl β-cyclodextrin từ β-cyclodextrin Nội dung chính: - Khảo sát điều kiện tổng hợp dẫn chất carboxymethyl β-cyclodextrin - Tối ƣu hóa điều kiện tổng hợp theo mơ hình Box-Behnken - Xây dựng qui trình tổng hợp dẫn chất carboxymethyl β-cyclodextrin từ βcyclodextrin Kết đạt đƣợc (khoa học, đào tạo, kinh tế-xã hội, ứng dụng, ) - Xây dựng tối ƣu hóa đƣợc quy trình tổng hợp methoxcarbonyl β-cyclodextrin điều kiện tối ƣu là: thời gian giờ, nhiệt độ 59 C, tỉ lệ mol acid monocloroacetic β-cyclodextrin 26,7; đạt hiệu suất dự đoán 79,50% Hiệu suất thực nghiệm tối ƣu 78,01% Sản phẩm carboxymethyl-β-cyclodextrin xác định cấu trúc phù hợp với DS=8 - Cơng bố báo tạp chí Y học TpHCM chuyên đề Dƣợc, phụ tập 22, số 1, 2018 Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh 36 Mã thí Thời gian Nhiệt độ Tỉ lệ mol MCA Hiệu suất nghiệm (giờ) (C) β-CD (%) 50 25 +-0 50 25 73,49 76,13 -+0 70 25 73,25 ++0 70 25 75,84 -0- 60 20 59,65 +0- 60 20 66,20 -0+ 60 30 72,96 +0+ 60 30 75,92 50 20 63,51 10 0+- 70 20 62,41 11 0-+ 50 30 74,49 12 0++ 70 30 73,62 13 000 60 25 77,06 14 000 60 25 78,90 15 000 60 25 78,34 STT Sự tƣơng quan yếu tố thời gian (X1), nhiệt độ (X2), tỉ lệ mol MCA β-CD đƣợc thể Hình 4.7 Hình 4.6 Kết tƣơng quan yếu tố lên hiệu suất phản ứng đƣợc xuất từ phần mềm Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh 37 Kết cho thấy, bố trí mơ hình thí nghiệm dự đoán tốt: hệ số tƣơng quan R2 = 0,992 > 0.9 , hệ số tƣơng quan nội Q2= 0,913 > 0,5 Hình 4.7 Tƣơng quan yếu tố với hiệu suất yếu tố với Nhận xét: Dựa vào số liệu thể Hình 4.3 ta có: - Sự ảnh hƣởng yếu tố thời gian (X1) lên hiệu suất: p = 0,0261953 (p < 0,05) tức yếu tố thời gian phản ứng ảnh hƣởng lên hiệu suất có ý nghĩa Khi tăng yếu tố thời gian (X1) hiệu suất phản ứng tăng, nhƣng tăng tới giới hạn Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh 38 làm hiệu suất phản ứng tăng không đáng kể Khi thời gian phản ứng ngắn, phản ứng xảy chƣa hoàn tồn nhƣng thời gian q lâu phản ứng đạt trạng thái bão hòa - Sự ảnh hƣởng yếu tố nhiệt độ (X2) lên hiệu suất: p = 0,390161 (p > 0,05) tức yếu tố nhiệt độ phản ứng ảnh hƣởng lên hiệu suất khơng có ý nghĩa khoảng khảo sát Hay khoảng khảo sát từ 50 0C đến 70 0C, khác biệt hiệu suất khơng có ý nghĩa - Sự ảnh hƣởng yếu tố tỷ lệ mol MCA β-CD (X3) lên hiệu suất: p = 1,28.10-5 (p < 0,05) tức yếu tố tỷ lệ mol MCA β-CD ảnh hƣởng lên hiệu suất có ý nghĩa Khi tăng yếu tố tỷ lệ mol MCA β-CD (X3) hiệu suất phản ứng tăng, nhƣng tăng tới giới hạn hiệu suất phản ứng giảm - Sự tƣơng quan yếu tố với khơng có ý nghĩa (p>0,05) - Từ thơng số Hình 4.6, phƣơng trình bề mặt đáp ứng đƣợc thiết kế nhƣ sau: Y= 78,1+ 1.8425X1 + 5.6525X3 – 1.62375X12 – 1.79875X22 – 7.79374 X32 Trong đó: X1: yếu tố thời gian phản ứng X2: yếu tố nhiệt độ phản ứng X3: yếu tố tỷ lệ mol MCA β-CD Y: hiệu suất phản ứng Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh 39 Hình 4.8 Mơ hình bề mặt đáp ứng 3D yếu tố hiệu suất Hình 4.9 Mơ hình bề mặt đáp ứng hiệu suất theo đƣờng đồng mức Hình 4.10 Đƣờng biểu diễn hiệu suất điều kiện phản ứng Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh 40 Kết dự đốn thơng số tối ƣu công cụ Prediction Optimizer Moddle 5.0 Bảng 4.12 Các thơng số tối ƣu dự đốn cơng cụ Prediction Optimizer Thời gian Nhiệt độ Tỉ lệ mol Hiệu suất iter log(D) 6,9517 59,1322 26,6959 79,4972 91 -10 6,966 59,1666 26,6635 79,4973 64 -10 6,9574 59,2379 26,6493 79,4971 75 -10 7,0137 59,2775 26,7173 79,4948 52 -10 6,8 60 25 78,5772 -1,2688 6,8 60 25 78,5772 -1,2688 6,8 60 25 78,5772 -1,2688 6,8 60 25 78,5772 -1,2688 Theo Bảng 4.12 hiệu suất phản ứng đạt giá tri tối đa Y=79,4973% ( 79,50%) với điều kiện thời gian X1 6,966 ( giờ), nhiệt độ X2= 59,1666 0C ( tỉ lệ mol MCA β-CD X3=26,6635 ( C), ) 4.3.3 Kiểm tra thông số tối ƣu thực nghiệm Để kiểm tra tính tƣơng thích phƣơng trình bề mặt đáp ứng thực nghiệm, tiến hành phản ứng lần điều kiện dự đốn tính tốn hiệu suất Kết trình bày Bảng 4.13 Bảng 4.13 Kết phản ứng điều kiện dự đoán Thời gian Nhiệt độ Tỉ lệ mol Hiệu suất Hiệu suất (giờ) (C) MCA-β-CD dự đoán (%) thực tế (%) 59 26.7 79,50 76,37 59 26.7 79,50 78.03 59 26.7 79,50 79.62 Hiệu suất thực tế trung bình 78,01%, thấp hiệu suất dự đốn phần mềm Nguyên nhân: hao hụt trình kết tủa, tinh chế lọc thu tủa, sản phẩm dễ hút ẩm, chảy ra, dính vào dụng cụ Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh 41 Kết luận: Thông số tối ƣu theo lý thuyết tìm đƣợc lần lƣợt thời gian giờ, nhiệt độ 59 0C, tỉ lệ mol MCA β-CD 26,7 Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh 42 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu tiến hành thực nghiệm, thực đƣợc mục tiêu đề ra: - Xây dựng quy trình tổng hợp carboxymethyl-β-CD từ β-CD - Thực tối ƣu hóa quy trình tổng hợp carboxymethyl-β-cyclodextrin theo mơ hình Box Benhken, tìm đƣợc thơng số tối ƣu lý thuyết gồm thời gian giờ, nhiệt độ 59 0C, tỉ lệ mol acid monocloroacetic β-cyclodextrin 26,7; đạt hiệu suất dự đoán 79,50% Hiệu suất thực nghiệm tối ƣu 78,01% Sản phẩm carboxymethyl-β-cyclodextrin xác định cấu trúc phù hợp với DS=8 Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh TÀI LIỆU THAM KHẢO Badruddoza AZM., Hazel Goh Si Si et al (2010), "Synthesis of carboxymethyl-β-cyclodextrin conjugated magnetic nano-adsorbent for removal of methylene blue", Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 367 (1), pp 85-95 Chen Quan Cheng, Jeong Su Jin et al (2008), "Enantioselective determination of chlorpheniramine in various formulations by HPLC using carboxymethyl-βcyclodextrin as a chiral additive", Archives of pharmacal research, 31 (4), pp 523-529 Crini Gregorio (2014), "A history of cyclodextrins", Chem Rev, 114 (21), pp 10940-10975 Croft Alan P , Bartsch Richard A (1983), "Synthesis of chemically modified cyclodextrins", Tetrahedron, 39 (9), pp 1417-1474 Elbashir Abdalla A., Saad Bahruddin et al (2007), "Determination of ofloxacin enantiomers in pharmaceutical formulations by capillary electrophoresis", Journal of Liquid Chromatography & Related Technologies, 31 (3), pp 348360 Mady Fatma M., Abou-Taleb Ahmed E et al (2010), "Evaluation of carboxymethyl-β-cyclodextrin with acid function: improvement of chemical stability, oral bioavailability and bitter taste of famotidine", International journal of pharmaceutics, 397 (1), pp 1-8 Nguyen Lien Ai, He Hua et al (2006), "Chiral drugs: an overview", International journal of biomedical science: IJBS, (2), pp 85 Parmerter Stanley M., Allen Jr Earle E et al (1969), Cyclodextrins with anionic properties, Google Patents Reuben Jacques, Rao C Trinadha et al (1994), "Distribution of substituents in carboxymethyl ethers of cyclomaltoheptaose", Carbohydrate research, 258, pp 281-285 10 Skold Magnus E., Thyne Geoffrey D et al (2009), "Solubility enhancement of seven metal contaminants using carboxymethyl-β-cyclodextrin (CMCD)", Journal of contaminant hydrology, 107 (3), pp 108-113 Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh 11 Szejtli József (2004), "Past, present and futute of cyclodextrin research", Pure and Applied Chemistry, 76 (10), pp 1825-1845 12 Yuan Chao, Bai Yu-Xiang et al (2013), Cyclodextrin Chemistry: Preparation and Application,Vol 5, World Scientific, pp 135-181 13 Zhu Bolin, Xu Shuying et al (2017), "Use of various β‐ cyclodextrin derivatives as chiral selectors for the enantiomeric separation of ofloxacin and its five related substances by capillary electrophoresis", Journal of separation science, 40 (8), pp 1784-1795 Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PHỤ LỤC Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PHỤ LỤC 1: PHỔ IR CỦA NGUYÊN LIỆU Β-CYCLODEXTRIN Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PHỤ LỤC 2: PHỔ IR CỦA SẢN PHẨM CM Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PHỤ LỤC 3: PHỔ ESI-MS (+) CỦA SẢN PHẨM CM Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PHỤ LỤC 4: PHỔ 1H-NMR (D2O, 500 MHZ) MỞ RỘNG CỦA SẢN PHẨM CM Bản quyền tài liệu thuộc Thư viện Đại học Y Dược TP.Hồ Chí Minh PHỤ LỤC 5: PHỔ 13C-NMR (D2O, 125 MHZ) MỞ RỘNG CỦA SẢN PHẨM CM ... BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẪN CHẤT CARBOXYMETHYL BETA CYCLODEXTRIN TỪ BETA CYCLODEXTRIN ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH DƢỢC CHẤT QUANG HOẠT BẰNG PHƢƠNG... QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp dẫn chất carboxymethyl β -cyclodextrin từ ? ?cyclodextrin để ứng dụng phân tích dƣợc chất quang. .. qui trình tổng hợp dẫn chất carboxymethyl β -cyclodextrin từ β -cyclodextrin Nội dung chính: - Khảo sát điều kiện tổng hợp dẫn chất carboxymethyl β -cyclodextrin - Tối ƣu hóa điều kiện tổng hợp theo