TỔNG QUAN
Tổng quan về muối cholin fenofibrat
1.1.1 Cấu tạo của cholin fenofibrat
Hình 1.1 Công thức cấu tạo của cholin fenofibrat
✓ Công thức phân tử: C22H28ClNO5
✓ Khối lượng mol phân tử: 421,91 đvC
✓ Cholin fenofibrat là một muối của acid fenofibric, một dẫn xuất tổng hợp của acid phenoxy-isobutyric và tiền chất chống tăng lipid máu [27]
✓ Cảm quan: Bột màu trắng đến vàng, ổn định ở điều kiện bình thường [4]
Tính chất của nhóm carbonyl
C=O: phản ứng với phenylhydrazin tạo hydrazon
Hình 1.2 Phản ứng cholin fenofibrat với phenyhydrazin
Phản ứng bắt đầu bằng sự cộng nucleophin của phenylhydrazin vào nhóm C=O, dẫn đến sự hình thành hemiaminal thông qua quá trình chuyển hóa proton nhanh Tiếp theo, hemiaminal sẽ trải qua phản ứng tách nước dưới sự xúc tác của acid.
Trilipix ® , Stanlip plus, Adilip: thành phần chính là cholin fenofibrat
Arvast CF: thành phần chính là rosuvastatin và cholin fenofibrat
Lipicure CF: thành phần chính là atorvastatin và cholin fenofibrat
Cholin fenofibrat là muối của acid fenofibric, có khả năng hấp thu tốt qua đường tiêu hóa Sau khi sử dụng một liều duy nhất khi đói, nồng độ đỉnh của acid fenofibric trong huyết tương đạt được trong vòng 4 đến 5 giờ, với sinh khả dụng tuyệt đối khoảng 81%.
Liên kết protein huyết tương của fenofibrat đạt khoảng 99% Khi sử dụng liều cholin fenofibrat lặp lại, nồng độ acid fenofibric sẽ đạt trạng thái ổn định sau 8 ngày, với nồng độ ổn định này cao hơn so với nồng độ đạt được sau một liều duy nhất.
Acid fenofibric chủ yếu được chuyển hóa tại gan thông qua liên hợp với acid glucuronic và sau đó được bài tiết qua nước tiểu Một lượng nhỏ acid fenofibric cũng được chuyển hóa thành benzhydrol qua quá trình khử gốc carbonyl, sau đó cũng được liên hợp với acid glucuronic và bài tiết qua nước tiểu Dữ liệu in vivo cho thấy rằng sau khi sử dụng cholin fenofibrat, acid fenofibric không trải qua quá trình chuyển hóa oxy hóa đáng kể, chẳng hạn như qua cytochrom P450.
Acid fenofibric chủ yếu được bài tiết qua thận dưới dạng tự do và liên hợp với acid glucuronic Thời gian bán thải của thuốc ở người bình thường khoảng 20 giờ, cho phép sử dụng viên nang giải phóng trì hoãn một lần mỗi ngày Đối với bệnh nhân suy giảm chức năng thận, cần xem xét và điều chỉnh liều dùng cho phù hợp.
1.1.6 Tác dụng dược lý và cơ chế hoạt động
Cholin fenofibrat là một tiền chất chuyển hóa thành acid fenofibric có hoạt tính trong cơ thể Acid fenofibric hoạt hóa PPARα, giúp tăng phân giải lipid và loại bỏ triglycerid khỏi huyết tương bằng cách kích hoạt lipoprotein lipase và giảm sản xuất apo-protein C-III Kết quả là nồng độ triglycerid và lipoprotein tỉ trọng rất thấp (VLDL) giảm, trong khi tổng hợp apo-protein AI, apo-protein AII và lipoprotein tỉ trọng cao (HDL) tăng lên.
Cholin fenofibrat được chỉ định như một liệu pháp bổ trợ cho chế độ ăn kiêng nhằm giảm triglycerid ở bệnh nhân tăng triglycerid máu nghiêm trọng Đối với bệnh nhân đái tháo đường có biểu hiện nhiễm khuẩn huyết, việc cải thiện kiểm soát đường huyết thường không cần can thiệp dược lý.
Cholin fenofibrat được chỉ định như một liệu pháp bổ trợ cho chế độ ăn kiêng nhằm điều trị tăng cholesterol máu nguyên phát hoặc rối loạn lipid máu hỗn hợp, giúp giảm cholesterol lipoprotein tỉ trọng thấp (LDL-C) hiệu quả.
5 toàn phần, triglycerid, apo-lipoprotein B và tăng cholesterol lipoprotein tỉ trọng cao (HDL-C) ở bệnh nhân tăng cholesterol máu nguyên phát hoặc rối loạn lipid máu hỗn hợp [4]
Liều dùng và cách dùng:
Bệnh nhân cần thực hiện chế độ ăn hạ lipid phù hợp trước và trong quá trình điều trị bằng viên nang giải phóng trì hoãn cholin fenofibrat Thời điểm uống viên nang không phụ thuộc vào bữa ăn và nên nuốt nguyên viên mà không mở, nghiền nát, hòa tan hay nhai Cần theo dõi định kỳ lipid huyết thanh để đảm bảo hiệu quả điều trị.
Để điều trị tình trạng tăng triglycerid nghiêm trọng, liều khởi đầu của acid fenofibric nên được sử dụng từ 45 đến 135 mg một lần mỗi ngày Liều lượng có thể điều chỉnh dựa trên phản ứng của bệnh nhân sau khi kiểm tra lipid trong khoảng thời gian 4 đến 8 tuần Liều tối đa không vượt quá 135 mg một lần mỗi ngày.
✓ Tăng cholesterol máu nguyên phát hoặc rối loạn lipid máu: 135 mg x 1 lần/ngày [4]
Hướng dẫn hiệu chỉnh liều và khuyến cáo khi sử dụng:
Bệnh nhân suy giảm chức năng thận nên bắt đầu với liều 45 mg một lần mỗi ngày nếu họ có suy thận nhẹ đến trung bình Việc tăng liều chỉ được thực hiện sau khi đánh giá chức năng thận và mức lipid huyết thanh tại liều này Cần lưu ý không sử dụng cho bệnh nhân suy thận nặng.
Bệnh nhân cao tuổi cần được đánh giá chức năng thận trước khi quyết định liều lượng thuốc Nếu chức năng thận bình thường, không cần điều chỉnh liều, nhưng vẫn phải theo dõi chức năng thận trong quá trình điều trị.
✓ Thuốc chống đông máu coumarin: khi dùng cùng cholin fenofibrat cần giảm liều coumarin để ngăn ngừa biến chứng chảy máu
Để tránh cản trở hấp thu thuốc, cần dùng cholin fenofibrat trước 1 giờ hoặc sau 4-6 giờ khi sử dụng nhựa gắn acid mật, vì nhựa này có khả năng liên kết với các thuốc dùng đồng thời.
Thuốc ức chế miễn dịch như cyclosporin và tacrolimus được thải trừ chủ yếu qua thận, tương tự như acid fenofibric Do đó, cần cân nhắc kỹ lưỡng giữa lợi ích và nguy cơ độc tính trên thận khi phối hợp cholin fenofibrat với các thuốc ức chế miễn dịch này.
✓ Colchicin khi dùng đồng thời với cholin fenofibrat sẽ làm tăng độc tính trên cơ, gây tiêu cơ, nên thận trọng khi kê đơn [4].
Các phương pháp tạo muối cholin fenofibrat
Hình 1.3 Sơ đồ tổng hợp cholin fenofibrat
Muối cholin của acid fenofibric lần đầu được tiết lộ và công bố trên U.S.Pat No.7,259,186 Muối này được tổng hợp từ acid fenofibric (3) theo hai phương pháp
- Phương pháp 1: xuất phát từ acid fenofibric (3) và cholin hydroxid trong dung môi isopropanol tạo ra muối cholin fenofibrat (1)
- Phương pháp 2: xuất phát từ acid fenofibric (3) và cholin clorid với sự có mặt của natri carbonat và methanol, nhưng không loại được hết natri clorid
Để cải thiện quy trình sản xuất cholin fenofibrat (1), natri carbonat đã được thay thế bằng một base hữu cơ có cấu trúc NR1R2R3, trong đó R1, R2, R3 có thể là H hoặc các alkyl mạch thẳng hoặc phân nhánh từ C1-4 như diethylamin hoặc triethylamin Dung môi được sử dụng có thể là methanol, ethanol, n-butanol, isopropanol hoặc các hỗn hợp tương tự Nhiệt độ phản ứng được điều chỉnh từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ hồi lưu của dung môi Quá trình tinh chế được thực hiện bằng cách làm lạnh đến 0-5°C, và cô lập theo phương pháp thông thường, mang lại hiệu suất khoảng 75%.
Nghiên cứu của Philippe Dellis và Kamel Nasar đã tổng hợp muối cholin fenofibrat từ (4-clorophenyl)(4-hydroxyphenyl)methanon Phản ứng giữa phenol và α-halogeno ester được thực hiện với sự có mặt của một base hữu cơ ở nhiệt độ từ 80°C đến 160°C trong 1-6 giờ, sau đó lọc để loại bỏ các chất không tan Tiếp theo, cholin hydroxid được thêm vào dịch phản ứng với dung môi thích hợp ở nhiệt độ 80°C đến 120°C trong 1-5 giờ, sử dụng dung môi propanol mạch thẳng hoặc phân nhánh Sau khi lọc dịch phản ứng và để nguội ở 10°C, cholin fenofibrat được thu nhận với độ tinh khiết trên 99,5% Tuy nhiên, hiệu suất phản ứng chỉ đạt khoảng 70%.
Theo một sáng chế công bố năm 2018 tại Trung Quốc, cholin fenofibrat được tạo ra bằng cách cho fenofibrat phản ứng với cholin hydroxid trong môi trường hữu cơ như MeOH, EtOH, IPA, hoặc n-butanol, ở nhiệt độ từ 40 đến 90°C trong khoảng 2-10 giờ Quá trình này dẫn đến phản ứng thủy phân liên kết ester trong môi trường kiềm, tạo ra acid fenofibric, sau đó acid này phản ứng với cholin hydroxid để tạo thành muối cholin fenofibrat Sau phản ứng, dịch được cô đặc, thêm dung môi hữu cơ đã sử dụng và hòa tan ở 80-90°C cho đến khi dịch trong suốt, rồi làm lạnh đến nhiệt độ phòng và sau đó làm lạnh sâu 0-5°C để kết tinh qua đêm Cuối cùng, sản phẩm được lọc và sấy để thu được muối thô, sau đó tiến hành tinh chế cholin.
Fenofibrat được hòa tan trong dung môi hữu cơ cùng với 5-10% than hoạt tính, sau đó được đun nóng trong 15-30 phút Sau khi lọc nóng để loại bỏ than hoạt, dịch thu được được để kết tinh qua đêm ở nhiệt độ 0-5°C Quá trình này tiếp tục với việc lọc và sấy để thu được cholin fenofibrat đã tinh chế Phương pháp này đạt hiệu suất 83% và độ tinh khiết cao 99,9%, được xác định bằng HPLC.
Lựa chọn hướng nghiên cứu
Theo sơ đồ tổng hợp cholin fenofibrat, hầu hết các quy trình sẽ trải qua chất trung gian acid fenofibric Dựa vào điều kiện phòng thí nghiệm, nguyên liệu hóa chất sẵn có và các phương pháp tổng hợp, chúng tôi đã chọn hai phương pháp để tổng hợp acid fenofibric.
✓ Phương pháp 1: thực hiện phản ứng giữa (4-clorophenyl)(4- hydroxyphenyl)methanon (2) trong aceton với CHCl3 và NaOH
✓ Phương pháp 2: thực hiện thủy phân liên kết ester fenofibrat trong môi trường acid hoặc base thu acid fenofibric
Hình 1.4 Sơ đồ tổng hợp acid fenofibric 1.3.2 Chuyển dạng cholin clorid thành cholin hydroxid
Chuyển dạng cholin clorid thành cholin hydroxid nhờ sắc ký trao đổi ion Cholin clorid hòa tan trong dung môi nước, cho chạy qua cột đã nhồi hạt nhựa
Quá trình trao đổi ion OH- dẫn đến việc thu được dung dịch cholin hydroxid Khi cô đặc dung dịch này đến khi lượng nước không thay đổi, quá trình sẽ dừng lại, tạo ra dung dịch cholin hydroxid trong nước.
Để tạo muối cholin fenofibrat, phương pháp đầu tiên là cho acid fenofibric phản ứng với TEA và cholin clorid trong các dung môi hữu cơ như EtOH, IPA, và n-butanol, đồng thời khảo sát hiệu suất của phản ứng.
Phương pháp 2 bao gồm việc cho acid fenofibric phản ứng với cholin hydroxid đã được chuyển đổi Phản ứng giữa acid và base này không phức tạp, giúp thu được muối cholin fenofibrat một cách hiệu quả.
Phương pháp 3 đề xuất tích hợp phản ứng thủy phân liên kết ester với phản ứng trao đổi ion acid-base, trong đó cholin fenofibrat được tổng hợp từ sự kết hợp giữa fenofibrat và cholin hydroxid Cholin hydroxid không chỉ đóng vai trò là môi trường thúc đẩy phản ứng thủy phân liên kết ester mà còn là chất tham gia trong quá trình tổng hợp này.
Hình 1.5 Sơ đồ tổng hợp cholin fenofibrat
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu và thiết bị
Trong quá trình thực hiện khóa luận, chúng tôi đã sử dụng các dụng cụ, thiết bị, dung môi và hóa chất từ Phòng thí nghiệm Tổng hợp Hóa dược thuộc Bộ môn Công nghiệp Dược, Trường Đại học Dược Hà Nội Thêm vào đó, một số trang thiết bị dùng để xác định cấu trúc sẽ được trình bày chi tiết trong phần phương pháp nghiên cứu.
Bảng 2.1 Danh mục các dung môi, hóa chất
STT Dung môi, hóa chất Tiêu chuẩn Xuất xứ
2 Acid hydrocloric đặc AR Trung Quốc
3 Acid acetic AR Trung Quốc
4 Acid oxalic AR Trung Quốc
6 Cholin clorid AR Trung Quốc
7 Ethyl acetat AR Trung Quốc
8 Ethanol tuyệt đối AR Trung Quốc
10 Hạt nhựa trao đổi ion Lewatit M800
14 Natri carbonat AR Trung Quốc
15 Natri hydrocarbonat AR Trung Quốc
16 Natri hydroxid AR Trung Quốc
17 Natri sulfat khan AR Trung Quốc
18 Nước cất DĐVN V Việt Nam
19 Than hoạt AR Trung Quốc
Bảng 2.2 Danh mục các thiết bị, dụng cụ
STT Thiết bị, dụng cụ Xuất xứ
2 Bình cầu 1 cổ 50 mL, 100 mL Đức
3 Bình cầu 2 cổ 100 mL, 200 mL Đức
5 Bình nón 100 mL, 250 mL, 400 mL Đức
6 Bình sắc ký Trung Quốc
7 Bộ lọc hút chân không Buchner Trung Quốc
8 Cân kỹ thuật Sartorius BP 2001S Thụy Sĩ
9 Cốc có mỏ 50 mL, 100 mL, 250 mL, 500 mL Đức
10 Đèn soi UV sắc ký CN6 Đức
11 Máy cất quay chân không Buchi R210, R220 Thụy Sĩ
12 Máy đo nhiệt động nóng chảy EZ-Melt Mỹ
13 Máy đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân Bruker AV 500
14 Máy đo phổ hồng ngoại Jasco FT/IR-6700 Nhật
15 Máy đo phổ khối lượng LC/MS/MS Agilent
16 Máy khuấy từ có bộ phận gia nhiệt IKA Đức
18 Pipet chia vạch 1 mL, 2 mL, 5 mL, 10 mL Đức
19 Pipet bầu 2 mL, 5 mL, 10 mL Đức
20 Sinh hàn hồi lưu Đức
22 Cột trao đổi ion Đức
Nội dung nghiên cứu
Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp hóa học được lựa chọn nghiên cứu
✓ Tổng hợp acid fenofibric bằng 2 phương pháp:
Phương pháp 1: từ (4-clorophenyl)(4-hydroxyphenyl)methanon (2) Phương pháp 2: từ fenofibrat (5)
✓ Chuyển dạng cholin clorid thành cholin hydroxid
✓ Tạo muối cholin fenofibrat theo 3 phương pháp (như hình 2.1)
2.2.2 Kiểm tra độ tinh khiết và khẳng định cấu trúc của các chất
Kiểm tra độ tinh khiết của mẫu bằng phương pháp sắc kí lớp mỏng (SKLM) và đo nhiệt độ nóng chảy là bước đầu tiên quan trọng trước khi tiến hành đo các loại phổ để xác định cấu trúc của các chất.
2.2.3 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến các phản ứng
Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến phản ứng bao gồm dung môi hữu cơ, tỉ lệ mol, nhiệt độ và thời gian phản ứng Qua đó, xác định được điều kiện tối ưu cho phản ứng diễn ra hiệu quả.
Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng các phản ứng cơ bản trong hóa học hữu cơ như phản ứng Bargellini, phản ứng thủy phân liên kết ester, và phản ứng trung hòa giữa acid và base để tổng hợp các chất dự kiến.
Theo dõi tiến triển của phản ứng bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng (SKLM) được thực hiện trên bản mỏng silicagel 60 F254, sử dụng các hệ dung môi khai triển khác nhau để đạt hiệu quả tối ưu trong việc phân tích.
Hệ A: n-hexan: EtOAc = 4:1 (thêm 2 giọt acid acetic)
Hệ B: n-hexan: EtOAc : aceton = 6:1:1 (thêm 2 giọt acid acetic)
✓ Sử dụng phương pháp cất, lọc, kết tinh,… để tinh chế sản phẩm
2.3.2 Kiểm tra độ tinh khiết của các chất tổng hợp được
Phương pháp SKLM, theo các điều kiện đã nêu ở mục 2.3.1, cho phép đánh giá sơ bộ độ tinh khiết của sản phẩm dựa vào đặc điểm hình ảnh trên sắc ký đồ.
Phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy trên máy đo nhiệt độ nóng chảy EZ-Melt giúp xác định khoảng giá trị nhiệt độ nóng chảy, từ đó đánh giá sơ bộ độ tinh khiết của sản phẩm.
2.3.3 Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được
Cấu trúc của các chất được xác định bằng các phương pháp phổ: phổ khối lượng (MS), phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân ( 1 H-NMR, 13 C- NMR)
✓ Phổ khối lượng MS: Được ghi bằng máy đo phổ khối lượng LTQ Orbitrap
XL tại Viện Hóa Học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trên máy 920-MS TQ-FT hãng Agilent Technologies, với chế độ đo ESI
Phổ hồng ngoại IR được ghi nhận tại Khoa Hóa Học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, sử dụng máy Shimadzu và kỹ thuật viên nén kali bromid trong khoảng vùng 4000-400 cm-1.
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR) và carbon-13 (13C-NMR) được thực hiện tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, sử dụng máy Bruker 500 MHz Ascend với chất chuẩn nội là tetramethylsilan (TMS).
THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Kết quả thực nghiệm
3.1.1.1 Tổng hợp acid fenofibric từ (4-clorophenyl)(4-hydroxyphenyl)methanon
Hình 3.1 Tổng hợp acid 2-(4-(4-clorobenzoyl)phenoxy)-2-methylpropanoic từ chất 2 Cách tiến hành:
Trong một bình cầu 250 mL, hòa tan 4,50 g (0,02 mol) chất 2 trong 100 mL aceton và lắc cho đến khi tan hoàn toàn Tiếp theo, thêm 4,00 g NaOH dạng rắn và khuấy ở nhiệt độ thường trong 30 phút Cuối cùng, thêm 3,0 mL CHCl3 (0,036 mol) và đun hồi lưu ở 60°C trong 1 giờ.
Sau khi kết thúc phản ứng, loại dung môi cần được cất dưới áp suất giảm Cắn còn lại được hòa tan trong H2O và acid hóa bằng acid HCl loãng đến pH 2-3 để xuất hiện tủa, sau đó lọc thu tủa Tiếp theo, tủa được hòa tan trong 300 mL NaHCO3 bão hòa, khuấy kỹ và lọc để loại bỏ tủa Quá trình tiếp tục bằng việc acid hóa lần nữa bằng acid HCl loãng đến pH 2-3, dẫn đến sự kết tủa của acid fenofibric, và sản phẩm được lọc thu Cuối cùng, sản phẩm được kết tinh lại trong hỗn hợp cồn và nước với tỉ lệ 1:1, sau đó lọc để thu được sản phẩm kết tinh.
Trong quá trình hòa tan tủa với NaHCO3, cần hòa tan kỹ tủa để chuyển hoàn toàn acid fenofibric thành natri fenofibrat Sau khi hoàn tất, NaHCO3 dư sẽ phản ứng với HCl, tạo ra khí CO2 Do đó, cần thêm HCl từ từ để tránh hiện tượng trào dịch và mất sản phẩm.
✓ Cảm quan: chất rắn màu trắng
✓ R f = 0,15 (hệ B: n-hexan : EtOAc : aceton = 6:1:1 (thêm 2 giọt acid acetic))
✓ Nhiệt độ nóng chảy: 174,5-176,1°C (tài liệu tham khảo 176-179°C [16])
3.1.1.2 Tổng hợp acid fenofibric từ fenofibrat
Hình 3.2 Tổng hợp acid 2-(4-(4-clorobenzoyl)phenoxy)-2-methylpropanoic
(acid fenofibric) từ chất 5 a) Thủy phân trong môi trường acid
Hòa tan 0,50 g (1,4 mmol) chất 5 trong EtOH, thêm 10 mL acid clohydric 2M khuấy đều, đun hồi lưu trong 10 giờ
Sau khi phản ứng kết thúc, thêm H2O vào khối phản ứng xuất hiện kết tủa trắng Sau đó lọc lấy tủa, sấy khô thu được acid fenofibric
✓ Cảm quan: Chất rắn màu trắng
✓ R f = 0,15 (hệ B: n-hexan : EtOAc : aceton = 6:1:1 (thêm 2 giọt acid acetic))
✓ Nhiệt độ nóng chảy: 178,1-180,3°C (tài liệu tham khảo 176-179°C [16]) b) Thủy phân trong môi trường base (NaOH)
Hòa tan 2,00 g (5,6 mmol) chất 5 trong 50 mL EtOH, thêm 0,28 g NaOH (7,0 mmol) trong 10 mL H2O, khuấy đều và đun nóng 90°C trong 8,5 giờ
Khi quá trình kết thúc, đưa dung dịch về nhiệt độ phòng và tiến hành acid hóa bằng cách từ từ thêm acid HCl loãng cho đến khi đạt pH 2-3 Quá trình này sẽ tạo ra tủa, sau đó tiến hành lọc để thu tủa Cuối cùng, hòa tan tủa trong dung môi thích hợp.
Để thu được sản phẩm acid fenofibric, đầu tiên hòa tan 100 mL NaHCO3 bão hòa, khuấy đều và lọc để loại bỏ tủa Tiếp theo, acid hóa dung dịch bằng acid HCl loãng đến pH 2-3, khi đó acid fenofibric sẽ kết tủa và cần lọc để thu được sản phẩm Cuối cùng, kết tinh sản phẩm trong hỗn hợp cồn và nước với tỉ lệ 1:1, sau đó lọc để thu được sản phẩm kết tinh.
✓ Cảm quan: chất rắn màu trắng
✓ R f = 0,15 (hệ B: n-hexan : EtOAc : aceton = 6:1:1 (thêm 2 giọt acid acetic))
✓ Nhiệt độ nóng chảy: 177,5-179,1°C (tài liệu tham khảo 176-179°C [16])
Khảo sát thời gian thủy phân fenofibrat trong môi trường base được thực hiện với các thời gian phản ứng 6,5 giờ, 7,5 giờ, 8,5 giờ và 9,5 giờ nhằm xác định thời gian tối ưu để nâng cao hiệu suất thủy phân Kết quả khảo sát sẽ được trình bày dưới đây.
Bảng 3.1 Khảo sát thời gian thủy phân 5 tạo 3
Khối lượng acid fenofibric thu được
Dựa vào bảng 3.1, thời gian có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất phản ứng Trong khoảng từ 6,5 đến 8,5 giờ, hiệu suất phản ứng tăng dần theo thời gian Tuy nhiên, khi thời gian phản ứng được kéo dài đến 9,5 giờ, sự gia tăng hiệu suất trở nên không đáng kể Do đó, để tối ưu hóa, thời gian phản ứng lý tưởng được chọn là 8,5 giờ.
3.1.2 Chuyển dạng cholin clorid thành cholin hydroxid
Hình 3.3 Chuyển dạng cholin clorid (6) thành cholin hydroxid (7)
Cách tiến hành sắc kí trao đổi ion:
✓ Cân 200,00 g hạt trao đổi ion, ngâm trong dung dịch NaOH 10% trong 2 giờ
✓ Cột rửa sạch, sấy khô, cho bông và giấy lọc vào đáy, kẹp thẳng góc trên giá
Đổ nước cất vào cột đến nửa chiều cao, sau đó mở van và từ từ cho hạt vào cột cho đến khi đầy, đồng thời gõ nhẹ để nén các lớp hạt Cần lưu ý không để mực dung môi thấp hơn mực hạt trao đổi ion để tránh tình trạng khô cột.
✓ Cho một miếng giấy lọc và bông lên trên bề mặt hạt để cố định hạt trao đổi ion ở trong cột
✓ Sau đó, rửa cột bằng nước cất nhiều lần, đến khi thử quỳ tím không đổi màu (pH trung tính)
• Bước 3: Đưa chất vào cột
✓ Hòa tan khoảng 2-2,5 g cholin clorid (6) vào 15 mL nước cất
✓ Hạ mức dung môi trong cột xuống ngang mực giấy lọc rồi nạp hết dung dịch chất 6 đã hòa tan ở trên vào cột
• Bước 4: Triển khai cột và chọn phân đoạn
✓ Cho nước cất chạy qua cột, mỗi lần lượng nhỏ khoảng 10-20 mL
✓ Tốc độ chạy của cột khoảng 2s/giọt
Liên tục kiểm tra dịch bằng giấy quỳ, thu thập phân đoạn khi giấy quỳ chuyển sang màu xanh, cho thấy môi trường kiềm Khi giấy quỳ tím không còn đổi màu, tức là đạt pH trung tính, thì dừng quá trình triển khai cột.
✓ Cột được rửa bằng nước cất đến khi trung tính
✓ Sau đó, ngâm trong dung dịch NaOH 10% trong khoảng 2h
✓ Rửa lại cột bằng nước cất cho đến khi pH trung tính (kiểm tra bằng quỳ tím)
✓ Thực hiện tiếp bước 3 và bước 4 để tiếp tục chuyển dạng cholin clorid thành cholin hydroxid
Gom toàn bộ lượng dịch từ phân đoạn base, cô cất quay cho đến khi lượng nước không thay đổi, sau đó thu được dung dịch cholin hydroxid.
✓ Tổng cộng đã sử dụng 9,5 g cholin clorid (6) thực hiện sắc kí trao đổi ion, thu được khoảng 50 mL dung dịch cholin hydroxid (7) trong nước
Chuẩn độ dung dịch cholin hydroxid:
✓ Lượng dung dịch cholin hydroxid thu được (khoảng 50 mL) đem toàn bộ chuyển vào bình định mức 50,00 mL (bình 1), thêm nước cất vừa đủ, lắc đều
✓ Pha dung dịch HCl 0,1N; dung dịch NaOH 0,1N; cân 0,6308 g acid oxalic vào bình định mức 100,00 mL, thêm nước cất vừa đủ (dung dịch bình 2)
✓ Hút 2,00 mL dung dịch trong bình 1 vào bình nón 100 mL, thêm 2-3 giọt chỉ thị đỏ methyl Tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,1N (đã pha ở
20 trên) Chuẩn độ đến khi dung dịch chuyển từ vàng sang đỏ cam thì dừng lại Lặp lại 2 lần, lấy kết quả trung bình VHCl= 15,25 mL
Để thực hiện thí nghiệm, đầu tiên hút 10,00 mL dung dịch HCl vào bình nón 100 mL và thêm 2-3 giọt chỉ thị phenolphtalein Sau đó, tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0,1N cho đến khi dung dịch trong bình nón chuyển từ không màu sang hồng, lúc này dừng lại Lặp lại quy trình này hai lần và tính kết quả trung bình, với thể tích NaOH sử dụng là 11,2 mL.
Hút 10,00 mL dung dịch acid oxalic vào bình nón 100 mL, sau đó thêm 2-3 giọt chỉ thị phenolphtalein Tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0,1N cho đến khi dung dịch chuyển từ không màu sang hồng, sau đó dừng lại Lặp lại quá trình này 2 lần và tính kết quả trung bình, với thể tích NaOH sử dụng là 9,8 mL.
✓ Cảm quan: dung dịch màu vàng nhạt
✓ 50 ml dung dịch chứa 0,044 mol cholin hydroxid (10,6%)
3.1.3.1 Tạo muối cholin fenofibrat từ cholin clorid và acid fenofibric
Hình 3.4 Sơ đồ tạo muối cholin fenofibrat từ cholin clorid
Cân 1,50 g (4,7 mmol) acid fenofibric (3), thêm 13,5 mL EtOH tuyệt đối cùng 0,7 mL triethylamin (4,7 mmol) vào bình cầu 50 mL Khuấy trong 15-20 phút đến khi dung dịch trong bình cầu trong suốt
Thêm 0,66 g (4,7 mmol) cholin clorid vào hỗn hợp và đun hồi lưu ở nhiệt độ 50-60°C cho đến khi thu được dịch trong suốt Sau đó, lọc để loại bỏ cặn và rửa bằng 1-1,5 mL EtOH tuyệt đối Thu toàn bộ dịch và làm mát ở nhiệt độ phòng, sau đó khuấy liên tục trong 15 giờ.
Sau khi phản ứng, làm nguội hỗn hợp xuống 0-5°C và khuấy trong 2 giờ Tiếp tục làm lạnh sâu trong tủ lạnh để kết tinh qua đêm Sau đó, lọc lấy tủa, rửa bằng ethanol tuyệt đối và sấy khô để thu sản phẩm.
Hòa tan sản phẩm trong 10 mL EtOH tuyệt đối và thêm 0,10 g than hoạt Đun nóng và khuấy đều trong 20 phút, sau đó lọc bỏ than hoạt để thu phần dịch Khuấy dịch ở nhiệt độ 0-5°C trong 2 giờ, sau đó tiếp tục làm lạnh sâu và để kết tinh qua đêm Cuối cùng, lọc dịch thu được cholin fenofibrat, sấy khô và cân.
✓ Cảm quan: chất rắn màu trắng
✓ R f = 0,15 (hệ B: n-hexan: EtOAc : aceton = 6:1:1 (thêm 2 giọt acid acetic))
✓ Nhiệt độ nóng chảy: 206,5-208,2°C (tài liệu tham khảo: 206-212°C [24])
Khảo sát dung môi phản ứng:
Xác định cấu trúc cholin fenofibrat
3.2.1 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (IR)
Phổ đồ hồng ngoại (IR) được trình bày trong các phụ lục 4 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại được trình bày trong bảng 3.12 như sau
Bảng 3.12 Kết quả phổ hồng ngoại (IR) của cholin fenofibrat tổng hợp được
Hợp chất Công thức cấu tạo Nhóm chức Đỉnh hấp thụ đặc trưng ῡ (cm -1 )
3.2.2 Kết quả phân tích phổ khối lượng (MS)
Phổ đồ MS của cholin fenofibrat (1) được trình bày trong phụ lục 3 Kết quả được tóm tắt như sau:
✓ Công thức phân tử: C22H28ClNO5
✓ Khối lượng phân tử: 421,91 đvC
3.2.3 Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phổ đồ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) của cholin fenofibrat (1) được trình bày trong phụ lục 1, 2 Kết quả được tóm tắt như sau:
Bảng 3.13 Kết quả phân tích phổ 1 H-NMR và 13 C-NMR
Dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton
1 H-NMR (500 MHz, DMSO-d 6 ), δ (ppm) 7,70 (2H, d, J= 8,5 Hz, H-2’’, H-6’’)
Dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13 C
Ghi chú: δ: Độ chuyển dịch hóa học được lấy theo giá trị trung bình (ppm), s (singlet), d (doublet), t (triplet), m (multiplet)
- Kết quả phân tích phổ 1 H-NMR của cholin fenofibrat có các tín hiệu phù hợp với các proton có mặt trong công thức dự kiến của muối đó
- Kết quả phân tích phổ 13 C-NMR của cholin fenofibrat có các tín hiệu phù hợp với số carbon có mặt trong công thức dự kiến của muối đó
Bàn luận
3.3.1 Bàn luận về các phản ứng tổng hợp hóa học
3.3.1.1 Tổng hợp acid fenofibric từ (4-clorophenyl)(4-hydroxyphenyl)methanon
Hình 3.8 Tổng hợp acid 2-(4-(4-clorobenzoyl)phenoxy)-2-methylpropanoic từ chất 2
Acid fenofibric không tan trong nước, nên sau phản ứng, cần thêm nước và acid hóa bằng HCl để tủa lại Sản phẩm sau đó được rửa nhiều lần bằng dung dịch NaHCO3 bão hòa, nhưng rửa quá nhiều lần sẽ không tăng độ tinh khiết mà còn giảm hiệu suất phản ứng Do đó, cần kiểm soát số lần xử lý hỗn hợp phản ứng bằng NaHCO3 Trong quá trình xử lý, cần hòa tan hoàn toàn tủa trong NaHCO3 và thêm dung dịch HCl từ từ để tránh trào dịch và mất sản phẩm Cơ chế phản ứng được thể hiện rõ trong hình minh họa.
Hình 3.9 Sơ đồ cơ chế phản ứng Bargellini
Khi aceton được thêm vào cloroform trong môi trường NaOH, anion tricloromethid được tạo ra, sau đó chuyển hóa thành tricloromethyl carbinol hoặc alkoxid Phenol có khả năng tấn công oxiran nhờ vào sự hình thành carbon bậc 3 khi nucleophin thay thế một nguyên tử clor Chất trung gian nucleophilic này có tính phản ứng cao và phản ứng chọn lọc tại carbon α, dẫn đến sự hình thành dẫn xuất clorid của acid carboxylic tại vị trí α Cuối cùng, nucleophin acyl bị thay thế, với nhóm hydroxyl tấn công vào acid clorid để tạo thành dị vòng tương ứng, và sản phẩm cuối cùng là một dẫn xuất của acid cacboxylic.
3.3.1.2 Tổng hợp acid fenofibric từ fenofibrat
Hình 3.10 Tổng hợp acid 2-(4-(4-clorobenzoyl)phenoxy)-2-methylpropanoic
Chúng tôi tiến hành thủy phân fenofibrat trong hai môi trường khác nhau: môi trường acid (HCl) và môi trường base (NaOH) nhằm thu được acid fenofibric Dưới đây là cơ chế thủy phân liên kết ester trong hai môi trường này.
Hình 3.11 Cơ chế thủy phân ester trong môi trường acid
Hình 3.12 Cơ chế thủy phân ester trong môi trường base
Phản ứng thủy phân ester là quá trình tấn công của nước (H2O) vào ester proton hóa, tạo ra sản phẩm mà không có sự phân chia điện tích, do đó phản ứng diễn ra theo cơ chế lưỡng phân tử S N 2 Quá trình này bao gồm sự phân cắt liên kết giữa carbon acyl và oxy của alcohol, được gọi là sự phân cắt acyl-oxy Trong môi trường acid, phản ứng thủy phân ester là phản ứng thuận nghịch; giai đoạn đầu, với lượng nước dồi dào, phản ứng diễn ra theo chiều thuận, nhưng khi lượng ester và nước giảm, dưới tác động của acid, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nghịch Đặc biệt, phản ứng thủy phân fenofibrat tạo acid fenofibric trong dung môi EtOH thuận lợi cho việc tạo ester Tuy nhiên, hiệu suất phản ứng thủy phân trong môi trường acid thường không đạt yêu cầu, do đó chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm với xúc tác là dung môi base để cải thiện kết quả.
Trong môi trường kiềm, phản ứng giữa acid fenofibric và base diễn ra theo chiều một chiều, tạo ra muối với hiệu suất cao lên tới hơn 96% Do đó, để tổng hợp acid fenofibric, chúng tôi đã chọn phương pháp thủy phân fenofibrat trong dung môi kiềm, cụ thể là NaOH.
3.3.2 Bàn luận về phương pháp tổng hợp
3.3.2.1 Bàn luận về phương pháp tổng hợp acid fenofibric
Từ kết quả thực nghiệm mục 3.1.1, chúng tôi thu được bảng so sánh các phương pháp tổng acid fenofibric dưới đây:
Bảng 3.14 Kết quả so sánh các phương pháp tổng hợp acid fenofibric Đi từ phenol (2) Đi từ fenofibrat (5)
Nguyên liệu CHCl3 và dung môi aceton độc, đắt hơn EtOH
- Dung môi EtOH rẻ tiền hơn, thân thiện với môi trường hơn Điều kiện phản ứng
- Đơn giản, dễ thực hiện
- Phản ứng thủy phân liên kết ester
Dựa vào kết quả từ bảng 3.14, chúng tôi đã lựa chọn phương pháp thủy phân liên kết ester của fenofibrat trong dung môi NaOH để đạt được hiệu suất cao nhất cho acid fenofibric, cùng với các điều kiện phản ứng và nguyên liệu phù hợp.
3.3.2.2 Bàn luận về phương pháp tạo muối cholin fenofibrat a) Bàn luận về nguyên liệu phản ứng
Dựa trên kết quả thực nghiệm ở mục 3.1.3, để tổng hợp muối cholin fenofibrat từ acid fenofibric, có thể sử dụng cholin clorid (6) hoặc cholin hydroxid (7) Dưới đây là bảng so sánh hai nguyên liệu này.
Bảng 3.15 Kết quả so sánh nguyên liệu tạo muối cholin fenofibric Đi từ cholin clorid (6) Đi từ cholin hydroxid (7)
Nguyên liệu Rẻ tiền, dễ kiếm Đắt tiền, khó mua với số lượng nhỏ Điều kiện phản ứng
- Phản ứng trung hòa acid và base
- Đơn giản, dễ thực hiện
- Thời gian phản ứng ngắn hơn (8h)
- Nhiệt độ phản ứng cao (80°C)
Dựa vào bảng 3.15, chúng tôi nhận thấy rằng việc sử dụng cholin hydroxid mang lại hiệu suất cao hơn và thao tác thuận tiện hơn trong điều kiện phản ứng Tuy nhiên, cholin hydroxid có một số nhược điểm như giá thành cao, khó mua với số lượng nhỏ, kém bền trong dung dịch và có mùi đặc trưng Ngược lại, cholin clorid lại rẻ tiền, dễ mua, tồn tại ở dạng chất rắn và dễ bảo quản Do đó, trong quy trình thí nghiệm, chúng tôi đã chuyển đổi cholin clorid thành cholin hydroxid thông qua sắc ký cột trao đổi ion (mục 3.1.2) và sau đó sử dụng cholin hydroxid để tổng hợp muối cholin fenofibrat.
Hình 3.13 Các quy trình tạo muối cholin fenofibrat
Dựa vào hình 3.13, có 2 quy trình tạo muối cholin fenofibrat:
- Quy trình 1: từ fenofibrat (5) thủy phân liên kết ester với xúc tác NaOH tạo acid fenofibric (3), sau đó chất 3 tác dụng với cholin hydroxid tạo muối cholin fenofibrat
Quy trình 2 bao gồm hai phản ứng chính: đầu tiên, fenofibrat (5) trải qua phản ứng thủy phân liên kết ester với sự xúc tác của cholin hydroxid, sau đó là phản ứng trung hòa acid fenofibric cũng với cholin hydroxid.
Quy trình 2 cho hiệu suất xấp xỉ 85% nhưng đơn giản và dễ thực hiện hơn quy trình 1 Nó tiết kiệm thời gian và tiêu tốn ít nhiệt năng hơn, vì vậy chúng tôi đã chọn quy trình 2 để sản xuất muối cholin fenofibrat.
3.3.2.3 Bàn về quy trình tạo muối cholin fenofibrat từ fenofibrat và tinh chế muối a) Bàn luận về quy trình tạo muối cholin fenofibrat từ fenofibrat và cholin hydroxid
Quy trình tạo muối cholin fenofibrat từ fenofibrat và cholin hydroxid chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như dung môi phản ứng, tỉ lệ mol giữa cholin hydroxid và fenofibrat, thời gian và nhiệt độ Do đó, chúng tôi đã tiến hành khảo sát các yếu tố này nhằm xác định thông số tối ưu cho quy trình sản xuất.
Cholin fenofibrat có khả năng tan tốt trong nước nhưng kém tan hơn trong các dung môi hữu cơ Trong nghiên cứu, chúng tôi đã khảo sát hiệu suất của hai dung môi phổ biến trong công nghiệp là EtOH và IPA, và kết quả cho thấy EtOH mang lại hiệu suất tốt hơn.
Tỉ lệ mol các chất tham gia phản ứng có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và độ tinh khiết của sản phẩm Tỉ lệ mol tối ưu giữa cholin hydroxid và fenofibrat là 1,5:1, vì cholin hydroxid không chỉ xúc tác cho quá trình thủy phân liên kết ester mà còn tạo muối cholin với acid fenofibric Nếu lượng cholin hydroxid không đủ, sản phẩm sẽ chứa tạp chất fenofibrat và acid fenofibric, gây khó khăn trong việc thu hồi muối cholin fenofibrat tinh khiết Do đó, việc sử dụng dư cholin hydroxid là cần thiết Tăng tỉ lệ mol cholin hydroxid lên 1,75:1 hoặc 2:1 không mang lại lợi ích rõ rệt hơn.
41 tăng hiệu suất phản ứng, lãng phí cholin hydroxid mà có thể tăng lượng tạp làm giảm độ tinh khiết của sản phẩm
Trong tài liệu không nêu rõ thời gian cụ thể, chúng tôi đã tiến hành khảo sát để xác định thời gian tối ưu cho quy trình Kết quả khảo sát cho thấy thời gian lý tưởng là 8 giờ Thời gian quá ngắn dẫn đến hiệu suất thấp, trong khi thời gian kéo dài hơn chỉ mang lại sự gia tăng hiệu suất không đáng kể.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành khảo sát để xác định nhiệt độ tối ưu cho quy trình tinh chế cholin fenofibrat, mặc dù tài liệu hiện có chưa cung cấp thông tin cụ thể về nhiệt độ Kết quả khảo sát cho thấy nhiệt độ lý tưởng cho quy trình là 80°C Nhiệt độ thấp dẫn đến hiệu suất không cao, trong khi nhiệt độ quá cao lại làm giảm hiệu suất do sự không bền của chất tham gia phản ứng ở nhiệt độ cao.
