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 việc cộng nucleophin phenylhydrazin vào nhóm C=O, dẫn đến sự hình thành sản phẩm hemiaminal thông qua quá trình chuyển hoá 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, được hấp thu tốt qua đường tiêu hóa và nhanh chóng phân ly thành acid fenofibric có hoạt tính 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 Tmax là 4-5 giờ Sinh khả dụng tuyệt đối của acid fenofibric khoảng 81%.
Liên kết protein huyết tương của cholin fenofibrat đạt khoảng 99% Sau khi sử dụng các liều lặp lại, nồng độ acid fenofibric sẽ đạt trạng thái ổn định trong vòng 8 ngày, với nồng độ ổn định này cao hơn một chút so với nồng độ sau khi dùng một liều duy nhất.
Acid fenofibric chủ yếu được liên hợp với acid glucuronic tại gan và sau đó được bài tiết qua nước tiểu Một lượng nhỏ acid fenofibric bị chuyển hóa thành benzhydrol thông qua quá trình khử gốc carbonyl, cũng được liên hợp với acid glucuronic và bài tiết qua nước tiểu Dữ liệu in vivo cho thấy 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 những người 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, giúp kích hoạt PPARα Acid fenofibric tăng cường phân giải lipid và loại bỏ triglycerid khỏi huyết tương bằng cách kích hoạt lipoprotein lipase và giảm sản xuất apo-protein C-III, dẫn đến giảm triglycerid và lipoprotein tỉ trọng rất thấp (VLDL) Đồng thời, sự hoạt hóa PPARα cũng thúc đẩy tổng hợp apo-protein AI, apo-protein AII và lipoprotein tỉ trọng cao (HDL).
Cholin fenofibrat được chỉ định như liệu pháp bổ trợ cho chế độ ăn kiêng nhằm điều trị tăng triglycerid máu nghiêm trọng, giúp giảm mức triglycerid ở bệnh nhân mắc tình trạng này Đối với bệnh nhân đái tháo đường có biểu hiện nhiễm khuẩn huyết, 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 mức cholesterol lipoprotein tỉ trọng thấp (LDL-C).
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 tuân thủ chế độ ăn hạ lipid trước và trong quá trình điều trị bằng viên nang giải phóng trì hoãn cholin fenofibrat Thời gian uống viên nang không liên quan đến 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 tăng triglycerid nghiêm trọng, liều khởi đầu của acid fenofibric được khuyến cáo là từ 45 đến 135 mg, dùng một lần mỗi ngày Liều dùng sẽ được điều chỉnh dựa trên đáp ứng của bệnh nhân, sau khi thực hiện định lượng lipid trong khoảng thời gian từ 4 đến 8 tuần Nếu cần thiết, liều tối đa có thể lên đến 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 bị suy thận nhẹ đến trung bình Liều chỉ được tăng sau khi đánh giá chức năng thận và lipid huyết thanh Không được sử dụng cho bệnh nhân suy thận nặng.
Bệnh nhân cao tuổi cần được kiểm tra chức năng thận trước khi quyết định liều thuốc Nếu chức năng thận ở mức bình thường, không cần điều chỉnh liều lượng; tuy nhiên, việc theo dõi chức năng thận trong quá trình điều trị vẫn rất quan trọng.
✓ Thuốc chống đông máu coumarin: khi dùng cùng cholin fenofibrat cần giảm liều coumarin để ngăn ngừa biến chứng chảy máu
Nhựa gắn acid mật có khả năng liên kết với các thuốc khác khi sử dụng đồng thời Do đó, để tránh cản trở hấp thu thuốc, nên dùng cholin fenofibrat trước 1 giờ hoặc sau 4-6 giờ sau khi sử dụng nhựa gắn acid mật.
Thuốc ức chế miễn dịch như cyclosporin và tacrolimus có khả năng thải trừ chủ yếu qua thận, tương tự như acid fenofibric Do đó, cần xem xét cẩn thận lợi ích và nguy cơ gây độc cho thận khi kết 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 sản phẩm cuối cùng, natri carbonat đã được thay thế bằng một base hữu cơ, trong đó R1, R2, R3 có thể là H hoặc các alkyl mạch thẳng hoặc phân nhánh C1-4 như diethylamin và triethylamin Các dung môi được lựa chọn bao gồm methanol, ethanol, n-butanol, isopropanol và các hỗn hợp tương tự Nhiệt độ phản ứng có thể dao động 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, cho ra sản phẩm cholin fenofibrat (1) với hiệu suất khoảng 75%.
Một 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, các chất không tan được loại bỏ bằng cách lọc Tiếp theo, cholin hydroxid được thêm vào dịch phản ứng với dung môi phù hợp ở nhiệt độ 80°C đến 120°C trong 1-5 giờ, sử dụng propanol thẳng hoặc nhánh Cuối cùng, dịch phản ứng được lọc và để nguội ở 10°C để thu được cholin fenofibrat với độ tinh khiết trên 99,5%, mặc dù hiệu suất phản ứng chỉ đạt khoảng 70%.
Theo một sáng chế công bố năm 2018 tại Trung Quốc, cholin fenofibrat được tổng hợp bằng cách cho fenofibrat phản ứng với cholin hydroxid trong dung môi hữu cơ như MeOH, EtOH, IPA, hoặc n-butanol, ở nhiệt độ từ 40 đến 90°C trong khoảng thời gian 2-10 giờ Phản ứng này dẫn đến sự 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 khi phản ứng hoàn tất, dịch được cô đặc, thêm dung môi hữu cơ đã sử dụng và đun nóng đến 80-90°C cho đến khi dịch trong suốt, sau đó làm lạnh về nhiệt độ phòng và tiếp tục làm lạnh sâu ở 0-5°C để kết tinh qua đêm Cuối cùng, muối thô được lọc và sấy khô để thu được sản phẩm cholin fenofibrat.
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 Cuối cùng, tiến hành lọc và sấy để thu được cholin fenofibrat đã tinh chế với hiệu suất đạt 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 đều 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
Trao đổi ion OH- cho phép thu được dung dịch cholin hydroxid Quá trình này dừng lại khi lượng nước không đổi, dẫn đến việc thu được dung dịch cholin hydroxid trong nước.
Phương pháp 1 để tạo ra muối cholin fenofibrat 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 tiến hành khảo sát hiệu suất của phản ứng.
Phương pháp 2 bao gồm việc cho acid fenofibric phản ứng với cholin hydroxid, tạo ra muối cholin fenofibrat Phản ứng giữa acid và base này không phức tạp, giúp thu được sản phẩm mong muốn một cách hiệu quả.
Phương pháp 3 liên quan đến việc tích hợp phản ứng thủy phân liên kết ester với phản ứng trao đổi ion acid-base Cholin fenofibrat được tổng hợp từ sự kết hợp giữa fenofibrat và cholin hydroxid, đóng vai trò vừa là môi trường thúc đẩy phản ứng thủy phân, vừa là chất tham gia trong quá trình này.
Hình 1.5 Sơ đồ tổng hợp cholin fenofibrat
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu và thiết bị
Để thực hiện khóa luận, chúng tôi đã sử dụng dụng cụ, thiết bị, dung môi và hóa chất từ Phòng thí nghiệm Tổng hợp Hóa dược, Bộ môn Công nghiệp Dược, Trường Đại học Dược Hà Nội Thông tin về các trang thiết bị xác định cấu trúc sẽ được trình bày 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
Để xác định cấu trúc của các chất, tiến hành kiểm tra độ tinh khiết bằng phương pháp sắc kí lớp mỏng (SKLM) và đo nhiệt độ nóng chảy trước khi thực hiện các phân tích phổ.
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 như dung môi hữu cơ, tỉ lệ mol, nhiệt độ và thời gian phản ứng là cần thiết để xác định điều kiện tối ưu cho phản ứng.
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 với các hệ dung môi khai triển khác nhau.
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, như đã nêu ở mục 2.3.1, cho phép đánh giá sơ bộ độ tinh khiết của sản phẩm dựa trên đặc điểm hình ảnh trên sắc ký đồ.
Phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy bằng máy đo nhiệt độ nóng chảy EZ-Melt cho phép đánh giá sơ bộ độ tinh khiết của sản phẩm dựa trên khoảng giá trị nhiệt độ nóng chảy.
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 thực hiện 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 sóng 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 và chất chuẩn nội 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 được cất dưới áp suất giảm Cắn còn lại được hòa tan trong nước (H2O) và acid hóa bằng acid HCl loãng đến pH 2-3 để tạo ra 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 acid hóa tiếp tục bằng acid HCl loãng đến pH 2-3, dẫn đến sự kết tủa của acid fenofibric, sau đó lọc để thu được sản phẩm Cuối cùng, sản phẩm được kết tinh lại trong hỗn hợp cồn và nước với tỷ lệ 1:1, và lọc để thu được sản phẩm kết tinh.
Trong quá trình hòa tan tủa bằng NaHCO3, cần hòa tan kỹ tủa để chuyển hoàn toàn acid fenofibric thành natri fenofibrat Sau khi hoàn tất, lượng NaHCO3 dư sẽ phản ứng với HCl được thêm vào, 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 phản ứng kết thúc, cần đưa hỗn hợp về nhiệt độ phòng và 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, tiến hành hòa tan 100 mL NaHCO3 bão hòa, khuấy đều và lọc để loại bỏ tủa Tiếp theo, acid hóa bằng acid HCl loãng đến pH 2-3, acid fenofibric sẽ kết tủa và được lọc thu Cuối cùng, tiến hành kết tinh lại trong hỗn hợp cồn và nước theo 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 khoảng thời gian 6,5 giờ, 7,5 giờ, 8,5 giờ và 9,5 giờ nhằm xác định thời gian phản ứng 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 6,5-8,5 giờ, khi thời gian tăng lên, hiệu suất phản ứng cũng tăng dần Tuy nhiên, khi thời gian đạt 9,5 giờ, sự gia tăng hiệu suất trở nên không đáng kể Do đó, để tối ưu hóa, thời gian phản ứng được lựa 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 đến khoảng nửa chiều cao của cột, sau đó mở van và từ từ cho hạt vào cột cho đến khi đầy, đồng thời gõ nhẹ để nén các lớp hạt Lưu ý không để mực dung môi xuống thấp hơn mực hạt trao đổi ion để tránh hiện tượng 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 pH bằng giấy quỳ trong quá trình tách chiết Khi giấy quỳ chuyển sang màu xanh, thu thập phân đoạn base Ngừng quá trình khi giấy quỳ tím không còn thay đổi màu, cho thấy pH đã đạt mức trung tính.
✓ 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 tất cả lượng dịch từ phân đoạn base lại, sau đó tiến hành cất quay cho đến khi lượng nước không còn thay đổi Quá trình này sẽ 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 tiến hành chuẩn độ, hút 10,00 mL dung dịch HCl vào bình nón 100 mL và thêm 2-3 giọt chỉ thị phenolphtalein Sau đó, sử dụng dung dịch NaOH 0,1N để chuẩn độ cho đến khi dung dịch chuyển từ không màu sang hồng, sau đó dừng lại Thực hiện lại quá trình này hai lần và tính kết quả trung bình, với thể tích NaOH sử dụng là 11,2 mL.
Để thực hiện thí nghiệm, hút 10,00 mL dung dịch acid oxalic vào bình nón 100 mL và thêm 2-3 giọt chỉ thị phenolphtalein Tiến hành chuẩn độ với dung dịch NaOH 0,1N cho đến khi dung dịch chuyển từ không màu sang hồng, sau đó dừng lại Lặp lại quy trình này hai 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, sau đó đun hồi lưu ở nhiệt độ 50-60°C cho đến khi thu được dịch trong suốt Tiến hành lọc để loại bỏ cặn, rửa bằng 1-1,5 mL EtOH tuyệt đối và thu toàn bộ dịch Để làm mát ở nhiệt độ phòng và khuấy trong 15 giờ.
Sau khi phản ứng, làm nguội hỗn hợp xuống 0-5°C và khuấy trong 2 giờ Tiếp theo, tiếp tục làm lạnh sâu trong tủ lạnh để kết tinh qua đêm Cuối cùng, lọc lấy tủa, rửa bằng EtOH tuyệt đối và sấy khô để thu sản phẩm.
Hòa tan sản phẩm trong 10 mL EtOH tuyệt đối, thêm 0,10 g than hoạt và đun nóng, khuấy đều trong 20 phút Sau đó, lọc để loại bỏ than hoạt và thu phần dịch Khuấy dịch ở nhiệt độ 0-5°C trong 2 giờ, 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, vì vậy sau khi phản ứng, cần thêm nước và acid hóa bằng HCl để tủa lại acid fenofibric Sản phẩm sau đó được rửa nhiều lần bằng dung dịch NaHCO3 bão hòa, nhưng chỉ nên rửa 2-3 lần để tránh làm giảm hiệu suất phản ứng Quá trình xử lý cần chú ý hòa tan hoàn toàn tủa trong NaHCO3 và thêm HCl từ từ để tránh trào dịch và mất sản phẩm Cơ chế phản ứng được minh họa ở hình dưới đây.
Hình 3.9 Sơ đồ cơ chế phản ứng Bargellini
Khi aceton được thêm vào cloroform trong môi trường NaOH, anion tricloromethid được hình thành, sau đó chuyển thành tricloromethyl carbinol hoặc alkoxid Phenol có khả năng tấn công oxiran nhờ vào sự tạo thành carbon bậc 3 khi nucleophin thay thế một clor Chất trung gian nucleophilic này rất phản ứng và chọn lọc tại carbon α, dẫn đến việc 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 ra 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, thuộc loại phản ứng lưỡng phân tử S N 2 Quá trình này bao gồm sự phân cắt liên kết giữa carbon acyl và oxy của alcol, được gọi là sự phân cắt acyl-oxy Theo cơ chế, thủy phân ester trong môi trường acid là phản ứng thuận nghịch; giai đoạn đầu, khi nước nhiều, 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 của phản ứng thủy phân trong môi trường acid không đạt yêu cầu, do đó chúng tôi tiến hành thử nghiệm với xúc tác là dung môi base.
Trong môi trường base, phản ứng giữa acid fenofibric và base diễn ra một chiều, tạo muối với hiệu suất cao hơn 96% Do đó, để tổng hợp acid fenofibric, chúng tôi đã chọn phương pháp thủy phân fenofibrat trong dung môi base, 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, để đạt được hiệu suất cao nhất trong việc thu được acid fenofibric, chúng tôi đã chọn phương pháp thủy phân liên kết ester của fenofibrat trong dung môi NaOH 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 giữa hai nguyên liệu cholin clorid và cholin hydroxid.
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 nguyên liệu cholin hydroxid mang lại hiệu suất cao hơn và thao tác thuận tiện hơn 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 có giá rẻ, dễ mua, ở dạng chất rắn và dễ bảo quản Vì vậy, trong quy mô phòng thí nghiệm, chúng tôi đã chuyển đổi cholin clorid thành cholin hydroxid bằng phương pháp sắc ký cột trao đổi ion (mục 3.1.2), sau đó sử dụng cholin hydroxid làm nguyên liệu 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 diễn ra với fenofibrat (5), trong đó xảy ra đồng thời phản ứng thủy phân liên kết ester và phản ứng trung hòa acid fenofibric, cả hai đều được xúc tác bởi cholin hydroxid.
Quy trình 2 cho hiệu suất tương đương (~85%) nhưng đơn giản hơn, dễ thực hiện hơn, tiết kiệm thời gian và ít tiêu tốn nhiệt năng Do đó, chúng tôi đã quyết định lựa 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 bao gồm các phản ứng thủy phân liên kết ester và trung hòa acid-base, chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như dung môi phản ứng, tỉ lệ mol cholin hydroxid so với fenofibrat, thời gian và nhiệt độ Do đó, chúng tôi tiến hành khảo sát các yếu tố này nhằm xác định thông số tối ưu cho quy trình.
Cholin fenofibrat có khả năng tan tốt trong nước nhưng lại kém tan trong 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 Kết quả cho thấy EtOH mang lại hiệu suất tốt hơn.
Tỉ lệ mol của các chất tham gia phản ứng là yếu tố quyết định đến hiệu suất và độ tinh khiết của sản phẩm Tỉ lệ tối ưu giữa cholin hydroxid và fenofibrat là 1,5:1, với cholin hydroxid không chỉ đóng vai trò xúc tác trong quá trình thủy phân liên kết ester mà còn tạo muối cholin với acid fenofibric Nếu lượng cholin hydroxid không đủ, sẽ dễ xảy ra tình trạng lẫn tạp chất fenofibrat và acid fenofibric trong sản phẩm, gây khó khăn trong việc thu hồi muối cholin fenofibrat tinh khiết Do đó, việc sử dụng dư cholin hydroxid là cần thiết Mặc dù tăng tỉ lệ mol cholin hydroxid lên 1,75:1 hoặc 2:1 không mang lại tác động tiêu cực, nhưng vẫn cần đảm bảo tỉ lệ tối ưu để đạt được kết quả tốt nhất.
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 chưa xác định thời gian cụ thể cho quy trình, chúng tôi đã tiến hành khảo sát để tìm ra thời gian tối ưu Kết quả cho thấy, thời gian lý tưởng cho quy trình là 8 giờ Thời gian ngắn sẽ dẫn đến hiệu suất không cao, trong khi thời gian 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 không cung cấp nhiệt độ cụ thể Kết quả 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 cũng làm giảm hiệu suất do sự không bền của các chất tham gia phản ứng ở nhiệt độ cao.
