BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI ĐỖ THỊ TRUNG ANH Mã sinh viên: 1101013 NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP MESNA TỪ 1,2-DICLOROETHAN Ở QUY MƠ G/MẺ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ HÀ NỘI - 2016 BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI ĐỖ THỊ TRUNG ANH Mã sinh viên: 1101013 NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP MESNA TỪ 1,2-DICLOROETHAN Ở QUY MƠ G/MẺ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ Người hướng dẫn: ThS Đào Nguyệt Sương Huyền Nơi thực hiện: Bộ môn Công nghiệp Dược Trường Đại học Dược Hà Nội HÀ NỘI – 2016 LỜI CẢM ƠN Trước hết cho phép em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS TS Nguyễn Đình Luyện, ThS Đào Nguyệt Sương Huyền người trực tiếp hướng dẫn, truyền đạt cho em kiến thức kinh nghiệm quý báu, tạo điều kiện giúp đỡ em trình học tập, nghiên cứu hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Văn Hải, ThS Nguyễn Văn Giang CN Phan Tiến Thành thầy giáo, cô giáo, anh chị kĩ thuật viên môn Công nghiệp Dược – Trường Đại học Dược Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập nghiên cứu môn Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu tồn thể thầy giáo Trường Đại học Dược Hà Nội tạo điều kiện tốt cho em suốt trình học tập trường Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè ln chỗ dựa vững chắc, nguồn động viên to lớn em sống học tập Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 12 tháng năm 2016 Sinh viên Đỗ Thị Trung Anh MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG TỔNG QUAN .2 1.1 Tổng quan mesna 1.1.1 Cấu trúc hóa học tính chất lý hóa 1.1.2 Đặc điểm dược lý, dược động học 1.1.3 Chỉ định, chống định, thận trọng 1.1.4 Liều dùng, đường dùng biệt dược 1.2 Tổng quan phương pháp tổng hợp mesna .5 1.2.1 Tổng hợp mesna qua trung gian guanidini 2-mercaptoethansulfonat .5 1.2.2 Tổng hợp mesna qua trung gian natri benzoylthioethansulfonat 1.2.3 Tổng hợp mesna qua trung gian muối ethyl-2-sulfoethyl xanthat 11 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1 Nguyên liệu, .15 2.2 Dụng cụ, thiết bị 15 2.3 Nội dung nghiên cứu 17 2.4 Phương pháp nghiên cứu 17 2.4.1 Tổng hợp hoá học 17 2.4.2 Kiểm tra độ tinh khiết .18 2.4.3 Xác định cấu trúc 18 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 19 3.1 Tổng hợp mesna từ nguyên liệu 1,2-dicloroethan .19 3.1.1 Phản ứng tổng hợp natri 2-cloroethansulfonat 19 3.1.2 Phản ứng tổng hợp muối 2-S-thiouroni ethansulfonat 20 3.1.3 Phản ứng tổng hợp mesna .22 3.2 Kiểm tra độ tinh khiết 26 3.3 Xác định cấu trúc .27 3.3.1 Phổ hồng ngoại (IR) 27 3.3.2 Phổ khối lượng (MS) .27 3.3.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR) carbon-13 (13C-NMR) 28 3.4 Lựa chọn quy trình tổng hợp mesna triển khai quy mơ g/ mẻ .29 CHƯƠNG BÀN LUẬN .32 4.1 Về phản ứng tổng hợp hóa học 32 4.1.1 Phản ứng tổng hợp muối 2-cloroethansulfonat .33 4.1.2 Phản ứng tổng hợp muối 2-S-thiouroni ethansulfonat 34 4.1.3 Phản ứng tổng hợp mesna .35 4.2 Về kết phổ 37 4.2.1 Phổ hồng ngoại (IR) 37 4.2.2 Phổ khối lượng (MS) .37 4.2.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 38 4.3 Về quy trình tổng hợp mesna triển khai quy mô g/mẻ 38 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40 5.1 Kết luận 40 5.2 Kiến nghị 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 13 C-NMR Carbon-13-Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon) H-NMR Proton - Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton) 1,2-dicloroethan Natri 2-cloroethansulfonat 2-S-thiouroni ethansulfonat Guanidini 2-mercaptoethansulfonat Mesna Hpư Hiệu suất phản ứng IR Infrared spectroscopy (Phổ hồng ngoại) MS Mass spectrometry (Phổ khối lượng) Rf Retention factor (Hệ số lưu giữ) SKLM xt Sắc ký lớp mỏng Xúc tác DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Danh mục nguyên liệu 15 Bảng 2 Danh mục dụng cụ, thiết bị .15 Bảng Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol nguyên liệu đến hiệu suất phản ứng tổng hợp chất (2) từ chất (1) với xúc tác Cu hỗn hợp dung môi nước - cồn 20 Bảng Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol nguyên liệu đến hiệu suất phản ứng tổng hợp chất (3) từ chất (2) dung môi phản ứng nước cất 22 Bảng 3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH phản ứng tổng hợp mesna từ chất (3) .26 Bảng Kết giá trị Rf t onc chất tổng hợp .26 Bảng Kết phân tích phổ IR sản phẩm 27 Bảng Kết phân tích phổ MS sản phẩm 28 Bảng Kết phân tích phổ 1H-NMR sản phẩm mesna 28 Bảng Kết phân tích phổ 13C-NMR sản phẩm 29 Bảng Kết tổng hợp mesna với quy mô g/mẻ 30 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Cấu trúc hóa học mesna Hình Sơ đồ tổng hợp mesna qua trung gian guanidini 2-mercaptoethansulfonat .5 Hình Sơ đồ tổng hợp mesna qua trung gian natri benzoylthioethansulfonat theo tác giả Alberto Reiner cộng .10 Hình Sơ đồ phản ứng tổng hợp muối ethyl-2-sulfoethyl xanthat 11 Hình Tổng hợp mesna qua trung gian ethyl-2-sulfoethyl xanthat theo phương pháp tác giả C H Schramm cộng .12 Hình Tổng hợp mesna qua trung gian ethyl-2-sulfoethyl xanthat theo phương pháp tác giả J Leveque cộng - Hướng 12 Hình Tổng hợp mesna qua trung gian ethyl-2-sulfoethyl xanthat theo phương pháp tác giả J Leveque cộng - Hướng 13 Hình Sơ đồ tổng hợp mesna .17 Hình Sơ đồ tổng hợp natri 2-cloroethansulfonat từ 1,2-dicloroethan 19 Hình Sơ đồ tổng hợp 2-S-thiouroni ethansulfonat từ natri 2-cloroethansulfonat 20 Hình 3 Sơ đồ tổng hợp mesna từ 2-S-thiouroni ethansulfonat 22 Hình Sơ đồ khối quy trình tổng hợp mesna từ 1,2-dicloroethan quy mô g/mẻ 31 Hình Cơ chế phản ứng tổng hợp muối alkyl sulfonat 33 Hình Cơ chế xúc tác KI 34 Hình Cơ chế phản ứng amoniac phân 2-S-thiouroni ethansulfonat 35 Hình 4 Phản ứng tạo sản phẩm phụ dimesna 35 ĐẶT VẤN ĐỀ Mesna thuốc định bắt buộc phác đồ điều trị ung thư có oxazaphosphorin (ifosfamid, cyclophosphamid) để giảm độc tính tủy xương, thận bàng quang mesna có khả tạo liên kết với chất chuyển hóa thuốc Đồng thời mesna làm tăng đào thải cystein, phản ứng hóa học với acrolein góp phần vào tác dụng bảo vệ đường tiết niệu [1], [22] Một mục tiêu “Chương trình nghiên cứu khoa học cơng nghệ trọng điểm quốc gia phát triển cơng nghiệp hố dược đến năm 2020” Thủ tướng Chính phủ phê duyệt theo định số 61/2007/QĐ-TTg ngày 07/5/2007 góp phần xây dựng phát triển ngành cơng nghiệp hố dược để chủ động sản xuất cung cấp nguyên liệu hố dược phục vụ phát triển ngành cơng nghiệp bào chế thuốc nước ngành công nghiệp dược Việt Nam Trong nghiên cứu sản xuất số nguyên liệu hóa dược làm thuốc điều trị ung thư nội dung quan trọng [27] Thực tế Việt Nam, nguyên liệu thành phẩm mesna chưa nghiên cứu sản xuất Theo tài liệu công bố giới, tổng hợp qua trung gian guanidini ethansulfonat phương pháp để tổng hợp mesna Tuy nhiên tài liệu để cập đến quy trình tổng hợp mesna từ nguyên liệu 1,2-dibromoethan với hiệu suất khoảng 30% [17], [18] mà chưa đề cập chi tiết đến việc tổng hợp mesna từ nguyên liệu 1,2-dicloroethan Vì vậy, chúng tơi tiến hành đề tài “Nghiên cứu quy trình tổng hợp mesna từ 1,2-dicloroethan quy mô g/mẻ” với mục tiêu: Xây dựng quy trình tổng hợp mesna qua trung gian guanidini 2-mercaptoethansulfonat từ nguyên liệu 1,2-dicloroethan quy mơ phịng thí nghiệm Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quy trình tổng hợp mesna qua trung gian guanidini 2-mercaptoethansulfonat từ nguyên liệu 1,2-dicloroethan Tổng hợp 03 mẻ mesna quy mô g/mẻ CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan mesna 1.1.1 Cấu trúc hóa học tính chất lý hóa  Cấu trúc hóa học Hình 1 Cấu trúc hóa học mesna - Cơng thức phân tử: C2H5NaO3S2 - Phân tử lượng: 164,18 đvC - Thành phần: 14,63% C; 3,05% H; 14,02% Na; 29,27% O; 39,03% S - Danh pháp IUPAC: natri 2-sulfanylethansulfonat - Tên thường gọi: mesna [6]  Tính chất lý hóa - Hình thức cảm quan: bột tinh thể trắng vàng nhạt, dễ hút ẩm - Độ tan: tan tự nước, tan ethanol (96%), không tan cyclohexan - Dung dịch 10% nước có pH 4,5 - 6,0 [6], [21] 1.1.2 Đặc điểm dược lý, dược động học  Đặc điểm dược động học Khi tiêm mesna, thời gian đạt pic 1,5 – Mesna tích phân bố 0,65 ± 0,24 lít/kg Trong máu, mesna nhanh chóng bị oxi hố thành dimesna, mesna dimesna khơng bị chuyển hố qua gan Phần lớn liều tiêm tĩnh mạch tiết qua nước tiều vòng (mesna 32% dimesna 33%) Thời gian bán thải mesna dimesna 20 phút 70 phút [28]  Đặc điểm tác dụng dược lý Mesna (natri 2-sulfanylethansulfonat) tương tác hóa học với chất chuyển hóa độc (bao gồm acrolein) thuốc chống ung thư ifosfamid cyclophosphamid có nước tiểu, nên ngăn ngừa giảm tỉ lệ mức độ độc bàng quang (ví dụ viêm bàng quang chảy máu, huyết niệu) 38 4.2.3 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Dựa vào phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton carbon để khẳng định chắn cấu trúc hợp chất 4.2.3.1 Phổ 1H-NMR - Trên phổ đồ mesna có tín hiệu δ = 2,85 ppm thể cho proton vị trí C2 đứng cạnh nhóm –SH Điều chứng tỏ phản ứng ammoniac phân xảy Bên cạnh đó, tín hiệu δ = 3,05 ppm proton vị trí C1 đứng cạnh nhóm -SO3Na q trình chạy sắc kí trao đổi ion loại bỏ ion dương guanidini 4.2.3.2 Phổ 13C-NMR Phân tích phổ 13 C-NMR cho phép nhận biết dạng nguyên tử C số lượng nguyên tử C Khi phân tích phổ 13C-NMR chất nhận thấy tín hiệu phổ đồ tương ứng phù hợp với số lượng độ chuyển dịch hóa học nguyên tử carbon Kết trình bày bảng 3.8 (Phụ lục 4.1 4.2) - Trên phổ trung gian guanidini 2-mercaptoethansulfonat xuất tín hiệu δ = 20,08 thể cho C cạnh nhóm SH; tín hiệu δ = 56,60 thể cho C cạnh nhóm SO3Na tín hiệu δ = 159,96 thể cho C nhóm guanidini - Trên phổ mesna xuất tín hiệu δ = 20,12 thể cho C cạnh nhóm SH tín hiệu δ = 56,61 thể cho C cạnh nhóm SO3Na Như kết phân tích phổ IR, MS, 1H-NMR 13C-NMR cho phép khẳng định cấu trúc hợp chất tổng hợp phù hợp với cấu trúc hợp chất dự kiến 4.3 Về quy trình tổng hợp mesna triển khai quy mô g/mẻ Khi triển khai quy mơ g/mẻ, hiệu suất tồn quy trình trung bình 30,50%, thấp triển khai quy mơ thí nghiệm Ngun nhân yếu tố : - Trang thiết bị (máy cất quay, bơm chân không) không phù hợp với quy mô lớn - Các thao tác chiết, lọc thu sản phẩm chất trung gian không triệt để, sản phẩm chất trung gian bị hoà tan phần vào dịch lọc 39 - Đối với phản ứng tổng hợp muối 2-cloroethansulfonat: natri sulfit thêm toàn lượng từ đầu vào hỗn hợp phản ứng - Đối với phản ứng tổng hợp muối 2-S-thiouroni ethansulfonat: nhiệt độ khối phản ứng khó kiểm sốt hơn, lượng dung mơi nước cất sử dụng lớn - Đối với phản ứng tổng hợp mesna: lượng NH3 sử dụng lớn, thời gian phản ứng, thời gian chạy sắc kí thời gian cất quay kéo dài nguyên nhân ảnh hưởng đến hiệu suất tồn quy trình 40 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Từ kết nghiên cứu trình bày đây, chúng tơi rút số kết luận sau:  Đã xây dựng quy trình để triển khai tổng hợp mesna từ 1,2-dicloroethan qua trung gian guanidini 2-mercaptoethansulfonat quy mô phịng thí nghiệm  Đã khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp mesna số giai đoạn: tỉ lệ mol chất tham gia phản ứng, nhiệt độ phản ứng, pH phản ứng  Đã khẳng định cấu trúc sản phẩm thơng qua kết phân tích phổ IR, MS, 1H-NMR, 13C-NMR  Đã tổng hợp 03 mẻ mesna quy mô g/mẻ với hiệu suất trung bình 30,50% 5.2 Kiến nghị Với kết thực khó khăn trình làm đề tài, chúng tơi có số kiến nghị sau: - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng, cải tiến quy trình để nâng cao hiệu suất trình tổng hợp - Thực tổng hợp mesna trung gian khác - Nghiên cứu độ ổn định mesna TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Y tế (2007), Dược thư quốc gia Việt Nam, NXB Y học, tr 2215-2221 Nguyễn Quốc Khánh (2015), Nghiên cứu tổng hợp mesna dạng acid làm thuốc giải độc hóa trị liệu ung thư, Khoá luận tốt nghiệp dược sĩ, Trường Đại học Dược Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Đình Luyện (2007), Kỹ thuật hoá dược I, Trường Đại học Dược Hà Nội, tr 26-36 Tiếng Anh Agency for Research on Cancer (2014), "Global battle against cancer won't be won with treatment alone - effective prevention measures urgently needed to prevent cancer crisis", Cent Eur J Public Health, 22(1), pp 23, 28 Bai R., et al (2014), "Preparation of Sodium Sulfonates Using by Copper as Catalyst", Asian Journal of Chemistry, 26(21), pp 7226-7228 British Pharmacopoeia 2009 Catlin W.E., Jenkins A.M., Chemical process for producing beta-chloro ethane sulfonates 1958, US 2839573 Cutler Murray J (2010), "Pharmacokinetics and Therapeutic Uses of Mesna", University of Western Ontario - Electronic Thesis and Dissertation Repository Jarý J., et al (1989), "Preparation of sodium 2-mercapto-[14C] ethanesulfonate", Journal of Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals, 27(8), pp 965-969 10 Kawaki K.; Tokuda O.; Nimoto Y (2006), Process for synthiing disulfides, US 7053240 B2 11 Leveque J., Barbarin N., Palacio M., Sulfanyl derivatives and their use as synthesis intermediates 2011, US 8084638 12 Marvel C S., Sparberg M S (2003), "Sodium 2-Bromoethanesulfonate", Organic Syntheses, John Wiley & Sons, Inc 13 Monach P A., Arnold L M., Merkel P A (2010), "Incidence and prevention of bladder toxicity from cyclophosphamide in the treatment of rheumatic diseases: a data-driven review", Arthritis Rheum, 62(1), pp 9-21 14 Otto E., Otto N., Process of preparing salts of the chloroethane sulphonic acid 1932, US 1888794 15 Reiner A., Process for the preparation of mercaptoethansulfonic acid and sodium salt thereof 1990, US 4939291 16 Roger A., Harry E., Marvel C.S., Preparation of halogen alkanesulphonic acids 1936, US 2036249 17 Schramm C H., Karlson R.H., Preparation of guanidinium mercaptoalkanesulfonate 1954, US 2695310 18 Schramm C H., Lemaire Henry, Karlson R H (1955), "The Synthesis of Mercaptoalkanesulfonic Acids", Journal of the American Chemical Society, 77(23), pp 6231-6233 19 Schramm C H., Walling C T., Preparation of chloroalkanesulfonates 1957, US 2797239 20 Schramm C H., Xanthogenato-sulfonates and process for the preparation of mercaptoalkanesulfonates 1954, US 2694723 21 Sean C S., (2009), "Mesna", Martindale, Pharmaceutical Press, pp 14491450 22 Shaw I C., Graham M I (1987), "Mesna - a short review", Cancer Treatment Reviews, 14(2), pp 67-86 23 Tsuchiya Daisuke, et al (2012), "Efficient Swern oxidation and Corey–Kim oxidation with ion-supported methyl sulfoxides and methyl sulfides", Tetrahedron, 68(34), pp 6849-6855 24 Wang Z (2010), "Finkelstein Reaction", Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents, John Wiley & Sons, Inc 25 Wang Z (2010), "Strecker Reaction", Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents, John Wiley & Sons, Inc Trực tuyến 26 https://en.wikipedia.org/wiki/Ethanol_(data_page), truy cập 18h05 ngày 11/5/2016 27 http://www.chinhphu.vn/portal/page/portal/chinhphu/hethongvanban?class_ id=1&_page=312&mode=detail&document_id=23856, truy cập 20h30 ngày 08/5/2016 28 http://www.drugs.com/pro/mesna.html, truy cập 20h00 ngày 08/5/2016 PHỤ LỤC Phụ lục 1.1: Phổ đồ IR hợp chất (guanidini 2-mercaptoethansulfonat) Phụ lục 1.2: Phổ đồ IR hợp chất (mesna) Phụ lục 2.1: Phổ đồ MS hợp chất (guanidini 2-mercaptoethansulfonat) Phụ lục 2.2: Phổ đồ MS hợp chất (mesna) Phụ lục 3.1: Phổ đồ 1H-NMR hợp chất (mesna) Phụ lục 3.2: Phổ đồ 1H-NMR giãn rộng hợp chất (mesna) Phụ lục 4.1: Phổ đồ 13C-NMR hợp chất (guanidini 2-mercaptoethansulfonat) Phụ lục 4.2: Phổ đồ 13C-NMR hợp chất (mesna) Phụ lục 1: Phổ đồ IR hợp chất (guanidini 2-mercaptoethansulfonat) Phụ lục 2: Phổ đồ IR hợp chất (mesna) Phụ lục 1: Phổ đồ MS hợp chất (guanidini 2-mercaptoethansulfonat - negative) Phụ lục 2: Phổ đồ MS hợp chất (mesna - negative) Phụ lục 1: Phổ đồ 1H-NMR hợp chất (mesna) Phụ lục 2: Phổ đồ 1H-NMR giãn rộng hợp chất (mesna) Phụ lục 1: Phổ đồ 13C-NMR hợp chất (guanidini 2-mercaptoethansulfonat) Phụ lục 2: Phổ đồ 13C-NMR hợp chất (mesna)