LÊ ANH văn NGHIÊN cứu NÂNG cấp QUY mô TỔNG hợp TRUNG GIAN SULFONAMID TRONG QUY TRÌNH điều CHẾ PAZOPANIB KHÓA LUẬN tốt NGHIỆP dược sĩ

BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI
----------

LÊ ANH VĂN

NGHIÊN CỨU NÂNG CẤP QUY MÔ
TỔNG HỢP TRUNG GIAN
SULFONAMID TRONG QUY TRÌNH
ĐIỀU CHẾ PAZOPANIB

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

HÀ NỘI - 2022


BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI
----------

LÊ ANH VĂN
MÃ SINH VIÊN: 1701675

NGHIÊN CỨU NÂNG CẤP QUY MÔ
TỔNG HỢP TRUNG GIAN
SULFONAMID TRONG QUY TRÌNH
ĐIỀU CHẾ PAZOPANIB
KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ
Người hướng dẫn:
TS. Nguyễn Văn Giang
NCS. Bùi Thị Thanh Châm

Nơi thực hiện:
Bộ môn Công nghiệp Dược
Trường Đại học Dược Hà Nội

HÀ NỘI - 2022


LỜI CẢM ƠN
Để làm được khóa luận này, tơi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS.
Nguyễn Văn Giang, thầy PGS.TS. Nguyễn Văn Hải và chị NCS. Bùi Thị Thanh Châm
những người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi ngay từ những ngày đầu tiếp xúc
với khoa học. Sự hiểu biết, đam mê và nhiệt huyết của các thầy luôn là động lực và chỗ
dựa vững chắc cho tơi để vượt qua mọi khó khăn trên con đường tìm kiếm ánh sáng của
khoa học
Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu cùng toàn thể các thầy cô giáo Trường
Đại Học Dược Hà Nội, các cán bộ viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng
nghệ Việt Nam, khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia
Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tơi được học tập và hồn thành khố luận.
Tơi cũng xin chân thành cảm ơn các bạn, các em cùng thực hiện khóa luận và tham
gia nghiên cứu khoa học tại phịng thí nghiệm Tổng hợp Hóa dược, Bộ Môn Công nghiệp
Dược (đặc biệt là bạn Nguyễn Vân Anh, em Nguyễn Mai Hương) đã luôn đồng hành,
động viên, chia sẻ với tơi trong suốt q trình thực hiện khóa luận
Cuối cùng, những lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất xin được gửi tới bố mẹ,
những người thân trong gia đình tơi, bạn bè - những người ln luôn động viên, chia sẻ
và là chỗ dựa tinh thần vững chắc cho tôi trên mọi con đường.
Mặc dù đã cố gắng hết sức cũng như được tạo mọi điều kiện song do kiến thức
bản thân còn hạn chế nên chắc chắn khóa luận này cịn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận
được những đóng góp quý báu của các thầy cơ và các bạn để khóa luận được hồn thiện
hơn.
Tơi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 25 tháng 06 năm 2022
Sinh viên

Lê Anh Văn


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 2
1.1. TỔNG QUAN VỀ PAZOPANIB HYDROCLORID .......................................... 2
1.1.1. Đặc điểm chung................................................................................................. 2
1.1.2. Tính chất lí hóa.................................................................................................. 2
1.1.3. Biệt dược ........................................................................................................... 2
1.1.4. Chỉ định, liều dùng ............................................................................................ 3
1.1.5. Sơ lược về các phương pháp tổng hợp pazopanib ............................................ 3
1.2. TỔNG QUAN VỀ HỢP PHẦN SULFONAMID................................................. 5
1.2.1. Đặc điểm chung hợp phần sulfonamid.............................................................. 5
1.2.2. Tính chất lý hóa ................................................................................................. 5
1.2.3. Các phương pháp tổng hợp ............................................................................... 5
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ............................................................................................................. 13
2.1. NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ .......................................................................... 13
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU................................................................................. 14
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................... 15
2.3.1. Tổng hợp hóa học ............................................................................................ 15
2.3.2. Kiểm tra độ tinh khiết của các chất tổng hợp được ........................................ 15

2.3.3. Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được. .............................................. 15
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................ 16
3.1. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ............................................................................... 16
3.1.1. Khảo sát các phản ứng tổng hợp 5-amino-2-methylbenzensulfonamid ......... 16
3.1.2. Tổng hợp 5-amino-2-methylbenzensulfonamid ở quy mô 20 g/mẻ ………..20
3.1.3. Tổng hợp 5-amino-2-methylbenzensulfonamid ở quy mô 100 g/mẻ ………22
3.2. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CÁC CHẤT TỔNG HỢP ĐƯỢC BẰNG PHƯƠNG
PHÁP PHỔ ................................................................................................................... 25
3.2.1. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại (IR) ........................................................... 25
3.2.2. Kết quả phân tích phổ khối lượng (MS) ......................................................... 25
3.2.3. Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ................................. 26
3.3. BÀN LUẬN ........................................................................................................... 28


3.3.1. Bàn luận về các phản ứng hóa học .................................................................. 28
3.3.2. Bàn luận về kết quả phân tích phổ .................................................................. 33
3.3.3. Bàn luận về q trình nâng cấp quy mơ .......................................................... 34
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
δ
νmax
13

1

C-NMR

H-NMR

Độ chuyển dịch hóa học
Số sóng tương ứng với cực đại hấp thụ bức xạ hồng ngoại của dao
động hóa trị
Cộng hưởng từ hạt nhân carbon 13 (Carbon 13 nuclear magnetic
resonance)
Cộng hưởng từ hạt nhân proton (Proton nuclear magnetic
resonance)

AcOH
Ac2O

Acid acetic
Anhydrid acetic

AUC
BCRP
Cmax
CTCT
CTPT
CYP1A2

Diện tích dưới đường cong
Breast cancer resistance protein
Nồng độ thuốc tối đa trong huyết tương
Công thức cấu tạo
Công thức phân tử
Cytochrome P450 1A2 tham gia vào q trình chuyển hóa

CYP3A4

xenobiotic trong cơ thể người.
Cytochrome P450 3A4 tham gia vào quá trình chuyển hóa

CYP2C8
DMA
DCM
dd
DMF
đvC
EGFR
EMA
eq
FDA
g

xenobiotic trong cơ thể người.
Cytochrome P450 2C8 tham gia vào q trình chuyển hóa
xenobiotic trong cơ thể người.
Dimethylamin
Dicloromethan
Dung dịch
N,N-Dimethylformamid
Đơn vị carbon
Thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì (Epidermal growth factor
receptor)
Cơ quan Quản lí Dược phẩm châu Âu (European Medicines
Agency)

Equivalent (đương lượng)
Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (Food and Drug
Administration)
Gam


hn

Giờ

IR

Bức xạ hồng ngoại (Infrared)

IC50

Nồng độ ức chế tối đa một nửa

KLPT
MHRA

Khối lượng phân tử
Cơ quan Quản lý thuốc và sản phẩm chăm sóc sức khỏe Anh

m/z

(Medicine and Healthcare product Regulatory Agency)
Tỷ số giữa khối lượng và điện tích của các ion

MS

One-pot
RCC

Phổ khối lượng (Mass spectrometry)
Các phản ứng liên tiếp được thực hiện trong cùng một bình
Ung thư biểu mơ tế bào thận tiến triển (Renal Cell Carcinoma)

Rfn
rt

Hệ số lưu giữ (Retention factor)
Nhiệt độ phòng

SKLM
STT
STS
Tmax
TGA

Sắc ký lớp mỏng
Số thứ tự
Sarcoma mô mềm tiến triển (Soft Tissue Sarcoma)
Thời gian thuốc đạt nồng độ tối đa trong huyết tương
Cơ quan quản lý dược phẩm Úc (Therapeutic Goods
Administration)

THF
TKI

Tetrahydrofuran

Chất ức chế tyrosin-kinase (tyrosine-kinase inhibitor)

TMSCl
to
tonc
VEGFR

Trimethylsilyl clorid
Nhiệt độ
Nhiệt độ nóng chảy
Thụ thể yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu (vascular endothelial
growth factor receptor)


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần phần trăm theo khối lượng các nguyên tố của pazopanib
hydroclorid………………………………………………………………………......2
Bảng 1.2. Thành phần phần trăm theo khối lượng các nguyên tố của hợp phần
sulfonamid…………………………………………………………………..……….5
Bảng 2.1. Danh mục các dung mơi, hóa chất…………...……………………….....13
Bảng 2.2. Danh mục các dụng cụ, thiết bị…………………………………….........14
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của kim loại đến hiệu suất phản ứng tổng hợp chất 3…........16
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ Ac2O/AcOH tới phản ứng tổng hợp chất 3…...…...17
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất phản ứng tổng hợp chất 3.........`18
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của pH khối phản ứng sau trung hòa đến hiệu suất phản ứng
tổng hợp chất 3……………………………………………………..……………….19
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của phương pháp xử lý nước cái đến hiệu suất phản ứng tổng
hợp N-(p-tolyl)acetamid …………………………………………………………....21
Bảng 3.6. Kết quả phân tích phổ IR……………………………………………..….25
Bảng 3.7. Kết quả phân tích phổ khối lượng MS ……………...……………..........25

Bảng 3.8. Kết quả phân tích phổ 1H-NMR……...…………………………...……..26
Bảng 3.9. Kết quả phân tích phổ 13C-NMR………………………………..……….26


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo của pazopanib hydroclorid……………………………..2
Hình 1.2. Các hợp phần của pazopanib ………………..………………..……………4
Hình 1.3. Phương pháp tổng hợp pazopanib từ 3 hợp phần indazol, pyrimidin
và sulfonamid …………………………………………………………………...…….4
Hình 1.4. Cơng thức cấu tạo hợp phần sulfonamid của pazopanib…………………...5
Hình 1.5. Sơ đồ tổng hợp 5-amino-2-methylbenzensulfonamid từ N-(p-tolyl) acetamid
và 2-methyl-5-nitrobenzensulfonamid………………………………………………...6
Hình 1.6. Sơ đồ tổng hợp amid theo Mohammad Ghaffarzadeh và Pegah
Akhavan……………………………………………………………………………… 6
Hình 1.7. Sơ đồ tổng hợp amid theo Watanabe và cộng sự…………………………..7
Hình 1.8. Sơ đồ tổng hợp amid theo Xu và cộng sự và cơ chế phản ứng được đề xuất
……………………………………………………………………………….....…...…8
Hình 1.9. Sơ đồ tổng hợp amid theo Ma và cộng sự (cũ)………………..……………8
Hình 1.10. Sơ đồ tổng hợp amid theo Hu và cộng sự…………………………………..8
Hình 1.11. Sơ đồ tổng hợp amid theo Ma và cộng sự năm 2019…………………..….8
Hình 1.12. Sơ đồ tổng hợp amid theo Zeng và cộng sự…………………………….…..9
Hình 1.13. Sơ đồ tổng hợp amid theo Vishwakarma và cộng sự………………………9
Hình 1.14. Sơ đồ tổng hợp amid theo Hu và cộng sự năm 2017 có xúc tác Niken…….9
Hình 1.15. Sơ đồ tổng hợp amid theo Hu và cộng sự năm 2017 khơng có xúc tác
Niken…………………………………………………………………………………10
Hình 1.16. Sơ đồ tổng hợp amid theo Kim và cộng sự………………………………10
Hình 1.17. Sơ đồ tổng hợp amid theo Maleczka Jr. và cộng sự……………………...10
Hình 1.18. Sơ đồ tổng hợp amid theo Hamann và cộng sự…………………………..11
Hình 1.19. Sơ đồ tổng hợp amid theo Benaglia và cộng sự………………….………..11
Hình 1.20. Cơ chế phản ứng sulfocloro hóa của parafin……………………………..11

Hình 1.21. Các giai đoạn của phản ứng sulfocloro hóa của Aren……………………12
Hình 1.22. Con đường lựa chọn tổng hợp 5-amino-2-methylbenzensulfonamid……..12
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp 5-amino-2-methylbenzensulfonamid………………….….14
Hình 3.1. Cơ chế phản ứng quá trình khử nitro………………………………………28
Hình 3.2. Các sản phẩm trung gian của quá trình khử nitro………………………….29
Hình 3.3. Cơ chế phản ứng q trình amid hóa……………………………………….29
Hình 3.4. Cơ chế phản ứng q trình clorosulfo hóa…………………………………30
Hình 3.5. Cơ chế phản ứng q trình sulfonamid hóa………………………………..31
Hình 3.6. Cơ chế phản ứng q trình thủy phân amid………………………………..32


ĐẶT VẤN ĐỀ
Ung thư là một căn bệnh nguy hiểm và ngày càng phổ biến hiện nay. Đã có nhiều
phương pháp được sử dụng để điều trị ung thư gồm: phẫu thuật, xạ trị, hoá trị liệu, liệu
pháp hormon và điều trị tại đích, trong đó hướng điều trị nhắm tới phân tử đích đang là
con đường mới đầy triển vọng cho các nhà khoa học từ cuối thế kỷ 20 đến nay. Trong
số các đích tác dụng đã biết hiện nay thì tyrosin-kinase là một enzym quan trọng, nó liên
quan trực tiếp đến sự hình thành mạch máu mới nuôi dưỡng tế bào ung thư [17]
Pazopanib hydroclorid (biệt dược: Votrient) là thuốc ức chế đa thụ thể tyrosinkinase qua việc ức chế cạnh tranh với adenosin triphosphat (ATP) gắn kết vào phần bên
trong tế bào của thụ thể. Pazopanib được FDA phê duyệt năm 2009, sau đó Cơ quan
Quản lý Dược phẩm châu Âu (EMA), Cơ quan Quản lý thuốc và sản phẩm chăm sóc
sức khỏe Anh (MHRA) và Cơ quan quản lý Dược phẩm Úc (TGA) chấp nhận tháng 6
năm 2010 để điều trị ung thư biểu mô tế bào thận tiến triển (RCC) và sarcoma mô mềm
tiến triển (STS) đã dùng hóa trị để điều trị di căn trước đó [3], [4]. Theo các phương
pháp đã được công bố, pazopanib hydroclorid đều được tổng hợp từ 3 hợp phần vòng
thơm (indazol, pyrimidin, benzensulfonamid) và một hợp phần methyl, trong đó
pyrimidin là hợp phần cầu nối với 3 hợp phần còn lại.[2], [3], [4].
Trong các nghiên cứu trước, các tác giả đã cải tiến quy trình để tổng hợp nguyên
liệu quan trọng sulfonamid. Tuy nhiên, quy trình vẫn cịn một số hạn chế như: q trình
khử - acyl hóa phức tạp, amin bị oxy hóa trong khơng khí làm giảm hiệu suất phản ứng;

giai đoạn này cũng sử dụng dung mơi methanol kém an tồn, đắt tiền; q trình nạp liệu
trong giai đoạn sulfonamid hóa chưa thuận lợi, phải dùng một lượng lớn aceton để trợ
tan. Để góp phần hướng tới tự chủ nguyên liệu thuốc phục vụ cho công nghiệp dược
Việt Nam khi thuốc hết hạn độc quyền, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu nâng
cấp quy mơ tổng hợp trung gian sulfonamid trong quy trình điều chế pazopanib”
với mục tiêu:
Tổng hợp được trung gian 5-amino-2-methylbenzensulfonamid ở quy mô 100 g/mẻ

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ PAZOPANIB HYDROCLORID
1.1.1. Đặc điểm chung
Pazopanib là một thuốc ức chế enzym tyrosin kinase. Pazopanib được sử dụng
dưới dạng muối hydroclorid với các đặc điểm sau:
✓ Tên
hóa
học:
5-((4-((2,3-dimethyl-2H-indazol-6-yl)methylamino)2pyrimidinyl)amino)-2-methylbenzensulfonamid monohydroclorid.
✓ Cơng thức cấu tạo:

Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo của pazopanib hydroclorid
✓ Công thức phân tử: C21H14ClN7O2S
✓ Thành phần phần trăm khối lượng các nguyên tố như trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thành phần phần trăm theo khối lượng các nguyên tố của
pazopanib hydroclorid
Nguyên tố
Phần trăm (%)

C

H

O

N

S

Cl

53,22

5,10

6,75

20,69

6,76

7,48

✓ Phân tử khối: 473,99 đvC
1.1.2. Tính chất lí hóa
✓ Cảm quan: Chất rắn màu trắng hoặc hơi vàng.
✓ Nhiệt độ nóng chảy: 259-259,5 ℃ [13].
✓ Độ tan: Rất ít tan trong nước ở pH 1 (0,65 mg/mL) và thực tế không tan ở pH
trên 4 (0,00005 mg/mL ở pH 7).

✓ Hằng số acid của các acid liên hợp: pKa1 = 2,1 (indazol), pKa2 = 6,4
(pyrimidin), pKa3 = 10,2 (sulfonamid). pH của dung dịch pazopanib
hydroclorid 0,04% (kl/tt) trong nước có pH 2,2.
✓ Hệ số phân bố giữa octanol và nước: 4470 (logP=3,65).
✓ Phân lớp sinh dược học: hợp chất loại II, theo Hệ thống phân loại dược phẩm
sinh học [11].
1.1.3. Biệt dược
Votrient (GlaxoSmithKline): viên nén bao film và viên nang cứng pazopanib
hydroclorid 200 mg, 400 mg.

2


1.1.4. Chỉ định, liều dùng
Chỉ định:
Ung thư biểu mô tế bào thận (RCC)
Pazopanib được chỉ định điều trị ung thư biểu mô tế bào thận tiến triển và/hoặc
di căn.
Ung thư phần mềm (STS)
Pazopanib được chỉ định điều trị bệnh nhân người lớn mắc một số phân nhóm
chọn lọc của ung thư phần mềm (STS) tiến triển đã dùng hóa trị để điều trị di căn trước
đó hoặc cho những bệnh nhân vẫn tiến triển bệnh trong vòng 12 tháng sau điều trị tân
bổ trợ. Hiệu quả và độ an toàn của thuốc chỉ được thiết lập trên một số loại phân nhỏm
mô học ung thư phần mềm nhất định [28].
Liều dùng và cách dùng:
Liều dùng của pazopanib theo khuyến cáo của FDA là 800 mg/ngày và liều tối
đa là 2000 mg/ngày. Liều dùng này được xác định qua các thử nghiệm lâm sàng phase
I trên các bệnh nhân ung thư [14], [16]. Không nghiền nát viên thuốc khi uống do có khả
năng làm tăng hấp thu ảnh hưởng đến tồn thân.
Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng, thức ăn làm tăng tiếp xúc với pazopanib và do đó,

pazopanib đó nên được dùng trong trạng thái nhịn ăn, ít nhất 1 giờ trước khi hoặc 2 giờ
sau bữa ăn, để giảm sự thay đổi trong việc tiếp xúc với pazopanib có thể gây ra bởi sự
thay đổi của lượng thức ăn ở bệnh nhân ung thư. Bị ảnh hưởng bởi thực phẩm rõ ràng,
người ta đã đưa ra giả thuyết rằng sự thay đổi lớn về dược động học của pazopanib có
thể bị gây ra một phần do ăn uống [10].
Hướng dẫn điều chỉnh liều
Liều ban đầu nên là 400 mg, sau đó điều chỉnh giảm xuống 200 mg, tuy nhiên
cần chú ý liều không được vượt quá 800 mg.
Đối với các trường hợp bệnh nhân suy gan nhẹ thì khơng cần điều chỉnh liều
lượng, đối với bệnh nhân suy gan ở mức độ trung bình thì nên giảm liều đến 200
mg/ngày còn ở những bệnh nhân suy gan nặng (được định nghĩa là bilirubin toàn phần
> 3 lần giới hạn trên mức bình thường theo bất kể các giá trị ALT nào) khơng nên sử
dụng pazopanib (khơng có dữ liệu trên lâm sàng). Mặt khác, pazopanib ít thải trừ qua
nước tiểu (khoảng 4 %) nên không cần điều chỉnh liều ở các bệnh nhân suy thận [16].
1.1.5. Sơ lược về các phương pháp tổng hợp pazopanib
Theo các phượng pháp đã được công bố, pazopanib hydroclorid đều được được
hợp từ 3 hợp phần indazol, pyrimidin và sulfonamid được mô tả như Hình 1.2 [3], [2].

3


Hợp phần sulfonamid Hợp phần pyrimidin Hợp phần indazol
Hình 1.2. Các hợp phần của pazopanib
Pazopanib được tổng hợp từ 3 hợp phần trên theo sơ đồ Hình 1.3.

Hình 1.3. Phương pháp tổng hợp pazopanib từ 3 hợp phần indazol, pyrimidin và
sulfonamid

4

Có thể thấy pazopanib được tổng hợp qua 2 phương pháp chính:
Phương pháp 1: Phương pháp gắn hợp phần indazol vào hợp phần pyrimidin trước
Phương pháp 2: Phương pháp gắn hợp phần sulfonamid vào hợp phần pyrimidin trước
Dù ở bất kỳ phương pháp nào thì hợp phần sulfonamid có tên là 5-amino-2methylbenzensulfonamid đều được sử dụng. Do đó, chúng tơi tiến hành nghiên cứu
nhằm tối ưu hóa và đơn giản hóa quy trình tổng hợp hợp phần này.
1.2. TỔNG QUAN VỀ HỢP PHẦN SULFONAMID
1.2.1. Đặc điểm chung hợp phần sulfonamid
✓ Tên hóa học: 5-amino-2-methylbenzensulfonamid
✓ Cơng thức hóa học:

2
Hình 1.4. Cơng thức cấu tạo hợp phần sulfonamid của pazopanib
✓ Công thức phân tử: C7H10N2O2S
✓ Thành phần phần trăm khối lượng các nguyên tố được ghi trong Bảng 1.2.
Bảng 1.2. Thành phần phần trăm theo khối lượng các nguyên tố của hợp phần
sulfonamid
Nguyên tố
Phần trăm (%)

C

H

O

N

S

45,11

5,37

17,24

15,04

17,24

✓ Phân tử khối: 183,26 đvC
1.2.2. Tính chất lý hóa
✓ Cảm quan: Chất rắn màu trắng ở điều kiện thường.
✓ Độ tan: Rất ít tan trong nước, tan tốt trong ethanol và aceton.
✓ Tính acid, base: Có 1 trung tâm base được dự đốn có pKa 10,43 ± 0,60.
✓ Hệ số phân bố giữa octanol và nước: logP=0,2.
1.2.3. Các phương pháp tổng hợp
Hợp phần sulfonamid là 5-amino-2-methylbenzensulfonamid, có thể được tổng
hợp từ N-(p-tolyl)acetamid hoặc 2-methyl-5-nitrobenzensulfonamid theo sơ đồ Hình
1.5:

5


3

4

2

5

Hình 1.5. Sơ đồ tổng hợp 5-amino-2-methylbenzensulfonamid
từ N-(p-tolyl) acetamid và 2-methyl-5-nitrobenzensulfonamid
✓ Clorosulfo hoá và sulfonamid hoá N-(p-tolyl)acetamid 3 thu được N-(4-methyl3- sulfamoylphenyl)acetamid 4, thuỷ phân chất 4 bằng acid clorohydric thu được
chất 2 [22].
✓ Khử hoá 2-methyl-5-nitrobenzensulfonamid bằng thiếc (II) clorid và acid
clorohydric trong dung môi 3-methoxyethyl ether thu được chất 2 [9].
Trong khóa luận này, chúng tơi tiến hành tổng hợp 5-amino2methylbenzensulfonamid từ nguyên liệu ban đầu là p-nitrotoluen. Chất này được tham
gia phản ứng khử và acyl hóa để tạo thành chất 3. Sau đó tổng hợp 5-amino2methylbenzensulfonamid từ chất 3 theo sơ đồ trên.
1.2.3.1. Phản ứng khử - acyl hóa
a) Phản ứng khử - acyl hóa acid carboxylic
Mohammad Ghaffarzadeh và Pegah Akhavan đã tổng hợp nên chất 3 theo phản ứng
được trình bày trong Hình 1.6:

Hình 1.6. Sơ đồ tổng hợp amid theo Mohammad Ghaffarzadeh và Pegah Akhavan
Phản ứng one-pot của các hợp chất nitro thơm với natri sulfit trong môi trường
acid cacboxylic dẫn đến trực tiếp amid hóa, trong đó natri sulfit có vai trị như: chất hút
ẩm, chất oxy hóa và trong phản ứng hình thành amid. Hơn nữa, các muối sulfit là vốn
là chất khử màu, đặc biệt đối với anilin và tạp chất amin, các sản phẩm thu được bằng
phương pháp này không có từ các tạp chất có màu [12].
Sự hình thành các amid từ nitroaren đi qua trung gian anilin, giai đoạn khử diễn
ra chậm hơn giai đoạn acyl hóa, do đó khơng tích lũy hợp chất anilin trong q trình
phản ứng [12].

6


Năm 1984, Watanabe và cộng sự đã báo cáo một chất xúc tác là bạch kim (Pt) và
thiếc (Sn), nitroaren với các acid cacboxylic như acid succinic, acid acetic và acid

propionic ở 150 hoặc 180 oC dưới 60 atm carbon monoxid. Các phản ứng đã thành công
với cả hai nitroaren cũng như nitroalkan; tuy nhiên, hiệu suất sản phẩm thấp hơn thu
được đối với các chất nền sau này [25].
Các nghiên cứu về cơ chế phản ứng được đề xuất cho thấy một q trình oxy hóa
khử cacbon monoxid xúc tác Pt của nhóm nitro để tạo thành chất trung gian nitren. Pt
và Sn sau đó xúc tác chèn CO để tạo ra isocyanat là chất trung gian, sau đó phản ứng
với acid cacboxylic để tạo ra sản phẩm phụ là amid và CO2.

Hình 1.7. Sơ đồ tổng hợp amid theo Watanabe và cộng sự
Vào năm 2006, Xu và cộng sự đã báo cáo một phản ứng khử - acyl hóa nitroaren
qua trung gian là photpho đỏ và iod hoặc iodid xúc tác [27]. Sự chuyển hóa và tính chọn
lọc rất tốt đối với các sản phẩm amid thu được với acid alkyl cacboxylic trong khi acid
aryl cacboxylic có độ chọn lọc thấp hơn. Ngoài iod, các nguồn iod chẳng hạn như natri
iodid, kali iodid và kali triiodid được tìm thấy là những chất xúc tác hiệu quả, cho thấy
một hệ xúc tác chu trình oxi hóa khử I-/ Io. Theo cơ chế phản ứng đề xuất trong Hình
1.8, photpho bị oxy hóa thành photpho (V) và iod bị khử thành I- do đó nitroaren bị khử
thành các dẫn xuất amin của chúng. Sau đó, q trình amid hóa được xúc tác bởi chất
trung gian photpho pentaiodid như sơ đồ Hình 1.8.

7


Hình 1.8. Sơ đồ tổng hợp amid theo Xu và cộng sự và cơ chế phản ứng được đề xuất
Sau cơng trình nghiên cứu trước đó về q trình khử amin và acid cacboxylic
trực tiếp của Lakshman và các đồng nghiệp, Ma và cộng sự đã báo cáo rằng
triphenylphosphine và iod đã thúc đẩy quá trình khử amid nitroaren với acid cacboxylic
sử dụng mangan (Mn) và trimetylsilyl clorua (TMSCl) để khử như sơ đồ Hình 1.9 [24].

Hình 1.9. Sơ đồ tổng hợp amid theo Ma và cộng sự (cũ)
b) Phản ứng khử - acyl hóa este

Trong năm 2017, Hu và cộng sự đã báo cáo hiệu quả của niken (Ni) xúc tác
trong phản ứng amid hóa trực tiếp este với nitroaren (Hình 1.10) [8].
Các phản ứng thành cơng khi có mặt chất xúc tác Ni(glyme)Cl2, phối tử 1,10phenanthrolin, TMSCl và kẽm (Zn) làm chất khử cũng như dung môi N-metyl-2pyrolidon (NMP).

Hình 1.10. Sơ đồ tổng hợp amid theo Hu và cộng sự
Vào năm 2019, Ma và cộng sự đã báo cáo một phương thức khử este-amid hóa
thay thế bằng cách sử dụng mangan (Mn) vừa là chất xúc tác vừa là chất khử, do đó,
khơng cần thêm chất xúc tác hoặc phối tử kim loại (Xem Hình 1.11) [7]. TMSCl được
sử dụng làm chất đồng khử trong khi việc sử dụng TMSCl khơng cải thiện hiệu suất
phản ứng.

Hình 1.11. Phản ứng khử - amid hóa qua trung gian Mn
Vào năm 2019, Zeng và cộng sự cũng đã chứng minh các este là tác nhân phù
hợp để khử - amid hóa nitroaren, sử dụng Crom clorua (CrCl3) làm chất xúc tác, magiê
(Mg) làm chất khử và TMSCl như một chất phụ gia [19]. Các phản ứng thành công ở
90 oC với các este béo hoặc aryl và nitroaren được chuyển hóa tạo ra các amid từ tốt đến
rất tốt (Xem Hình 1.12).

8


Hình 1.12. Sơ đồ tổng hợp amid theo Zeng và cộng sự
c) Phản ứng khử - acyl hóa aldehyd và alcol
Năm 2014, Vishwakarma và cộng sự đã báo cáo một phương pháp sử dụng MnO2
làm xúc tác để tổng hợp amid từ aldehyd và nitroaren [15]. MnO2 đóng vai trị là chất
khử để tạo ra các chất trung gian nitrosoaren tương ứng. Các chất trung gian này sau đó
phản ứng với aldehyd để tạo ra các amid có thể quan sát được [21]. Các phản ứng được
thực hiện ở 60 oC với sự có mặt của acid acetic như một chất phụ gia, và tạo ra các amid
mong muốn trong CHCl3 (Hình 1.13)

Hình 1.13. Sơ đồ tổng hợp amid theo Vishwakarma và cộng sự
d) Chuyển hóa khử
Vào năm 2017, Hu và cộng sự đã báo cáo một quá trình chuyển hóa khử qua
trung gian Ni xúc tác và Zn, TMSI của các amid thứ cấp được kích hoạt Boc với
nitroaren [8]. Phương pháp áp dụng được với các nhóm chức khác nhau như alken,
halogenid, ceton, sulfon cũng như dị vòng. Các sản phẩm amid thu được có hiệu suất từ
trung bình đến cao. Quy trình này cho ra sản phẩm có hiệu suất cao hơn so với phản ứng
chuyển hóa có xúc tác AlCl3 với anilin.

Hình 1.14. Sơ đồ tổng hợp amid theo Hu và cộng sự năm 2017 có xúc tác Niken

9


Sau đó, cùng tác giả đã báo cáo các phản ứng khử amid bậc ba với nitroaren bằng
mangan [6]. Việc sử dụng chất xúc tác Ni là không cần thiết vì nó khơng làm cải thiện
đáng kể hiệu suất sản phẩm, trong khi các kim loại khác như Zn, Fe và Cu khơng có khả
năng tạo ra các amid mong muốn. Các phản ứng thành công với các amid mang nhóm
N, N-dialkyl, -diaryl, hoặc N-alkyl-N-aryl, tạo ra một loạt các sản phẩm amid được phân
loại cao với hiệu suất từ tốt đến rất tốt.

Hình 1.15. Sơ đồ tổng hợp amid theo Hu và cộng sự năm 2017 khơng có xúc tác
Niken
e) Phản ứng khử - acyl hóa với acyl clorid và anhydrid acid
Acyl clorid cũng như anhydrid acid dễ dàng phản ứng với các amin trong các
điều kiện phản ứng nhẹ để tạo thành amid. Các chất này khi phản ứng với nitroaren sẽ
tiết kiệm thời gian và năng lượng. Hầu hết các quy trình acyl hóa khử ban đầu được tiến
hành trong acid acetic hoặc anhydrid acetic tạo thành N-arylacetamid tương ứng. Năm
2000, Baruah đã báo cáo rằng hệ thống Ac2O-Zn-Al2O3 có thể được sử dụng để acetamid
hóa nitroaren ở nhiệt độ phòng [5].

Vào năm 2003, Kim và cộng sự báo cáo một quá trình khử acetamid qua trung
gian indium ở nhiệt độ phòng của nitroaren sử dụng sự kết hợp của acid acetic và
anhydrid acetic trong metanol [18]. Sản phẩm thu được trong thời gian phản ứng tương
đối ngắn với hiệu suất rất tốt.

Hình 1.16. Sơ đồ tổng hợp amid theo Kim và cộng sự
Vào năm 2006, Maleczka Jr. và cộng sự đã báo cáo về sự xúc tác giữa silan hoặc
siloxan-khử xúc tác Pd, aminoacid, sulfonamid hóa, carbamation và hydroxylam hóa
nitroaren [20]. Các phản ứng amid hóa đã đạt được thành cơng trong quy trình một nồi,
hai bước sử dụng anhydrid làm chất cho cacbonyl.

Hình 1.17. Sơ đồ tổng hợp amid theo Maleczka Jr. và cộng sự
Vào năm 2009, Hamann và cộng sự đã báo cáo rằng Zn và acid acetic thúc đẩy
quá trình khử nitroaren với acyl clorua và trietylamin [23]. Sản phẩm thu được với hiệu
suất trung bình trong điều kiện nhẹ và thời gian phản ứng tương đối ngắn (Hình 1.18)

10


Hình 1.18. Sơ đồ tổng hợp amid theo Hamann và cộng sự
Vào năm 2020, Benaglia và cộng sự đã báo cáo rằng phản ứng khử nitroaren
bằng anhydrid trong dung môi methanol được xúc tác bởi triclorosilan bao gồm hai
bước, không chứa kim loại, được tiến hành one - pot (Hình 1.19) [15]. Nitroaren với các
nhóm hút điện tử cho hiệu suất sản phẩm cao hơn so với những nitroaren có nhóm thế
đẩy electron.

Hình 1.19. Sơ đồ tổng hợp amid theo Benaglia và cộng sự
1.2.3.2. Phản ứng clorosulfo hóa
Các tác nhân hay gặp:
- Sulfonyl clorid (SO2Cl2)

Để sulfocloro hóa các alkan, cycloalkan, arakan, người ta dùng SO2Cl2 có mặt
base yếu (pyridin).
- Hỗn hợp khí SO2 và Cl2
Dùng hỗn hợp khí SO2 và Cl2 để sulfocloro hoá các parafin. Phản ứng xảy ra theo
cơ chế gốc tự do dưới tác dụng của ánh sáng (Hình 1.20) [1].

Hình 1.20. Cơ chế phản ứng sulfocloro hóa của parafin
- Các acid halogen sulfuric:
Acid clorosulfuric là tác nhân quan trọng nhất của nhóm này, được dùng nhiều
trong sản xuất các sulfamid để sulfocloro hóa do khơng cần nhiệt độ cao, sản phẩm tinh
khiết hơn khi dùng acid sulfuric hoặc oleum. Acid fluorosulfuric đắt nên chỉ được dùng
trong các trường hợp đặc biệt [1].

11


Hình 1.21. Các giai đoạn của phản ứng sulfocloro hóa của Aren
1.2.3.3. Phản ứng thủy phân amid
Thuỷ phân amid thành acid được ứng dụng trong việc bảo vệ các amin (nhóm
amin thường được bảo vệ bằng cách amid hố). Thường thủy phân amid khi có xúc tác
acid hoặc kiềm.
➢ Xúc tác acid:
Acid làm tăng tốc độ thuỷ phân của amid. Xúc tác acid dùng trong những trường
hợp khi thuỷ phân với nước phản ứng không chạy hay không sử dụng được xúc tác kiềm.
Thường sử dụng acid sulfuric và clohydric. Hoạt lực xúc tác của acic sulfuric kém
acid clohydric, nhưng nó được sử đụng nhiều hơn bởi vì ít gây ăn mòn hơn acid
clohydric. Acid sulfuric được sử dụng khi thuỷ phân dầu mỡ cellulose và khi đường hoá
tinh bột [1].
➢ Xúc tác kiềm:
Ưu điểm: Tốc độ thuỷ phân lớn hơn xúc tác acid, phản ứng không thuận nghịch,

không sợ ăn mòn thiết bị như trường hợp acid.
Thường sử dụng NaOH, KOH hoặc Ca(OH)2. Trong trường hợp cần môi trường
kiềm nhẹ có thể dùng carbonat kiềm hay Ba(OH)2. Lượng kiềm sử dụng trong từng phản
ứng cũng khác nhau: chỉ để xúc tác, dùng theo đương lượng hoặc dùng quá thừa. Nồng
độ kiểm cũng thay đổi tuy loại phản ứng. Thồng thường hay dùng nồng độ 5-20 % trong
nước (trừ phản ứng nung kiềm) [1].
Chúng tôi tiến hành tổng hợp chất trung gian 5-amino-2-methylbenzensulfonamid
theo sơ đồ sau:

Hình 1.22. Con đường lựa chọn tổng hợp 5-amino-2-methylbenzensulfonamid

12


CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ
Để thực hiện khóa luận này, chúng tôi đã sử dụng một số dụng cụ, thiết bị, dung
mơi và hóa chất của Phịng thí nghiệm Tổng hợp Hóa dược, Bộ mơn Cơng nghiệp Dược,
Trường Đại học Dược Hà Nội (xem Bảng 2.1 và Bảng 2.2). Ngoài ra, một số trang thiết
bị dùng để xác định cấu trúc sẽ được nêu ở phần Phương pháp nghiên cứu.
Bảng 2.1. Danh mục các dung mơi, hóa chất
STT Dung mơi, hóa chất

Nguồn gốc

1

Aceton

Trung Quốc

2

Acid acetic băng

Đức

3

Acid clorohydric 20 %

Trung Quốc

4

Acid clorosulfuric

Đức

15

Amoni clorid

Trung Quốc

6

Amoniac 25 %

Trung Quốc

7

Anhydrid acetic

Trung Quốc

8

Bột kẽm

Trung Quốc

9

Bột magnesi

Trung Quốc

10

Bột sắt

Trung Quốc

11

DCM

Trung Quốc

12

DMF

Trung Quốc

13

Ethanol

Trung Quốc

14

Ethyl acetat

Trung Quốc

15

Methanol

Trung Quốc

15

Natri carbonat

Trung Quốc

17

n-hexan

Trung Quốc

18

Nước cất

Việt Nam

19

p-nitrotoluen

Bỉ

20

Than hoạt

Việt Nam

21

Triethanolamin

Trung Quốc

13


Bảng 2.2. Danh mục các dụng cụ, thiết bị
STT

Tên dụng cụ, thiết bị

Xuất xứ

1

Bản mỏng silica gel 60 F254

Đức

2

Bộ lọc hút chân không Bruchner

Trung Quốc

3

Các dụng cụ thủy tinh dùng trong phịng Đức, Trung Quốc
thí nghiệm

4

Cân kỹ thuật Sartorius BP 2001S

Thụy Sỹ

5

Đèn hồng ngoại

Đức

6

Đèn tử ngoại

Đức

7

Giấy chỉ thị màu vạn năng

Trung Quốc

8

Giấy lọc

Việt Nam

9

Máy cất quay chân không Buchi R210

Thụy Sỹ

10

Máy cất quay chân không Buchi R220 Pro Thụy Sỹ

11

Máy đo nhiệt độ nóng chảy EZ-Melt

Mỹ

12

Máy khuấy từ gia nhiệt IKA

Đức

13

Nhiệt kế thủy ngân

Trung Quốc

14

Sinh hàn hồi lưu

Đức

15

Tủ sấy chân không WiseVen

Đức

16

Tủ sấy Memmert

Đức

2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.2.1. Tổng hợp hóa học
✓ Tổng hợp các chất trung gian theo sơ đồ Hình 2.1:

6

3
4
2
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp 5-amino-2-methylbenzensulfonamid
Khử hóa p-nitrotoluen 6 sau đó tiến hành phản ứng Acyl hóa với Ac2O thu được
chất 3. Chất 3 phản ứng với ClSO3H, sau đó là NH3 sẽ tạo thành chất 4. Chất 4 tham gia
phản ứng thủy phân trong HCl tạo thành chất 2.
✓ Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến các phản ứng trên.
2.2.2. Lựa chọn phương pháp cái tiến hiệu suất và đơn giản hóa quy trình tổng hợp.

Tiến hành nâng cấp quy mô tổng hợp chất 3, 4, 2 ở quy mô 20 g rồi đến 100g nguyên
liệu.

14


2.2.3. Kiểm tra độ tinh khiết và khẳng định cấu trúc của các hợp chất trung gian và
sản phẩm cuối cùng tổng hợp được.
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Tổng hợp hóa học
✓ Sử dụng các phản ứng cơ bản trong hóa học hữu cơ để tổng hợp các chất dự
kiến: khử hoá, clorosulfo hoá, acyl hoá, thuỷ phân.
✓ Theo dõi tiến triển của phản ứng bằng phương pháp sắc ký lớp mỏng (SKLM)
thực hiện trên bản mỏng silicagel 60 F254 với các hệ dung môi khai triển khác
nhau: n-hexan : Ethyl acetat (3:7) - hệ A, DCM:methanol (9:1) – hệ B; quan
sát sắc ký đồ dưới bước sóng 254 nm của đèn tử ngoại.
✓ Sử dụng phương pháp cất, lọc, chiết lỏng-lỏng, kết tinh… để tinh chế sản phẩm.
2.3.2. Kiểm tra độ tinh khiết của các chất tổng hợp được
✓ Phương pháp SKLM với các điều kiện như đã trình bày ở Mục 2.3.1. Dựa vào
đặc điểm hình ảnh trên sắc ký đồ để sơ bộ đánh giá độ tinh khiết của sản phẩm.
✓ Phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy trên máy đo nhiệt độ nóng chảy EZ-Melt.
Dựa vào khoảng giá trị nhiệt độ nóng chảy để sơ bộ đánh giá độ tinh khiết của
sản phẩm.
2.3.3. Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được.
Cấu trúc của hợp chất trung gian khác và sản phẩm cuối được xác định bằng
các phương pháp phổ: phổ khối lượng (MS), phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng
từ hạt nhân proton (1H-NMR) và Carbon-13 (13C-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 (Electrospray ionization).

Phổ hồng ngoại IR:
Được ghi tại Khoa Hóa Học, trường Đại học Khoa học tự nhiên-Đại học Quốc
gia Hà Nội, trên máy Shimadzu với kỹ thuật viên nén kali bromid trong vùng 4000400 cm-1.
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR) và carbon-13 (13C-NMR):
Được ghi tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
trên máy Bruker 600 MHz Ascend với chất chuẩn nội là tetramethylsilan (TMS).

15


CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
3.1.1. Khảo sát các phản ứng tổng hợp 5-amino-2-methylbenzensulfonamid (2)
3.1.1.1. Tổng hợp N-(p-tolyl)acetamid (3) từ p-nitrotoluen (6)
a, Tổng hợp 2 giai đoạn qua nguyên liệu trung gian p-methylanilin
❖ Sơ đồ phản ứng:

6

3

❖ Cách tiến hành:
Hòa tan 2,00 g p-nitrotoluen (14,6 mmol) vào 30,0 mL methanol trong bình cầu
200 mL. Thêm 8,0 mL dung dịch CH3COOH đặc vào bình phản ứng. Phân tán từ từ
4,77 g (72,9 mmol, 5 eq) bột kẽm vào dung dịch thu được. Duy trì nhiệt độ 0-5 oC. Tiếp
tục khuấy phản ứng ở nhiệt độ phòng trong 1,5 giờ.
Sau khi phản ứng kết thúc, lọc, loại bỏ tủa, cô hết methanol và thêm vào bình
phản ứng 1,0 mL anhydrid acetic (10,2 mmol, 1,06 eq). Tiếp tục khuấy ở nhiệt độ phòng
trong 10 phút. Sau đó hỗn hợp phản ứng được đổ vào 30 mL nước đá thu được tủa. Lọc,
rửa tủa bằng nước cất lạnh và sấy hồng ngoại thu được sản phẩm màu trắng.

❖ Kết quả:
✓ Khối lượng sản phẩm: 1,61 g
✓ Hiệu suất: 74,0 %
✓ Nhiệt độ nóng chảy: 147,0-149,5 oC, (sau tinh chế): 151,0-152,0 oC
✓ Sắc ký lớp mỏng: Rf = 0,55 (hệ dung môi A); 0,64 (hệ dung môi B)
❖ Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng:
Kết quả khảo sát về ảnh hưởng của tác nhân được thể hiện trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của kim loại đến hiệu suất phản ứng tổng hợp chất 3
Khối lượng Hiệu suất
sản phẩm (g)
(%)

Nhiệt độ nóng chảy
(oC)

∆t (oC)

55,0

143,0-147,5

4,5

1,61

74,0

147,0-149,5

2,5

Fe

-

-

-

-

Sn

1,14

52,3

145,2-147,0

1,8

STT

Kim
loại

1

Mg

1,20

2

Zn

3
4

16