tổng hợp hydroxyalkyl-β-cyclodextrin ứng dụng làm tá dược tăng độ tan trong bào chế thuốc(1)

i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ
ĐẠI HỌC Y DƢỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH




PHÙNG ĐỨC TRUYỀN




TỔNG HỢP HYDROXYALKYL-β-CYCLODEXTRIN
ỨNG DỤNG LÀM TÁ DƢỢC TĂNG ĐỘ TAN
TRONG BÀO CHẾ THUỐC


Chuyên ngành: Công nghệ dƣợc phẩm
Mã số: 62730101


LUẬN ÁN TIẾN SĨ DƢỢC HỌC


Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Đặng Văn Tịnh
2. PGS.TS. Huỳnh Văn Hóa

TP. Hồ Chí Minh - Năm 2014
ii


LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong
luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào
khác.


Phùng Đức Truyền

iii

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ix
DANH MỤC CÁC HÌNH xiii
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ xiv
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ xvi
ĐẶT VẤN ĐỀ 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. Tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD) 3
1.2. Tổng hợp 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (HBβCD) 13
1.3. Tối ƣu hóa các thông số của phản ứng tổng hợp 14

1.4. Phức thuốc-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (thuốc-HPβCD) 15
1.5. Phức thuốc-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (thuốc-HBβCD) 25
1.6. Các hoạt chất đƣợc ứng dụng để tạo phức với 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin
và 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin 26
CHƢƠNG 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31
2.1. Đối tƣợng, hóa chất, dung môi, nguyên liệu, trang thiết bị 31
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu 31
2.1.2. Hóa chất, dung môi, nguyên liệu, máy, thiết bị dùng cho tổng hợp,
điều chế 31
2.1.3. Tối ƣu hóa qui trình tổng hợp và xử lý thống kê với sự trợ giúp
của phần mềm: 33
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 33
2.2.1. Tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD) 33
2.2.2. Tổng hợp 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (HBβCD) 40
iv

2.2.3. Điều chế phức rutin-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (R-HPβCD) 42
2.2.4. Điều chế phức rutin-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (R-HBβCD) 46
2.2.5. So sánh độ hòa tan, độ tan của rutin trong phức R-HBβCD
và rutin trong phức R-HPβCD 47
2.2.6. Điều chế phức itraconazol-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (ITZ-HPβCD) 47
2.2.7. Điều chế phức itraconazol-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (ITZ-HBβCD) 49
2.2.8. So sánh độ hòa tan, độ tan của itz trong phức ITZ-HBβCD
và itz trong phức ITZ-HPβCD. 50
2.2.9. Điều chế phức meloxicam-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (ME-HPβCD) 50
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 53
3.1. Tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD) 53
3.2. Tổng hợp 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (HBβCD) 65
3.3. Điều chế phức rutin-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (R-HPβCD) 75
3.4. Điều chế phức rutin-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (R-HBβCD) 82

3.5. So sánh độ hòa tan, độ tan của rutin trong phức R-HBβCD
và rutin trong phức R-HPβCD 86
3.6. Điều chế phức itraconazol-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (ITZ-HPβCD) 88
3.7. Điều chế phức itraconazol-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (ITZ-HBβCD) 93
3.8. So sánh độ hòa tan, độ tan của itz trong phức ITZ-HBβCD
và itz trong phức ITZ-HPβCD 98
3.9. Điều chế phức meloxicam-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (ME-HPβCD) 100
CHƢƠNG 4. BÀN LUẬN 106
4.1. Tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin 106
4.2. Tổng hợp 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin 120
4.3. Điều chế phức R-HPβCD 124
4.4. Điều chế phức R-HBβCD 150
4.5. So sánh độ hòa tan, độ tan của rutin trong phức R-HBβCD
và rutin trong phức R-HPβCD 151
4.6. Điều chế phức ITZ-HPβCD 151
v

4.7. Điều chế phức ITZ-HBβCD 156
4.8. So sánh độ hòa tan, độ tan của itz trong phức ITZ-HBβCD
và itz trong phức ITZ-HPβCD 132
4.9. Điều chế phức ME-HPβCD 132
KẾT LUẬN 161
KIẾN NGHỊ 162
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu, từ viết tắt

Chữ đầy đủ và nghĩa tiếng Việt
AUC
Area Under the Curve (Diện tích dưới đường cong)
BP
British Pharmacopoeia (Dược điển Anh)
CE
Complexation Efficiency (Hiệu quả tạo phức)
C
max

Nồng độ tối đa
COSY
Correlation Spectroscopy: (Phổ COSY)
d
Doublet (Mũi đôi)
dd
Doublet of doublets (Mũi đôi-đôi)
DĐVN
Dƣợc điển Việt nam
DEPT
Distortionless Enhancement by Polarization Transfer (Phổ
DEPT)

dm
Dung môi
DMF
Dimethylformamid
DMSO

Dimethylsulfoxyd
DS
Degree of Substitution (Độ thế)
DSC
Differential Scanning Calorimetry (Phân tích nhiệt vi sai)
Eur. Ph
European Pharmacopoeia (Dược điển Châu Âu)
HBβCD
2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin
HMBC
Heteronuclear Multiple Bond Coherence (Phổ HMBC)
HPLC
High Performance Liquid Chromatography (Sắc ký lỏng hiệu
năng cao)

HPβCD
2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin
HSQC
Heteronuclear Single Quantum Correlation (Phổ HSQC)
IR
Infrared (Hồng ngoại)
Itz
Itraconazol
vii

ITZ-HBβCD
Phức itraconazol-hydroxybutyl-β-cyclodextrin
ITZ-HPβCD
Phức itraconazol-hydroxypropyl-β-cyclodextrin
J

Hằng số ghép
K
1:1

Hằng số cân bằng (Hằng số bền của phức chất)
kDa
Kilodalton (Đơn vị đo khối lượng phân tử)
kl/tt
Khối lƣợng/thể tích
m
Multiplet (Mũi đa)
ME
Meloxicam
m/z
Tỷ lệ khối lƣợng trên điện tích của ion
ME-HPβCD
Phức meloxicam-hydroxypropyl-β-cyclodextrin
MS
Mass Spectroscopy (Phổ khối)
ms
Molar substitution (Mức độ thay thế phân tử)
NMR
Nuclear Magnetic Resonance (Cộng hưởng từ hạt nhân)
NOESY
Nuclear Overhauser Enhancement Spectroscopy (Phổ NOESY)
pic
Đỉnh, (Mũi)
ppm
Part per million (Phần triệu)
R-HBβCD

Phức rutin-hydroxybutyl-β-cyclodextrin
R-HPβCD
Phức rutin-hydroxypropyl-β-cyclodextrin
ROESY
Rotating-Frame Overhauser Enhancement Spectroscopy (Phổ
ROESY)

RSD
Relative Standard Deviation (Độ lệch chuẩn tương đối)
s
Singlet (Mũi đơn)
SD
Standard Deviation (Độ lệch chuẩn)
SEM
Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét)
t
Triplets (Mũi ba)
TCCS
Tiêu chuẩn cơ sở
TCNSX
Tiêu chuẩn nhà sản xuất
TLC
Thin Layer Chromatography (Sắc ký lớp mỏng)
viii

T
max

Thời gian đạt nồng độ tối đa
TT

Thuốc Thử
tt
Thể tích
USP-NF
The United States Pharmacopoeia and The National Formulary
(Dược điển và Dược thư Hoa kỳ)

UV
Ultraviolet (Tử ngoại)
X

Giá trị trung bình
βCD
Beta Cyclodextrin
ix

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Danh mục nguyên liệu và hóa chất dùng cho tổng hợp 31
Bảng 2.2. Danh mục nguyên liệu dùng cho điều chế phức 31
Bảng 2.3. Danh mục hóa chất dùng cho phân tích, kiểm nghiệm 32
Bảng 2.4. Danh mục máy, thiết bị 32
Bảng 3.1. Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HPβCD 54
Bảng 3.2. So sánh phổ IR của HPβCD tổng hợp và HPβCD thƣơng mại 54
Bảng 3.3. So sánh độ dịch chuyển hóa học phổ
1
H và
13
C-NMR của HPβCD

tổng hợp và HPβCD thƣơng mại 55
Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của vận tốc khuấy đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HPβCD 56
Bảng 3.5. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HPβCD 56
Bảng 3.6. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất và DS của phản ứng tổng hợp HPβCD
57
Bảng 3.7. Mã hóa các yếu tố biến thiên khảo sát qui trình tổng hợp HPβCD 58
Bảng 3.8. Bố trí thí nghiệm Box-Behnken mức cơ bản kiểu bề mặt đáp ứng
và kết quả hiệu suất và DS của qui trình tổng hợp HPβCD 59
Bảng 3.9. Hiệu suất và DS của 3 phản ứng tổng hợp HPβCD ở điều kiện tối ƣu 60
Bảng 3.10. Sản phẩm của phản ứng tổng hợp HPβCD với tỷ lệ mol
βCD : 1,2-propylen oxid khác nhau 61
Bảng 3.11. Hiệu suất và DS của phản ứng tổng hợp HPβCD cỡ lô kg 62
Bảng 3.12. Kết quả kiểm nghiệm của HPβCD tổng hợp 63
Bảng 3.13. Độ ổn định của HPβCD tổng hợp 64
Bảng 3.14. Công thức (cho một lô) tổng hợp HPβCD 64
x

Bảng 3.15. Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HBβCD 66
Bảng 3.16. Ảnh hƣởng của vận tốc khuấy đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HBβCD 67
Bảng 3.17. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HBβCD 68
Bảng 3.18. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HBβCD 68
Bảng 3.19. Mã hóa các yếu tố biến thiên khảo sát của phản ứng tổng hợp HBβCD 69
Bảng 3.20. Bố trí thí nghiệm Box-Behnken mức cơ bản kiểu bề mặt đáp ứng
và kết quả hiệu suất và DS của qui trình tổng hợp HBβCD 70

Bảng 3.21. Hiệu suất và DS của 3 phản ứng tổng hợp HBβCD ở điều kiện tối ƣu 71
Bảng 3.22. Sản phẩm HBβCD với tỷ lệ mol βCD : 1,2-butylen oxid khác nhau 72
Bảng 3.23. Hiệu suất và DS của phản ứng tổng hợp HBβCD cỡ lô kg 72
Bảng 3.24. Kết quả kiểm nghiệm của HBβCD tổng hợp 73
Bảng 3.25. Độ ổn định của HBβCD tổng hợp 74
Bảng 3.26. Công thức (cho một lô) tổng hợp HBβCD 74
Bảng 3.27. Tƣơng quan giữa nồng độ và độ hấp thụ phổ UV của dung dịch
rutin chuẩn ở 362,5 nm. 75
Bảng 3.28. Độ chính xác của quy trình định lƣợng rutin trong phức R-HPβCD 76
Bảng 3.29. Độ tan của rutin trong dung dịch HPβCD nồng độ từ 0 - 10 mmol 76
Bảng 3.30. Độ tan của rutin trong phức R-HPβCD với các tỷ lệ mol khác nhau 77
Bảng 3.31. Độ hòa tan của rutin và rutin trong phức R-HPβCD điều chế
bằng phƣơng pháp nghiền ƣớt và đồng bay hơi dung môi 79
Bảng 3.32. Độ tan của rutin và rutin trong phức R-HPβCD điều chế bằng
phƣơng pháp đồng bay hơi dung môi 80
Bảng 3.33. Biện giải phổ IR của rutin, HPβCD và phức R-HPβCD 81
Bảng 3.34. Độ tan của rutin trong dung dịch HBβCD nồng độ từ 0 - 10 mmol 83
xi

Bảng 3.35. Độ hòa tan của rutin và rutin trong phức R-HBβCD điều chế
bằng phƣơng pháp nghiền ƣớt và đồng bay hơi dung môi 84
Bảng 3.36. Độ tan của rutin và rutin trong phức R-HBβCD điều chế
bằng phƣơng pháp đồng bay hơi dung môi 85
Bảng 3.37. Biện giải phổ IR của rutin, HBβCD và phức R-HBβCD 85
Bảng 3.38. So sánh độ hòa tan của rutin trong phức R-HBβCD và rutin
trong phức R-HPβCD 86
Bảng 3.39. So sánh độ tan của rutin trong phức R-HBβCD và rutin
trong phức R-HPβCD điều chế bằng phƣơng pháp đồng bay hơi dung môi 87
Bảng 3.40. Độ tan của itz trong dung dịch HPβCD nồng độ từ 0 - 40 mmol 89
Bảng 3.41. Độ hòa tan của itz và itz trong phức ITZ-HPβCD điều chế bằng phƣơng

pháp nghiền ƣớt và đồng bay hơi dung môi với các tỷ lệ mol khác nhau 90
Bảng 3.42. Độ tan của itz và itz trong phức ITZ-HPβCD điều chế bằng phƣơng pháp đồng
bay hơi dung môi với các tỷ lệ mol khác nhau 91
Bảng 3.43. Biện giải phổ IR của itz, HPβCD và phức ITZ-HPβCD 92
Bảng 3.44. Độ tan của itz trong dung dịch HBβCD nồng độ từ 0 - 40 mmol 94
Bảng 3.45. Độ hòa tan của itz và itz trong phức ITZ-HBβCD điều chế bằng phƣơng pháp
nghiền ƣớt và đồng bay hơi dung môi với các tỷ lệ mol khác nhau 95
Bảng 3.46. Độ tan của itz và itz trong phức ITZ-HBβCD điều chế bằng phƣơng pháp
đồng bay hơi dung môi 96
Bảng 3.47. Biện giải phổ IR của itz, HBβCD và phức ITZ-HBβCD 97
Bảng 3.48. So sánh độ hòa tan của itz trong phức ITZ-HBβCD và itz trong phức itz-
HPβCD 98
Bảng 3.49. So sánh độ tan của itz trong phức ITZ-HBβCD và itz trong phức
ITZ-HPβCD điều chế bằng phƣơng pháp đồng bay hơi dung môi. 99
Bảng 3.50. Độ tan của ME trong dung dịch HPβCD nồng độ từ 0 - 48 mmol 101
Bảng 3.51. Độ hòa tan của ME và ME trong phức ME-HPβCD điều chế bằng
phƣơng pháp nghiền ƣớt và đồng bay hơi dung môi 102
xii

Bảng 3.52. Độ tan của ME và ME trong phức ME-HPβCD điều chế bằng
phƣơng pháp nghiền ƣớt và đồng bay hơi dung môi 103
Bảng 3.53. Biện giải phổ IR của ME, HPβCD và phức ME-HPβCD 104
Bảng 4.1. Dữ liệu phổ NMR của βCD đo trong D
2
O 109
Bảng 4.2. Dữ liệu phổ NMR của HPβCD thƣơng mại đo trong D
2
O. 110
Bảng 4.3. Dữ liệu phổ NMR của HPβCD tổng hợp đo trong D
2

O 111
Bảng 4.4. So sánh các chỉ số kỹ thuật của HPβCD tổng hợp và HPβCD thƣơng mại 115
Bảng 4.5. Phổ khối của HPβCD tổng hợp vùng từ 1000 đến 2000 m/z 140
Bảng 4.6. Dữ liệu phổ NMR của HBβCD tổng hợp đo trong D
2
O 121
Bảng 4.7. Phổ khối của HBβCD tổng hợp vùng từ 1000 đến 2000 m/z 123
Bảng 4.8. Phổ khối của HBβCD vùng từ 100 đến 1000 m/z 146
Bảng 4.9. Các tín hiệu
1
H-NMR xác định đƣợc của rutin tự do và rutin
trong phức R-HPβCD đo trong DMSO 126
Bảng 4.10. Độ dịch chuyển hóa học của các nhóm OH của rutin tự do
và rutin trong phức R-HPβCD 149
Bảng 4.11. Các tín hiệu
1
H-NMR xác định đƣợc của rutin tự do và rutin
trong phức R-HBβCD đo trong DMSO 150
Bảng 4.12. Độ dịch chuyển hóa học của các nhóm OH của rutin tự do
và rutin trong phức R-HBβCD 151
Bảng 4.13. Dữ liệu phổ
1
H-NMR của itz và phức ITZ-HPβCD đo trong DMSO 153
Bảng 4.14. Dữ liệu phổ
1
H-NMR của itz và phức ITZ-HBβCD đo trong DMSO 156
Bảng 4.15. Dữ liệu phổ
1
H-NMR của ME và phức ME-HPβCD đo trong DMSO 158

xiii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của HPβCD (a) và gốc thế (b) 3
Hình 1.2. Mô hình một phân tử HPβCD 4
Hình 1.3. Công thức cấu tạo của beta cyclodextrin (a) và 1 đơn vị glucopyranose (b) 5
Hình 1.4. Đặc điểm cấu tạo của βCD 6
Hình 1.5. Công thức cấu tạo của HBβCD (a) và gốc thế (b) 13
Hình 1.6. Công thức cấu tạo của rutin 26
Hình 1.7. Công thức cấu tạo của itraconazol 27
Hình 1.8. Công thức cấu tạo của meloxicam 29
Hình 2.1. Bố trí thí nghiệm kiểu thiết kế bề mặt đáp ứng (DOE) 37
Hình 3.1. Sắc ký đồ của HPβCD tổng hợp so với βCD (a) và so với
HPβCD thƣơng mại (b) 53
Hình 3.2. Sắc ký đồ của HBβCD tổng hợp (2) so với βCD (1) 66
Hình 3.3. Cấu trúc dự đoán của phức bao giữa rutin và HPβCD theo tỷ lệ mol 1 : 1. 82
Hình 3.4. Cấu trúc dự đoán của phức bao giữa itz và HPβCD theo
tỷ lệ mol 1 : 1 (a); 1 : 2 (b) và 1 : 3 (c). 93
Hình 3.5. Cấu trúc dự đoán của phức bao giữa ME và HPβCD 105
Hình 4.1. Các vị trí phản ứng của 1 đơn vị glucopyranose trong phân tử βCD 106




xiv

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Trang
Biểu đồ 1.1. Pha hòa tan theo Higuchi và Connors 17
Biểu đồ 3.1. Ảnh hƣởng của vận tốc khuấy đến hiệu suất và DS
của phản ứng tổng hợp HPβCD. 56
Biểu đồ 3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HPβCD. 57
Biểu đồ 3.3. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HPβCD 57
Biểu đồ 3.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất và DS vào tỷ lệ mol 1,2-propylen oxid
tham gia phản ứng tổng hợp HPβCD. 61
Biểu đồ 3.5. Ảnh hƣởng của vận tốc khuấy đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HBβCD. 67
Biểu đồ 3.6. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất và DS của phản ứng tổng hợp
HBβCD. 68
Biểu đồ 3.7. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HBβCD. 69
Biểu đồ 3.8. Sự phụ thuộc của hiệu suất và DS vào tỷ lệ mol 1,2-butylen oxid
tham gia phản ứng tổng hợp HBβCD. 72
Biểu đồ 3.9. Tƣơng quan giữa nồng độ và độ hấp thụ phổ UV của dung dịch
rutin chuẩn ở 362,5 nm. 76
Biểu đồ 3.10. Pha hòa tan của rutin theo HPβCD 77
Biểu đồ 3.11. Tỷ lệ tạo phức giữa rutin và HPβCD. 78
Biểu đồ 3.12. Độ hòa tan của rutin và rutin trong phức R-HPβCD điều chế
bằng phƣơng pháp nghiền ƣớt và đồng bay hơi dung môi 79
Biểu đồ 3.13. Độ tan của rutin và rutin trong phức R-HPβCD điều chế bằng
phƣơng pháp đồng bay hơi dung môi 80
Biểu đồ 3.14. Pha hòa tan của rutin theo HBβCD. 83
xv

Biểu đồ 3.15. Độ hòa tan của rutin và rutin trong phức R-HBβCD điều chế bằng phƣơng

pháp nghiền ƣớt và đồng bay hơi dung môi 84
Biểu đồ 3.16. So sánh độ hòa tan của rutin trong phức R-HBβCD và rutin trong phức R-
HPβCD 87
Biểu đồ 3.17. So sánh độ tan của rutin trong phức R-HBβCD và rutin trong
phức R-HPβCD điều chế bằng phƣơng pháp đồng bay hơi dung môi 88
Biểu đồ 3.18. Pha hòa tan của itz theo HPβCD 89
Biểu đồ 3.19. Độ hòa tan của itz và itz trong phức ITZ-HPβCD điều chế bằng phƣơng
pháp nghiền ƣớt và đồng bay hơi dung môi với các tỷ lệ mol khác nhau 90
Biểu đồ 3.20. Độ tan của itz và itz trong phức ITZ-HPβCD điều chế bằng
phƣơng pháp đồng bay hơi dung môi với các tỷ lệ mol khác nhau. 91
Biểu đồ 3.21. Pha hòa tan của itz theo HBβCD. 94
Biểu đồ 3.22. Độ hòa tan của itz và itz trong phức ITZ-HBβCD điều chế bằng phƣơng
pháp nghiền ƣớt và đồng bay hơi dung môi với các tỷ lệ mol khác nhau 96
Biểu đồ 3.23. Độ tan của itz và itz trong phức ITZ-HBβCD điều chế bằng
phƣơng pháp đồng bay hơi dung môi với các tỷ lệ mol khác nhau. 97
Biểu đồ 3.24. So sánh độ hòa tan của itz trong phức ITZ-HBβCD và itz
trong phức ITZ-HPβCD 99
Biểu đồ 3.25. So sánh độ tan của itz trong phức ITZ-HBβCD và itz trong
phức ITZ-HPβCD điều chế bằng phƣơng pháp đồng bay hơi dung môi. 100
Biểu đồ 3.26. Pha hòa tan của ME theo HPβCD 101
Biểu đồ 3.27. Độ hòa tan của ME và ME trong phức ME-HPβCD điều chế
bằng phƣơng pháp nghiền ƣớt và đồng bay hơi dung môi 102
Biểu đồ 3.28. Độ tan của ME và ME trong phức ME-HPβCD điều chế bằng
phƣơng pháp nghiền ƣớt và đồng bay hơi dung môi. 103

xvi

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
Trang
Sơ đồ 2.1. Qui trình tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin 34

Sơ đồ 3.1. Cơ chế phản ứng tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin 53
Sơ đồ 3.2. Cơ chế phản ứng tổng hợp 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin 65
Sơ đồ 4.1. Phản ứng của 1,2-propylen oxid trong môi trƣờng NaOH 106
Sơ đồ 4.2. Phản ứng của 1,2-propylen oxid trong nƣớc tạo các tạp chất. 107



1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong nghiên cứu phát triển thuốc, khó khăn lớn nhất là khả năng hòa tan kém của
dƣợc chất, gần một phần ba số dƣợc chất trong nghiên cứu phát triển gần đây không đạt
về độ tan và một nửa thất bại trong thử nghiệm dƣợc động học [103]. Các thuốc kém tan
thƣờng hấp thu chậm, thất thƣờng, sinh khả dụng không đủ và độc tính cao do tồn tại lâu
trên niêm mạc. Theo hệ thống phân loại sinh dƣợc học, các thuốc kém tan trong nƣớc
thuộc về nhóm II và nhóm IV, trong quá trình hấp thu thuốc từ đƣờng uống, tốc độ hòa
tan là yếu tố kiểm soát tốc độ và mức độ hấp thu của thuốc kém tan [8], [104]. Một số
thuốc kém tan điển hình nhƣ: rutin, itraconazol, meloxicam.
Để đảm bảo hiệu quả tối đa trong điều trị và giảm độc tính của thuốc, cần thiết phải
nâng cao độ tan của các dƣợc chất. Các kỹ thuật đã đƣợc sử dụng nhằm cải thiện độ tan
và tốc độ hòa tan của thuốc kém tan trong nƣớc bao gồm phân tán rắn, siêu vi tinh thể,
đồng tinh thể, đồng bay hơi, đồng kết tủa, kết hợp polyme, hấp phụ bề mặt, tạo phức v.v
[102], [104]. Trong những kỹ thuật này, tạo phức với cyclodextrin đạt hiệu quả cao trong
việc cải thiện độ tan và tốc độ hòa tan. Trong nhóm cyclodextrin, beta cyclodextrin (βCD)
đƣợc nghiên cứu rộng rãi để tạo phức làm tăng độ tan của dƣợc chất [63]. Tuy nhiên độ
tan của βCD thấp và có độc tính trên thận nên khả năng ứng dụng của βCD bị giới hạn
[17], [84].
Các dẫn xuất hydroxyalkyl của βCD có độ tan trong nƣớc cao và độc tính trên thận
thấp [57], ]65]. Tính chất tạo phức với dƣợc chất của các dẫn xuất này về cơ bản vẫn

không thay đổi nên khả năng làm tăng độ tan, tốc độ hòa tan của thuốc trong phức cao
hơn nhiều so với phức thuốc-βCD [29]. Trên thế giới, các dẫn xuất hydroxyalkyl của βCD
đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu phát triển thuốc. Hiện nay các nghiên cứu
phát triển thuốc tập trung chủ yếu vào 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD) và một
số nghiên cứu bắt đầu với 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (HBβCD) để cải thiện độ tan
của dƣợc chất [90], [91]. Tuy nhiên các nguyên liệu này trong nƣớc vẫn chƣa tổng hợp
đƣợc và cũng không có sẵn trên thị trƣờng.
2

Từ các lý do trên, đề tài “Tổng hợp hydroxyalkyl-β-cyclodextrin ứng dụng làm tá
dƣợc tăng độ tan trong bào chế thuốc” đƣợc thực hiện gồm 2 mục tiêu cụ thể sau:
1. Tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin và 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin:
1.1. Xây dựng qui trình tổng hợp HPβCD và HBβCD.
1.2. Nâng sản phẩm của phản ứng tổng hợp lên cỡ lô kg.
1.3. Xây dựng tiêu chuẩn cơ sở của sản phẩm tổng hợp đạt yêu cầu làm tá dƣợc.
2. Ứng dụng 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin và 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin tổng
hợp vào tạo phức với một số dƣợc chất kém tan:
2.1. Điều chế phức rutin-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (R-HPβCD), phức rutin-
hydroxybutyl-β-cyclodextrin (R-HBβCD)
2.2. So sánh độ hòa tan, độ tan của phức R-HBβCD và phức R-HPβCD.
2.3. Điều chế phức itraconazol-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (ITZ-HPβCD), phức
itraconazol-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (ITZ-HBβCD)
2.4. So sánh độ hòa tan, độ tan của phức ITZ-HBβCD và phức ITZ-HPβCD.
2.5. Điều chế phức meloxicam-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (ME-HPβCD).
3

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. TỔNG HỢP 2-HYDROXYPROPYL-β-CYCLODEXTRIN
1.1.1. 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD)

Công thức hóa học

(a) (b)
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của HPβCD (a) và gốc thế (b)
Tên khác: hydroxypropylbetadex (β-cyclodextrin, 2-hydroxypropyl ether)
Công thức nguyên: C
42
H
70
O
35
(C
3
H
6
O)
n
với n = 7 x ms. Số nhóm 2-hydroxypropyl trên
mỗi đơn vị glucose (ms) không dƣới 0,4 và không quá 1,5 [21], [35], [99].
Tính chất
Bột kết tinh màu trắng, hay trắng ngà, dễ hút ẩm.
Độ tan: tan tự do trong nƣớc và trong propylen glycol. Trong 2 đồng phân của HPβCD,
đồng phân S ít hòa tan hơn đồng phân R. Khi sự đơn thay thế tại vị trí OH ở C-2 và sự
thay thế thấp, độ tan của HPβCD thấp hơn độ tan của βCD [20], [24], [48].
Khi tan trong nƣớc, HPβCD tạo gel và làm tăng độ nhớt của dung dịch. Các nhóm
hydroxyl bậc 2 và chuỗi 2-hydroxypropyl trong phân tử HPβCD tự liên kết với nhau tạo
thành các tập hợp, hình thành dạng nano hoặc mixen [69], [70], [71], [79]. So với các
cyclodextrin khác, HPβCD ít tạo tập hợp nhất, khi các đồng phân với các độ thế khác
nhau trong cùng một sản phẩm, sự tập hợp giảm [70].
4

Cấu trúc của HPβCD: các nhóm methylen C-1' và nhóm methyl C-3' của nhóm thế liên
kết vào bên trong của khoang macrocyclic bởi liên kết hydro và đƣợc kéo vào trong
khoang, chặn cả 2 đầu của phân tử lân cận. Nhóm 2-hydroxypropyl của một phân tử đƣa
vào trong khoang của một phân tử liền kề từ phía hydroxyl bậc 2, dẫn đến các phân tử liên
kết chặt chẽ trong mạng tinh thể tạo thành cấu trúc polyme [20], [54].

(a) (b)
Hình 1.2. Mô hình một phân tử HPβCD [54]: nhóm thế 2-hydroxypropyl đƣợc kéo vào
trong khoang (a) và các nhóm thế của phân tử HPβCD liên kết với các phân tử liền kề tạo
cấu trúc polyme (b).
Thay thế một phần bởi nhóm 2-hydroxypropyl tại các vị trí OH ở C-2 và C-3 vẫn cho
phép hydro ở OH-C-2 và OH-C-3 hình thành liên kết giữa những nhóm hydroxyl chƣa
thay thế, với khoảng cách giữa OH ở C-2 và OH ở C-3 tăng khoảng ba lần so với βCD và
lực liên kết giữa những nhóm này bị yếu đi.
Các nguyên tử oxy glycosidic không hoạt động nhƣ một base Lewis, không có liên kết
hydro với các phân tử nƣớc ở gần khoang. Điều này nhấn mạnh bản chất kỵ nƣớc của
khoang.
Phân tích cấu trúc của một số phân tử HPβCD cho thấy cấu trúc phân tử tổng thể của nó
phụ thuộc vào bản chất thay thế gốc 2-hydroxypropyl chứ không phải một cấu trúc duy
nhất.
Dạng hình nón tổng thể của HPβCD so với βCD về cơ bản vẫn không thay đổi, mặc dù độ
nghiêng có thể xoay quanh vào bên trong hoặc bên ngoài khoang.
5

Về cấu trúc của khoang HPβCD: đƣờng kính của nó thay đổi không đáng kể do độ cứng
vốn có của vòng bảy nhóm glycosidic của phân tử βCD, sự biến đổi liên quan chủ yếu do
sự chuyển động tƣơng đối linh hoạt của các nhóm 2-hydroxypropyl [29], [54].
Độc tính: HPβCD đƣợc chứng minh là dung nạp tốt ở ngƣời, với tác dụng phụ chính là
tiêu chảy và không có các tác dụng phụ trên chức năng thận. So với các cyclodextrin

khác, HPβCD ít độc và an toàn nhất [56], [84].
1.1.2. Nguyên liệu dùng cho tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin
1.1.2.1. Beta cyclodextrin (βCD)
Công thức hóa học

(a) (b)
Hình 1.3. Công thức cấu tạo của beta cyclodextrin (a) và 1 đơn vị glucopyranose (b)
Công thức nguyên: (C
6
H
10
O
5
)
7
.
Phân tử lƣợng: 1134,994.
Tính chất: bột tinh thể màu trắng dạng hydrat ổn định.
Độ tan trong nƣớc: 1,85% (kl/tt) [17], [21], [35], [78].
Nguồn gốc:
βCD đƣợc tổng hợp từ carbohydrat với xúc tác bởi một enzym tự nhiên là
Cyclomaltodextrin glucanotransferase, bài tiết bởi vi khuẩn Bacillus macerans [86].
βCD có nhiều đặc điểm lý hóa và sinh học tƣơng tự nhƣ dextrin mạch thẳng.
6

Cấu trúc hóa học:
βCD là vòng oligosaccharid có chứa bảy đơn vị glucose đƣợc liên kết với nhau bởi liên
kết (α-1,4)-D-glucopyranosyl (hình 1.3) [5], [89]. βCD có dạng hình nón cụt thay vì một
hình trụ vì cấu hình ghế của các đơn vị glucopyranose [65], [99]. Định hƣớng của các đơn
vị glucopyranose gồm các nhóm hydroxyl bậc 1 tại các vị trí C-6 phía ngoài vành hẹp,

trong khi các nhóm hydroxyl bậc 2 ở các vị trí C-2 và C-3 phía ngoài vành rộng hơn của
hình nón cụt. Phân tử βCD có bề mặt bên ngoài ƣa nƣớc và khoang bên trong kỵ nƣớc.
Các cặp điện tử không liên kết của các cầu oxy hƣớng vào bên trong khoang, do đó tạo ra
mật độ điện tử cao [56]. Sự phân cực của khoang βCD đƣợc ƣớc tính tƣơng tự nhƣ sự
phân cực của ethanol, do liên kết hydro nội phân tử giữa các nhóm OH ở C-2 và C-3
tƣơng đối mạnh làm cho βCD kém tan trong nƣớc [65].

Hình 1.4. Đặc điểm cấu tạo của βCD
Kích thƣớc của βCD: cao 0,78 nm, đƣờng kính ngoài 1,53 nm, đƣờng kính trong 0,78 nm
[65].
1.1.2.2. 1,2-propylen oxid (1,2-epoxypropan) [62].

Công thức hóa học: C
3
H
6
O, phân tử lƣợng 58,08.
Tỷ trọng: 0,828 - 0,829.
Tính chất: 1,2-propylen oxid là chất lỏng không màu, mùi nhẹ, sôi ở 34,1
o
C, rất dễ cháy.
7

1.1.3. Các nghiên cứu về tổng hợp HPβCD trên thế giới
1.1.3.1. Phản ứng trên vòng glucopyranose
Ảnh hƣởng của nồng độ kiềm đến các vị trí phản ứng: HPβCD đƣợc tổng hợp bởi
phản ứng giữa βCD và 1,2-propylen oxid trong dung dịch nƣớc kiềm. Các base có chức
năng kép nhƣ một chất xúc tác cho phản ứng và cho sự hòa tan của βCD, một hợp chất
kém hòa tan trong nƣớc [50]. Nồng độ kiềm cao sẽ ƣu tiên alkyl hóa tại các vị trí OH-C-6.
Nồng độ kiềm thấp sẽ ƣu tiên alkyl hóa tại các vị trí OH-C-2. Các phản ứng tƣơng đối

khác nhau ở ba vị trí OH-C-2, OH-C-3 và OH-C-6 trong các phân tử α-D-glucopyranosyl
có thể đƣợc xác định từ tỷ lệ mol của ether tạo thành sau phản ứng. Các phản ứng tại
OH-C-3 thƣờng đƣợc tăng cƣờng đáng kể khi OH-C-2 alkyl hóa hết, nhƣng phản ứng tại
OH-C-2 và OH-C-6 hầu nhƣ không bị ảnh hƣởng bởi ether hóa ở các vị trí khác. Các sản
phẩm luôn thay thế ngẫu nhiên và phân bố giữa các đơn vị glucopyranose khác nhau.
Trong phản ứng ether hóa, độ hoạt động tƣơng đối ở OH-C-3 so với OH-C-2 ít bị ảnh
hƣởng bởi nồng độ kiềm. Tuy nhiên, phản ứng tƣơng đối xảy ra ở OH-C-6 so với
OH-C-2, thay đổi từ 1 : 5 ở nồng độ kiềm thấp, 7 : 1 ở nồng độ kiềm cao. Đối với các
phản ứng thúc đẩy bởi natri ethylsulfinylmethanid trong dimethyl sulfoxid, alkyl hóa tại
vị trí OH-C-6 đƣợc ƣu tiên [49].
Bằng cách thay đổi nồng độ kiềm để có đƣợc một mức độ chọn lọc của phản ứng giữa
βCD với 1,2-propylen oxid.
Alkyl hóa có chọn lọc tại OH-C-2 hoặc OH-C-6 có thể là một khởi đầu cho sự ra đời của
một nhóm phản ứng trong một phân tử. (OH-C-2, OH-C-3, OH-C-6: OH tại các vị trí C-2,
C-3 và C-6 tƣơng ứng của 1 đơn vị glucopyranose).
Với nồng độ natri hydroxid sử dụng thấp, nhóm hydroxyl bậc 2 đƣợc ƣu tiên alkyl hóa.
Khi ether bậc 2 tăng về số lƣợng, các nhóm hydroxyl bậc 2 tự do còn lại phản ứng giảm
do cản trở về không gian, trong khi phản ứng của các nhóm hydroxyl bậc 1 tự do không bị
ảnh hƣởng đáng kể. Một hiệu ứng tƣơng tự, do nhiều nhóm hydroxyl bậc 1, khi alkyl hóa
đƣợc thúc đẩy bởi nồng độ kiềm cao, phản ứng alkyl hóa tại các vị trí hydroxyl bậc 1
đƣợc ƣu tiên [20], [23], [46], [87].
8

Ảnh hƣởng của các base khác nhau nhƣ lithium hydroxid, natri hydroxid, kali hydroxid,
tetramethylamoni hydroxid và bari hydroxid của phản ứng giữa βCD và 1,2-propylen oxid
đã đƣợc nghiên cứu và cho thấy không có sự khác biệt trong mô hình thay thế khi sử dụng
các base khác nhau [24].
Mức độ thay thế:
Tính chất lý hóa của HPβCD, trong đó có khả năng tạo phức, bị ảnh hƣởng rất nhiều bởi
kiểu, số lƣợng và vị trí của các nhóm thế trên phân tử βCD. Mức độ thay thế không đặc

trƣng cho một dẫn xuất βCD duy nhất. Khi sản xuất trong điều kiện khác nhau, tính chất
lý hóa của HPβCD với cùng một mức độ thay thế có thể không giống nhau với các nhóm
hydroxypropyl thế tại các vị trí khác nhau trên phân tử βCD.
Mức độ thay thế phân tử (molar substitution ms): là số mol trung bình của các tác nhân
thay thế, ví dụ 2-hydroxypropyl, trên mỗi mol glucopyranose [24], [78].
Độ thế (degree of substitution DS): là số lƣợng trung bình của các nhóm thế trên phân tử
βCD [21], [35], [57], [99]. Vì số lƣợng các nhóm hydroxyl phản ứng của mỗi mol
glucopyranose là 3, số lƣợng tối đa của nhóm thế trên 1 mol βCD có thể là 21.
Tỷ lệ các chất tham gia phản ứng, nhiệt độ, thời gian phản ứng ảnh hƣởng đến trung bình
của độ thế [25], [27].
Sự phân bố các DS khác nhau trong cùng một sản phẩm của phản ứng giữa βCD với
1,2-propylen oxid.
Trong 1 sản phẩm gồm nhiều phân tử HPβCD có các DS khác nhau. Sự phân bố của DS
không có sự gián đoạn, tuy nhiên trong quá trình tinh chế có thể dẫn đến mất một số phân
đoạn của sản phẩm. [51].
Phản ứng giữa βCD với 1,2-propylen oxid không thay đổi tổng số nhóm hydroxyl trong
phân tử, do đó sự phân bố DS trong sản phẩm khá đối xứng [20], [24], [48].
DS là 1 chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng và hiệu quả làm tăng độ tan của sản
phẩm HPβCD tổng hợp. DS thấp, khả năng tạo phức với hoạt chất cao nhƣng khả năng
làm tăng độ tan của hoạt chất trong phức giảm. DS cao, khả năng làm tăng độ tan của hoạt
chất trong phức cao nhƣng khả năng để hình thành phức với hoạt chất khó hơn so với ở
9

DS thấp do khi thay thế cao làm tăng độ phân cực của khoang HPβCD và cản trở không
gian của các nhóm thế [24], [27], [48].
1.1.3.2. Phản ứng mở vòng epoxid của 1,2-propylen oxid
Vòng epoxid của 1,2-propylen oxid có thể đƣợc mở hoặc bằng cách tấn công vào C-1 là
phản ứng chiếm ƣu thế và tạo ra ether 2-hydroxypropyl hoặc vào C-2 tạo ra ether
1-hydroxypropyl [62].
Các phản ứng tổng hợp của 1,2-propylen oxid, sử dụng một trong hai chất xúc tác có tính

acid hoặc base [37], [42].
Mở vòng: vòng epoxid của 1,2-propylen oxid có thể mở một liên kết CO.
Phản ứng trong môi trƣờng acid: 1,2-propylen oxid phản ứng với các tác nhân ái nhân
theo cơ chế S
N
2. Phản ứng xảy ra ở cả C-1 và C-2 với xúc tác là acid yếu nhƣ acid zeolit
khoảng 30% sản phẩm tạo thành là alcol bậc 1 với xúc tác là các acid mạnh nhƣ acid
sulfuric có đến 55% sản phẩm tạo thành là alcol bậc 1 [62].
Phản ứng mở vòng epoxid bằng cách thay thế ái nhân diễn ra ở một trong các nguyên tử
carbon epoxid với sự di chuyển của nguyên tử oxy epoxid. Định hƣớng mở vòng của
1,2-propylen oxid xác định chủ yếu bởi sự cản trở không gian của nhóm methyl thế và
hiệu ứng đẩy điện tử (+I) của nhóm methyl. Nhƣ vậy, acid xúc tác làm tăng thay thế vào
carbon bậc 2.
Phản ứng trong môi trƣờng kiềm: xảy ra theo cơ chế S
N
2 [37]. Vòng epoxid mở ra theo
hƣớng ít cản trở không gian nhất, kết quả 95% sản phẩm tạo thành là alcol bậc 2 [113].
Phản ứng trong môi trƣờng nƣớc: 1,2-propylen oxid còn tự phản ứng với nhau tạo
propylen glycol, dipropylen glycol, tripropylen glycol và các polyglycol cao phân tử khác.
Sản phẩm mang nhóm thế 1-hydroxypropyl chiếm tỷ lệ rất nhỏ (khoảng 2 - 4%) so với
sản phẩm mang nhóm thế 2-hydroxypropyl [50].
Nhóm hydroxyl bậc 2 trong nhóm 2-hydroxypropyl phản ứng rất yếu, và alkyl hóa ở vị trí
này rất khó xảy ra. Đây là một điều kiện thuận lợi để phản ứng hydroxypropyl hóa, trong
đó nhóm ether oligomeric dễ dàng hình thành [49].