Nghiên cứu bán tổng hợp carbocistein từ l cystein qui mô 10 kg trên mẻ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

ĐOÀN NGUYỄN THÀNH ĐẠT

NGHIÊN CỨU BÁN TỔNG HỢP
CARBOCISTEIN TỪ L-CYSTEIN QUI
MÔ 10 kg/mẻ
LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

HÀ NỘI – 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

ĐOÀN NGUYỄN THÀNH ĐẠT

NGHIÊN CỨU BÁN TỔNG HỢP
CARBOCISTEIN TỪ L-CYSTEIN QUI
MÔ 10 kg/mẻ
LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC
CHUYÊN NGÀNH: Công nghệ dược phẩm và bào chế thuốc
MÃ SỐ: 60720402
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Đình Luyện

HÀ NỘI – 2015


LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo PGS.TS
Nguyễn Đình Luyện, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và tạo
mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS. Nguyễn Văn
Hân, thầy TS. Nguyễn Văn Hải, ThS. Nguyễn Văn Giang, CN. Phan Tiến
Thành của Tổ môn Tổng hợp Hóa dược - Bộ môn Công nghiệp Dược đã
hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian
thực hiện khóa luận vừa qua.
Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo thuộc bộ môn Công
nghiệp Dược, cũng như các thầy cô trong trường Đại học Dược Hà Nội đã tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này và đã dạy bảo
tôi tận tình trong suốt năm năm học.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình tôi, đặc biệt là bố
mẹ, anh chị tôi và lời cảm ơn chân thành đến bạn bè tôi, là nguồn động lực
không thể thiếu, luôn bên tôi giúp đỡ tôi suốt thời gian đi học và trong suốt
quá trình thực hiện đề tài Khóa luận tốt nghiệp.

Hà Nội, ngày 01 tháng 07 năm 2015
Sinh viên

Đoàn Nguyễn Thành Đạt


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................... 2
1.1 Tổng quan về carbocistein ................................................................................ 2
1.1.1. Cấu trúc, tính chất lý hóa ................................................................................ 2
1.1.2. Tác dụng dược lý và ứng dụng trong điều trị.................................................. 4
1.2. Tổng quan về các phương pháp tổng hợp CMC ........................................... 7
1.2.1. Phương pháp tổng hợp carbocistein đi từ L-cystein ....................................... 8
1.2.2. Phương pháp tổng hợp carbocistein đi từ L-cystin ......................................... 9
1.2.3. Phương pháp tổng hợp carbocistein đi từ nguyên liệu khác ......................... 11
1.3. Phân tích và lựa chọn phương pháp............................................................. 12
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ........................................................................................................................ 14
2.1. Nguyên vật liệu và thiết bị ............................................................................. 14
2.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 16
2.3. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 16
2.3.1. Bán tổng hợp hóa học và tinh chế sản phẩm................................................. 16
2.3.2. Kiểm tra sơ bộ độ tinh khiết .......................................................................... 17
2.3.3. Xác định cấu trúc sản phẩm .......................................................................... 17
2.3.4. Kiểm nghiệm chất lượng carbocistein tổng hợp được .................................. 18


2.3.5. Theo dõi độ ổn định của sản phẩm ............................................................... 19
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ ....................................................... 21
3.1. Bán tổng hợp carbocistein từ L-CHM qui mô 100 g/mẻ ............................ 21
3.1.1. Tổng hợp carbocistein qui mô 100 g/mẻ theo [5] ......................................... 21
3.1.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng ..................................................................... 21
3.2. Xây dựng qui trình bán tổng hợp carbocistein qui mô 500 g/mẻ .............. 26

3.3. Xây dựng qui trình bán tổng hợp carbocistein qui mô 1 kg/mẻ ................ 27
3.4. Xây dựng phương pháp tinh chế sản phẩm qui mô 1,5 kg/mẻ .................. 28
3.5. Xây dựng qui trình bán tổng hợp và tinh chế Carbocistein qui mô 5
kg/mẻ ...................................................................................................................... 31
3.5.1. Phương pháp 1: tổng hợp theo qui trình tương tự qui mô 1 kg/mẻ .............. 31
3.5.2. Phương pháp 2: cải tiến phương thức nạp liệu ............................................ 33
3.6. Xây dựng qui trình bán tổng hợp và tinh chế Carbocistein qui mô 10
kg/mẻ ...................................................................................................................... 37
3.6.1. Tổng hợp carbocistein qui mô 10 kg/mẻ ...................................................... 37
3.6.2. Kiểm tra sơ bộ độ tinh khiết sản phẩm ......................................................... 40
3.7. Khẳng định cấu trúc sản phẩm..................................................................... 40
3.8. Kiểm nghiệm sản phẩm theo tiêu chuẩn dược điển Anh 2013 .................. 43
3.9. Theo dõi độ ổn định của sản phẩm ............................................................... 44
CHƯƠNG 4. BÀN LUẬN ..................................................................................... 47
4.1. Về phản ứng tổng hợp carbocistein .............................................................. 47
4.1.1. Phản ứng tổng hợp carbocistein qui mô 100 g/mẻ, 500 g/mẻ và 1
kg/mẻ ....................................................................................................................... 47


4.1.2. Phản ứng tổng hợp carbocistein qui mô 5 kg/mẻ và 10 kg/mẻ ..................... 48
4.2. Về phương pháp tinh chế .............................................................................. 49
4.3. Về khẳng định cấu trúc ................................................................................. 50
4.3.1. Về phổ hồng ngoại ........................................................................................ 50
4.3.2. Về phổ khối lượng......................................................................................... 50
4.3.3. Về phổ cộng hưởng từ hạt nhân .................................................................... 50
4.4. Về theo dõi độ ổn định ................................................................................... 51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CMC

Carbocistein

CTCT

Công thức cấu tạo

g

Gam

h

giờ

KL

Khối lượng

L-CHM

L-cystein hydroclorid monohydrat

L

Lít

MCA

Acid monocloroacetic

MCA.Na

Natri cloroacetat

ml

Mililit

MS

Mass spectrometry

1

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton (Proton

H-NMR

nuclear magnetic resonance spectroscopy)
13

C-NMR

Phổ cộng hưởng từ carbon 13 (Carbon-13
Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy)

IR

Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy)

RH

Độ ẩm tương đối (Relative Humidity)

SKLM

Sắc ký lớp mỏng

toC

Nhiệt độ

TB

Trung bình

tonc

Nhiệt độ nóng chảy


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1

Nguyên liệu và hóa chất nghiên cứu

14

Bảng 2.2

Thiết bị, máy móc và dụng cụ nghiên cứu

15

Bảng 3.1

Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ mol MCA: L- CHM tới

22

phản ứng
Bảng 3.2

Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất phản

23

ứng
Bảng 3.3

Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH tới hiệu suất phản ứng

24

Bảng 3.4

Kết quả khảo sát độ lặp lại của qui trình tổng hợp carbocistein qui

27

mô 500 g/mẻ
Bảng 3.5

Kết quả khảo sát độ lặp lại của qui trình tổng hợp carbocistein qui

28

mô 1 kg/mẻ
Bảng 3.6

Kết quả tinh chế sản phẩm CMC theo phương pháp 1

29

Bảng 3.7

Kết quả tinh chế sản phẩm CMC theo phương pháp 2

29

Bảng 3.8

Kết quả tinh chế sản phẩm CMC theo phương pháp 3

30

Bảng 3.9

Kết quả qui trình tổng hợp và tinh chế CMC qui mô 5 kg/mẻ theo

33

phương pháp 1
Bảng 3.10 Kết quả qui trình tổng hợp và tinh chế CMC qui mô 5 kg/mẻ theo

37

phương pháp 2
Bảng 3.11 Kết quả khảo sát độ lặp lại của qui trình tổng hợp và tinh chế

38

CMC qui mô 10 kg/mẻ
Bảng 3.12 Kết quả kiểm tra sơ bộ độ tinh khiết sản phẩm CMC

40

Bảng 3.13 Kết quả phân tích phổ IR của carbocistein

41


Bảng 3.14 Số liệu phân tích phổ khối lượng của carbocistein

41

Bảng 3.15 Kết quả phân tích phổ 1H-NMR của carbocistein tổng hợp được

42

Bảng 3.16 Kết quả phân tích phổ 13C-NMR của carbocistein tổng hợp được

42

Bảng 3.17 Kết quả kiểm nghiệm carbocistein theo BP 2013

43

Bảng 3.18 Kết quả theo dõi độ ổn định sản phẩm ở điều kiện thường

45

Bảng 3.19 Kết quả theo dõi độ ổn định sản phẩm ở điều kiện lão hóa cấp tốc

45


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1

Công thức cấu tạo của carbocistein

2

Hình 1.2

Phản ứng của carbocistein với ninhydrin

3

Hình 1.3

Phản ứng của acid amin với Fluorescamin

3

Hình 1.4

Phản ứng Sanger của acid amin

4

Hình 1.5

Tổng hợp carbocistein từ L-cystin và L-CHM

7

Hình 1.6

Phản ứng tổng hợp carbocistein của Alfred A. Maierhop và cộng

10

sự (1978)
Hình 1.7

Phản ứng tổng hợp carbocistein của Kazuo Nakayasu và cộng sự

11

(1984)
Hình 2.1

Tổng hợp carbocistein từ L-CHM theo L.Michaelis và cộng sự

16

Hình 2.2

Tổng hợp carbocistein theo phương thức mới

16

Hình 3.1

Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của tỷ lệ mol tới phản ứng

22

Hình 3.2

Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất phản

23

ứng
Hình 3.3

Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của pH tới hiệu suất phản ứng

25

Hình 3.4

Sơ đồ tổng hợp carbocistein qui mô 5 kg/mẻ theo phương pháp 1

32

Hình 3.5

Phản ứng tỏa nhiệt giữa L-CHM, MCA với NaOH

33

Hình 3.6

Phản ứng giữa MCA với Na2CO3

34

Hình 3.7

Sơ đồ tổng hợp carbocistein qui mô 5 kg/mẻ theo phương pháp 2

36

Hình 3.8

Sơ đồ tổng hợp carbocistein qui mô 10 kg/mẻ

39

Hình 4.1

Phản ứng S-alkyl hóa theo cơ chế SN1 giữa L-CHM và MCA

47


ĐẶT VẤN ĐỀ
Carbocistein là một thuốc được sử dụng để điều trị các bệnh đường hô
hấp. Carbocistein có tác dụng làm lỏng dịch nhầy đường hô hấp, được dùng
trong các trường hợp rối loạn hô hấp, đặc biệt liên quan đến sự tăng tiết hoặc
tăng độ nhầy nhớt như viêm phế quản cấp hoặc mạn tính, giãn phế quản, viêm
phế quản dạng hen hoặc khí phế thũng, bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính. Điều trị
hỗ trợ trong viêm tai, viêm xoang, viêm mũi họng, chảy dịch ống tai và giảm
việc tăng tiết trước khi phẫu thuật [2], [17], [20]
Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh được carbocistein có tác dụng
tốt trong việc điều trị bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính (chronic obstructive
pulmonary disease- COPD) [17], [13], [34] và ức chế sự lây nhiễm virus cúm
A [32].
Các biệt dược chứa carbocistein có trên thị trường Việt Nam hiện nay
(Rhinathiol 2%, Rhinathiol 375 mg, Babythiol 2%, Bicanthiol 375 mg,
Flemex…) đều nhập khẩu từ nước ngoài. Mặt khác, chưa đơn vị nào sản xuất
được nguyên liệu này. Trong khi đó ở trong nước đã có những thành công

trong việc tổng hợp carbocistein qui mô phòng thì nghiệm, từ các nguồn
nguyên liệu có sẵn [6], [5], đặc biệt là đề tài “Nghiên cứu bán tổng hợp
carbocistein qui mô 1 kg/mẻ” của Dương Văn Khoa [5].
Để góp phần tạo nguồn nguyên liệu làm thuốc và phát triển nền công
nghiệp hóa dược nước nhà, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài:”Nghiên cứu
bán tổng hợp carbocistein từ L-cystein qui mô 10 kg/mẻ” với mục tiêu
sau:
1. Nghiên cứu xây dựng được qui trình bán tổng hợp carbocistein qui
mô 10 kg/mẻ.
2. Nghiên cứu được phương pháp tinh chế sản phẩm thu được đạt tiêu
chuẩn Dược điển Anh BP 2013.

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về carbocistein
1.1.1. Cấu trúc, tính chất lý hóa
Carbocistein (CMC) là dẫn chất của L-cystein với nhóm carboxymethyl
gắn ở vị trí –SH, nó có công thức cấu tạo như hình 1:

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của carbocistein
Tên khoa học: (R)-2-amino-3-(carboxymethylthio) propanoic acid.
Công thức phân tử: C5H9NO4S.
Khối lượng phân tử: 179,19 g/mol.
Thành phần: 33,51% C; 5,06% H; 7,82% N; 35,71% O; 17,89% S.
Một số danh pháp khác: S-Carboxymethyl-L-cystein, Acid (R)-2-amino4-thia-adipic,

Acid

(Carboxymethylthio)-

L

-2-Amino-3-(carboxymethylthio)
L–alanin,

propionic,

L-3-((Carboxymethyl)thio)alanin,

3L–

Carboxymethylcystein, (R) –Carbocistein.
- Tính chất vật lý [18]
 Bột kết tinh hay tinh thể hình đĩa, không màu
 Tan trong nước sôi, không tan trong nước lạnh và không tan trong một
số dung môi hữu cơ thông thường (ethanol, methanol, aceton…)
 Độ quay cực riêng: [𝛼] 20
𝐷 = 0,5 (trong dung dịch HCl 1N)
 Nhiệt độ nóng chảy: 204 - 2070C
- Tính chất hóa học [3], [12]

2


 CMC có cấu trúc của một α-amino acid, có chứa nhóm –COOH và –
NH2 nên có các phản ứng đặc trưng của các nhóm amin và carboxyl
như phản ứng acetyl hóa, phản ứng formyl hóa hay ester hóa.
Phản ứng với ninhydrin:

Nguyên tắc: Nhóm amin và nhóm carboxyl của α-amino acid bị oxy hóa
bởi ninhydrin khi đun nóng tạo dạng khử, CO2, NH3 và aldehyd. Sau đó
ninhydrin và sản phẩm khử lại phản ứng tiếp với NH3 tự do tạo thành phức
hợp màu tím, có độ hấp thụ cực đại ở λ= 570 nm, cường độ màu phụ thuộc
vào nồng độ của acid amin.

Hình 1.2. Phản ứng của carbocistein với ninhydrin
Phản ứng với Fluorescamin:
Nguyên tắc: Fluorescamin phản ứng với nhóm α-amino của acid amin tạo
dẫn xuất huỳnh quang. Phản ứng rất nhạy cho phép phát hiện acid amin tới cỡ
nano gram.

Fluorescamin

Acid amin

Dẫn xuất huỳnh quang

Hình 1.3. Phản ứng của acid amin với Fluorescamin

3


Phản ứng Sanger:
Nguyên tắc: Acid amin phản ứng với clorid dabsyl, clorid dansyl và 1fluoro-2,4 dinitrobezen cho các dẫn chất bền vững trong điều kiện thủy phân
protein (Phản ứng này dùng để xác định aa-N tận nhưng không có khả năng
xác định liên tiếp vì peptid còn lại bị phá hủy do thủy phân).

Hình 1.4. Phản ứng Sanger của acid amin


Trong phân tử CMC có chứa lưu huỳnh, nên có phản ứng Folh xác định
acid amin chứa lưu huỳnh.
Nguyên tắc: CMC khi đun nóng trong môi trường kiềm tạo ra muối
sulfit, chất này sẽ phản ứng với muối chì tạo chì sulfid PbS màu đen
xám.



Phân tử CMC có chứa 2 nhóm chức acid, nên có phản ứng đặc trưng
của acid: phản ứng ester hóa, phản ứng acyl hóa.

1.1.2. Tác dụng dược lý và ứng dụng trong điều trị
Carbocistein hấp thu nhanh sau khi uống, động học của thuốc tuân theo
mô hình một ngăn [11]. Đỉnh nồng độ trong huyết tương đạt được sau 1-2 h.
Thời gian bán thải 1,33 h. Carbocistein có khả năng thấm sâu vào mô phổi và
dịch hô hấp, có tác dụng điều trị tại chỗ [22], [10].
Chuyển hóa của carbocistein rất phức tạp, thông qua phản ứng
decarboxyl hóa, N-acyl hóa và phản ứng sulfo hóa, deamin hóa và ester với
acid glucoronic tạo thành chất không có tác dụng. Chất chuyển hóa chính
4


được thải trừ qua thận (30-60%) là hợp chất disulfid S-(carboxymethylthio)L-cystein, xuất hiện trong nước tiểu sau 24 giờ đầu, dạng không hoạt tính
được phát hiện trong phân [30], [17]. Một vài nghiên cứu đã chứng minh rằng
sự chuyển hóa của carbocistein dao động trên cùng 1 cá thể, vài chất chuyển
hóa dạng sulfoxid được tạo thành sau khi dùng thuốc về đêm. Do vậy việc lựa
chọn đúng thời điểm uống thuốc có tác động lớn đến sự đồng nhất của các
chất chuyển hóa S-oxid qua thận.
Trong những nghiên cứu gần đây cho thấy các thành phần đường (fucos

và acid sialic) trên glycoprotein nhầy (còn được gọi là mucin, thông qua việc
ức chế kinin, làm giảm hay ngăn chặn phản ứng viêm và co thắt phế quản) có
liên quan đến độ nhớt của dịch nhầy đường hô hấp. Carbocistein là thuốc điều
hòa chất nhầy, có tác dụng điều chỉnh fucos và acid sialic trong chất nhầy
đường hô hấp thông qua cơ chế ức chế yếu tố TNF-α (tumor nucrosis factor
alpha- TNF α) yếu tố làm tăng độ nhớt của chất nhầy và ức chế sialyl Lewis
X trên protein dung hợp MUC5AC (Mucin 5 kiểu phụ A và C) do đó làm
giảm độ nhớt của chất nhầy [2], [17], [13]. Thêm vào đó, carbocistein còn có
tác dụng làm loãng đờm bằng cách cắt đứt cầu nối disulfid liên kết chéo các
chuỗi peptid của mucin. Tính chất này làm giảm độ quánh của chất nhầy, và
giúp khạc đờm dễ dàng [17], [13].
Tác dụng chống oxy hóa: trong in vitro, carbocistein có tác dụng chống
oxy hóa. Nhóm thioester của carbocistein có thể bị oxy hóa bởi các mẩu oxy
hoạt động và hình thành dạng sulfoxid hoặc các dẫn chất sulfon. Đó là khả
năng oxy hóa nội sinh. Đặc biệt là chúng rất chọn lọc với nhóm -HClO và OH. Tác dụng oxy hóa cũng đã được chứng minh khi kích hoạt các tế bào
máu đơn nhân ở ngoại vi, nhờ đó mà chúng cũng có tác dụng chống viêm.
Tuy nhiên cơ chế oxy hóa vẫn chưa được biết đến một cách đầy đủ [17] , [27].

5


Tác dụng chống viêm: Đối với những thuốc có chứa nhóm cystein, khả
năng chống oxy hóa cùng với tiền chất khác là glutathion đã được chứng
minh là làm tăng khả năng sản xuất cytokin tiền viêm (TNF-α; IL-6; IL-8)
[22], [9].
Tác dụng trong ngăn ngừa lây nhiễm cúm A: theo nghiên cứu của
Mutsuo và cộng sự cho thấy, carbocistein có tác dụng trong ngăn ngừa lây
nhiễm cúm typ A. Tác dụng ức chế yếu tố nhân kappa B (Nuclear factorkappa B, NF-κB) và tăng pH trong endosomes làm giảm các thụ thể virus
cúm người trong tế bào biểu mô đường hô hấp, do vậy, ức chế sự lây nhiễm
virus cúm A [32].

Carbocistein được sử dụng hiệu quả trong bệnh phổi tắc nghẽn mạn
tính. Bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính là bệnh có liên quan đến phản ứng viêm
và các yêu tố nguy cơ: khói thuốc lá, khí độc khi vào đường dẫn khí thì chính
các khí này kích thích đại thực bào và các tế bào thượng bì tiết ra các TNF-α
và các chất trung gian gây viêm như IL8...Cho nên phản ứng viêm trong bệnh
này chính là đáp ứng bảo vệ của đường hô hấp trước những tác động của khói
thuốc và các chất độc khác. Theo đó, thuốc hoạt động như là một chất long
đờm, một chất chống viêm và chất chống oxy hóa đều có tác dụng tốt trong
bệnh CODP. Như vậy, tính chất chống viêm và chống oxy hóa chính là một
đặc tính quan trọng trong điều trị bệnh CODP [34], [22], [17].
Carbocistein được sử dụng trong hội chứng suy nhược liên quan đến
ung thư. Trong một loạt những nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng, những
bệnh nhân ung thư với nồng độ cao các mẫu chất oxy hóa hoạt động trong
máu và giảm nồng độ các men erythrocyt

glutathion peroxydase và

superoxyd dimutase. Sự có mặt của các chất này có liên quan mật thiết đến
nồng độ các cytokin tiền viêm IL-6; TNF-α và CRP (C-reactive protein) và
nồng độ thấp leptin [19].
6


Chỉ định: Rối loạn hô hấp, đặc biệt liên quan đến sự tăng tiết hoặc tăng độ
nhầy nhớt như viêm phế quản cấp hoặc mãn, giãn phế quản, viêm phế quản
dạng hen hoặc khí phế thũng, bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính. Ðiều trị hỗ trợ
trong viêm tai, viêm xoang, viêm mũi họng, chảy dịch ống tai và giảm việc
tăng tiết trước khi phẫu thuật [17], [12], [22].
Chống chỉ định:
Dị ứng với carbocistein.

Phụ nữ có thai hoặc đang thời kỳ cho con bú.
Trẻ em dưới 2 tuổi.
Tránh dùng cho người có viêm loét dạ dày tá tràng tiến triển. Tránh dùng phối
hợp với thuốc giảm ho. Tránh dùng với thuốc giảm tiết phế quản [2], [22].
Liều lượng:
Người lớn: 750 mg x 3 lần/ngày.
Trẻ 5 - 12 tuổi: 250 mg x 3 lần/ngày.
Trẻ 2 - 5 tuổi: 125 mg x 4 lần/ngày [3], [22].
1.2. Tổng quan về các phương pháp tổng hợp CMC
Carbocistein được tổng hợp chủ yếu từ 2 nguồn nguyên liệu là L-cystin và
L-cystein hydroclorid monohydrat, theo sơ đồ sau:

Hình 1.5. Tổng hợp carbocistein từ L-cystin và L-CHM
7


- Từ L-cystein hydroclorid monohydrat thực hiện phản ứng S-alkyl hóa
cùng với acid monocloroacetic thu được carbocistein.
- Từ L-cystin tiến hành khử hóa rồi tiếp tục phản ứng với acid
monocloroacetic ta thu được carbocistein.
1.2.1. Phương pháp tổng hợp carbocistein đi từ L-cystein
- Phương pháp của L. Michaelis và Maxwell P. Schubert (1934)
Tổng

hợp

từ

L-cystein

hydroclorid

monohydrat

và

acid

monocloroacetic trong môi trường kiềm (dung dịch KOH 6,7M). Dung dịch
sau phản ứng được điều chỉnh về pH 5 bằng acid acetic băng, làm lạnh bằng
nước đá trong 2h. Lọc loại tủa cystein, thu lấy dịch lọc. Điều chỉnh pH của
dịch lọc về 2 bằng acid HCl 6M, làm lạnh khối phản ứng bằng nước đá trong
2h, carbocistein sẽ kết tinh. Lọc thu lấy tinh thể. Hòa tan tinh thể carbocistein
trong 200 ml nước sôi, lọc nóng thu dịch lọc. Dịch lọc được làm lạnh bằng đá.
Carbocistein sẽ kết tinh dưới dạng tinh thể 6 mặt. Lọc, rửa bằng nước lạnh,
sấy ở 60oC. Hiệu suất phản ứng khoảng 70% [25].
- Phương pháp của M.D. Amstrong và cộng sự (1951)
Tổng hợp carbocistein từ L-cystein bằng cách hồi lưu hỗn hợp của Lcystein và acid monocloroacetic trong HCl đặc. Kết quả thu được dạng
racemic của carbocistein [8]. Năm 1958, L. Goodmans và cộng sự đã cải tiến
qui trình này bằng cách đun hồi lưu trong môi trường kiềm loãng cũng thu
được L-carbocistein nhưng hiệu suất thấp hơn [16].
- Phương pháp của Maurice Joullie và cộng sự (1967)
Carbocistein được tổng hợp từ cystein hydroclorid và acid
monocloroacetic trong môi trường pH 8 (điều chỉnh bằng dung dịch NaOH
5N) dưới bầu khí nitơ ở nhiệt độ 50oC. Khi phản ứng kết thúc, ngừng cung
cấp nitơ, sau đó điều chỉnh pH về 6 bằng HCl đặc. Tẩy màu bằng than hoạt,

8

lọc nóng, thu dịch lọc. Dịch lọc được đưa về nhiệt độ phòng. Điều chỉnh pH
dịch lọc về 2,8 bằng HCl đặc, carbocistein sẽ kết tủa. Ly tâm thu lấy tủa và
rửa tủa cho đến khi hết ion Cl-.
Tinh chế: Tạo hỗn dịch của carbocistein thô với HCl 2N (HCl dư
khoảng 25%). Đun sôi hỗn dịch trong 5 phút, rồi làm lạnh về 30oC. Điều
chỉnh pH dung dịch đến 2,8 bằng NaOH 2N. Sản phẩm sẽ kết tủa. Lọc rửa tủa
sản phẩm tới khi hết ion clorid. Sản phẩm đạt độ tinh khiết 99,5%. Hiệu suất
tinh chế đạt 90- 95%. Nhiệt độ nóng chảy: 249- 250oC [24].
- Phương pháp của Dương Văn Khoa (2014)
Cho vào bình cầu 3 cổ dung tích 250ml hỗn hợp gồm: 10,00g
(0,042mol) L-cystin và 10,00g (0,106mol) acid monocloroacetic vào 100 ml
nước ở nhiệt độ phòng. Nitơ được sục liên tục trong quá trình phản ứng.
Thêm từ từ 40,0ml NaOH 5M vào khối phản ứng, nhiệt độ duy trì khoảng
25°C. Thêm tiếp 20g (0,31mol) kẽm đã được hoạt hóa, khuấy 45 phút. Sau đó
lọc loại bỏ kẽm dư, dịch lọc được điều chỉnh về pH 2 bằng acid sulfuric đặc.
Làm lạnh bằng nước đá khoảng 1 giờ, lọc kết tủa sản phẩm đem sấy ở 60°C
trong 3 giờ, thu được 11,67g sản phẩm thô. Hiệu suất đạt 78%.
Tinh chế bằng nước: Hòa tan 10,0(g) sản phẩm thô vào trong 500,0ml
nước sôi, lọc nóng thu dịch lọc. Dịch lọc được để kết tinh lạnh qua đêm.
SCMC sẽ kết tinh dưới dạng tinh thể trắng, lóng lánh. Lọc, rửa bằng nước
lạnh, sấy ở 60oC trong 3h thu được 9,42g sản phẩm. Hiệu suất quá trình kết
tinh khoảng 94,0%, nhiệt độ nóng chảy 204- 206oC.
1.2.2. Phương pháp tổng hợp carbocistein đi từ L-cystin
- Phương pháp của Earl Pierson và cộng sự (1946)
Carbocistein được tổng hợp từ L-cystin bằng cách thực hiện phản ứng
khử trong môi trường kiềm (dung dịch NaOH 30%) có mặt acid
9


monocloroacetic và cho từ từ kẽm, ở nhiệt độ 30oC. Dịch phản ứng sau khi

loại bỏ kẽm dư sẽ được điều chỉnh về pH 2 bằng acid sulfuric đặc. Hạ nhiệt
độ phản ứng xuống 15- 20oC, khuấy liên tục trong 1h, Carbocistein sẽ kết
tinh. Lọc, rửa tinh thể bằng nước lạnh, sấy thu được sản phẩm. Hiệu suất phản
ứng đạt 90%, nhiệt độ nóng chảy 188- 191oC [14].
- Phương pháp Alfred A. Maierhop và cộng sự (1978)
Để tổng hợp carbocistein, trước tiên nhóm tác giả tiến hành phản ứng
khử hóa L-cystin bằng tác nhân Na/NH3 lỏng, ở -40oC để tạo thành L-cystein.
Sau đó cho L-cystein thu được phản ứng với acid monocloroacetic ở nhiệt độ
20-30oC, tạo thành Carbocistein. Hiệu suất toàn bộ quá trình đạt 92%, sản
phẩm thu được có độ tinh khiết cao hơn các phương pháp khác [23].
Phương trình phản ứng:

Hình 1.6. Phản ứng tổng hợp carbocistein của Alfred A. Maierhop và cộng sự
(1978)
- Phương pháp của J. González-García và các cộng sự (1998)
Sử dụng phản ứng điện phân L-cystin với điều kiện tại cực âm của
bình điện phân luôn có mặt của anion monocloacetat, bằng cách thêm tác
nhân alkyl hóa này vào trong suốt quá trình điện phân. Điện cực sử dụng có
thể là điện cực carbon.
- Cực âm: Điện cực sợi carbon
- Cực dương: Kim loại

10


- Dung dịch cực âm: dung dịch L-cystin/NaOH có nồng độ L-cystin
ban đầu 0,8- 1,3M, pH dung dịch khoảng 8- 13,5.
- Dung dịch cực dương: Dung dịch Na2SO4
- Mật độ dòng điện: 250- 2000 mA/cm2
- Nhiệt độ: 40- 50oC

Hiệu suất thu được đạt 80% [15].
1.2.3. Phương pháp tổng hợp carbocistein đi từ nguyên liệu khác
- Phương pháp của Kazuo Nakayasu và cộng sự (1984)
Các tác giả tiến hành tổng hợp carbocistein đi từ nguyên liệu ban đầu là
acid thioglycollic bằng phản ứng với β-cloroalanin trong môi trường kiềm
(dung dịch KOH), pH 10-13, ở nhiệt độ 20oC. Sau đó acid hóa khối phản ứng
về pH 2-4, sản phẩm sẽ kết tủa [26].

Hình 1.7. Phản ứng tổng hợp carbocistein của Kazuo Nakayasu và cộng sự
(1984)
- Phương pháp của Kenzo Yokozeki và cộng sự (1988)
Từ chất ban đầu là aicd DL-2-aminothiazolin-4-carboxylic (ATC), sử
dụng

vi

khuẩn

Pseudomonas

thiazolinophilum

hoặc

Pseudomonas

desmolytica, quá trình sinh tổng hợp nên Carbocistein gồm 4 bước:
- Bước 1: Sử dụng enzym ATC racemase phân tách hỗn hợp đồng
phân racemic DL-ATC thành D-ATC và L-ATC.
- Bước 2: Thủy phân L-ATC thành S-carbamyl-L-cystein bằng

enzym L-ATC hydroxylase.
11


- Bước 3: Thủy phân S-carbamyl-L-cystein thành L-cystein bằng
enzym S-carbamyl-L-cystein hydroxylase.
- Bước 4: L-cystein phản ứng với anion monocloacetat tạo thành
carbocistein.
P. thiazolinophilum và P. desmolytica có thể tạo ra cả 3 enzym trên với
sự có mặt của DL-ATC trong môi trường nuôi cấy [33].
- Phương pháp của Ken-Ichi Ishiwata và cộng sự (1989)
Các tác giả tiến hành tổng hợp carbocistein từ L-serin với enzym
tryptophan synthease (thu được từ môi trường nuôi cấy vi khuẩn Escherichia
Coli) trong môi trường dinh dưỡng thích hợp. Enzym tryptophan synthease sẽ
xúc tác cho phản ứng thay thế vị trí β của L-serin bằng một chất nền là
thioglycolic hoặc tốt hơn là alkylthioglycolat tạo thành S - (2Ethylhexyloxycarbonylmethyl)

–

l

-

cystein,

sau

đó

S

-

(2-

ethylhexyloxycarbonylmethyl) – l - cystein sẽ bị thủy phân trong môi trường
kiềm tạo sản phẩm [21].
1.3. Phân tích và lựa chọn phương pháp
- Bệnh đường hô hấp hiện nay khá phổ biến trên cả nước. Nhu cầu sử dụng
carbocistein cho các bệnh này là khá cao mà hầu hết các dạng bào chế đều
phải nhập ngoại.
- Từ vài năm qua, trong quá trình thực hiện đề tài Nghiên cứu cấp Nhà
nước: “Nghiên cứu chiết tách L-cystin từ tóc, phụ phẩm móng, sừng, lông
gia súc và bán tổng hợp N-acetyl-L-cystein làm nguyên liệu sản xuất
thuốc”, nhóm nghiên cứu trường Đại học Dược Hà Nội đã triển khai chiết
tách được L-cystin (là nguyên liệu chính để bán tổng hợp Carbocistein) từ tóc
và các phụ phẩm như móng, sừng, lông gia súc. Cũng trong đề tài này, nhóm
đã thực hiện phản ứng khử hóa L-cystin thành L-cystein ở qui mô pilot với
hai tác nhân Al/HCl và điện hóa. Như vậy, cả hai nguyên liệu cho bán tổng
12


hợp Carbocistein có thể sử dụng từ kết quả của Đề tài nghiên cứu cấp Nhà
nước này, đề tài đã được nghiệm thu năm 2012 [6].
Qua tra cứu tài liệu và bằng thực nghiệm sơ bộ ở qui mô nhỏ, chúng tôi
nhận thấy qui trình tổng hợp carbocistein từ L-cystin diễn ra phức tạp qua 2
giai đoạn, hiệu suất thấp hơn quá trình tổng hợp đi từ nguyên liệu L-cystein
hydroclorid monohydrat. Qui trình tổng hợp CMC từ L-CHM khá đơn giản,
hiệu quả, sản phẩm tổng hợp được đã được kiểm nghiệm và đạt tiêu chuẩn
Dược điển Anh 2007 (tiến hành phản ứng alkyl hóa giữa L-CHM và MCA

trong bình cầu, sục N2 trong quá trình phản ứng, t0pư = 250C, thêm dần dần
dung dịch NaOH. Kết thúc phản ứng, dùng HCl điều chỉnh pH dung dịch về 6
để loại L-cystin, rồi hạ pH xuống 2 để thu sản phẩm CMC. Kết tinh lại bằng
nước) [5]. Tuy nhiên, phương pháp tổng hợp này chỉ phù hợp với qui mô nhỏ
do có một số nhược điểm là: phản ứng tỏa nhiệt mạnh nên khó kiểm soát
được nhiệt độ phản ứng khi tăng qui mô; quá trình tinh chế bằng nước cần
thiết bị cồng kềnh và tốn nhiều năng lượng. Chúng tôi thấy cần phải cải tiến
qui trình để có thể triển khai ở qui mô lớn hơn (10 kg/mẻ) và có khả năng ứng
dụng trong sản xuất. Nguyên liệu để bán tổng hợp Carbocistein là L-cystein
hydroclorid monohydrat. Qui trình tổng hợp được thực hiện và cải tiến theo
phương pháp của L. Michaelis và Maxwell P. Schubert (1934), Dương Văn
Khoa [5], [25].

13


CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU
2.1. Nguyên vật liệu và thiết bị
Đề tài sử dụng nguồn nguyên liệu chính là L-cystein hydroclorid
monohydrat được điều chế tại phòng thí nghiệm Tổng hợp hóa dược. Các
hóa chất, dung môi được liệt kê ở bảng 2.1. Thiết bị, dụng cụ của phòng
thí nghiệm Tổng hợp Hóa dược, Bộ môn Công Nghiệp Dược Trường Đại
học Dược Hà Nội (xem bảng 2.2).
Bảng 2.1. Nguyên liệu và hóa chất nghiên cứu
STT

Tên nguyên liệu và hóa chất

Nguồn gốc

1

Acid hydrocloric

Trung Quốc

2

Acid monocloroacetic PA và công nghiệp

Trung Quốc

3

L-cystin

Việt Nam

4

Ethanol

Trung Quốc

5

Butanol

Trung Quốc

6

Acid acetic

Trung Quốc

7

Giấy chỉ thị vạn năng

Trung Quốc

8

Natri hydroxyd

Trung Quốc

9

Ninhydrin

Trung Quốc

10

Nước cất

Việt Nam

14


Bảng 2.2. Thiết bị, máy móc và dụng cụ nghiên cứu
STT

Tên thiết bị/ dụng cụ

Xuất xứ

1

Bản mỏng Silicagel GF254 70-230 mesh

Đức

2

Bộ lọc hút chân không Buchner

Đức

3

Cân kỹ thuật XB 320

Precisa- Thụy Sĩ

4

Đèn soi UV sắc ký CN6

5

Máy cất quay chân không Buchi CH 9230

6

Vilber LourmartĐức

Máy khuấy từ gia nhiệt Wisd Wise stir MSH20A

Buchi- Thụy Sĩ
Daihansci- Hàn Quốc

Máy tạo khí N2 Nitrox UHP N0751

Domnick Hunter Ltd-

Model UHP N0751E-SIN 9900774

Anh

7

Jinan Unilab

Tủ hotte Unilab
8

Instrusments. Co.
Model TH 1300

Ltd-Trung quốc

9

Tủ lạnh

Toshiba- Nhật

10

Tủ sấy Wisd Wiseven

Daihansci- Hàn Quốc

Bình cầu, bình sắc ký, bình 2 cổ, bình định
11

mức 25 ml, Pipet, cốc có mỏ, ống nghiệm, đũa Lenz- Đức
thủy tinh.

15