Nghiên cứu quy trình tổng hợp imatinib mesylate dùng làm thuốc điều trị ung thư máu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VIỆN HÀN LÂM KH&CN VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC

Nguyễn Thị Thu

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP IMATINIB MESYLATE
DÙNG LÀM THUỐC ĐIỀU TRỊ UNG THƯ MÁU

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Hà Nội - năm 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VIỆN HÀN LÂM KH&CN VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC

Nguyễn Thị Thu

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP IMATINIB MESYLATE
DÙNG LÀM THUỐC ĐIỀU TRỊ UNG THƯ MÁU
Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
Mã số: 60440114

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN QUỐC VƯỢNG

Hà Nội - năm 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu
và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực, chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả

Nguyễn Thị Thu


LỜI CẢM ƠN
Đề tài luận văn được thực hiện tại phòng Công nghệ Hóa dược – Viện Hóa
sinh biển, kinh phí thực hiện được cấp bởi Đề tài mã số CNHD.ĐT.037-12/14 thuộc
“Chương trình nghiên cứu Khoa học công nghệ trọng điểm phát triển Công nghiệp
Hóa được đến năm 2020” - Cục Hóa chất, Bộ Công Thương.
Để hoàn thành bản luận văn này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của
thầy cô, các anh chị và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin trân trọng gửi lời
cảm ơn chân thành tới:
TS. Nguyễn Quốc Vượng - Trưởng phòng Công nghệ Hóa dược, người đã
trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo và có nhiều góp ý quý báu trong thời gian tôi thực
hiện luận văn.
Các anh chị, bạn đồng nghiệp đang công tác tại Phòng Công nghệ Hóa
dược Phòng Tổng hợp hữu cơ, Trung tâm nghiên cứu và phát triển thuốc đã giúp

đỡ, động viên tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đến toàn thể gia đình, bạn bè, người
thân đã cổ vũ, động viên tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng năm 2015

Tác giả

Nguyễn Thị Thu


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
CÁC KÍ KIỆU VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH


CÁC KÍ KIỆU VIẾT TẮT
Viết tắt
δ
Aceton
AcPy

ADP
ALL

Tên đầy đủ
Độ chuyển dịch hoá học
Act
3-Acetylpyridine
Adenosine Diphosphate
Acute Lymphoblastic Leukemia (Bệnh Bạch Cầu

AML

Nguyên Bào Cấp Tính)
Acute Myeloid Leukemia (Bệnh Bạch Cầu Tủy Bào Cấp

ATP
br
CLL

Tính)
Adenosine Triphosphate
Broad
Chronic Lymphocytic Leukemia (Bệnh Bạch Cầu Bạch

CML

Huyết Bào Mạn tính)
Chronic Myeloid Leukemia (Bệnh Bạch Cầu Tủy Bào

Mạn tính)
D
Dd
Di
Diox.
DMEDA
DMF-DMA
DMSO-d6
Dt
EA
EtOH
GuaNO3
H
IR
J (Hz):
m
MeOH
MS
PMM
S
SKLM
T
TEA
THF
tpư
1
H- NMR
13

C- NMR

Doublet
Doublet of doublet
Diclometan
Dioxan
N,N- Dimethylene diamide
N,N- Dimethylformamide dimethylacetal
Dimethyl Sunfoxit được deuteri hoá
Doublet of triplet
Ethyl Acetate
Etanol
Guanidine nitrate
Hiệu suất phản ứng
Infrared Spectroscopy (phổ hồng ngoại)
Hằng số tương tác
Multiplet
Methanol
Mass Spectrometry(Phổ khối lượng )
Methylpiperazin
Singlet
Sắc kí lớp mỏng
Triplet
Triethylamine
Tetrahydrofuran
Thời gian phản ứng
Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
(Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton)
Carbon Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (Phổ
cộng hưởng từ hạt nhân Cacbon-13)

MỞ ĐẦU
Bệnh ung thư máu hay còn gọi là bệnh ung thư bạch cầu xuất hiện 300,000
ca bệnh mới mỗi năm trên thế giới (chiếm 2,8% trong số tất cả các bệnh ung thư)
và 220,000 người chết vì bệnh ung thư máu hàng năm. Độ tuổi thường gặp đối với
bệnh ung thư máu dưới 15 tuổi là 21,7% và trên 15 tuổi là 78,1% và chủ yếu từ 35 - 69
tuổi, đa số các bệnh nhân bị bệnh bạch cầu cần được điều trị với liệu pháp chữa
bệnh bằng hóa chất (còn gọi là hóa trị), một số khác điều trị bằng phóng xạ (xạ trị),
ghép tủy xương hoặc sử dụng liệu pháp sinh học.
Trước đây trong việc điều trị ung thư, người ta thường áp dụng phương pháp
"ném bom rải thảm" nhưng sau này với tiến bộ khoa học liệu pháp nhằm trúng đích
đã được đưa ra đem đến hiệu quả cao và đỡ gây hại cho người bệnh, liệu pháp này
có tên là "liệu pháp nhắm trúng phân tử". Liệu pháp nhắm trúng đích tác động trực
tiếp vào các phân tử đặc biệt trong cơ chế sinh ung và sự tăng trưởng của khối u do
đó làm dừng sự tăng trưởng và phân đôi của tế bào ung thư. Liệu pháp này có thể
dùng các loại thuốc riêng lẻ hoặc kếp hợp với nhau hoặc kèm thêm các liệu pháp xạ
trị, quang trị… Hiện nay có hàng trăm sản phẩm loại này đang được thử nghiệm
lâm sàng trong đó có một số đã được cấp phép lưu hành, cụ thể là biệt dược gleevec
(glivec), hoạt chất chính là imatinib mesylate hay gọi tắt là imatinib. Imatinib là
chất ức chế protein-tyrosinekinase, nó ức chế đặc hiệu Ber-Abltyrosine kinase
(phân tử bất thường gây bệnh bạch cầu tuỷ mạn) bằng cách ngăn không cho BerAbl gắn kết với A.T.P. Nó tác động chính xác lên phân tử gây bệnh, tỷ lệ đáp ứng
về mặt huyết học và di truyền học tế bào rất cao có khả năng đưa người bệnh trở lại
cuộc sống bình thường.
Hiện nay, bệnh ung thư máu đang có chiều hướng gia tăng nhanh ở nước ta. Việc
ra đời của của imatinib như là thần dược đối với các bệnh nhân ung thư máu, tuy nhiên
chi phí điều trị cho 1 bệnh nhân rất cao, khoảng 2000 đô la mỗi tháng đang là trở ngại
lớn về tài chính đối với người bệnh. Để đáp ứng nhu cầu cấp thiết ngày càng tăng của
người bệnh, Chương trình hóa dược - Bộ Công thương đã phê duyệt thực hiện đề tài tổng
hợp thuốc chống ung thư máu imatinib mesylate do Viện Hóa sinh biển chủ trì.

8


Với mong muốn đóng góp đạt được mục tiêu của chương trình Hóa dược, trong
khuôn khổ của một luận văn Thạc sĩ chúng tôi đã lựa chọn thực hiện đề tài: “Nghiên
cứu quy trình tổng hợp imatinib mesylate dùng làm thuốc điều trị ung thư máu”.
Các mục tiêu chính của luận văn là:
-

Nghiên cứu tổng hợp các hợp chất đầu, các hợp chất trung gian và tổng hợp

-

imatinib base
Nghiên cứu phản ứng tạo muối imatinib mesylate từ imatinib base

-

Xác định cấu trúc các hợp chất đã tổng hợp bằng phương pháp phổ hồng
ngoại, phổ cộng hưởng hạt nhân, và phổ khối lượng.

-

Xác định hàm lượng của imatinib tổng hợp bằng phương pháp sắc ký lỏng
hiệu năng cao HPLC.

9


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. BỆNH UNG THƯ MÁU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRỊ
1.1.1. Những hiểu biết về bệnh ung thư máu
Ung thư máu hay còn gọi là ung thư bạch cầu là một loại bệnh ác tính có tính
dòng vô tính ở tế bào gốc tạo huyết. Tế bào bệnh ung thư máu trong dòng vô tính
làm mất đi khả năng phân hóa và ngưng lại ở các giai đoạn khác nhau trong quá
trình phát triển tế bào. Trong tủy và những cơ quan tạo máu khác, tế bào bệnh ung
thư máu tăng sinh và tích tụ với một lượng lớn rồi xâm nhập vào những cơ quan và
bộ phận khác gây ức chế sự tạo máu bình thường [1]. Khi bệnh ung thư máu phát
triển, cơ thể sản sinh một số lượng lớn những tế bào bạch cầu dị thường, đó là những
tế bào non không thực hiện được chức năng của bạch cầu bình thường. Việc tăng
nhanh chóng số lượng lớn bạch cầu dị thường làm giảm hồng cầu và tiểu cầu trong cơ
thể làm cho người bệnh bị thiếu máu dẫn đến chết. Đây là căn bệnh ung thư duy nhất
không tạo ra u (ung bướu), bệnh nhân thường chỉ sống thêm khoảng từ 6 tháng đến 4
năm kể từ khi xuất hiện các triệu chứng mệt mỏi và sút cân. Đến nay đã có một số
biện pháp điều trị bệnh ung thư máu nhưng hiệu quả không cao và rất tốn kém như
tiếp máu, hóa trị liệu,xạ trị, quang trị hoặc thay tủy v. v. Việc điều trị ung thư máu
hay chữa trị bệnh ung thư máu dựa vào các giai đoạn của bệnh. [29, 30, 31]
Nguyên nhân chính dẫn đến bệnh ung thư máu: Nguyên nhân bệnh ung
thư máu ở người vẫn chưa rõ, có thể có liên quan tới các nhân tố sau: nhân tố virus,
bức xạ điện ly, nhân tố hóa học (benzene, chất alkylating trong thuốc chống ung
bướu, bimolane chuyển hóa từ ethylenedeiamine tetracetylimide, chloramphenicol,
phenylbutazone…), nhân tố di truyền (hội chứng Down, hội chứng Bloom, chứng
thiếu globulin loại C bẩm sinh,…), những bệnh máu khác cuối cùng có thể phát
triển thành bệnh ung thư máu. Sắc thể có thể liên quan tới bệnh nhưng không phải
nguyên nhân gây ra bệnh. [1, 30]

10


1.1.2. Phân loại bệnh ung thư máu và phương pháp điều trị

Dựa vào mức độ hoàn chỉnh của tế bào bệnh ung thư máu và bệnh trình tự
nhiên, bệnh ung thư máu có thể chia làm hai loại lớn, cấp tính và mãn tính. Tế bào
bệnh ung thư máu cấp tính ngưng phân hóa ở giai đoạn khá sớm, phần lớn là tế bào
nguyên thủy và tế bào non thời kỳ đầu, bệnh tình phát triển nhanh, bệnh trình tự
nhiên chỉ vài tháng. Tế bào bệnh ung thư máu mãn tính ngưng phân hóa ở giai đoạn
khá muộn, phần lớn là tế bào non khá hoàn thiện và tế bào trưởng thành và bệnh
ung thư máu ở tế bào nhung mao hiếm thấy, bệnh ung thư máu ở tiền tế bào
lympho… Bệnh tình phát triển chậm, bệnh trình tự nhiên là vài năm. Bốn dạng bệnh
bạch cầu thông thường là: Bệnh Bạch Cầu Nguyên Bào Cấp Tính (Acute
Lymphoblastic Leukaemia – ALL); Bệnh Bạch Cầu Bạch Huyết Bào Mạn tính
(Chronic Lymphocytic Leukaemia – CLL); Bệnh Bạch Cầu Tủy Bào Cấp Tính
(Acute Myeloid Leukaemia – AML) và Bệnh Bạch Cầu Tủy Bào Mạn tính (Chronic
Myeloid Leukaemia- CML)
a. Bệnh bạch cầu nguyên bào cấp tính (Acute lymphoblastic Leukaemia - ALL. Còn
gọi là acute lymphocytic hay acute lymphatic leukaemia)
Bệnh bạch cầu ALL thường xảy ra với trẻ em, nhưng cũng xảy ra với người
lớn, là bạch huyết bào còn non – tức là bạch cầu thuộc hệ bạch huyết, do đó, gọi là
nguyên bào bạch huyết bào (lymphoblasts).
Trị liệu: Bệnh bạch cầu dạng này thường có thể trị liệu hữu hiệu bằng liệu
pháp hóa học. Đối với trẻ em, ALL có thể tương đối dễ trị, có đến 75% trẻ em bị
bệnh bạch cầu dạng này, khi được trị liệu, bệnh thuyên giảm hoàn toàn và sau đó
dứt hẳn, ALL cần phải được trị liệu đặc biệt, gọi là cách điều trị não bộ hay hệ thần
kinh trung ương dự phòng (brain hay central nervous system prophylaxis).Nhiều
hóa chất dùng để trị ALL bị màng não cản lại, nhưng tế bào bệnh bạch cầu thì đi
qua được để tránh trường hợp này sử dụng trị liệu não và trị liệu màng não không
cho tế bào bệnh bạch cầu ẩn núp tại những nơi này trong lúc điều trị bằng hóa chất,

11

rồi tiếp tục phát triển sau khi ngưng điều trị. Cách trị liệu này là chích thuốc vào cột
sống, ở lưng, hay có khi điều trị bằng cách rọi tia bức xạ vào não hay cột sống,
nhưng cách này ít được sử dụng hơn, bệnh nhân sau khi trị liệu lần đầu, bệnh tái
phát, thì có thể trị bằng phương pháp ghép tế bào mầm.
b. Bệnh bạch cầu bạch huyết bào mạn tính (Chronic lymphocytic leukaemia – CLL.
Còn gọi la chronic lymphatic hay chronic lymphoid leukaemia)
Đây là dạng bệnh bạch cầu mạn tính hay tiến triển chậm, tương tự như ALL,
bệnh này ảnh hưởng đến bạch huyết bào, thường gặp ở người lớn tuổi hiếm gặp ở
trẻ em, tuy nhiên bệnh vẫn có thể mắc phải ở mọi lứa tuổi. Vì bệnh tiến triển chậm,
bạch huyết bào và các tế bào khác không bị tràn ngập nhanh như trường hợp bệnh
cấp tính, như vậy, bệnh nhân bị CLL có thể không cảm thấy có triệu chứng gì lạ,
mãi cho đến khi bệnh đó khá phát triển rồi mới phát hiện ra, có những trường hợp
không phải trị liệu.
Trị liệu: Nếu bệnh tiềm ẩn thì không phải trị liệu và bệnh nhân có thể sinh
hoạt bình thường nhiều năm, khi bệnh hoành hành, thì có thể trị bằng liệu pháp hóa
trị hay xạ trị. Nói chung, không thể trị dứt hẳn CLL, nhưng bệnh nhân thường vẫn
sống khỏe mạnh trong nhiều năm.
c. Bệnh bạch cầu tủy bào cấp tính (Acute myeloid leukaemia – AML. Còn gọi là
acute myelocytic, acute granulocytic hay acute myelogenous leukaemiabệnh)
Bệnh bạch cầu tủy bào cấp tính ảnh hưởng đến các tế bào thuộc gia đình tủy
bào. Gia đình tủy bào gồm có bốn loại tế bào máu:bạch cầu hạt, bạch cầu đơn nhân
to, hồng cầu, tiểu cầu. Bệnh bạch cầu dạng này có thể xảy ra với trẻ em và thanh
thiếu niên nhưng thông thường thì người lớn dễ bị bệnh này hơn.

12


Trị liệu: Khi trị liệu, bệnh AML của một số người thuyên giảm hoàn toàn (tức
là không bị bệnh dài hạn). Tuy nhiên, những cách trị liệu mới có thể nâng cao xác
suất sống còn của bệnh nhân.

d. Bệnh bạch cầu tủy xương mãn tính (CML) (Chronic myeloid leukaemia - CML.
Còn gọi là chronic myelogenous, chronic granulocytic hay chronic myelocytic leukaemia)
Bệnh bạch cầu tủy xương mãn tính (CML) là một loại ung thư phổ biến của
các tế bào máu. Thuật ngữ "mãn tính" trong bệnh bạch cầu mãn tính tủy xương chỉ
ra rằng bệnh ung thư này có xu hướng tiến triển chậm hơn so với các hình thức cấp
tính của bệnh bạch cầu. Thuật ngữ "tủy xương" trong bệnh bạch cầu mãn tính tủy
xương dùng để chỉ các loại tế bào bị ảnh hưởng bởi bệnh ung thư này.
Bệnh bạch cầu tủy xương mãn tính cũng có thể được gọi là bệnh bạch cầu
myeloid cấp mãn tính và bệnh bạch cầu mãn tính granulocytic. Bệnh bạch cầu tủy
xương mãn tính thường ảnh hưởng đến người cao niên và hiếm khi xảy ra ở trẻ em,
mặc dù nó có thể xảy ra ở mọi lứa tuổi.
Trị liệu: Mục tiêu của điều trị bệnh bạch cầu mãn tính tủy xương là loại trừ
các tế bào máu có chứa các gen BCR - ABL bất thường gây ra những dư thừa của các
tế bào máu bị bệnh. Đối với hầu hết mọi người, nó không thể loại bỏ tất cả các tế bào
nhiễm bệnh, nhưng điều trị có thể giúp đạt được một thuyên giảm lâu dài của bệnh.
1.2. Imatinib mesylate
CTCT, CTPT, tên IUPAC

13


N
H
N

N

N

N

HN
N

CH3SO3H
O

Imatinib mesylate
Hình 1.1: Công thức cấu tạo của imatinib mesylate
Công thức phân tử của imatinib mesylate: C29H31N7O.CH4SO3
Trọng lượng phân tử: 589,71
Tên

IUPAC:

4-[(methylpiperazin-1-yl)methyl]-N-[4-methyl-3-[(4-pyridin-3-yl)

pyrimidin-2-yl)amino]phenyl]benzamide mesylate.
Imatinib mesylate được tạo thành từ dạng imatinib base trung hòa với
methane sulfonic acid để tăng khả năng tan trong nước.

Imatinib base

Imatinib mesylate

Hình 1.2: Sự tạo muối của imatinib base thành imatinib mesylate

14


Cấu tạo phân tử imatinib base bao gồm hệ vòng dị tố pyridinepyrimidine,

nhân methylphenylamine, nhóm methylbenzamide và nhóm methylpiperazine liên
kết với nhau bởi các liên kết amine và amide .
1.2.1. Lịch sử hình thành và quá trình phát triển
Lịch sử hình thành
Imatinib được ra đời vào cuối những năm 1990 bởi 3 nhà khoa học: Nicholas
Lydon- Nghiên cứu viên về Hóa sinh của hãng Novartis, Brian Druker nghiên cứu
về ung thư học của trường Đại học Sức khỏe và Khoa học Oregon (Mỹ) và Charles
Sawyers của Trung tâm ung thư Kettering. Imatinib được phát triển theo quá trình
thiết kế thuốc dựa vào những hiểu biết về sinh học và kỹ thuật sinh học phân tử, sự
phân tích ảnh hưởng của cấu trúc phân tử đến tác dụng của nó thông qua các mô
hình từ đó phán đoán xây dựng cấu trúc mới với chức năng xác định. Sau khi phát
hiện ra sự hình thành nhiễm sắc thể bất thường philadelphia và hỗn hợp protein bcrabl là nguồn gốc gây bệnh ung thư máu, các nhà khoa học đã điều tra sàng lọc thư
viện hóa học để tìm ra thuốc ức chế protein đó và xác định được cấu tử 2phenylaminopyrimidine. Cấu tử dẫn đường này đã được kiểm tra và biến tính với sự
đưa vào nhóm methyl và benzamide để tăng cường tính liên kết và kết quả đã thu
được imatinib base.

Hình 1.3: Quá trình của sự sàng lọc các dẫn suất của phenylaminopyrimidin dẫn
tới imatinib base
Quá trình phát triển

15


Năm 1993, hoạt chất Imatinib mesylate được đưa thử nghiệm.
Năm 1996, Imatinib mesylate được cấp bằng sáng chế, hết hạn vào 2015.
Năm 2001, Imatinib mesylate được FDA chấp thuận sử dụng tại Hoa Kỳ và được
đưa ra thị trường dưới tên: Gleevec ở Hoa Kỳ, Glivec ngoài Hoa Kỳ, Imatinib
Mesylate.
Năm 2013, được FDA chấp thuận sử dụng điều trị ung thư bạch cầu cấp Acute
Lymphoblastic Leukemia (ALL) trong nhi khoa.

1.2.2. Cơ chế tác dụng
Hầu hết các tế bào máu phát triển từ những tế bào tủy xương được gọi là tế
bào gốc (stem cell), những tế bào gốc trưởng thành, hoàn thiện trở thành tế bào gốc
myeloid hoặc lymphoid rồi phân tách chuyển hóa thành những loại tế bào máu khác
nhau, mỗi loại có một chức năng đặc biệt. Tế bào gốc myeloid phân tách thành: Các
tế bào bạch cầu (white blood cells) trợ giúp chống truyền nhiễm; Các hồng cầu(red
blood cells) chuyên trở oxy đến các mô trải khắp cơ thể; Các tiểu cầu (platelets) trợ
giúp sự đông máu để kiềm chế sự chảy máu; các tế bào này sinh ra khi cơ thể cần
đến chúng sau đó chúng sẽ chết đi và các tế bào mới thay thế chúng. Sau khi rời tủy
xương, tế bào hồng cầu sống được khoảng 4 tháng, bạch cầu chỉ sống được một vài
tiếng, tiểu cầu sống được vài ngày. Trong người bệnh ung thư bạch cầu, tủy xương
tạo ra những bạch huyết cầu bất thường, những bạch huyết cầu bất thường này
không chết đi khi chúng nên chết mà chúng chiếm chỗ, lấn át các hồng huyết cầu và
tiểu cầu gây khó khăn cho việc thực hiện nhiệm vụ của các tế bào máu bình thường.
Đối với bệnh ung thư bạch cầu mãn tính (chronic leukemia), ở giai đoạn đầu người
bệnh không có bất cứ triệu chứng nào về bệnh mà thường được phát hiện qua khám
bệnh định kỳ. Khi số lượng tế bào ung thư bạch cầu gia tăng đến độ nhất định bệnh
nhân sẽ xuất hiện các triệu chứng bệnh và bệnh nhân thường chỉ sống thêm được 4
đến 5 năm nữa. Đối với bệnh ung thư bạch cầu cấp tính (Acute leukemia), số lượng

16


ung thư bạch cầu gia tăng nhanh và tình trạng bệnh xấu đi nhanh chóng, bệnh nhân
có thể chết sau vài tháng phát bệnh. Trong ung thư bạch cầu mạn, do sự hợp nhất
các gene bcr và abl (là các gene bình thường trên các nhiễm sắc thể 22 và 9 tương
ứng) hình thành lên nhiễm sắc thể bất thường philadelphia bcr-abl có hoạt tính mới
khó kiểm soát. (Hình 1.4)

Hình 1.4: Sự hoán vị bất thường hình thành nhiễm sắc thể philadelphia

17


Hình 1.5: Chức năng của protein kinase [ADP , adenosine diphosphate; ATP
adenosine triphosphate]
Trong cơ thể, các men tyrosine kinase giữ vai trò quan trọng là chuyển các
nhóm phốt phát từ adenosine triphosphate (ATP) vào protein trong tế bào. Các
nhóm phốt phát này gắn vào các amino acid trên protein. Quá trình phốt phát hóa
của protein bởi các men tyrosine kinase là cơ chế rất quan trọng về sự truyền thông
tín hiệu trong tế bào liên quan đến các hoạt động của tế bào như sự phân chia, sự
sống và phát triển của tế bào. Imatinib là dẫn xuất của 2-phenylaminopyrimidine có
chức năng ức chế đặc biệt một số men tyrosin kinase, nó chiếm cứ vị trí hoạt động
của tyrosin kinase (TK) dẫn đến làm giảm hoạt động của tế bào. Imatinib đặc hiệu
đối với sự chiếm hữu TK trong abl (the albelson proto-oncogene) là gen gây đột
biến ung thư (Hình 1.5, hình 1.6).

18


Hình 1.6: Imatinib chiếm cứ vị trí hoạt động tyrosine kinase của tế bào
Vì vậy imatinib điều trị đặc biệt hiệu quả với bệnh ung thư bạch cầu (bệnh
ung thư máu).
1.2.3.Các phương pháp tổng hợp imatinib mesylate
Sự hình thành của imatinib mesylate

Hình 1.7: Sơ đồ tổng hợp ngược của imatinib mesylate
Imatinib mesylate được tạo thành từ imatinib base bởi sự trung hòa với
methanesulfonic acid như trong Hình 1.7, để tổng hợp imatinib mesylate trước hết
phải tổng hợp imatinib base. Phân tử Imatinib basecó thể chia ra làm 4 phần: phần1

19


là phần gốc gồm hệ vòng dị tố pyridinepyrimidine, phần 2 là nhân
methylaminphenyl, phần 3 là nhóm methylbenzamide và phần 4 là nhóm
methylpyperazine liên kết với nhau qua các liên kết amine và amide. Các phản ứng
bao gồm phản ứng ngưng tụ đóng vòng tạo hệ vòng dị tố pyridine pyrimidine (phần 1),
phản ứng kết hợp amine với arylhalide để tạo liên kết phần 1 và phần 2 hay với
alkylhalide tạo liên kết amin C-N liên kết phần 3 và phần 4, phản ứng axyl hóa
amine tạo liên kết amide CONH- liên kết phần 2 và phần 3 (nhóm benzamide). Các
hướng tổng hợp có thể bắt đầu từ tổng hợp phần 1 và phần 2 bao gồm hệ vòng dị tố
pyridinepirimidine (Phần 1) và nhóm phenyldiamine bằng phản ứng ngưng tụ, sau
đó lần lượt kết hợp với phần 3 và phần 4: Hoặc cũng có thể bắt đầu từ phản ứng kết
hợp để tổng hợp phần 3 và phần 4 trước sau đó kết hợp với các phần 2 , 1 còn lại;
Hoặc cũng có thể bằng phản ứng kết hợp phần 2 và phần 3 trước sau đó tiến hành
phản ứng ngưng tụ đóng vòng với tác nhân phù hợp để tạo hệ vòng dị tố
pyridinepyrimidine sau đó kết hợp với phần 4 thu được imatinib base.
Phương pháp của Zimmermann: Imatinib được tổng hợp đầu tiên bởi
Zimmermann vào năm 1993 (Hình 1.8). [25,26]
Phương pháp này đi từ 2 nguyên liệu đầu là 2-amino-4-nitrotoluene 4 để
tổng hợp hợp chất 3-Nitro-2-methylphenylguanidine 5 và nguyên liệu đầu thứ hai
là 3-acetylpyridine 6 để tổng hợp enaminone 7. Tác nhân cyanamide độc hại đã
được sử dụng trong phản ứng ngưng tụ với 2-amino-4-nitrotoluene 4 cho hợp chất
3-Nitro-2-methylphenylguanidine 8. Sự tổng hợp của enaminone 7 đã được thực
hiện qua 3 bước bao gồm cả sử dụng natri kim loại ở nhiệt độ thấp trong
phản ứng ngưng tụ của 3–acetylpyridine 6, một hợp chất có nhóm methylene
hoạt động, với ethylformiate. Tiếp theo là phản ứng ngưng tụ đóng vòng của
3-nitro-2-methylphenylguanidine 5 với pyridinenamineone 7 trong NaOH với sự
hồi lưu của isopropyl alcohol thu được hợp chất trung gian chìa khóa N-(2-methyl5-nitrophenyl)-4-(pyridin-3-yl)pyrimidin-2-amine 8 (gồm phần 1 và phần 2).

20


Hình 1.8: Phương pháp tổng hợp imatinib base của Zimmermann

Như vậy theo phương pháp này hệ vòng pyridinepyperazine được tổng hợp
trước, hợp chất nitrophenylpyrimidine 8 trung gian này được khử về amine sử dụng
xúc tác Pd/C trong THF cho aminophenylpyrimidine 9. Phản ứng amit hóa nhóm
amine tiếp theo của hợp chất 9 với 4-(4-methylpiperazinomethyl)-benzoyl chloride 10
(đã bao gồm phần 3 và phần 4) cho sản phẩm imatinib ba sơ 2 và cuối cùng là sự
mesylate hóa imatinib ba sơ với tỉ lệ mol 1/1 thu được imatinib mesylate, trong
công bố này, Zimmermann không đưa ra số liệu về hiệu suất các bước phản ứng.
Phương pháp của Loiseleur (Hình 1.9):
Ông và cộng sự đã cải tiến phương pháp không sử dụng cyanamide mà sử
dụng hệ vòng pyridinepyrimidine có sẵn và sử dụng các xúc tác đắt tiền ở các bước
tổng hợp như xúc tác Pt/C trong phản ứng amine hóa khử giữa aldehyde 11 với
methylpiperazine. Trong bước kết hợp tạo liên kết C-N trong phản ứng BuchwaldHartwig đã sử dụng những xúc tác đắt tiền như Pd2(dba)3CHCl3 và tác nhân cơ phốt
pho rac- BINAP như là một ligand. [17, 18]

21


Hình 1.9: Phương pháp tổng hợp imatinib base của Loiseleur
Với những điều kiện phản ứng như trên phương pháp của Loiseleur không
thể áp dụng triển khai với lượng cân lớn được.
Các phương pháp cải tiến:
* Năm 2006, nhóm nghiên cứu Poland [24] sau khi nêu ra các hạn chế của
các phương pháp trước, nhóm đã cải tiến phương pháp trong một số bước phản ứng
như (hình 1.10): Ở bước tổng hợp eneaminon 6 đã sử dụng dimethylformamide

dimethylacetal (thay vì phải qua 3 bước với sử dụng natri kim loại nguy hiểm) và ở
bước khử hợp chất trung gian nitro 8 về amine 9 đã sử dụng tác nhân khử hydrazine
hydrate với sự có mặt của Ni Raney, bước gắn nhóm benzamide đã thay việc sử
dụng dung môi pyridine độc hại bằng các dung môi thông dụng ít độc hại hơn. Với
việc sử dụng những tác nhân thông dụng và quá trình xử lý sản phẩm đơn giản đạt
hiệu suất toàn phần cao (đạt tới khoảng 45% tính từ nguyên liệu đầu 3acetylpyridine) phương pháp cải tiến này hứa hẹn sự ứng dụng cho triển khai lượng
lớn.

22


Hình 1.10: Phương pháp cải tiến của nhóm nghiên cứu Poland
* Ngoài ra các nghiên cứu cũng đã đi theo hướng tổng hợp hệ vòng pyridine
pyrimidine sau [17,18]. Xuất phát từ chất đầu là hợp chất gồm phần 3 và phần 4,
sau phản ứng kết hợp với nhóm amine của hợp chất 3-nitro-4-methyl aniline 14
nhóm nitro của sản phẩm 15 được khử về amine và nhóm amine này kết hợp với
cyanamide cho sản phẩm 17 là phân tử có nhóm guanidine để ngưng tụ đóng vòng
với pyridineamineone 7 cho sản phẩm imatinib basơ với hệ dị vòng
pyridinepyrimidine.

23


Hình 1.11: Phương pháp tổng hợp vòng pyrimidine sau
Năm 2006, Huang Anli và cộng sự công bố patent sử dụng urea kết hợp với
hợp chất pyridineamineone 7 để tạo vòng pyridine pyrimidine. [11]

Hình 1.12: Phương pháp của Huang Anli và cộng sự
Phương pháp của Huang Anli và cộng sự tuy không sử dụng tác nhân

24


cyanamide nhưng phải thêm bước và hiệu suất toàn phần thấp vì thế cũng
khó để áp dụng cho sản suất lượng lớn.
Năm 2008, Liu Xing và các cộng sự [15] công bố cải tiến bước tổng hợp
nhóm benzamide bằng phản ứng trực tiếp giữa acid với amine sử dụng tác nhân kết
hợp N-(3-dimethylaminopropyl)-N-ethyl-carbodiimide (EDC) cho hiệu suất phản
ứng 76% cũng đáng chú ý.

Hình 1.13: Phương pháp cải tiến bước tổng hợp nhóm benzamide của Liu
Xing và cộng sự
Phương pháp của Wang C. L. và Cộng sự: [16]
Năm 2008, Wang C. L. và cộng sự đã tổng kết lại các phương pháp tổng hợp
của Zimmermann, Loiseleur, Compella và Srakacs và đưa ra qui trình tổng hợp
imatinib không sử dụng tác nhân độc hại cyanamide trong bước tổng hợp vòng
pyrimidine. Hợp chất enaminone 7 đã được tổng hợp bằng phản ứng trực tiếp giữa
3-acetylpyridine với tác nhân formyl hóa N,N-dimethylformamide dimethyl acetal
cho hiệu suất cao 92,6% [17, 27]. Sản phẩm enaminone 7 được ngưng tụ đóng vòng
với guanidine nitrate để cung cấp hệ vòng dị tố pyridinepyrimidine 20. Phản ứng
kết hợp tiếp theo giữa nhóm amine của pyrimidine 20 với phenylbromide tạo liên
kết N-C đã được thực hiện dưới điều kiện phản ứng Ullmann [4, 5, 9, 14, 23] sử
dụng xúc tác CuI với ligand N,N’-dimethylethylenediamine cho hợp chất trung gian
N–(2-methyl-5-nitrophenyl)-4-(pyridin-3-yl)pyrimidine-2-amine 8 với hiệu suất
82%. Trong phản ứng khử nhóm nitro, các điều kiện khử tốn kém, sử dụng H 2/ Pd/C
hay H2/Pt/C đã được thay bằng tác nhân khử hydrazine/FeCl 3 với hiệu suất 83,8%.

25