Nghiên cứu phân tích cấu trúc của erlotinib và các hợp chất trung gian bằng các phương pháp hóa lý hiện đại (LV thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ VÂN

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA
ERLOTINIB VÀ CÁC HỢP CHẤT TRUNG GIAN
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ VÂN

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA
ERLOTINIB VÀ CÁC HỢP CHẤT TRUNG GIAN
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI
Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ NHẬT THÙY GIANG

THÁI NGUYÊN - 2017

LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Hóa học,
trường Đại học Khoa học Thái Nguyên đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt
những kiến thức quý báu, bổ ích trong suốt khóa học vừa qua. Đó là những
kiến thức vô cùng quan trọng giúp tôi có cơ sở vững vàng trong suốt quá trình
nghiên cứu cũng như hoàn thành khoá luận tốt nghiệp này.
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn người hướng dẫn
khoa học - TS. Lê Nhật Thùy Giang - cô đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện
cho tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tập thể nhân viên, cán bộ phòng Hóa
Dược - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam đã
luôn tạo điều kiện, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình tôi làm thực
nghiệm.
Cuối cùng, tôi xin cám ơn đến những người thân yêu trong gia đình luôn
động viên, ủng hộ trong suôt quá trình thực hiện khoá luận tốt nghiệp này.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Vân

a


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. 1
MỤC LỤC ........................................................................................................ b
DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT ..........................................................e
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................... f
DANH MỤC SƠ ĐỒ ....................................................................................... g
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1

Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 3
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh
̣ cấ u trúc ................................. 3
1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) .................................................. 3
1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ........................ 4
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS) ................................................ 6
1.3.4. X-ray tinh thể .................................................................................. 7
1.2. Tổng quan về erlotinib ......................................................................... 10
1.2.1. Hoạt tính chống ung thư của erlotinib .......................................... 11
1.2.2. Các phương pháp tổng hợp erlotinib............................................. 12
Chương 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 17
2.1. Hóa chất và phương pháp..................................................................... 17
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu............................................................... 17
2.1.2. Hóa chất và dung môi ................................................................... 17
2.1.3. Định tính phản ứng và kiểm tra độ tinh khiết của các hợp chất
bằng sắc kí lớp mỏng .............................................................................. 17
2.1.4. Xác nhận cấu trúc .......................................................................... 17
2.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 3,4-bis(2-metoxy ethoxy)
benzoic axit 15 ............................................................................................ 18
2.2.1. Quy trình tổng hợp ........................................................................ 18
2.2.2. Phân tích cấu trúc của 15 bằng phổ IR ......................................... 19
2.2.3. Phân tích cấu trúc của 15 bằng NMR ........................................... 19
b


2.3. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất 3,4-bis (2-methoxyethoxy)
benzonitrile 16 ............................................................................................. 20
2.3.1. Quy trinh tổng hợp ........................................................................ 20
2.3.2. Phân tích cấu trúc của 16 bằng phổ IR ......................................... 20
2.3.3. Phân tích cấu trúc của 16 bằng NMR ........................................... 21

2.4. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất 4,5-bis(2-methoxyethoxy)2-nitrobenzo-nitrile 10 ................................................................................ 21
2.4.1. Quy trình tổng hợp ........................................................................ 21
2.4.2. Phân tích cấu trúc của 10 bằng phổ IR ......................................... 22
2.4.3. Phân tích cấu trúc của 10 bằng NMR ........................................... 22
2.5. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất 2-amino-4,5-bis(2methoxyethoxy)-benzo-nitril 11 ................................................................. 22
2.5.1. Quy trình tổng hợp ........................................................................ 22
2.5.2. Phân tích cấu trúc của 11 bằng phổ IR ......................................... 23
2.5.3. Phân tích cấu trúc của 11 bằng NMR ........................................... 23
2.6. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất erlotinib 13 ......................... 24
2.6.1. Quy trinh tổng hợp ........................................................................ 24
2.6.2. Phân tích cấu trúc của 13 bằng phổ IR ......................................... 24
2.6.3. Phân tích cấu trúc của 13 bằng NMR ........................................... 25
2.7. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất erlotinib hydroclorua 1 ....... 25
2.7.1. Quy trình tổng hợp ........................................................................ 25
2.7.2. Phân tích cấu trúc của 1 bằng phổ IR ........................................... 26
2.7.3. Phân tích cấu trúc của 1 bằng NMR ............................................. 26
Chương 3. KẾT QUẢ THẢO LUẬN .......................................................... 27
3.1. Mục tiêu của đề tài ............................................................................... 27
3.2. Tổng hợp và phân tích cấu trúc của 3,4-bis(2-metoxyethoxy)benzoic
axit 15 .......................................................................................................... 28
3.2.1. Tổng hợp hợp chất 15 ................................................................... 28

c


3.2.2. Phân tích cấu trúc hợp chất 15 bằng phổ IR ................................. 28
3.3.3. Phân tích cấu trúc của hợp chất 15 bằng phổ NMR ..................... 29
3.3. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất 3,4-bis (2-methoxyethoxy)
benzonitrile 16 ............................................................................................. 30
3.3.1 Tổng hợp hợp chất 16 .................................................................... 30

3.3.2. Phân tích cấu trúc của chất 16 bằng IR ......................................... 31
3.3.3. Phân tích cấu trúc của chất 16 bằng phổ NMR............................. 32
3.4. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất 4,5-bis (2-methoxyethoxy)
-2-nitrobenzonitrile 10 ................................................................................ 33
3.4.1. Tổng hợp hợp chất 10 ................................................................... 33
3.4.2. Phân tích cấu trúc của chất 10 bằng IR ......................................... 33
3.4.3. Phân tích cấu trúc của chất 10 bằng phổ NMR............................. 33
3.5. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất 2-amino-4,5-bis (2methoxyethoxy) -benzo-nitril 11 ................................................................ 35
3.5.1 Tổng hợp hợp chất 11 .................................................................... 35
3.5.2. Phân tích cấu trúc của chất 11 bằng IR ......................................... 35
3.5.3. Phân tích cấu trúc của chất 11 bằng phổ NMR............................. 36
3.6. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất erlotinib 13 ......................... 37
3.6.1. Tổng hợp hợp chất erlotinib 13 ..................................................... 37
3.6.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất 13 bằng phổ NMR ..................... 37
3.6.3. Phân tích cấu trúc của hợp chất 13 bằng phổ HRMS ................... 40
3.7. Tổng hợp và phân tích cấu trúc hợp chất erlotinib hydroclorua 1 ....... 40
3.7.1 Tổng hợp hợp chất erotinib hydroclorua 1 .................................... 40
3.7.2. Phân tích cấu trúc của hợp chất 1 bằng phổ NMR ....................... 41
KẾT LUẬN .................................................................................................... 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 45

d


DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
UTPKPTBN

Ung thư phổi không phải tế bào nhỏ

CHTHN

Cộng hưởng từ hạt nhân

IR

Phương pháp phổ hồng ngoại

NMR

Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân

MS

Phương pháp phổ khối lượng

e


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của benzyl ancol ................................................... 3
Hình 1.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat .............................. 5
Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzamit (C6H5CONH2) ................................. 7
Hình 1.4. Cặp tín hiệu Fiedel .......................................................................... 8
Hình 1.5. Sơ đồ tóm tắt quá trình phân tích cấu trúc bằng phương pháp
X-Ray ............................................................................................. 9
Hình 1.6. Cấu trúc của erlotinib hydroclorid ................................................ 10
Hình 3.1. Phổ IR của hợp chất 15 ................................................................. 29
Hình 3.2. Phổ IR của hợp chất 16 ................................................................. 31
Hình 3.3. Phổ 1H NMR của hợp chất 10....................................................... 34
Hình 3.4. Phổ giãn 1H NMR của hợp chất 10............................................... 34

Hình 3.5. Phổ IR của hợp chất 11 ................................................................. 35
Hình 3.6. Phổ 1H NMR của hợp chất erlotinib 13 ....................................... 38
Hình 3.7. Phổ giãn 1H NMR của hợp chất 13 .............................................. 38
Hình 3.8. Phổ giãn 1H NMR của hợp chất 13 .............................................. 39
Hình 3.9. Phổ HRMS của hợp chất erlotinib 13 ........................................... 40
Hình 3.10. Phổ 1H NMR của hợp chất 1......................................................... 41
Hình 3.11. Phổ giãn 1H NMR của hợp chất 1................................................. 41
Hình 3.12. Phổ giãn 1H NMR của hợp chất 1................................................. 42
Hình 3.13. Phổ giãn 13C NMR của hợp chất 1 .............................................. 43

f


DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 1.1. Tổng hợp erlotinib từ methyl-3,4-dihydroxybenzoat ................. 13
Sơ đồ 1.2. Tổng hợp erlotinib hydrochlorid từ hợp chất 6 .......................... 14
Sơ đồ 1.3. Tổng hợp erlotinib hydrochlorid từ hợp chất 10 ........................ 14
Sơ đồ 1.4. Tổng hợp erlotinib từ hợp chất 3,4-dihydroxybenzoic acid ....... 15
Sơ đồ 3.1. Quy trình tổng hợp erlotinib hydroclorit 1 ................................. 27
Sơ đồ 3.2. Tổng hợp hợp chất 15 ................................................................. 28
Sơ đồ 3.3. Tổng hợp hợp chất 3,4-bis(2-methoxyethoxy)benzonitrile 16 ... 30
Sơ đồ 3.4. Tổng hợp hợp chất 10 ................................................................. 33
Sơ đồ 3.5. Tổng hợp hợp chất 11 ................................................................. 35
Sơ đồ 3.6 . Tổng hợp erlotinib 13 ................................................................. 37
Sơ đồ 3.7. Tổng hợp erlotinib hydroclorua 1 ............................................... 40

g


MỞ ĐẦU

Theo số liệu thống kê của Globocan, trên biểu đồ các bệnh ung thư toàn cầu
năm 2008, ung thư phổi chiếm 13% tổng số ca bệnh mới và 18,2% số ca tử vong.
Bệnh ung thư phổi là một trong những bệnh rất nguy hiểm hiện nay trên thế giới,
trong đó, ung thư phổi không phải tế bào nhỏ (UTPKPTBN) rất phổ biến và được
xem là một căn bệnh nguy hiểm. Căn bệnh này đang gia tăng đáng kể ở các nước
thu nhập thấp và trung bình. Tại Việt Nam, ung thư phổi đứng hàng thứ 2 về số ca
bệnh và số lượng bệnh nhân tử vong trong tổng số các loại ung thư hàng năm ở cả
hai giới nam và nữ. Ung thư phổi được chia làm hai loại: ung thư phổi tế bào nhỏ và
UTPKPTBN. Mỗi loại phát triển theo những cách khác nhau và hướng điều trị cũng
khác nhau. Trong đó, UTPKPTBN chiếm khoảng 80% tổng số ca bệnh ung thư
phổi. Việc điều trị UTPKPTBN thường được biết đến với phương pháp hóa trị hoặc
xạ trị. Tuy nhiên, các liệu pháp này có một số hạn chế như khả năng kéo dài thời
gian sống của bệnh nhân thường ngắn, thông thường dưới 1 năm đi kèm với chất
lượng sống bị ảnh hưởng nặng nề. Người bệnh phải gánh chịu nhiều tác dụng phụ
của thuốc, đặc biệt là các tác dụng phụ trên tủy xương, gây ra tình trạng thiếu máu,
chảy máu và giảm sức đề kháng của cơ thể dẫn đến các khả năng nhiễm khuẩn
huyết làm cho bệnh nhân sớm tử vong. Với các UTPKPTBN có đột biến hoạt hóa
EGFR sẽ làm cho bệnh với mức độ ác tính mạnh hơn và thời gian sống của bệnh
nhân ngắn hơn, khả năng đáp ứng với hóa trị liệu thông thường kém hơn.
Erlotinb (Tarceva) là thuốc được sản xuất bởi hãng dược phẩm Hoffmann
- La Roche sử dụng có hiệu quả cao để điều trị bệnh ung thư phổi không phải tế
bào nhỏ (UTPKPTBN) có đột biến hoạt hóa EGFR. Đây là phương pháp đột phá
trong điều trị UTPKPTBN tạo ra cơ hội kéo dài thời gian sống với chất lượng
sống cao hơn.
Ở Việt Nam, thuốc Tarceva chứa erlotinib hydrochlorid chưa được sử dụng
rộng rãi, trước hết vì chi phí điều trị bằng Tarceva rất đắt tiền, 2.000 USD/chu kỳ
điều trị (một chu kỳ =1 tháng), giá bán trên thị trường Việt Nam khoảng 42 triệu
đồng/lọ /30 viên loại 150mg.
1

Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp erlotinib hydrochlorid làm nguyên liệu bào
chế thuốc chống ung thư phổi tại Việt Nam có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Đề tài này tập trung nghiên cứu phân tích cấu trúc của erlotinib và các
hợp chất trung gian bằng các phương pháp hóa lý hiện đại bao gồm phổ hồng
ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phổ khối lượng (MS).

2


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác đinh
̣ cấ u trúc
1.1.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
Trong số các phương pháp phân tích cấu trúc, phổ hồng ngoại cho nhiều
thông tin quan trọng về cấu trúc của hợp chất.
Bức xạ hồng ngoại bao gồm một phần của phổ điện từ, đó là vùng bước sóng
khoảng 10-4 đến 10-6 m. Nó nằm giữa vi sóng và ánh sáng khả kiến. Phần của vùng
hồng ngoại được sử dụng nhiều nhất để xác định cấu trúc nằm trong giữa 2,5x10-4
và 16x10-6 m. Đại lượng được sử dụng nhiều trong phổ hồng ngoại là số sóng (cm1

), ưu điểm của việc dùng số sóng là là chúng tỷ lệ thuận với năng lượng .
Khi chiếu các bức xạ hồng ngoại vào phân tử các hợp chất, bức xạ hồng

ngoại sẽ kích thích phân tử từ trạng thái dao động cơ bản lên trạng thái dao động
cao hơn. Có 2 lại dao động khi phân tử bị kích thích là dao động hóa trị và biến
dạng, dao động hóa trị (ν) là dao động làm thay đổi độ dài liên kết, dao động biến
dạng (δ) là dao động làm thay đổi góc liên kết.
Đường cong biểu diễn cường độ hấp thụ với số sóng của bức xạ hồng ngoại

được gọi là phổ hồng ngoại, trên phổ biểu diễn các cực đại hấp thụ ứng với những
dao động đặc trưng của nhóm nguyên tử hay liên kết nhất định, (Hình 1.1).

Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của benzyl ancol
3


Căn cứ vào phổ hồng ngoại đo được đối chiếu với các dao động đặc trưng
của các liên kết, ta có thể nhận ra sự có mặt của các liên kết trong phân tử. Một
phân tử có thể có nhiều dao động khác nhau và phổ hồng ngoại của các phân tử
khác nhau thì khác nhau, tương tự như sự khác nhau của các vân ngón tay. Sự
chồng khít lên nhau của phổ hồng ngoại thường được làm dẫn chứng cho hai hợp
chất giống nhau .
Khi sử dụng phổ hồng ngoại để xác định cấu trúc, thông tin thu được chủ yếu
là xác định các nhóm chức hữu cơ và những liên kết đặc trưng. Các pic nằm trong
vùng từ 4000 – 1600 cm-1 thường được quan tâm đặc biệt, vì vùng này chứa các dải
hấp thụ của các nhóm chức, như OH, NH, C=O, C≡N… nên được gọi là vùng nhóm
chức. Vùng phổ từ 1300 – 626 cm-1 phức tạp hơn và thường được dùng để nhận
dạng toàn phân tử hơn là để xác định nhóm chức. Chính ở đây các dạng pic thay đổi
nhiều nhất từ hợp chất này đến hợp chất khác, vì thế vùng phổ từ 1500 cm-1 được
gọi là vùng vân ngón tay .
1.1.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (CHTHN) là phương pháp vật lý hiện đại
nghiên cứu cấu trúc của các hợp chất hữu cơ. Phương pháp phổ biến được sử dụng
là phổ 1H-NMR và 13C-NMR. Hạt nhân của nguyên tử 1H và 13C có momen từ. Nếu
đặt proton trong từ trường không đổi thì moment từ của nó có thể định hướng cùng
chiều hay ngược chiều với từ trường. Đó là spin hạt nhân có tính chất lượng tử với
các số lượng tử +1/2 và -1/2 .
Độ chuyển dịch hóa học : Do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt nhân
1

H và

13

C trong phân tử có tần số cộng hưởng khác nhau. Đặc trưng cho các hạt

nhân 1H và 13C trong phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối với hạt nhân 1H thì:


 TMS  x 6
.10 ( ppm)
o

Trong đó: νTMS, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn TMS và của hạt nhân
mẫu đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ.

4


Đối với các hạt nhân khác thì độ chuyển dịch hóa học được định nghĩa một
các tổng quát như sau:


 chuan  x 6
.10 ( ppm)
o

Trong đó: νchuan, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn và của hạt nhân mẫu
đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ.

Hằng số chắn σ xuất hiện do ảnh hưởng của đám mây electron bao quanh hạt
nhân nguyên tử, do đó tùy thuộc vào vị trí của hạt nhân 1H và

13

C trong phân tử

khác nhau mà mật độ electron bao quanh nó khác nhau dẫn đến chúng có giá trị
hằng số chắn σ khác nhau và do đó độ chuyển dịch hóa học của mỗi hạt nhân khác
nhau. Theo đó proton nào cộng hưởng ở trường yếu hơn sẽ có độ chuyển dịnh hóa
học lớn hơn .
Dựa vào độ chuyển dịch hóa học  ta biết được loại proton nào có mặt trong
chất được khảo sát. Giá trị độ chuyển dịch hóa học không có thứ nguyên mà được
tính bằng phần triệu (ppm). Đối với 1H-NMR thì δ có giá trị từ 0-12 ppm, đối với
13

C-NMR thì δ có giá trị từ 0-230 ppm.

Hình 1.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat

5


Hằng số tương tác spin-spin J: Trên phổ NMR, mỗi nhóm hạt nhân không
tương đương sẽ thể hiện bởi một cụm tín hiệu gọi và vân phổ, mỗi vân phổ có
thể bao gồm một hoặc nhiều hợp phần. Nguyên nhân gây nên sự tách tín hiệu
cộng hưởng thành nhiều hợp phần là do tương tác của các hạt nhân có từ tính ở
cạnh nhau. Tương tác đó thể hiện qua các electron liên kết. Giá trị J phụ thuộc
vào bản chất của hạt nhân tương tác, số liên kết và bản chất các liên kết ngăn
giữa các tương tác.

Hằng số tương tác spin-spin J được xác định bằng khoảng cách giữa các hợp
phần của một vân phổ. Dựa vào hằng số tương tác spin-spin J ta có thể rút ra kết
luận về vị trí trương đối của các hạt nhân có tương tác với nhau.
1.1.3. Phương pháp phổ khối lượng (MS)
Nguyên tắc chung của phương pháp phổ khối lượng là phá vỡ phân tử trung
hòa thành ion phân tử và các mảnh ion dương có số khối z = m/e. Sau đó phân tách
các ion này theo số khối và ghi nhận được phổ khối lượng. Dựa vào phổ khối này
có thể xác định phân tử khối và cấu tạo phân tử của chất nghiên cứu .
Để phá vỡ phân tử người ta có nhiều phương pháp: bắn phá bằng dòng
electron (EI), phương pháp ion hóa học (CI), phương pháp bắn phá nguyên tử nhanh
(FAB)… Dùng dòng eclectron có năng lượng cao để bắn phá phân tử là phương
pháp hay được sử dụng nhất. Khi bắn phá các phân tử hợp chất hữu cơ trung hòa sẽ
trở thành các ion phân tử mang điện tích dương hoặc bị phá vỡ thành các ion và các
gốc theo sơ đồ:

2e (1) > 95%

ABC
ABC

e
ABC

2

3e (2)

ABCSự hình thành các ion mang điện tích +1 chiếm hơn 95%, còn lại là các
ion mang điện tích +2 và điện tích âm (-). Năng lượng bắn phá các phân tử
thành ion phân tử khoảng 10 eV. Nhưng với năng lượng cao thì ion phân tử có

thể phá vỡ thành các mảnh ion dương (+), hoặc các ion gốc, các gốc, hoặc phân
6


tử trung hòa nhỏ hơn, nên người ta thường thực hiện bắn phá các phân tử ở mức
năng lượng 70 eV .

ABC

A

ABC

AB

AB

A

BC
B
B

Sự phá vỡ này phụ thuộc vào cấu tạo chất, phương pháp bắn phá và năng
lượng bắn phá. Quá trình này gọi là quá trình ion hóa.
Các ion dương hình thành đều có khối lượng m và mang điện tích e, tỉ số m/e
được gọi là số khối z. Bằng cách nào đó tách các ion có số khối khác nhau ra khỏi
nhau và xác định được xác suất có mặt của chúng, rồi vẽ đồ thị biểu diễn mối liên
quan giữa xác suất có mặt (hay cường độ I) và số khối z thì đồ thị này được gọi là
phổ khối lượng (Hình 1.3).

Hình 1.3. Phổ khối lượng của benzamit (C6H5CONH2)
Như vậy, khi phân tích phổ khối lượng người ta thu được khối lượng phân tử
của chất nghiên cứu, từ các pic mảnh ion trên phổ đồ có thể xác định được cấu trúc
phân tử và tìm ra qui luật phân mảnh. Đây là một trong những thông số quan trọng
để qui kết chính xác cấu trúc phân tử của một chất cần nghiên cứu khi kết hợp nhiều
phương pháp phổ với nhau.
1.3.4. X-ray tinh thể
Phương pháp X-ray phân tử là phương pháp hiện đại nhất để xác định cấu
trúc phân tử của một hợp chất hữu cơ. Từ phương trình Bragg, người ta tính toán độ
dài của các cạnh tế bào cơ sở (a,b,c), chỉ số Miler (h,k,l), góc giữa các trục tinh thể

7


(α,β,γ), thể tích tế bào tinh thể cơ sở (V) và số lượng phân tử (n) xây dựng nên tế
bào cơ sở.
Phương trình Bragg: 2d.sin(θ) = nλ
Thể tích tế bào cơ sở: V = abc(1-cos2α-cos2β-cos2γ+2cosαcosβcosγ)1/2
Số lượng phân tử trong một tế bào cơ sở n = V.d.6,023.1023 (d: tỷ trọng
g/cm3)
Mặt khác, khi chiếu bức xạ tia X vào phân tử, ở mỗi trung tâm liên kết sẽ
phát ra một cặp tín hiệu Friedel phản xạ theo hai hướng (h,k,l) và hướng ngược lại
(-h,-k,-l). Cường độ của tín hiệu Friedel (Fhkl, F-h,-k-l) được tính toán nhờ cường độ
của tín hiệu nhiễu xạ (Ihkl) (|Fhkl| = (Ihkl)1/2).

H,K,L

-H,-K,-L

Hình 1.4. Cặp tín hiệu Fiedel
Mật độ electron tại một điểm trong tế bào cơ bản sẽ được tính toán bằng
công thức:
ρ(x,y,z) = [ Σhkl Fhkl exp{-2p(hx + ky + lz)}] / V
Bằng cách đo cường độ của tất cả các tín hiệu nhiễu xạ Ihkl theo mặt h,k,l khi
đã biết được các thông số cơ bản của tế bào cơ sở theo phương trình Bragg ở trên,
người ta sẽ tính toán được mật độ electron tại mọi điểm trong không gian của tế bào
cơ sở, từ đó có thể xây dựng được bản đồ mật độ điện tích của phân tử.Từ dữ liệu
bản đồ mật độ electron, chương trình máy tính sẽ dựng được cấu trúc không gian ba
chiều của phân tử. Quá trình xác định cấu trúc của hợp chất hữu cơ bằng phương
pháp X-ray phân tử có thể được tóm tắt như sau:

8


Hình 1.5. Sơ đồ tóm tắt quá trình phân tích cấu trúc bằng phương pháp X-Ray
Phương pháp X-ray tinh thể có khả năng xác định chính xác cấu hình tuyệt
đối của một phân tử, nếu trong phân tử có nguyên tử có tán xạ tia X bất thường. Để
xác định cấu hình tuyệt đối của phân tử bằng phương pháp X-ray tinh thể người ta
sử dụng phương pháp của Bijvoet và phương pháp so sánh chỉ số R.
Phương pháp Bijvoet: Do mỗi trung tâm bất đối khi được chiếu bức xạ tia X
sẽ phát ra một cặp tín hiệu bất thường Friedel, lợi dụng nguyên tắc này Bijvoet đã
so sánh tín hiệu tán xạ của một nguyên tử đánh dấu với tín hiệu của cặp bức xạ
Friedel ở trung tâm bất đối phản xạ theo hướng (h,k,l) và hướng ngược lại (-h,-k,-l),
để xác định cấu hình tuyệt đối.
Phương pháp so sánh chỉ số R: Chỉ số R được xây dựng trên cơ sở hàm
thống kê Hamilton từ toàn bộ dữ liệu của các cặp đồng phân đối quang và được so
sánh với các tính toán Bijvoet để xác định kiểu đồng phân đối quang. Nếu giá trị
của chỉ số R có sự sai khác, dù rất nhỏ (±0,1%) thì phải đánh giá lại các giá trị này
bằng phương pháp thống kê.

Như vậy, cả hai phương pháp này chỉ dựa vào tia phản xạ đặc biệt có cường
độ cao do ảnh hưởng của cấu trúc ở những trung tâm bất đối của phân tử mà chưa
so sánh được những tia tán xạ yếu. Những yếu tố tán xạ yếu chỉ được sử dụng khi

9


dữ liệu X-ray có số lượng lớn. Phương pháp X-ray tinh có thể sử dụng hữu hiệu
nhất đối với các hợp chất không chứa nguyên tử nặng hơn oxi.
Với những chất quang hoạt không tồn tại ở dạng đơn tinh thể, người ta có thể
xác định cấu hình tuyệt đối của chúng bằng cách cho chúng phản ứng với một chất
khác có chứa một hay nhiều trung tâm bất đối đã biết cấu hình tuyệt đối. Các hợp chất
có cấu hình tuyệt đối đã biết được chọn để nghiên cứu trong phương pháp này là những
chất có khả năng dễ kết tinh để nhận được dạng đơn tinh thể. Việc xác định cấu hình
tuyệt đối của các hợp chất quang hoạt bằng phân tích X-ray được thực hiện dựa vào
phần cấu hình tuyệt đối của chất gắn kết với chất nghiên cứu. Ngoài ra, việc đưa nhóm
nguyên tử nặng như halogen (Cl, Br, I) vào phân tử hợp chất quang hoạt cũng cho phép
xác định cấu hình tuyệt đối của chất đó nhờ phương pháp Bijvoet ở trên.
1.2. Tổng quan về erlotinib
Erlotinib hydrochlorid là thuốc được sử dụng rất hiệu quả để chữa bệnh ung
thư phổi không phải tế bào nhỏ [1-9] và được sử dụng phối hợp với gemcitabine
trong điều trị ung thư tụy. Tên thương mại là của erlotinib hydrochlorid Tarceva.
Tên hóa học của erlotinib là N-(3-ethynylphenyl)-6,7-bis (2-methoxylethoxyl)
quinazolin-4-amine. Về mặt cấu trúc erlotinib hydrochlorid là dẫn xuất của 4anilinoquinazoline chứa nhóm 2-methoxylethoxyl tại 2 vị trí 6 và 7 (Hình 1).
Erlotinib hydrochlorid ít tan trong nước và methanol không tan trong acetonitrile,
acetone, ethyl acetate và hexane.

Hình 1.6. Cấu trúc của erlotinib hydroclorid

10

1.2.1. Hoạt tính chống ung thư của erlotinib
Erlotinib với tên thương mại Tarceva ức chế mạnh sự phosphoryl hóa nội tế
bào của HER1/EGFR. HER1/EGFR được bộc lộ trên bề mặt của những tế bào bình
thường và tế bào ung thư. Trong những mô hình in vivo, sự ức chế EGFR
phosphotyrosine kìm hãm hoặc gây chết tế bào. Các nghiên cứu lâm sàng bao gồm
nhiều bệnh nhân trên toàn thế giới đã xác nhận hiệu quả và tính năng của Erlotinib
trong điều trị UTPKPTBN. Ưu điểm của liệu pháp này là giảm độc tính, ít tác dụng
phụ và giúp chất lượng sống của bệnh nhân tốt hơn. Bên cạnh đó, phương pháp điều
trị mới đã làm tăng khả năng đáp ứng của bệnh, tăng thời gian sống. Ngoài ra,
Tarceva phối hợp với gemcitabine được chỉ định để điều trị bước một cho những
bệnh nhân ung thư tụy tiến triển tại chỗ, không cắt bỏ được hoặc di căn.
Liều dùng hàng ngày được khuyến cáo của Tarceva là 150 mg dùng ít nhất
một giờ trước hoặc hai giờ sau khi ăn trong điều trị Ung thư phổi không phải tế bào
nhỏ và liều 100 mmg dùng ít nhất một giờ trước hoặc hai giờ sau khi ăn, phối hợp
với gemcitabine cho chỉ định ung thư tụy.
Erlotinib theo đường uống được hấp thu tốt và có giai đoạn hấp thu kéo dài
với nồng độ đỉnh huyết tương trung bình đạt được sau khi uống 4 giờ. Một nghiên
cứu ở những người tình nguyện khoẻ mạnh bình thường cho thấy độ sinh khả dụng
ước tính khoảng 59%. Sau khi hấp thu, erlotinib gắn kết cao trong máu, khoảng
95% gắn với các thành phần máu, chủ yếu với protein huyết tương (ví dụ albumin
và acid alpha-1 glycoprotein [AAG]), với khoảng 5% ở dạng tự do.
Erlotinib được chuyển hóa tại gan bởi các men cytochrome P450 tại gan ở
người, chủ yếu bởi CYP3A4 và chuyển hóa ít hơn bởi CYP1A2. Chuyển hóa ngoài
gan bởi CYP3A4 ở ruột, CYP1A1 ở phổi, và CYP1B1 ở mô khối u có khả năng
đóng góp vào thanh thải chuyển hóa erlotinib. Các nghiên cứu in vitro chỉ ra khoảng
80-95% erlotinib chuyển hóa bởi men CYP3A4. Có ba con đường chuyển hóa chính
được xác định: 1) sự khử O-methyl của từng chuỗi bên hoặc cả hai, sau đó được

11


oxy hóa thành acid carboxylic; 2) oxy hóa một nửa acetylene sau đó thủy phân
thành acid aryl carboxylic; và 3) sự hydroxyl hóa vòng thơm của gốc phenylacetylene. Những chất chuyển hóa chính của erlotinib tạo bởi sự khử O-methyl của
từng chuỗi bên có hiệu lực tương đương với erlotinib trong các nghiệm pháp in
vitro tiền lâm sàng và các mẫu mô in vivo. Các chất chuyển hóa của erlotinib chúng
có mặt trong huyết tương với nồng độ < 10% erlotinib và có dược động học tương
tự như erlotinib.
1.2.2. Các phương pháp tổng hợp erlotinib
Các phương pháp truyền thống tổng hợp erlotinib đã được công bố trên các
patent trước đây [10, 11] bao gồm nhiều bước phản ứng với điều kiện phản ứng
phức tạp nên có rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã nghiên cứu cải tiến quy
trình tổng hợp erlotinib hydrochlorid.
1.2.2.1. Tổng hợp erlotilib hydrochlorid từ methyl 3,4-dihydroxybenzoat theo Petr Knesl
Năm 2006, nhóm nghiên cứu của Petr Knesl và cộng sự đã tổng hợp erlotinib
hydrochlorid xuất phát từ nguyên liệu ethyl-3,4-dihydroxybenzoat qua 6 giai đoạn
phản ứng với hiệu suất tổng đạt 56% [12] (sơ đồ 1.1). Giai đoạn đầu tiên là phản
ứng ankyl hóa của ethyl-3,4-dihydroxylbenzoate 2 sử dụng tác nhân 1-chloro-2methoxyethane hoặc 1-bromo-2-methoxyethane tạo thành hợp chất 3. Với hai tác
nhân trên, phản ứng đều cho hiệu suất trên 90%. Giai đoạn tiếp theo là phản ứng
nitro hóa hợp chất 3 thu được hợp chất 4 chọn lọc vị trí với hiệu suất phản ứng
đạt 92%. Quá trình khử hóa nhóm nitro 4 thành amino 5 và vòng hóa tạo thành
dẫn xuất formamide 6. Giai đoạn thứ 5 là quá trình clo hóa, nhóm tác giả đã
nghiên cứu sử dụng tác nhân phosphoryl chloride và N,N-diethylaniline cho phản
ứng clo hóa nhận được sản phẩm 7 với hiệu suất 89%. Hợp chất này sau đó được
tinh chế làm sạch và kiểm tra độ tinh khiết bằng phương pháp HPLC đạt độ sạch
96%. Giai đoạn cuối cùng là phản ứng tạo thành erlotinib hydrochlorid bằng tác
nhân 3-ethylaniline trong pyridine, i-PrOH với hiệu suất phản ứng đạt 95%.
Nhược điểm của phương pháp này là sử dụng xúc tác đắt tiền PtO2 và hydro nên dễ
cháy nổ, rất khó thực hiện trong thực tế.

12


Sơ đồ 1.1. Tổng hợp erlotinib từ methyl-3,4-dihydroxybenzoat
1.2.2.2. Tổng hợp erlotilib từ hợp chất 9 theo Venkateshappa Chandregowda
Theo phương pháp này, hợp chất 6 phản ứng thio hóa sử dụng tác nhân
phosphorous pentasulfide trong pyridine nhận được hợp chất 8. Tiếp sau đó hợp
chất 8 phản ứng với NaOH/MeI được hợp chất 4-(methylthio)-6,7-bis-(2methoxyethoxy)-quinazoline 9. Cuối cùng, hợp chất 3-ethynyl aniline hydrochloride
phản ứng với 9 trong isopropyl alcohol thu được sản phẩm erlotinib hydrochlorid.
Hiệu suất tổng cho quá trình phản ứng ba giai đoạn là 73% (sơ đồ 1.2) [13].
Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng tác nhân P2S5 để tạo thành hợp
chất trung gian thioamit 8 thay thế cho bước tạo thành dẫn xuất trung gian 4chloroquinazoline không bền trong phương pháp thứ nhất. Phương pháp nàykhông
sử dụng tác nhân độc hại như thionylchloride hoặc phosphoryl chloride. Tuy nhiên,

13


quá trình phản ứng tăng thêm một bước phản ứng tạo hợp chất trung gian 4(methylthio)-6,7-bis-(2-methoxyethoxy)-quinazoline 9.

Sơ đồ 1.2. Tổng hợp erlotinib hydrochlorid từ hợp chất 6
1.2.2.3. Tổng hợp erlotilib hydrochloride từ hợp chất 10 theo Venkates Chandregowda
Trong công trình nghiên cứu khác của Venkates Chandregowda và cộng
sự đã cải tiến quy trình tổng hợp erlotinib hydrochloride xuất phát từ hợp chất
10 qua 4 bước phản ứng (sơ đồ 1.3) [14].

Sơ đồ 1.3. Tổng hợp erlotinib hydrochlorid từ hợp chất 10
Hợp chất 10 được tổng hợp theo các công trình đã công bố trước đây [15].
Từ chất 10 tiến hành khử hóa nhóm nitro sử dụng tác nhân sodium dithionite trong
dung môi nước tại nhiệt độ 50oC nhận được hợp chất 11 với hiệu suất phản ứng đạt

14


95%. Tiếp theo hợp chất 11 phản ứng với dimethylformamidine-dimethylacetal
(DMF-DMA) trong toluen tạo thành dẫn xuất N,N-dimethylformamidine 12. Phản
ứng tổng hợp hợp chất 12 lần đầu tiên được nhóm tác giả công bố trong công trình
này. Sau đó, hợp chất formamidine 12 được tiến hành bằng cách thêm acid acetic và
3-ethynyl aniline, phản ứng được thực hiện tại nhiệt độ 130oC trong 3h nhận được
bazơ tự do với hiệu suất đạt 70%. Sản phẩm erlotinib hydrochlorid 1 tạo thành bằng
cách cho erlotinib trong dung môi methanol và sục khí HCl, phản ứng cho hiệu suất
92%. Hiệu suất tổng cho các giai đoạn tạo thành erlotinib hydrochlorid là 63%. Đây
là phương pháp hiệu quả, kinh tế để tổng hợp erlotinib hydrochlorid. Do tránh được
bước tạo sản phẩm trung gian 4-chloroquinazoline không bền và không làm tăng
thêm bước phản ứng.
1.2.2.4. Tổng hợp erlotinib từ 3,4-dihydroxybenzoic axit theo Davoud Asgari
Theo phương pháp của Davoud Asgari và cộng sự đưa ra năm 2011 [16],
erlotinib tổng hợp toàn phần qua 9 giai đoạn phản ứng với hiệu suất tổng đạt 60%
cao hơn hẳn so với các công trình đã được công bố trước đây. Quy trình tổng hợp
được mô tả như sơ đồ 1.4:

Sơ đồ 1.4. Tổng hợp erlotinib từ hợp chất 3,4-dihydroxybenzoic acid

15


Ưu điểm vượt trội của phương pháp này là phản ứng one-pot cho 2 giai đoạn
chìa khóa tạo thành erlotinib 13 từ hợp chất trung gian 2-aminobenzonitrile và 3ethylaniline. Xuất phát từ hợp chất 2-amino benzonitrile 11 phản ứng với DMFDMA trong toluen và acetic acid tạo thành sản phẩm trung gian formamidine 17.
DMF-DMA dư trong hỗn hợp phản ứng được loại bỏ bằng phương pháp chưng cất
và thêm 3-ethynyl aniline cùng với acid acetic, phản ứng duy trì ở 60oC trong 5h thu
được hợp chất trung gian 18. Hỗn hợp sản phẩm trung gian 18 được đun hồi lưu tại

125oC trong 5h nhận được sản phẩm erlotinib 13.
Một ưu điểm khác của phương pháp này là sự hình thành hợp chất 3,4-bis(2methoxyl)-benzonitrile từ 3,4-bis(2-methoxyl)-benzoic acid, lần đầu tiên được tác
giả công bố trong công trình này, chỉ qua phản ứng one-pot sử dụng urea và
phosphorus pentoxide. Do đó, quá trình này tránh được việc sử dụng các tác nhân
đắt tiền, độc tính cao và không bên như Deoxo-fluor, PCl5 và diphosphorus
tetraiodile [17, 18].

16