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

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

.................................................................................................. 1

ƠN

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
............................................................................... 3

QUAN

1.1. Tổng quan về các phương pháp xac đinh cấu

truc................................. 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

b


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 (2methoxyethoxy)
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(2methoxyethoxy)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-4,5bis(2- methoxyethoxy)-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

c


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(2metoxyethoxy)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 (2methoxyethoxy)
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 (2methoxyethoxy)
-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
(2- methoxyethoxy) -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

d


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.
Hình 1.3.

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của benzyl axetat
.............................. 5
Phổ khối lượng của benzamit (C6H5CONH2)
................................. 7

Hình 1.4. Cặp tín hiệu Fiedel
.......................................................................... 8
Hình 1.5.
pháp

Sơ đồ tóm tắt quá trình phân tích cấu trúc bằng phương
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

f


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

11


Việt Nam khoảng 42 triệu đồng/lọ /30 viên loại 150mg.

22


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).

33


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các phương pháp xac đinh câu truc

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).

44


Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của
benzyl ancol

55


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
1H và 13C 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:

66

 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.

77


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

c huan 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 13C 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
13C-NMR thì δ có giá trị từ 0-230 ppm.

88


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

99


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:

10
10


2e (1) > 95%

ABC
ABC

e
ABC
3e
ABC

2

(2)

-

Sự 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

11
11


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