Nghiên cứu tổng hợp carbocystein từ l cystin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

ĐÀO NGUYỆT SƯƠNG HUYỀN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP
CARBOCYSTEIN TỪ L-CYSTIN

LUẬN VĂN THẠC SỸ DƯỢC HỌC

HÀ NỘI - 2011

1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

ĐÀO NGUYỆT SƯƠNG HUYỀN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP
CARBOCYSTEIN TỪ L-CYSTIN

LUẬN VĂN THẠC SỸ DƯỢC HỌC

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ DƯỢC PHẨM
VÀ BÀO CHẾ
MÃ SỐ: 60.73.01
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Đình Luyện

HÀ NỘI –2011

2


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ
thầy cô, gia đình và bạn bè. Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
đến PGS.TS. Nguyễn Đình Luyện – Bộ môn Công Nghiệp Dược, người thầy
đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá
trình nghiên cứu, hoàn thiện luận văn cũng như trong công việc.
Tôi cũng xin chân thành cám ơn TS. Nguyễn Văn Hân, DS. Nguyễn Văn
Giang, CN. Phan Tiến Thành, DS. Phạm Thị Hiền cùng các thầy cô, kỹ thuật
viên trong bộ môn Công Nghiệp Dược, Phòng Khảo thí và Kiểm định chất
lượng đã giúp đỡ tôi rất nhiệt tình, tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành
luận văn.
Tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ tận tình của các cán bộ Phòng Thí
nghiệm trung tâm – Đại học Dược Hà Nội, Phòng phân tích phổ - Viện Hóa
học và Công Nghệ Việt Nam, Khoa Hóa –Trường Đại học Khoa học tự nhiên
cùng với các thầy cô trong trường, các phòng ban và thư viện. Tôi xin chân
thành cảm ơn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cám ơn đến chồng, gia đình và bạn bè là nguồn
động lực lớn giúp đỡ tôi trong học tập cũng như cuộc sống.
Tôi xin chân thành cám ơn !
Hà Nội, ngày 19 tháng 10 năm 2011

Học viên
Đào Nguyệt Sương Huyền

3


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
ĐẶT VẤN ĐỀ....................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .............................................................................3
1.1. Tổng quan về carbocystein ........................................................................3
1.1.1. Công thức cấu tạo ....................................................................................3
1.1.2. Tính chất vật lý.........................................................................................3
1.1.3. Tính chất hóa học ....................................................................................4
1.1.4. Tác dụng dược lý của carbocystein ..........................................................5
1.1.4.1. Dược lực học, dược động học ................................................................5
1.1.4.2. Tác dụng dược lý ...................................................................................6
1.2. Các phương pháp tổng hợp carbocystein .................................................9
1.2.1. Phương pháp tổng hợp carbocystein qua chất trung gian L-cystein ..... 10
1.2.1.1. Phương pháp khử hóa L-cystin thành L-cystein.................................... 10
1.2.1.2. Phương pháp tổng hợp carbocystein từ L-cystein................................. 13
1.2.2. Phương pháp tổng hợp carbocystein từ L-cystin không qua tinh chế
L-cystein. .......................................................................................................... 15
1.2.3. Phương pháp tổng hợp carbocystein đi từ nguyên liệu khác ................ 16
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 18
2.1. Nguyên vật liệu và thiết bị ....................................................................... 18
2.1.1. Nguyên liệu, hóa chất và dung môi ....................................................... 18

2.1.2. Thiết bị, máy móc và dụng cụ nghiên cứu ............................................. 18
2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 19
2.3. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 20
2.3.1. Tổng hợp hóa học, tinh chế sản phẩm và kiểm tra độ tinh khiết........... 20
2.3.2. Khẳng định cấu trúc .............................................................................. 21
4


2.3.3. Phương pháp kiểm nghiệm carbocystein ............................................... 21
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ .................................................. 24
3.1. Khảo sát quá trình tổng hợp carbocystein từ L-cystin .......................... 24
3.1.1. Khảo sát quá trình tổng hợp carbocystein từ L-cystin thông qua sản
phẩm trung gian L-Cystein .............................................................................. 24
3.1.1.1. Khảo sát quá trình khử hóa L-cystin thành L-Cystein........................... 24
3.1.1.2. Khảo sát quá trình trình tổng hợp carbocystein từ L-Cystein .............. 27
3.1.2. Khảo sát quá trình tổng hợp Carbocystein từ L-cystin không qua tinh
chế L-cystein. ................................................................................................... 34
3.1.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng khử hóa............................ 36
3.1.2.2. Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mol L-cystin và Zn của phản ứng khử hóa .... 36
3.1.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol L-cystin và acid monocloroacetic .... 37
3.2. Kiểm tra độ tinh khiết và khẳng định cấu trúc ...................................... 41
3.2.1. Kiểm tra độ tinh khiết............................................................................. 41
3.2.2. Khẳng định cấu trúc .............................................................................. 42
3.2.2.1. Phổ hồng ngoại .................................................................................... 42
3.2.2.2. Phổ khối lượng ..................................................................................... 43
3.2.2.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ................................................................ 43
3.3. Lựa chọn quy trình tổng hợp carbocystein để triển khai tổng hợp ở
quy mô 100g/mẻ. ............................................................................................. 45
3.4. Nghiên cứu quy trình tinh chế carbocystein đạt tiêu chuẩn dược điển
Anh 2007.......................................................................................................... 46

3.5. Kiểm nghiệm carbocystein theo tiêu chuẩn dược điển Anh 2007…. ..... 46
CHƯƠNG 4. BÀN LUẬN ............................................................................... 48
4.1. Phản ứng tổng hợp carbocystein theo quy trình 1 ................................. 48
4.1.1. Phản ứng khử hóa L-cystin thành L-cystein hydrochlorid
monohydrat ...................................................................................................... 48
4.1.2. Phản ứng alkyl hóa L-cystein hydrochlorid monohydrat thành
carbocystein ..................................................................................................... 50
5


4.2. Phản ứng tổng hợp carbocystein theo quy trình 2 ................................. 51
4.3. Tinh chế sản phẩm đạt tiêu chuẩn dược điển Anh 2007 ........................ 52
4.4. Lựa chọn quy trình để triển khai ở quy mô phòng thí nghiệm ............. 53
4.5. Khẳng định cấu trúc ................................................................................ 54
4.5.1. Phổ hồng ngoại ...................................................................................... 54
4.5.2. Phổ khối lượng....................................................................................... 55
4.5.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân ................................................................. 55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

6


DANH MỤC CÁC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
AMCA

Acid monocloroacetic

ATC

2-aminothiazolin-4-carboxylic acid

BP

British Pharmacopoeia (Dược điển Anh)

COPD

Chronic obstructive pulmonary disease – Bệnh phổi tắc
nghẽn mạn tính.

KL

Khối lượng

KLPT

Khối lượng phân tử

IR

Infrared spectroscopy (Phổ hồng ngoại).

L-CHM

L-cystein hydroclorid monohydrat

MS

Mass spectroscopy (Phổ khối lượng)

NMR

Nuclear magnetic resonance spectroscopy (Phổ cộng
hưởng từ hạt nhân)

ppm

Parts per million

SCMC

Carbocystein

SKLM

Sắc ký lớp mỏng

TB

Trung bình

THF

Tetrahydrofuran

TNF

Tumor nucrosis factor alpha

t0nc

Nhiệt độ nóng chảy

7


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của tác nhân khử hóa đến hiệu suất ........................... 25
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới phản ứng khử hóa với Al .................. 26
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol L-cystin: Al tới hiệu suất ....................... 27
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất ................................................... 29
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất .......................... 29
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol L-CHM: AMCA đến hiệu suất ............. 30
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng khử hóa đến hiệu suất thu được
SCMC ........................................................................................................... 36
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol L-cystin: Zn đến hiệu suất thu được
SCMC ........................................................................................................... 37
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol L-cystin: AMCA tới hiệu suất thu được
SCMC ........................................................................................................... 38
Bảng 3.10. Kết quả kiểm tra độ tinh khiết sản phẩm L-CHM; SCMC .......... 41
Bảng 3.11. Số liệu phân tích phổ hồng ngoại của các chất tổng hợp được .... 42
Bảng 3.12. Số liệu phân tích phổ khối lượng của các chất tổng hợp được .... 43
Bảng 3.13. Số liệu phân tích phổ 1H-NMR của các chất tổng hợp được ....... 44
Bảng 3.14. Số liệu phân tích phổ 13C-NMR của các chất tổng hợp được ...... 44
Bảng 3.15. Kết quả tổng hợp SCMC với quy mô 100g/mẻ ........................... 45
Bảng 3.16. Kết quả tinh chế sản phẩm .......................................................... 46
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................

Bảng 3.17. Kết quả kiểm nghiệm carbocystein theo BP 2007 ....................... 47

8


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cơ chế long đờm của carbocystein ................................................. 7
Hình 1.2. Mô hình điều chế đồng thời acid L-cysteic và L-cystein ............... 12
Hình 3.1. Sơ đồ quy trình khử hóa L-cystin thành L-CHM .......................... 32
Hình 3.2. Sơ đồ quy trình tổng hợp carbocystein từ L-CHM (quy trình 1) ... 33
Hình 3.3. Sơ đồ quy trình tổng hợp carbocystein từ L-cystin (quy trình 2) ... 40

9


ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam là một nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm quanh
năm. Do vậy, bệnh đường hô hấp là một trong những bệnh phổ biến nhất hiện
nay. Các bệnh hô hấp có liên quan đến đờm thường gặp bao gồm: viêm phế
quản cấp, viêm phổi do các loại vi khuẩn, virus, hen phế quản, bệnh phổi tắc
nghẽn mạn tính, tràn dịch màng phổi, lao phổi, ung thư phổi... Các bệnh này
chiếm khoảng 80% số các bệnh lý hô hấp [1].
Có rất nhiều loại thuốc được sử dụng để điều trị các bệnh đường hô hấp
có liên quan đến đờm, trong đó carbocystein được dùng khá phổ biến.
Carbocystein 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. 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
[14], [24], [25].

Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh được carbocystein có tác dụng
tốt trong việc điều trị bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính (COPD) [14], [17] và ức
chế sự lây nhiễm virus cúm A [33].
Trên thị thường Việt Nam hiện nay các biệt dược chứa carbocystein đều
nhập khẩu từ nước ngoài, chưa đơn vị nào sản xuất được nguyên liệu này,
trong khi đó bệnh nhân sử dụng thuốc hàng ngày. Do vậy giá thành các thành
phẩm chứa carbocystein còn cao.
Để góp phần hoàn thiện quy trình tổng hợp carbocystein, có thể áp
dụng để triển khai sản xuất nguồn nguyên liệu này phục vụ ngành Công
nghiệp Dược trong nước, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp
carbocystein từ L-cystin” với mục tiêu sau:
1.

Nghiên cứu quy trình tổng hợp carbocystein từ L-cystin ở quy mô
phòng thí nghiệm.

10


2.

Tinh chế sản phẩm đạt tiêu chuẩn Dược điển Anh 2007.

11


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về carbocystein
1.1.1. Công thức cấu tạo

Tên khoa học: (2R)-2-amino-3-[(carboxymethyl)sulfanyl] 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-amino-4-thia-adipic
Acid L -2-Amino-3-(carboxymethylthio) propionic
3-(Carboxymethylthio)- L -alanin
L -3-((Carboxymethyl)thio)alanin
L -Carboxymethylcystein
(R) -Carbocistein [30], [32], [39]
1.1.2. Tính chất vật lý
Bột kết tinh màu trắng hay tinh thể hình đĩa, không màu. Tan trong
nước sôi, không tan trong nước lạnh và không tan trong các dung môi hữu cơ
thông thường (ethanol, methanol, aceton…). Tan trong dung dịch acid vô cơ
loãng và dung dịch hydroxyd kiềm loãng [30], [39].
Độ quay cực riêng [α]D25 từ -32,5 đến -35,5 [39].
Nhiệt độ nóng chảy: 204- 207oC [30].
1.1.3. Tính chất hóa học

12


SCMC có cấu trúc của một α-amino acid, có chứa nhóm -COOH và
nhóm –NH2 nên có các phản ứng đặc trưng cho các nhóm amin và carboxyl
như phản ứng acetyl hóa, phản ứng formyl hóa hay ester hóa [3], [13], [19].
+ Phản ứng với Ninhydrin
Nguyên tắc: Ninhydrin là chất oxy hóa mạnh, khi đun nóng có khả năng
khử nhóm amin và nhóm carboxyl của α-amino acid tạo ninhydrin khử, CO2,

NH3 và aldehyd. Sau đó ninhydrin và ninhydrin khử lại phản ứng tiếp với NH3
tự do tạo thành phức hợp màu xanh tím, có độ hấp thụ cực đại ở λ= 570nm.
Cường độ màu phụ thuộc vào nồng độ của acid amin [3], [13], [19].
O

O

O

OH

O R

OH

+

H

NH2

O

O

Aminoacid

Ninhydrin

+

COOH
C

N
H
H2O

R

+ NH3 + CO2 + R- CHO
O

O

O

H
+ 2NH3 + O

N

- 2H2O

OH
O

O

NH3+ O

O

O

Màu xanh tím

+ Phản ứng với Fluorescamin

Fluorescamin

Acid amin

Dẫn xuất huỳnh quang

Nguyên tắc: Tạo sản phẩm huỳnh quang với α-amin của acid amin, đây
là phản ứng rất nhạy cho phép phát hiện acid amin tới hàng ngàn nanogram
[3], [13], [19].
+ Phản ứng Edman

13


Nguyên tắc: Acid amin phản ứng với phenylisothiocyanat tạo dẫn xuất
phenylthiohydantoin có thể xác định liên tiếp tới 50 acid amin-N tận mà
không hề làm thủy phân đoạn peptid còn lại [3], [13], [19].
+ 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) [3], [13], [19].

1-fluoro-2,4 dinitrobenzen

acid α- amin

2,4-dinitrophenylaminoacid

Trong phân tử SCMC có chứa lưu huỳnh, nên có phản ứng Folh xác
định acid amin chứa lưu huỳnh.
Nguyên tắc: SCMC khi đun nóng trong môi trường kiềm sẽ phản ứng
với muối chì tạo chì sulfid PbS màu đen xám [3], [13], [19].
Phân tử SCMC có chứa nhóm chức acid (diacid), nên có phản ứng đặc
trưng của acid: phản ứng ester hóa, phản ứng acyl hóa [3], [13], [19].
1.1.4. Tác dụng dược lý của carbocystein
1.1.4.1. Dược lực học, dược động học
SCMC hấp thu nhanh sau khi uống, động học của thuốc tuân theo mô
hình 1 ngăn [12]. Đỉnh nồng độ trong huyết tương đạt được sau 1-2h. Thời
gian bán thải 1,33h. SCMC có khả năng thấm sâu vào mô phổi và dịch hô hấp,
có tác dụng điều trị tại chỗ [10], [11], [14]. Có bằng chứng chứng minh trên
động vật: carbocystein làm tăng sự vận chuyển clorid qua hệ thống biểu mô
và điều này góp phần vào tác dụng điều hòa dịch tiết [16].
Chuyển hóa của carbocystein rất phức tạp, thông qua phản ứng
decarboxyl hóa, N-acyl hóa và phản ứng sulfo hóa, deamin hóa và ester với

14


acid glucoronic tạo thành chất không có tác dụng. Thải trừ 30-60% qua thận ở
dạng không đổi. Chất chuyển hóa chính của SCMC được thải trừ qua thận là
hợp chất disulfid [S-(carboxymethylthio)-L-cystein [14], [37]. Một vài nghiên

cứu đã chứng minh rằng sự chuyển hóa của carbocystein 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 của SCMC có tác
động lớn đến sự đồng nhất của các chất chuyển hóa S-oxid qua thận [10].
1.1.4.2. Tác dụng dược lý
Trong những nghiên cứu gần đây cho thấy các thành phần đường (fucos
và acid sialic) trên glycoprotein nhầy (còn được gọi là mucins, thông qua việc
ức chế kinins, 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. SCMC 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 alphaTNF 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 [1], [14], [17], [24], [25], [32].
Thêm vào đó SCMC có tác dụng làm lỏng dịch nhầy đường hô hấp theo
cơ chế làm gãy cầu nối disulfua của các glycoprotein (còn gọi là mucoprotein)
làm cho tan chất nhày nhớt đặc quánh [14], [17].

15


Hình 1.1. Cơ chế long đờm của carbocystein
Tác dụng chống oxy hóa: trong invitro, carbocystein có tác dụng chống
oxy hóa. Chúng không mang các gốc thiol tự do mà nhóm thioester của
carbocystein có thể bị oxy hóa bởi các mẩu oxy hoạt động và hình thành dạng
sulfoxid. Đặc biệt là chúng rất chọn lọc với nhóm -HClO và -OH. Khả năng
này liên quan đến nhóm thioether, chúng có thể phản ứng với gốc oxy hoạt
động, oxy hóa chúng tạo thành sulfoxid hoặc các dẫn chất sulfon. Đó chính là
khả năng oxy hóa nội sinh. 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 [14].
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) [10].
Theo nghiên cứu của Mutsuo và cộng sự cho thấy SCMC có tác dụng
trong ngăn ngừa lây nhiễm cúm tuýp A: SCMC có tác dụng ức chế yếu tố
nhân kappa B (Nuclear factor- kappa 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 [33].
Carbocystein 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, SCMC 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 là chính là một
đặc tính quan trọng trong điều trị bệnh CODP [14], [33].
16


Carbocystein 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 mẩu chất oxy hóa hoạt động trong máu và
giảm nồng độ các men erythrocyt

glutathion peroxidase và superoxid

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 [10], [29].
Các dẫn chất cystein được điều trị trong các bệnh tim mạch và rối loạn
thần kinh. Các bệnh này chủ yếu liên quan đến sự có mặt của các mẩu oxy
hóa dạng tự do. Trong những năm gần đây, một số lượng lớn các dẫn chất
thiol được sử dụng để ức chế sự oxy hóa các mẩu oxy tự do và giảm căng
thẳng [23], [38].
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 ngẽn 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 [10], [14], [17].
Chống chỉ định:
Dị ứng với carbocystein.
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
[1], [10], [14].
Liều lượng:
Người lớn: 750mg x 3 lần/ngày.
Trẻ 5 - 12 tuổi: 250mg x 3 lần/ngày.
Trẻ 2 - 5 tuổi: 125mg x 4 lần/ngày [1], [10] [14].
1.2. Các phương pháp tổng hợp carbocystein

17


Nguyên tắc chung của phản ứng tổng hợp carbocystein từ L-cystin

Để tổng hợp carbocystein từ L-cystin có 2 phương pháp chính:
- Thực hiện phản ứng khử L-cystin, tinh chế thu lấy L-cystein
hydrochlorid monohydat, sau đó dùng L-cystein để thực hiện phản ứng alkyl
hóa thu được carbocystein.
- Thực hiện phản ứng khử hóa thu được phức hợp cysteinat, đem phức

hợp này alkyl hóa tạo thành carbocystein.
1.2.1. Phương pháp tổng hợp carbocystein qua chất trung gian L-cystein.
1.2.1.1. Phương pháp khử hóa L-cystin thành L-cystein
a. Phương pháp khử hóa dùng tác nhân hóa học
- Phương pháp của C.C. Lucas và J.M.R. Beverifge (1940)
Phản ứng khử hóa được thực hiện với tác nhân khử Cu2O. L-cystein tạo
thành sẽ tác dụng ngay với Cu2O tạo thành tủa đồng mercaptid. Tiến hành lọc
lấy tủa và xử lý như sau: phân tán tủa và nước tạo hỗn dịch, sau đó tiến hành
sục khí H2S. Khối phản ứng sau khi tiến hành sục khí đem lọc loại bỏ đồng
sulfid kết tủa thu được dung dịch L-cystein hydrochlorid [27].
- Phương pháp của Donald F. Holloway và Harland H. Young (1947)
Tóc được thủy phân bằng acid HCl 20% đến phản ứng biure âm tính,
dịch thủy phân chứa L-cystin được lọc nóng để loại tạp không tan. Tiến hành
khử bằng Zn để chuyển L-cystin thành L-cystein hydrochlorid. Dung dịch
được tiếp tục làm lạnh xuống 0oC, rồi thêm một lượng dư đá vôi (CaCO3) để
trung hòa HCl dư. Tiến hành lọc để loại bỏ đá vôi thừa. Sau đó dung dịch

18


được đun nóng đến nhiệt độ sôi rồi thêm Cu2O để tạo tủa mercaptid không
tan. Làm lạnh, lọc lấy tủa, rửa tủa. Tạo hỗn dịch trong nước rồi tiến hành sục
khí H2S, lọc loại tủa thu được dịch chứa L-cystein hydrochlorid. Dịch lọc
được tẩy màu bằng than hoạt. Lọc loại than thu được dịch lọc. Cô bớt dịch lọc

(có thể thêm dung dịch HCl), làm lạnh để kết tinh L-cystein hydrochlorid.
Hiệu suất 3-5% so với lượng tóc đem thủy phân [18].
- Phương pháp của R.B.Turner và D.M. Voitle(1950)
Tác nhân khử hóa là thiếc trong HCl. Dung dịch acid sử dụng là HCl
4,0M vừa là môi trường để hòa tan L-cystin vừa tham gia vào quá trình khử
hóa.
RSSR + Sn + 2H+ → 2RSH + Sn2+
Điều kiện tiến hành phản ứng: nhiệt độ 250C (nhiệt độ phòng), phản
ứng được thực hiện dưới bầu khí nitơ để tránh sự oxy hóa ngược trở lại của Lcystein bởi oxy không khí, khuấy trộn liên tục trong suốt quá trình phản ứng.
Khi phản ứng kết thúc: lọc loại thiếc thừa, cô dưới áp suất giảm để loại bớt
HCl dư, pha loãng phần dịch cô bằng nước, tiến hành sục khí H2S kết tủa
hoàn toàn thiếc sulfid. Cuối cùng lọc lấy dịch, cất quay chân không, thu Lcystein thô. Tinh chế bằng cách rửa sản phẩm với ethyl acetat và kết tinh lại
trong hỗn hợp ethanol-ether. Hiệu suất đạt 26% [40].
- Phương pháp của T. Reetz và K. Holm (1951)
Hòa tan L-cystin hydrochlorid trong nước, Natri formaldehydsulfoxylat
(5%) được thêm vào. Tác nhân khử là Al trong HCl đặc. Phản ứng được thực
hiện ở nhiệt độ không quá 650C trong môi trường có N2. Sản phẩm được tinh
chế bằng cách lọc và để kết kinh qua đêm thu được L-cystein hydrochlorid
dưới dạng kết tinh nhỏ [44].
b. Phương pháp khử hóa bằng phương pháp điện hóa.
- Phương pháp của P. Rambacher – 1959
Cathod: Lá thiếc có diện tích bề mặt là 40cm2. Anod là thanh carbon.
Vùng anod là dung dịch HCl 2,0N. Vùng cathod gồm: 120g L-cystin hòa tan
19


trong 250ml HCl đặc và 250ml H2O. Anod và cathod cách nhau bởi 1 màng
ngăn trao đổi cation.
Quá trình điện hóa được thực hiện trong 13 giờ. Sau đó dung dịch đem
đi lọc và kết tinh thu được 175g L-cystein hydrochlorid. Nếu cathod là thiếc,

hiệu suất phản ứng là 100%; nếu cathod là đồng, hiệu suất phản ứng là 89%;
nếu cathod là nikel hiệu suất phản ứng là 30% [36].
- Phương pháp của G. S. Cano, V. Montiel và A. Aldaz (1991)
Phương pháp này tổng hợp đồng thời acid L-cysteic và L-cystein từ Lcystin bằng phương pháp điện hóa. Việc điều chế hai sản phẩm đồng thời cho
thấy có nhiều ưu điểm về cả hiệu suất lẫn kinh tế so với điều chế từng sản
phẩm riêng biệt. Vì vậy, các tác giả đã đề nghị phương pháp tổng hợp đồng
thời cả hai sản phẩm như sau:
Dùng bình điện phân 3 ngăn, màng trao đổi cation
Anod: 10Br- → 5Br2 + 10e
Dịch anod: 5Br2 + RSSR + 6H2O → 2RSO3H + 10H+ + 10BrMàng ngăn: 10H+ (dịch anod) → 10H+ (dịch catot)
Catot: 5RSSR + 10H+ + 10e → 10RSH

Quá trình
khử điện
hóa trong
bình điện
phân

Hình 1.2. Mô hình điều chế đồng thời acid L-cysteic và L-cystein.

20


Do hiệu suất ở 2 điện cực khác nhau: quá trình ở cathod (92%) và anod
(84%) nên để thu được hiệu suất chuyển đổi L-cystin là 100% ở hai điện cực
thì tỷ lệ thể tích L-cystin đưa vào 2 điện cực cathod/anod = 2,3. Sản phẩm thu
được là acid L-cysteic và L-cystein hydrochlorid monohydrat [15].
- Phương pháp của J. D. Genders, N. L. Weinberg, D. J. Mazur (1992)
Tương tự như cách thức mà P. Rambacher đã làm, có một số khác biệt
ở chất liệu điện cực được sử dụng và môi trường điện phân: Anod: cấu tạo

bằng titan được bao phủ bởi Pt/Ir. Cathod: dùng nhiều loại khác nhau (điện
cực cấu tạo bởi carbon phủ bên ngoài lõi than chì-resin epoxy; điện cực than
chì; điện cực bạc). Màng ngăn: màng trao đổi cation. Vùng cathod: chứa Lcystin, amoniac. Vùng anod: chứa dung dịch H2SO4. Nhiệt độ: được duy trì
dưới 40oC. Quá trình điện phân thực hiện trong bầu khí nitơ để tránh oxy hóa
bởi không khí. Cường độ dòng điện: 60mA/cm2. Khi quá trình thủy phân kết
thúc, tiến hành cô quay đến khô và thu sản phẩm. Hiệu suất thu được là 96,6%
(điện cực carbon) [20].
1.2.1.2. Phương pháp tổng hợp carbocystein từ L-cystein
- Phương pháp của L. Michaelis và Maxwell P. Schubert (1934)
Tổng hợp SCMC 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, SCMC sẽ kết tinh. Lọc thu lấy tinh thể. Hòa tan tinh thể SCMC trong
200ml nước sôi, lọc nóng thu dịch lọc. Dịch lọc được làm lạnh bằng đá.
SCMC sẽ kết tinh dưới dạng tinh thể 6 mặt. Lọc, rửa bằng nước lạnh, sấy ở
60oC. Hiệu suất phản ứng khoảng 70% [31].
- Phương pháp của M.D. Amstrong và cộng sự (1951)
Tổng hợp SCMC từ L-cystein bằng cách hồi lưu hỗn hợp của L-cystein
và acid monocloroacetic trong HCl đặc. Kết quả thu được dạng racemic của
21


SCMC [9]. Năm 1958, L. Goodmans và cộng sự đã cải tiến quy trình này
bằng cách đun hồi lưu trong môi trường kiềm loãng cũng thu được L-SCMC
nhưng hiệu suất thấp hơn [21].
- Phương pháp của Maurice Joullie và cộng sự (1962)
SCMC được tổng hợp từ L-cystein hydroclorid monohydrat và
monoacetat natri trong môi trường kiềm (dung dịch NaOH 5N) dưới bầu khí

nitơ và nhiệt độ thấp.
Tinh chế SCMC: Đun nóng hỗn hợp gồm: SCMC, HCl 3N ở 70oC
trong 30 phút. Sau đó thêm than hoạt, rồi đun sôi khối phản ứng trong 15
phút. Lọc nóng để loại bã than. Dịch lọc được làm nguội đến 40oC. Sau đó
được trung hòa bằng cách thêm từ từ dung dịch NaOH, khuấy mạnh. Duy trì
nhiệt độ khối phản ứng 50oC trong 16h, SCMC sẽ kết tinh lại. Lọc thu tinh
thể. Tạo hỗn dịch của tinh thể với nước cất. Lọc thu tinh thể, rửa cho tới khi
có phản ứng âm tính với dung dịch AgNO3. Hiệu suất quá trình tinh chế đạt
89- 90%, SCMC thu được có nhiệt độ nóng chảy 248oC, góc quay cực riêng ở
26oC: [α]D25= -36o5 đến -38o [43].
Đến năm 1967, ông và cộng sự đã cải tiến quy trình này như sau:
SCMC 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, lọc nóng, thu dịch lọc. Dịch
lọc được đưa về nhiệt độ phòng. Điều chỉnh pH dịch lọc về 2,8 bằng HCl đặc,
SCMC (I) sẽ kết tủa. Ly tâm thu lấy tủa và rửa tủa cho đến khi hết ion Cl-.
Tinh chế: Tạo hỗn dịch của SCMC 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 [28].
- Phương pháp của Bethge và cộng sự (1984)
22


Hòa tan hoàn toàn 140 g (RS) cystein hydrochlorid, trong 1 lít dung
dịch NaOH 4N. Khuấy và cho thêm vào dung dịch 3g NaHS. Khuấy thêm 45
phút. Sau đó cho vào khối phản ứng 95g acid monocloroacetic. Luôn giữ nhiệt
độ 20oC trong suốt các quá trình đó. Để khối phản ứng 3h ở nhiệt độ 20- 30oC.

Sau đó điều chỉnh pH về 3 bằng dung dịch HCl. Hạ nhiệt độ xuống 10oC, hỗn
hợp racemic của SCMC kết tinh. Lọc lạnh, rửa với nước loại ion clorid. Sấy
tinh thể ở 105oC. Hiệu suất phản ứng đạt 97%, hỗn hợp có nhiệt độ nóng chảy
188- 192oC.
Từ hỗn hợp racemic (RS) SCMC tách lấy (R) SCMC bằng (R)-1phenyl ethylamin và tách lấy (S) SCMC bằng (S)-1-phenyl ethylamin [42].
1.2.2. Phương pháp tổng hợp carbocystein từ L-cystin không qua tinh chế
L-cystein
- Phương pháp của Earl Pierson và cộng sự (1946)
SCMC được tổng hợp từ L-cystin bằng cách thực hiện phản ứng khử
trong môi trường kiềm (dung dịch NaOH 30%) có mặt acid 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, SCMC 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 [35].
- Phương pháp Alfred A. Maierhop và cộng sự (1978)
Để tổng hợp SCMC, 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 thu được phản ứng với acid monocloroacetic ở nhiệt độ 20-30oC, tạo
thành SCMC. Hiệu suất toàn bộ quá trình đạt 92%, sản phẩm thu được có độ
tinh khiết cao hơn các phương pháp khác [8].
Phương trình phản ứng:

23


- Phương pháp của J. González-García và các cộng sự (1998)
Sử dụng phản ứng điện phân L-cystin tại cực âm với sự có mặt của
anion monocloacetat được thêm 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
- 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 A/m2
- Nhiệt độ: 40- 50oC
Hiệu suất thu được đạt 80% [22].
1.2.3. Phương pháp tổng hợp carbocystein đi từ nguyên liệu khác
- Phương pháp của Kazuo Nakayasu và cộng sự (1984)
Các tác giả tiến hành tổng hợp SCMC 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 [34].

- Phương pháp của Kenzo Yokozeki và cộng sự (1988)

24


Từ chất ban đầu là DL-2-aminothiazolin-4-carboxylic acid (ATC), sử
dụng

vi

khuẩn

Pseudomonas

thiazolinophilum

hoặc

Pseudomonas

desmolytica, quá trình sinh tổng hợp nên SCMC 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 hydrolase.
- Bước 3: Thủy phân S-carbamyl-L-cystein thành L-cystein bằng
enzym S-carbamyl-L-cystein hydroxylaze.
- Bước 4: L-cystein phản ứng với anion monocloacetat tạo thành
SCMC.
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 [41].
- Phương pháp của Ken-Ichi Ishiwata và cộng sự (1989)
Các tác giả tiến hành tổng hợp SCMC từ L-serin với enzym tryptophan
synthease (thu được từ 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-(2-Ethylhexyloxycarbonylmethyl)-l-cystein, sau
đó S-(2-ethylhexyloxycarbonylmethyl)-l-cystein sẽ bị thủy phân trong môi
trường kiềm tạo sản phẩm [26].

25