Nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp và tinh chế berberin clorid đạt tiêu chuẩn dược dụng ở quy mô 50 gmẻ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

PHẠM TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH
TỔNG HỢP VÀ TINH CHẾ BERBERIN
CLORID ĐẠT TIÊU CHUẨN DƯỢC
DỤNG Ở QUY MÔ 50 G/MẺ

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

HÀ NỘI 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

PHẠM TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH
TỔNG HỢP VÀ TINH CHẾ BERBERIN
CLORID ĐẠT TIÊU CHUẨN DƯỢC
DỤNG Ở QUY MÔ 50 G/MẺ
LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ DƯỢC PHẨM VÀ BÀO CHẾ
THUỐC
MÃ SỐ: 8720202
Người hướng dẫn khoa học:

1. PGS. TS. Nguyễn Đình Luyện
2. Ths. NCS. Nguyễn Minh Ngọc

HÀ NỘI 2019


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo PGS.TS
Nguyễn Đình Luyện, Ths.NCS. Nguyễn Minh Ngọc người đã trực tiếp
hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành khóa
luận này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS. Nguyễn Văn
Giang, TS. Nguyễn Văn Hải đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt
nhất cho tôi trong suốt thời gian thực hiện khóa luận vừa qua.
Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo thuộc bộ môn Công
nghiệp Dược, cũng như các thầy cô trong trường Đại học Dược Hà Nội đã tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này và đã dạy bảo
tôi tận tình trong suốt quá trình học.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình tôi, đồng nghiệp cơ
quan nơi tôi công tác và lời cảm ơn chân thành đến bạn bè tôi, là nguồn động
lực không thể thiếu, luôn bên tôi giúp đỡ tôi suốt thời gian đi học và trong
suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.

Hà Nội,

tháng 03 năm 2019
Học viên

Phạm Trung Kiên


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ
ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.............................................................................. 3
1.1. Khái quát chung về berberin clorid ....................................................... 3
1.1.1. Đặc điểm cấu trúc hóa học .................................................................. 3
1.1.2. Tính chất hóa lý................................................................................... 3
1.1.3. Ứng dụng trong lâm sàng .................................................................... 4
1.1.4. Tác dụng dược lý khác ........................................................................ 5
1.2. Phương pháp sản xuất berberin ............................................................. 9
1.2.1. Phương pháp chiết xuất ....................................................................... 9
1.2.2. Phương pháp sử dụng công nghệ khí canh ......................................... 9
1.2.3. Phương pháp tổng hợp hóa học ........................................................ 10
1.3. Phân tích và lựa chọn phương pháp..................................................... 21
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........... 24
2.1.Nguyên liệu, thiết bị ................................................................................ 24
2.1.1. Nguyên liệu ....................................................................................... 24
2.1.2. Thiết bị, dụng cụ ............................................................................... 25
2.2. Nội dung nghiên cứu .............................................................................. 26
2.2.1. Tổng hợp và tinh chế berberin clorid ở quy mô phòng thí nghiệm. . 26
2.2.2. Kiểm tra độ tinh khiết, xác định cấu trúc hóa học của berberin
clorid tổng hợp được. ........................................................................ 26

2.2.3. Xây dựng qui trình tổng hợp berberin clorid quy mô 50 g/mẻ ......... 26
2.2.4. Kiểm nghiệm chất lượng berberin clorid tổng hợp được ................. 27
2.3. Phương pháp nghiên cứu....................................................................... 28
2.3.1. Tổng hợp hóa học và tinh chế sản phẩm, khảo sát các thông số tối
ưu ....................................................................................................... 28


2.3.2. Phương pháp kiểm tra độ tinh khiết .................................................. 29
2.3.3. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học ........................................... 29
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ.................................................. 30
3.1. Xây dựng quy trình tổng hợp berberin clorid quy mô phòng thí
nghiệm ...................................................................................................... 30
3.1.1. Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (61) từ piperonal ......... 30
3.1.2. Tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (6a) từ 3,4
methylendioxy-β-nitrostyren (61) ..................................................... 34
3.1.3. Tổng hợp 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)
ethan-1-amin hydrochlorid (31) từ homopiperonylamin
hydroclorid (6a)................................................................................. 38
3.1.4. Tổng hợp berberin clorid (1) từ 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N(2,3-dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (31) ................... 42
3.2. Xây dựng quy trình tinh chế berberin clorid quy mô phòng thí
nghiệm ...................................................................................................... 45
3.2.1. Quy trình tiến hành: .......................................................................... 45
3.2.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng ......................................................... 46
3.3. Xây dựng quy trình tổng hợp berberin clorid ở quy mô 50 g/mẻ ..... 47
3.3.1. Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (61) từ piperonal ......... 47
3.3.2. Tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (6a) từ 3,4methylendioxy-β-nitrostyren (61) ..................................................... 48
3.3.3. Tổng hợp 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)
ethan-1-amin hydrochlorid (31) từ homopiperonylamin
hydroclorid (6a)................................................................................. 50
3.3.4. Tổng hợp berberin (1) từ 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (31) ........................... 52

3.4. Tinh chế sản phẩm đạt tiêu chuẩn theo Dược điển Việt Nam V ...... 53
3.4.1. Tiến hành tinh chế sản phẩm, thử độ tinh khiết ................................ 53
3.4.2. Kiểm tra độ tinh khiết ....................................................................... 54
3.5. Xác định cấu trúc hóa học ..................................................................... 56
3.5.1. Xác định cấu trúc sản phẩm 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (61). 56


3.5.2. Xác định cấu trúc sản phẩm homopiperonylamin hydroclorid (6a) . 57
3.5.3. Xác định cấu trúc sản phẩm 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (31) ........................... 58
3.5.4. Xác định cấu trúc sản phẩm berberin (1) .......................................... 59
3.6. Kiểm nghiệm đạt tiêu chuẩn theo Dược điển Việt Nam V ................. 60
3.7. Tóm tắt quy trình tổng hợp và tinh chế berberin clorid từ nguyên
liệu ban đầu là piperonal ........................................................................ 62
CHƯƠNG 4. BÀN LUẬN ............................................................................... 63
4.1. Tổng hợp hóa học ................................................................................... 63
4.1.1. Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (61) từ piperonal ......... 63
4.1.2. Tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (6a) từ 61 ..................... 64
4.1.3 Tổng hợp 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)
ethan-1-amin hydrochlorid (31) từ homopiperonylamin
hydroclorid (6a)................................................................................. 66
4.1.4. Tổng hợp berberin (1) từ 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (31) ........................... 68
4.2. Độ tinh khiết của các hợp chất tổng hợp được.................................... 70
4.3. Cấu trúc hóa học của các hợp chất tổng hợp được............................. 70
4.3.1. Hợp chất 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren (61) ............................... 70
4.3.2. Hợp chất homopiperonylamin hydroclorid (6a) ............................... 71
4.3.3. Hợp chất 2-(benzo[d][1,3]dioxol-5-yl)-N-(2,3 dimethoxybenzyl)
ethan-1-amin hydrochlorid (31) ........................................................ 72
4.3.4. Hợp chất berberin clorid (1).............................................................. 72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 76

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ac

Acetyl

ACC

Acetyl coenzym-A carboxylase

AChE

Acetylcholinesterase

ADN

Acid Deoxyribonucleic

AR

Tiêu chuẩn phân tích (Analytical Reagent)

AMPK

Protein kinase được hoạt hóa bởi adenosin monophosphat
(Adenosine Monophosphate-Activated Protein Kinase)

BChE

Butyrylcholinesterase

BP 2005

Dược điển Anh 2005 (British Pharmacopoeia 2005)

Bu

n – Butyl

COX

Cyclooxygenase

DCM

Dicloromethan

DĐVN

Dược điển Việt Nam

DMSO

Dimethyl sulfoxid

đvC

đơn vị Cacbon

Et

Ethyl

FBG

Đường huyết lúc đói (Fasting blood glucose)

g

gam

h

giờ

HbA1c

Hemoglobin A1c

kg

kilogam

LDL

Lipoprotein tỉ trọng thấp (Low Density Lipoprotein)

LPS

Phân tử gồm lipid và polysaccharid (Lipopoly Saccharide)

m/z

Tỉ số khối lượng và điện tích

MAO

Monoamin oxidase

mARN

Acid Ribonucleic thông tin (Messenger Ribonucleic Acid)

MD

Kháng nguyên biệt hóa myeloid (Myeloid differentiation)


Me

Methyl

MHz

megahertz

MMP

Proteinase kim loại trong chất nền ngoại bào

(Matrix Metalloproteinkinase)

MS

Khối phổ (Mass Spectrometry)

NMR

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
(Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy)

PBG

Đường huyết sau bữa ăn (Postprandial blood glucose)

Ph

Phenyl

Rf

Hệ số lưu giữ (Retention factor)

STT

Số thứ tự

TC

Tổng nồng độ cholesterol toàn phần (Total Cholesterol)

TFA

Acid trifluoroacetic

TG

Triglycerid

TLR

Thụ thể giống Toll (Toll – like receptor)

Ts

p-Toluensulfonyl

THF

Tetrahydrofuran

USD

đô la Mỹ

SKLM

Sắc ký lớp mỏng

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Danh mục dung môi, hóa chất........................................................ 24
Bảng 2.2. Danh mục thiết bị, dụng cụ ............................................................ 25
Bảng 3.1. Kết quả tổng hợp 61 theo 2 phương pháp ...................................... 31
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol nitromethan/piperonal tới
hiệu suất phản ứng .............................................................................. 32
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất phản ứng 33
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất phản ứng 33
Bảng 3.5. Kết quả tổng hợp homopiperonylamin hydroclorid (6a) theo 2
phương pháp........................................................................................ 36
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol giữa NaBH4 và 3,4methylendioxy-β-nitrostyren (61) đến hiệu suất phản ứng. ............... 37
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của xúc tác cho phản ứng khử hóa
nhóm nitro ........................................................................................... 37
Bảng 3.8. Kết quả tổng hợp 31 theo 2 phương pháp ...................................... 40
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol giữa aldehyd và (6a)... 40
Bảng 3.10. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các bazơ khác nhau đến hiệu suất
phản ứng .............................................................................................. 41
Bảng 3.11. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất phản ứng
............................................................................................................. 41
Bảng 3.12. Kết quả tổng hợp berberin clorid (1) theo 2 phương pháp .......... 44
Bảng 3.13. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol đến hiệu suất phản ứng ......... 44
Bảng 3.14. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng ......... 45
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất kết tinh ........................... 46
Bảng 3.16. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới quy trình tinh chế ............................ 47
Bảng 3.17. Kết quả đánh giá độ lặp lại của quy trình tổng hợp chất 61 với tác
nhân NaOH ......................................................................................... 48
Bảng 3.18. Kết quả đánh giá độ lặp lại của quy trình tổng hợp chất 6a ........ 50


Bảng 3.19. Kết quả đánh giá độ lặp lại của quy trình tổng hợp chất 31 ........ 51

Bảng 3.20. Kết quả đánh giá độ lặp lại của quy trình tổng hợp chất 1 .......... 53
Bảng 3.21. Kết quả đánh giá độ lặp lại của quy trình tinh chế chất 1 ............ 54
Bảng 3.22. Đặc điểm sắc ký của các hợp chất tổng hợp được ....................... 55
Bảng 3.23. Nhiệt độ nóng chảy của các hợp chất tổng hợp được .................. 55
Bảng 3.24. Kết quả phân tích cấu trúc 61....................................................... 56
Bảng 3.25. Kết quả phân tích cấu trúc 6a....................................................... 57
Bảng 3.26. Kết quả phân tích cấu trúc 31....................................................... 58
Bảng 3.27. Kết quả phân tích cấu trúc 1......................................................... 59
Bảng 3.28. Sơ bộ định lượng hàm lượng berberin clorid theo tiêu chuẩn Dược
điển Việt Nam V ................................................................................. 60
Bảng 3.29. Kết quả kiểm nghiệm berberin clorid theo tiêu chuẩn Dược điển61
Bảng 4.1. Kết quả so sánh phổ 1H-NMR berberin tổng hợp được và phổ
chuẩn của berberin clorid .................................................................... 73
Bảng 4.2. Kết quả so sánh phổ 13C-NMR berberin tổng hợp được và phổ
chuẩn của berberin clorid .................................................................... 73
Bảng 4.3. Kết quả so sánh phổ 13C-NMR berberin tổng hợp được và phổ
chuẩn của berberin clorid (tiếp) .......................................................... 74


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ
Hình 1.1. Phản ứng khử berberin ..................................................................... 4
Hình 1.2. Phản ứng thủy phân berberin trong môi trường kiềm ...................... 4
Hình 1.3. Sơ đồ tổng hợp berberin của Amé Pictet và Alfons Gams ............ 10
Hình 1.4. Sơ đồ tổng hợp berberin của T. Kametani và cộng sự ................... 11
Hình 1.5. Sơ đồ tổng hợp berberin của Viện Y học cổ truyền Trung Quốc .. 13
Hình 1.6. Sơ đồ tổng hợp berberin của W. Liu .............................................. 14
Hình 1.7. Sơ đồ tổng hợp berberin của Z. X. Chen ........................................ 15
Hình 1.8. Sơ đồ tổng hợp berberin của Xiaolin Bian (2006) và Peng Yang
(2008) .................................................................................................. 16
Hình 1.9. Sơ đồ tổng hợp berberin của Alice Gatland ................................... 17

Hình 1.10. Sơ đồ tổng hợp berberin của Virshinha Reddy ............................ 18
Hình 1.11. Sơ đồ tổng hợp berberin của Chen Cheng.................................... 19
Hình 1.12. Sơ đồ tổng hợp berberin của Chen Cheng.................................... 21
Hình 1.13. Sơ đồ tổng hợp berberin qua hợp chất trung gian 6a (dạng muối
hydroclorid của amin 6) ...................................................................... 22
Hình 1.14. Sơ đồ tổng hợp berberin từ piperonal........................................... 23
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp berberin clorid từ piperonal .................................. 26
Hình 3.1. Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren từ piperonal với tác
nhân amoni acetat ............................................................................... 30
Hình 3.2. Tổng hợp 3,4-methylendioxy-β-nitrostyren từ piperonal với tác
nhân NaOH ......................................................................................... 31
Hình 3.3. Sơ đồ tổng hợp homopiperonylamin (6a) từ 61 dùng hệ
NiCl2/NaBH4 ....................................................................................... 34
Hình 3.4. Sơ đồ tổng hợp homopiperonylamin (6) từ 61 dùng hệ
CuCl2/NaBH4 ...................................................................................... 35
Hình 3.5. Sơ đồ tổng hợp 31 từ homopiperonylamin hydroclorid (6a) sử dụng
NaOH .................................................................................................. 38


Hình 3.6. Sơ đồ tổng hợp 31 từ homopiperonylamin hydroclorid (6a) sử dụng
triethylamin ......................................................................................... 39
Hình 3.7. Sơ đồ tổng hợp berberin từ 31 ........................................................ 42
Hình 3.8. Sơ đồ tổng hợp berberin từ 31 ........................................................ 43
Hình 3.9. Sắc ký đồ berberin tổng hợp và berberin chuẩn ............................. 55
Hình 3.10. Quy trình tổng hợp và tinh chế berberin clorid từ nguyên liệu ban
đầu là piperonal ................................................................................... 62
Hình 4.1. Cơ chế phản ứng ngưng tụ piperonal và nitromethan .................... 63
Hình 4.2. Quá trình khử hóa nitrostyren 61 thành muối amin 6a .................. 64
Hình 4.3. Cơ chế phản ứng khử nối đôi trong phân tử 61 bằng NaBH4 ........ 65
Hình 4.4. Cơ chế phản ứng hình thành 31 từ (6a).......................................... 67

Hình 4.5. Cơ chế phản ứng hình thành berberin (1) từ 31 ............................. 68


ĐẶT VẤN ĐỀ
Berberin là alcaloid nhân isoquinolin, có trong nhiều loài thực vật bậc
cao và là hoạt chất được sử dụng lâu đời trong nền y học truyền thống. Tác
dụng lâm sàng phổ biến nhất của berberin là chống tiêu chảy do vi khuẩn, ký
sinh trùng đường ruột. Berberin còn được bào chế thành thuốc nhỏ mắt điều
trị viêm kết mạc, đau mắt đỏ do kích thích bên ngoài (như gió, nắng, lạnh,
bụi, khói...) và điều trị bệnh mắt hột. Ngoài ra, berberin cũng có thể giúp ngăn
ngừa nhiễm nấm, bội nhiễm nấm và chống lại tác hại của vi khuẩn tả. Những
nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng: berberin có khả năng hạ đường huyết hiệu
quả như metformin, làm giảm mạnh lượng cholesterol, triglycerid và xơ vữa,
nhưng không gây ra tác dụng phụ điển hình như statin. Berberin ngăn chặn sự
phát triển của nhiều loại tế bào ung thư mà không ảnh hưởng đến sự phát triển
của các tế bào bình thường [73]. Ngoài ra, berberin còn có tác dụng bảo vệ
tim mạch, đồng thời có tác dụng chống trầm cảm [67]. Với tiềm năng to lớn
trong điều trị và nghiên cứu, nhu cầu về hoạt chất berberin ngày càng tăng.
Người ta ước tính nhu cầu berberin hàng năm khoảng 500 tấn (năm 2010).
Tuy nhiên từ năm 2012, con số này tăng đột biến, ước tính 700 tấn một năm
tại Trung Quốc. Trên thế giới, berberin được sản xuất bằng con đường chiết
xuất từ dược liệu, nuôi cấy mô, kết hợp công nghệ khí canh và tổng hợp hóa
học. Tại Việt Nam, berberin được sản xuất chủ yếu bằng con đường chiết xuất
từ dược liệu (vàng đắng, hoàng liên chân gà, hoàng liên gai...) [5], [7]. Tuy
nhiên, do khai thác tràn lan quá mức mà chưa có chiến lược bảo tồn hợp lý,
nguồn nguyên liệu chiết xuất berberin đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt [1],
[2]. Do vậy, sản xuất berberin bằng con đường tổng hợp hóa học nhằm đảm
bảo sự ổn định, bền vững nguồn nguyên liệu là vô cùng triển vọng và thiết
thực.

1


Trên thế giới, các quốc gia như Nhật Bản, Trung Quốc đã tổng hợp,
thương mại hóa chế phẩm berberin từ rất lâu. Ở trong nước đã có những
nghiên cứu ban đầu về tổng hợp berberin qui mô phòng thí nghiệm, từ các
nguồn nguyên liệu có sẵn vanilin, piperonal...Tuy nhiên, hiệu suất tổng hợp
toàn phần còn thấp, nên cần có thêm các nghiên cứu nhằm tối ưu hóa quy
trình, nâng cao hiệu suất để có thể ứng dụng đưa vào sản xuất trong công
nghiệp [9].
Để góp phần tạo nguồn nguyên liệu làm thuốc và phát triển nền công
nghiệp hóa ngành dược nước nhà, chúng tôi thực hiện đề tài: ‘‘Nghiên cứu
xây dựng quy trình tổng hợp và tinh chế berberin clorid đạt tiêu chuẩn
dược dụng ở quy mô 50 g/mẻ” với mục tiêu sau:
Nghiên cứu xây dựng được qui trình tổng hợp và tinh chế berberin
clorid quy mô 50 g/mẻ đạt tiêu chuẩn Dược điển Việt Nam V.

2


CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN

1.1. Khái quát chung về berberin clorid
1.1.1. Đặc điểm cấu trúc hóa học
- Công thức phân tử: [C20H18NO4]+Cl- (M = 373,86 đvC)
- Công thức cấu tạo [75]:

- Tên

khoa

học:

9,10-dimethoxy-5,6-dihydro[1,3]dioxolo[4,5-

g]isoquino[3,2-a] isoquinolin-7-ium clorid.
- Dạng dược dụng được quy định trong Dược điển Việt Nam V [4] là
muối berberin clorid dihydrat, trong Dược điển Nhật bản XVII [75] và
Dược điển Hàn Quốc X [76] là muối berberin clorid hydrat và muối
berberin tannat.
1.1.2. Tính chất hóa lý
* Tính chất vật lý
- Tinh thể hay bột kết tinh màu vàng, không mùi, vị rất đắng [4].
- Berberin clorid tan trong nước theo tỷ lệ 1/400, tan tốt trong nước
nóng, ethanol, không tan trong cloroform và ether. Berberin không có
C bất đối nên không có đồng phân quang học [10], [58].
- Dạng base [C20H18O4N]+OH- có nhiệt độ nóng chảy là 145°C [58].
- Berberin clorid có nhiệt độ nóng chảy là 191-192°C [60].
* Tính chất hóa học
- Hóa tính của N: Dạng base có khả năng tạo muối với các acid khác
nhau, việc tạo muối berberin không giống như các alcaloid khác mà
3


muối tạo thành giống muối của hydroxyd kim loại, nghĩa là có loại
phân tử nước [5].
[C20H18O4N]+OH- + HCl → [C20H18O4N]+Cl- + H2O
- Berberin clorid tham gia phản ứng trao đổi [61]:

[C20H18O4N]+Cl- + NaOH→ [C20H18O4N]+OH- + NaCl
- Hóa tính của liên kết đôi [3], [61]:
* Phản ứng cộng nucleophil vào liên kết đôi C=N+
[C20H18O4N]+Cl- + NaCN → [C20H18O4N]+CN- + NaCl
* Nhân thơm có chứa N của berberin clorid có thể bị khử bởi các
tác nhân khác nhau tạo thành hydro alcaloid không màu theo hình 1.1.

Hình 1.1. Phản ứng khử berberin
- Hóa tính của oxy: Berberin kém ổn định trong môi trường kiềm mạnh,
N không vững bền, trong môi trường kiềm mạnh dễ hỗ biến mở vòng,
cho chức aldehyd gọi là berberinal theo hình 1.2.

Hình 1.2. Phản ứng thủy phân berberin trong môi trường kiềm
1.1.3. Ứng dụng trong lâm sàng

4


Berberin là thuốc có hoạt tính kháng khuẩn chống viêm được chỉ định
trong lâm sàng để điều trị nhiễm trùng đường ruột, tiêu chảy, lỵ, viêm ống
mật [25], [19], [89], giúp ngăn ngừa nhiễm nấm, bội nhiễm nấm [28], [33].
Berberin có phổ kháng khuẩn rộng, tác dụng ức chế sự phát triển của
các chủng vi khuẩn gram (-) và gram (+) bao gồm Staphylococcus aureus,
Shigella antidysenteria, Vibrio cholerae, Salmonella typhi, Escherichia coli
[95], [46], [84], [79].
Tác dụng điều trị nhiễm khuẩn của berberin do khả năng liên kết với
các protein amyloid trong màng sinh học, làm gián đoạn sự ổn định của nó và
tăng cường hoạt tính kháng khuẩn của kháng sinh, đồng thời cạnh tranh với
LPS để gắn với TLR4 / MD-2, điều này ức chế sự viêm nhiễm trong nhiễm
trùng [18].

1.1.4. Tác dụng dược lý khác
a. Tác dụng hạ đường huyết
Nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng trên 36 người mắc bệnh đái tháo đường
loại 2 được phân ngẫu nhiên điều trị bằng berberin hoặc metformin trong một
thử nghiệm 3 tháng. Tác dụng hạ đường huyết của berberin tương tự như của
metformin. Nhóm điều trị bằng berberin giúp giảm đáng kể hemoglobin A1c
(HbA1c từ 9,5% xuống 7,5%), đường huyết lúc đói (FBG từ 10,6 ± 0,9
mmol/L xuống 6,9 ± 0,5 mmol/L), đường huyết sau bữa ăn (PBG từ 19,8 ±
1,7 mmol/L xuống 11,1 ± 0,9 mmol/L) [93].
Tác dụng hạ đường huyết của berberin dựa trên nhiều cơ chế khác nhau
như bảo vệ và phục hồi chức năng tế bào 𝛽 đảo tụy, tăng cường biểu hiện
mARN insulin receptor, giảm tình trạng kháng insulin [29], [50], [74], [91],
[98]. Trong tế bào gan, tế bào mỡ, berberin làm tăng tiêu thụ hoặc hấp thu
glucose khi không có insulin có thể là do sự kích thích glycolysis, có liên
quan đến sự ức chế quá trình oxy hóa trong ty thể [44], [90], [92]. Berberin
5


cũng có thể hoạt động như một chất ức chế α-glucosidase. Nó ức chế các hoạt
động disacaridase và giảm vận chuyển glucose qua biểu mô ruột [64], [65].
b. Tác dụng trên hệ thần kinh
Alzheimer là chứng mất trí nhớ phổ biến nhất, đặc biệt ở người cao
tuổi, hiện đang trở thành vấn đề sức khỏe được quan tâm trên toàn cầu. Đây là
bệnh gây tử vong ở người cao tuổi đứng hàng thứ 6 hiện nay và là một trong
những bệnh tốn kém nhất cho xã hội ở các nước phát triển. Berberin có thể
được xem là một tác nhân đầy hứa hẹn để ứng dụng trong điều trị bệnh
Alzheimer do hợp chất này sở hữu các tác dụng sinh học như chống oxy hóa,
ức chế AChE và BChE, ức chế monoamin oxidase (MAO), giảm sự kết tập
mảng β-amyloid và hạ cholesterol. Thử nghiệm cho thấy sử dụng berberin
đường uống với liều 50 mg/kg thể trọng, một lần mỗi ngày, trong 14 ngày, cải

thiện đáng kể tình trạng suy giảm trí nhớ trong mô hình gây bệnh Alzheimer
trên chuột [40], [37], [38], [41].
Trong một mô hình chuột bị suy giảm trí nhớ gây ra bởi việc bơm acid
ibotenic, sự tồn tại của các tế bào hình chóp và hạt được tăng lên rất nhiều
trong vùng hippocampus (vùng liên quan tới khả năng lưu trữ, xử lý thông tin
trong não) khi dùng berberin. Trong một mô hình chấn thương của dây thần
kinh chuột, bốn tuần sau khi sử dụng berberin (20 mg/kg, một lần mỗi ngày
trong 1 tuần), độ dày của các sợi trục được cải thiện khoảng 1,4 lần ở gốc xa
của vết thương [32].
c. Tác dụng hạ lipid máu
Trong một nghiên cứu của 32 bệnh nhân điều trị hạ lipid máu bằng
cách sử dụng berberin 500 mg, hai lần mỗi ngày trong 3 tháng. Ở những bệnh
nhân này, giảm đáng kể LDL, triglycerid, và tổng số cholesterol (giảm 25%
LDL, 35% chất béo trung tính và giảm 29% cholesterol toàn phần). Trong
một nghiên cứu khác kéo dài 2 tháng với 63 bệnh nhân, sử dụng berberin 500
6


mg hai lần mỗi ngày giảm LDL trung bình 23,8% và kết hợp của simvastatin
20 mg mỗi ngày và berberin hạ xuống LDL trung bình 31,8% [47], [66].
Nghiên cứu phân tích meta thực hiện bởi Hui Dong và cộng sự đối với 14 thử
nghiệm lâm sàng trên 1068 người tình nguyện, cũng chỉ ra rằng nồng độ
lipoprotein cholesterol giảm rõ rệt khi được điều trị bằng berberin [27]. So
sánh với simvastatin, berberin cũng cho hiệu quả điều trị tương tự: TC, LDL,
TG giảm lần lượt 21,8%; 23,8%; 22,1% đối với berberin và 9,1%; 14,3%;
11,4% đối với simvastatin. Mặt khác, berberin còn cho tác dụng hiệp đồng khi
kết hợp với simvastatin [45].
Sử dụng đơn độc berberin hoặc kết hợp với các chế độ ăn kiêng khác
giúp giảm tỷ lệ LDL trung bình từ 20% đến 30%, đồng thời có hiệu quả cho
những bệnh nhân không dung nạp statin, bệnh nhân đề kháng với liệu pháp

statin giúp mở ra các phương pháp điều trị thay thế cho những bệnh nhân
không được chỉ định liệu pháp statin [47].
Cơ chế hạ lipid máu của berberin có thể thông qua quá trình hoạt hóa
AMPK. Protein kinase hoạt hóa adenosine monophosphate (AMPK), điều
chỉnh chuyển hóa năng lượng bằng cách kích hoạt các con đường tạo ATP
như glycolysis và oxy hóa acid béo, ức chế các con đường tiêu thụ ATP như
tạo acid béo và tổng hợp cholesterol. AMPK thúc đẩy chuyển vị acid béo
bằng cách phosphoryl hóa hoặc bất hoạt acetyl - CoA carboxylase (ACC),
làm giảm ảnh hưởng của malonyl - CoA, một chất ức chế quá trình chuyển vị,
berberin giúp hoạt hóa AMPK nên giúp hạ lipid máu [83]. Ngoài ra, thông
qua quá trình hoạt hóa AMPK, berberin còn ức chế tổng hợp và bài tiết TG,
cholesterol [17], [72], [82], [83], [88].
d. Tác dụng chống ung thư
Đã có rất nhiều báo cáo về tác dụng chống ung thư của berberin. Các
nghiên cứu đã chỉ ra rằng berberin có thể ức chế sự tăng sinh của các tế bào
7


khối u, thông qua tương tác với các mục tiêu và cơ chế khác nhau. Berberin
có thể làm thay đổi biểu hiện của gen gây ung thư và các gen liên quan đến
gây ung thư, bằng cách điều chỉnh lại hoạt động của adenosine protein kinase
hoạt hóa monophosphate (AMPK). Berberin kích hoạt phosphoryl hóa gen ức
chế khối u p53 trong các tế bào cơ trơn mạch máu. Berberin cũng ức chế các
enzym liên quan đến gây ung thư.
Năm 2004, berberin được chứng minh là một chất nhạy cảm của các tế
bào u thần kinh đệm, làm tăng sự thành công của xạ trị trong các khối u não
[80]. Berberin tăng cường hoạt động của carmustin, một loại thuốc hóa trị
thường được sử dụng trên các khối u não. Berberin khi dùng đơn độc, tỷ lệ
tiêu diệt trong tế bào nuôi cấy là 91% so với 43% cho carmustin. Khi cả hai
được kết hợp, tỷ lệ hiệu quả lên đến 97% [96].

Berberin làm nhạy cảm các tế bào ung thư phổi [54], gây độc tế bào đối
với các tế bào ung thư cổ tử cung [55], ức chế sự tăng trưởng tế bào trong các
tế bào ung thư tuyến tụy bằng cách gây tổn thương DNA [59].
Berberin ngăn chặn sự phát triển của tế bào và gây ra quá trình
apoptosis (chết tế bào ung thư) trong các tế bào ung thư vú một cách đơn độc,
hoặc tác dụng hiệp đồng với curcumin [81]. Năm 2016, một nghiên cứu của
Trường Y khoa Đại học Lan Châu ở Trung Quốc cho thấy rằng berberin có
thể tác động tới enzym AMPK nên có thể tiêu diệt các tế bào ung thư vú.
Một nghiên cứu năm 2017 cho thấy, berberin có thể ức chế sự di căn và
xâm lấn của các tế bào ung thư đại trực tràng trong cơ thể và in vitro theo ba
cách: ức chế (COX-2), giảm phosphoryl hóa và ức chế biểu hiện MMP [53].
Trong năm 2011, một đánh giá về tác dụng chống ung thư của berberin kết
luận: đây là một tác nhân chống ung thư có triển vọng, an toàn với một số
công dụng trị liệu tiềm năng [26].
e. Tác dụng khác
8


Berberin có lợi ích đối với tim mạch do nó có tác dụng giảm lượng
đường và cholesterol trong máu, cả hai yếu tố này đều có thể làm tăng nguy
cơ mắc bệnh mạch vành. Nó cũng kích thích sự giải phóng nitric oxid, một
chất có thể giãn động mạch, làm tăng lưu lượng máu, giảm huyết áp và chống
xơ cứng động mạch [20], [57], [85]. Các đặc tính chống viêm mạnh của
berberin cũng rất tốt cho viêm phổi, đặc biệt là viêm phổi do virút cúm, đồng
thời berberin còn có tác dụng bảo vệ chức năng gan, thận [10], [86].
1.2. Phương pháp sản xuất berberin
1.2.1. Phương pháp chiết xuất
Trong tự nhiên, berberin có trong thân rễ một số loài thực vật như
hoàng bá (Phellodendron amurense Rupr.) hàm lượng 2,5%, hoàng liên chân
gà (Coptis chinensisFranch.) hàm lượng 4%, hoàng liên gai (Berberis

wallichiaDC.) hàm lượng 3-4%, vàng đắng (Coscinium fenestratum (Gaertn.)
Colebr.) hàm lượng 3,5%, lá táo ta (Ziziphus mauritiana lam.). Hiện nay,
berberin được sản xuất chủ yếu bằng con đường chiết xuất từ thân và rễ cây
vàng đắng do hàm lượng berberin trong cây khá cao, phương pháp tiến hành
đơn giản, nguồn nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm. Phương pháp chiết xuất thường
được sử dụng là chiết bằng dung dịch H2SO4 0,4% hoặc dung dịch nước vôi
trong [3], [6].
1.2.2. Phương pháp sử dụng công nghệ khí canh
Nghiên cứu tại Việt Nam được tiến hành trên đối tượng cây Hoàng liên
gai nhằm đánh giá khả năng sản xuất sinh khối rễ của công nghệ khí canh so
với trồng bằng địa canh truyền thống. Kết quả thu được cho thấy sinh khối rễ
cây hoàng liên gai thu được sau trồng 1 năm trong hệ thống khí canh cao gấp
3,43 lần so với trồng bằng phương pháp địa canh truyền thống. Trong hệ
thống khí canh, cây Hoàng liên gai sinh trưởng tốt nhất khi nồng độ dinh
dưỡng đặt ở mức 1.300 - 1.600 µs/cm với chế độ phun thích hợp nhất là phun
9


10 giây, nghỉ 15 phút [8]. Phương pháp cho kết quả khá khả quan, tuy nhiên
nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm.
1.2.3. Phương pháp tổng hợp hóa học
a. Phương pháp của AméPictet và AlfonsGams (1911)
Năm 1911, hai tác giả Amé Pictet và Alfons Gams đã đưa ra quy trình
tổng hợp berberin theo sơ đồ hình 1.3 như sau [100]:

Điều kiện phản ứng: (a) PCl5; (b) KOH; (c) P2O5, 68 - 70oC; (d) Sn,
HCl; (e) HCHO, HCl, Br2, CS2.
Hình 1.3. Sơ đồ tổng hợp berberin của Amé Pictet và Alfons Gams
Quy trình tổng hợp: Hợp chất acyl clorid 5 thu được bằng cách clo hóa
acid 2-(3,4-dimethoxyphenyl) acetic (4) bằng PCl5. Sau đó ngưng tụ 5 với

homopiperonylamin (6) trong môi trường kiềm thu được amid 7. Đun nóng 7
với với P2O5 ở 68 - 70oC thu được 8. Khử hóa 8 bằng thiếc trong HCl thu
được 9. Đem 9 ngưng tụ với HCHO, chất sinh ra cho tác dụng với brom và
cacbon disulfid tạo thành berberin (1) [100].
Nhược điểm: Sử dụng tác nhân nhạy cảm với nước như PCl5, P2O5;
quy trình nhiều giai đoạn khó nâng cấp tổng hợp ở quy mô lớn.
b. Phương pháp của T. Kametani và cộng sự (1969)
10


Năm 1969, T. Kametani và cộng sự đưa ra quy trình tổng hợp berberin
theo sơ đồ hình 1.4 như sau [42]:

Điều kiện phản ứng: (a) 170oC, 4h; (b) POCl3, 2h; (c) NaBH4, 1h; (d)
HCl/EtOH, 3h; (e) HCHO, HCl, 3h; (f) Zn, NaOH, 2h; (g) CH2N2, 48h; (h) I2,
1h.
Hình 1.4. Sơ đồ tổng hợp berberin của T. Kametani và cộng sự
Quy trình tổng hợp: Ngưng tụ ester 10 với homopiperonylamin (6) thu
được amid 11. Đem 11 phản ứng tiếp với POCl3 trong 2h thu được sản phẩm
đóng vòng 12. Khử hóa 12 bằng NaBH4 thu được 13. Loại bỏ nhóm bảo vệ
benzyl của 13 bằng HCl đặc trong EtOH thu được 14. Chất 14 tham gia phản
ứng Mannich đóng vòng tạo hợp chất 15. Xử lý 15 với Zn trong NaOH giúp
loại bỏ nhóm thế (Br-) thu được 16. Sản phẩm 16 được methyl hóa trong

11


nitromethan, chất thu được phản ứng với I2 thu được berberin iodid. Hiệu suất
cả quy trình là 3% [42].
Nhược điểm: Quy trình nhiều giai đoạn, hiệu suất thấp, sử dụng nhiều

hóa chất đắt tiền (POCl3, NaBH4).
c. Phương pháp của Viện Y học cổ truyền Trung Quốc (1980)
Năm 1980, Viện Y học cổ truyền Trung Quốc đưa ra quy trình tổng
hợp berberin từ phenol qua 17 bước theo sơ đồ hình 1.5 [103]:

Điều kiện phản ứng: (a) Cl2/C6H6, 24 - 28oC; (b) NaOH/CuSO4; (c)
HCl; (d) DCM/NaOH, 110 - 115oC; (e) 1,3,5-Trioxan. HCl; (f) AcOH,
hexamethylentetramin;(g) AcOH/H2O; (h) ClCH2CO2CH3, CH3ONa/CH3OH;
(i) NaOH/CH3OH; (j) AcOH; (k) NH3/CH3OH; (l) H2/Ni; (m) 2,3-

12


dimethoxybenzaldehyd, H2/Ni; (n) HCl/EtOH; (o) Glyoxal, CuSO4, NaCl,
Ac2O, AcOH; (p) CaO/H2O; (q) HCl/H2O.
Hình 1.5. Sơ đồ tổng hợp berberin của Viện Y học cổ truyền Trung Quốc
Quy trình tổng hợp: Xuất phát từ phenol (18) trải qua các quá trình clo
hóa và thủy phân tạo hợp chất catechol (21). Từ 21 phản ứng với diclomethan
trong NaOH được 22, đem 22 tương tác với 1,3,5-trioxan thu 23, chất này kết
hợp với hexamethylentetramin, sản phẩm 24 thu được xử lý với acid acetic
thu được piperonal (25). Đem 25 ngưng tụ với ClCH2CO2CH3, sau đó thủy
phân trong môi trường kiềm và xử lý với acid acetic thu được aldehyd 28.
Ngưng tụ 28 với NH3 tạo thành imin 29, khử hóa 29 bằng H2 xúc tác Ni thu
được homopiperonylamin (6). Tiếp theo, 6 được ngưng tụ với 2,3 –
dimethoxybenzaldehyd tạo imin rồi khử bằng H2, xúc tác Ni cho 30. Muối
hydroclorid của 30 tham gia phản ứng đóng vòng với glyoxal được 32. Xử lí
trong điều kiện thích hợp sẽ thu được berberin clorid (1). Hiệu suất toàn bộ
quy trình là 15%.
Ưu điểm: Độ tinh khiết cao (trên 99%) so với phương pháp chiết xuất
(97%). Năm 1981, xí nghiệp dược phẩm Đông Bắc (Trung Quốc) đã sản xuất

berberin theo quy trình này với sản lượng 30 tấn/năm.
Nhược điểm: Quy trình phức tạp, hiệu suất thấp, chi phí lớn, sử dụng
nhiều tác nhân gây ô nhiễm môi trường như benzen, dimethyl sulfoxid nên
năm 1994, phương pháp này đã bị ngừng lại [52], [103].
d. Phương pháp của W. Liu (1981)
Nghiên cứu của W. Liu và cộng sự tập trung vào rút ngắn giai đoạn chuyển
hợp chất 23 thành homopiperonylamin (6), đồng thời xuất phát từ nguyên liệu
ban đầu là catechol nên rút ngắn giai đoạn điều chế, giảm lượng hóa chất
dung môi, nâng cao hiệu suất (tăng 20% so với viện y học cổ truyền Trung
Quốc) [52], [103].
13