LƯỜNG THỊ TRANG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP MỚI TỔNG HỢP BERBERIN CLORID KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI
----------

LƯỜNG THỊ TRANG

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP MỚI
TỔNG HỢP BERBERIN CLORID
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

HÀ NỘI – 2019


BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI
----------

LƯỜNG THỊ TRANG
MÃ SINH VIÊN: 1401624

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP MỚI
TỔNG HỢP BERBERIN CLORID
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ
Người hướng dẫn:
1. PGS. TS. Nguyễn Đình Luyện
2. ThS. Nguyễn Minh Ngọc
Nơi thực hiện:
Bộ môn Công nghiệp Dược

HÀ NỘI – 2019

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS. TS. Nguyễn
Đình Luyện, TS. Nguyễn Văn Hải, TS. Nguyễn Văn Giang, những người thầy đã trực
tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, và cho tôi niềm cảm hứng bất tận trong suốt thời gian làm
khóa luận.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn ThS. Nguyễn Minh Ngọc đã tận tâm và hỗ trợ
tới mức tối đa trong quá trình tôi làm thực nghiệm tại bộ môn.
Bên cạnh đó, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tất cả những thành viên trong
tổ Tổng hợp hóa dược – bộ môn Công nghiệp Dược, những người đã luôn sát cánh bên
tôi, giúp đỡ và cùng nhau trải qua mọi khó khăn để hoàn thành khóa luận này.
Cuối cùng, tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến gia đình tôi và anh Bùi
Anh Thế đã luôn động viên tinh thần, tạo chỗ dựa vững chắc và là nguồn động lực to
lớn để tôi vượt qua mọi khó khăn trong suốt cuộc đời tôi.
Mặc dù đã cố gắng hết sức cũng như được tạo mọi điều kiện, tuy nhiên do thời
gian nghiên cứu còn ngắn, kiến thức bản thân còn hạn chế nên chắc chắn khóa luận
này còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được những đóng góp tận tình của các quý thầy
cô và các bạn để khóa luận được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 07 tháng 05 năm 2019
Sinh viên

Lường Thị Trang


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
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. TỔNG QUAN VỀ BERBERIN .......................................................................3
1.1.1. Cấu trúc phân tử .............................................................................................3
1.1.2. Tính chất hóa lý .............................................................................................3
1.1.3. Tác dụng dược lý ...........................................................................................4
1.1.4. Các phương pháp tổng hợp berberin ...............................................................6
1.2. LỰA CHỌN HƯỚNG TỔNG HỢP BERBERIN CLORID .........................19
CHƯƠNG 2 : NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU .....................................................................................................20
2.1. NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ .........................................................................20
2.1.1. Nguyên liệu..................................................................................................20
2.1.2. Thiết bị, dụng cụ ..........................................................................................21
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..........................................................................22
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................22
2.3.1. Tổng hợp hóa học ........................................................................................22
2.3.2. Kiểm tra độ tinh khiết ..................................................................................23
2.3.3. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học .......................................................23
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...........................24
3.1. TỔNG HỢP BERBERIN CLORID ........................................................................24
3.1.1. Tổng hợp 2,3-dimethoxybenzaldoxim (61) từ 2,3-dimethoxybenzaldehyd (60)24
3.1.2. Tổng hợp (2,3-dimethoxyphenyl)methanamin (62) từ 2,3dimethoxybenzaldoxim (61) ...................................................................................24
3.1.3. Tổng hợp 2-(1,3-benzodioxol -5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)ethan-1-amin
hydrochlorid (32) từ (2,3-dimethoxyphenyl)methanamin (62) ................................27
3.1.4. Tổng hợp berberin (1) từ 2-(1,3-benzodioxol -5-yl)-N-(2,3dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (32) ..................................................28
3.2. KIỂM TRA ĐỘ TINH KHIẾT ..............................................................................28
3.3. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC HÓA HỌC ......................................................................29

3.3.1. Phổ hồng ngoại (IR) .....................................................................................29
3.3.2. Phổ khối lượng (MS) ....................................................................................30
3.3.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) ............................................................31
3.4. BÀN LUẬN ....................................................................................................34
3.4.1. Bàn luận về các phản ứng tổng hợp hóa học .................................................34
3.4.1.1. Tổng hợp 2,3-dimethoxybenzaldoxim (61) từ 2,3-dimethoxybenzaldehyd (60)
..............................................................................................................................34
3.4.1.2. Tổng hợp (2,3-dimethoxyphenyl)methanamin (62) từ 2,3dimethoxybenzaldoxim (61) ...................................................................................35
3.4.1.3. Tổng hợp 2-(1,3-benzodioxol -5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)ethan-1-amin
hydrochlorid (32) từ (2,3-dimethoxyphenyl)methanamin (62) ................................36
3.4.1.4. Tổng hợp berberin (1) từ 2-(1,3-benzodioxol -5-yl)-N-(2,3dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (32) ..................................................37
3.4.2. Bàn luận về cấu trúc hóa học của sản phẩm ..................................................39
3.4.2.1. Về cấu trúc của 2,3-dimethoxybenzaldoxim (61) .......................................39
3.4.2.2. Về cấu trúc của 2,3-dimethoxyphenyl)methanamin (62) ............................40
3.4.2.3. Về cấu trúc của 2-(1,3-benzodioxol -5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl) ethan-1amin hydrochlorid (32) ..........................................................................................41
3.4.2.4. Về cấu trúc của berberin clorid (1) ...........................................................41
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................45
1. KẾT LUẬN .......................................................................................................45
2. KIẾN NGHỊ ......................................................................................................45
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ac

Acetyl

ADN

Acid Deoxyribonucleic

Amphos

Di-tert-butyl-(4-dimethylaminophenyl)phosphin

AMPK

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

AP-1

Protein hoạt hóa 1
(Activator protein 1)

Bcl-2

Tế bào lympho β2
(β- cell lymphoma 2)

Bcl-xl

Tế bào lympho β cực lớn- một phân tử xuyên màng trong ty thể
( β- cell lymphoma extra large)

Bu

n - Butyl

(Boc)2O

Di-tert-butyl dicarbonat

COX-2

Enzym Cyclo-oxygenase 2

Cyclin- D1

Chất ức chế cyclin phụ thuốc kinase D1
(cyclin-dependent kinase inhibitor)

CINC-1

Hóa ứng động bạch cầu trung tính gây ra bởi cytokin
(Cytokine-induced neutrophil chemoattractant)

CAN

Ammonium cerium nitrat

DCM

Dicloromethan

DMF

Dimethylformamid

DMSO

Dimethylsulfoxid

đvC

Đơn vị Cacbon

Et

Ethyl

EGFR

Thụ thể yếu tố tăng trưởng nội mô
(Epidermal growth factor receptor)

ELAM-1

Phân tử kết dính tế bào bạch cầu nội mô -1
(Endothelial cell leukocyte adhesion molecule-1)

g

Gam


h

Giờ

HbA1c

Hemoglobin A1c

HER2

Thụ thể yếu tố tăng trưởng nội mô ở người 2
(Human Epidermal growth factor receptor 2)

HIF-1

Các yếu tố gây thiếu oxy
( Hypoxia-inducible factors)

LDL

Lipoprotein tỉ trọng thấp
(Low Density Lipoprotein)

LDL-c

Cholesterol lipoprotein tỷ trọng thấp
(Low density lipoprotein cholesterol)

m/z

Tỉ số khối lượng và điện tích

mARN

Acid Ribonucleic thông tin
(Messenger Ribonucleic Acid)

Me

Methyl

MHz

Megahertz

MS

Phổ khối
(Mass Spectrometry)

MMP-9

Matrix metalloproteinase 9

mARN

Acid Ribonucleic thông tin
(Messenger acid ribonucleic)

MCF-7

Dòng tế bào ung thư vú
(Michigan cancer foundation-7)

MCP-1

Một loại chemokin gây viêm
(Monocyte chemoattractant protein-1)

MCL-1

Protein biệt hóa tế bào ung thư bạch cầu dòng tủy
(Myeloid cell leukemia-1)

MDR

Đa kháng thuốc
(Multidrug resistance)


NF- B

Yếu tố nhân kappa B
(Nuclear factor for kappa B)

NMR

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

NEGPF

Nhà máy tổng hợp dược phẩm Đông Bắc

(Northeast general pharmaceutical factory)

iNOS

Enzym thúc đẩy quá trình tổng hợp nitric oxid NO từ acid amin Iarginin
(Inducible nitric oxide synthase)

IL-6

Interleucin 6

IL-12

Interleucin 12

INF-β

Interferon Beta

IkBα kinase

Men ức chế NF-kB
(IkappaBalpha kinase)

PCSK9

Ezym được mã hóa bởi gen PCSK9 ở người trên nhiễm sắc thể 1.
(Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9)

Piv

Pivaloyl

PPARα

Thụ thể kích hoạt peroxisom proliferator - alpha
(Peroxisome proliferator-activated receptor - alpha)

PTSA

Acid P-toluenesulfonic

Pyr

Pyridin

Rf

Hệ số lưu giữ
(Retention factor)

STT

Số thứ tự

SKLM

Sắc ký lớp mỏng

TEBA

Benzyltriethylamoni clorid

Ts

p - Toluensulfonyl

TNF-α

Yếu tố hoại tử khối u alpha

THF

Tetrahydrofuran

THZ

2,4-thiazolidinedion


TFA

Acid trifluoroacetic

FLIP

Protein ức chế FLICE giúp điều hòa appotosis
(FLICE-like inhibitory protein)

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Danh mục dung môi, hóa chất ................................................................... 20
Bảng 2.2. Danh mục các thiết bị, dụng cụ .................................................................. 21
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các tác nhân khử hóa đến hiệu suất phản ứng
tổng hợp 62 ................................................................................................................ 25
Bảng 3.2. Giá trị Rf và khoảng nhiệt độ nóng chảy của các chất tổng hợp được......... 28
Bảng 3.3. Kết quả phổ hồng ngoại (IR) của các chất tổng hợp được .......................... 29
Bảng 3.4. Kết quả phổ khối (MS) của các hợp chất tổng hợp được ............................ 30
Bảng 3.5. Kết quả phổ 1H-NMR của các hợp chất tổng hợp được .............................. 31
Bảng 3.6. Kết quả phổ 13C-NMR của các hợp chất tổng hợp được............................. 33
Bảng 3.7. Kết quả so sánh phổ 1H-NMR berberin tổng hợp được và phổ chuẩn của
berberin clorid ........................................................................................................... 42
Bảng 3.8. Kết quả so sánh phổ 1H-NMR berberin tổng hợp được và phổ chuẩn của
berberin clorid (tiếp) .................................................................................................. 43
Bảng 3.9. Kết quả so sánh phổ 13C-NMR berberin tổng hợp được và phổ chuẩn của
berberin clorid ........................................................................................................... 43
Bảng 3.10. Kết quả so sánh phổ 13C-NMR berberin tổng hợp được và phổ chuẩn của
berberin clorid (tiếp) .................................................................................................. 44


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ
Hình 1.1. Phản ứng khử berberin .............................................................................4
Hình 1.2. Phản ứng mở vòng berberin trong môi trường kiềm .................................4
Hình 1.3. Sơ đồ tổng hợp berberin của Amé Pictet và Alfons Gams ........................7
Hình 1.4. Sơ đồ tổng hợp berberin của T. Kametani và cộng sự .............................8
Hình 1.5. Sơ đồ tổng hợp berberin clorid của NEGPF .............................................9
Hình 1.6. Sơ đồ tổng hợp 6 từ 24 theo S. Chen, W. Lin .........................................10
Hình 1.7. Sơ đồ cải tiến của S. Chen, W. Lin ........................................................11
Hình 1.8. Sơ đồ tổng hợp berberin của Z. X. Chen ................................................12
Hình 1.9. Sơ đồ tổng hợp berberin clorid của C. Chen và cộng sự .........................14

Hình 1.10. Sơ đồ cải tiến tổng hợp berberin clorid của C. Chen ............................15
Hình 1.11. Sơ đồ tổng hợp berberin của Alice Gatland, Ben Pilgrim .....................17

Hình 1.12. Sơ đồ tổng hợp berberin của Virshinha Reddy.....................................18
Hình 1.13. Sơ đồ phân tích tổng hợp ngược phân tử berberin ................................19
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp berberin clorid (1) .........................................................22
Hình 3.1. Sơ đồ tổng hợp 2,3-dimethoxybenzaldoxim ...........................................24
Hình 3.2. Sơ đồ tổng hợp (2,3-dimethoxyphenyl)methanamin (62) từ 61 ..............27
Hình 3.3. Sơ đồ tổng hợp 2-(1,3-benzodioxol -5-yl)-N-(2,3-dimethoxybenzyl)ethan
-1-amin hydrochlorid (32) từ 62 .............................................................................27
Hình 3.4. Sơ đồ tổng hợp berberin clorid (1) từ 32 ................................................28
Hình 3.5. Cơ chế phản ứng tổng hợp 2,3-dimethoxybenzaldoxim (61) từ
2,3-dimethoxybenzaldehyd (60).............................................................................35
Hình 3.6. Cơ chế phản ứng tổng hợp 2-(1,3-benzodioxol -5-yl)-N(2,3- dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (32) từ
(2,3-dimethoxyphenyl)methanamin (62).................................................................37
Hình 3.7. Cơ chế phản ứng tổng hợp berberin clorid (1) từ 2-(1,3-benzodioxol-5yl)
-3-dimethoxybenzyl)ethan-1-amin hydrochlorid (32) .............................................38


ĐẶT VẤN ĐỀ
Berberin là một alcaloid thuộc nhóm isoquinolin, có trong rễ, thân rễ và vỏ thân
của nhiều loài thực vật thuộc chi Berberis, Hydrastis candenis, Coptis chinensis,... [5].
Dạng dược dụng được quy định trong Dược điển Việt Nam V là dạng muối berberin
clorid dihydrat [7]. Berberin có cấu trúc hệ thống vòng dibenzo[a,f]quinolizidin [36].
Các muối của berberin có nguyên tử nitơ bậc bốn và nhóm 2,3-methylendioxy tại vòng
A rất cần thiết trong việc kháng các loại vi sinh vật, bao gồm vi khuẩn, virus, nấm, động
vật nguyên sinh, giun sán và chlamydia [21], [25]. Do đó, berberin được sử dụng từ rất
lâu đời trong nền y học cổ truyền Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam... với các đặc tính
chống tiêu chảy, kháng khuẩn, chống oxy hóa và bảo vệ gan [21], [42]. Gần đây, các
nhà khoa học đã chứng minh được rằng, berberin có tác dụng chống ung thư, có thể ức

chế sự phát triển của nhiều loại tế bào ung thư ở dạ dày, tuyến tiền liệt, vú và các khối
u ác tính khác… [18], [47].Ngoài tác dụng dược lý trên, berberin còn có khả năng hạ
lipid máu, hạ glucose, hạ cholesterol, điều hòa miễn dịch và chống xơ vữa động mạch
[34], [59]. Các nghiên cứu còn cho thấy rằng, berberin có lợi cho bệnh Alzheimer bằng
cách ức chế sự hình thành amyloid 𝛽 ngoại bào và rối loạn tế bào thần kinh nội bào [10],
[23]. Chính vì berberin có những tính chất dược lý hiệu quả và tiềm năng đó nên việc
tổng hợp, chiết xuất và phát triển chất mới dựa vào khung cấu trúc của berberin để tối
ưu hóa hoạt tính sinh học của nó được nhiều nhà khoa học quan tâm.
Berberin hiện tại được cung cấp bởi hai nguồn: chiết xuất và tổng hợp hóa học.
Ban đầu, berberin được chiết xuất từ thực vật như vàng đắng (Coscinium fenestratum
(Gaertn) Colebr), hoàng liên chân gà (Coptis chinensis Franch) và hoàng liên gai
(Berberis wallichia DC). Trong đó, chủ yếu từ thân và rễ cây vàng đắng [3], [5]. Tuy
nhiên, tỷ lệ berberin trong vàng đắng chỉ chiếm 1,5-3% [4], trong chi hoàng liên chiếm
4-10%. Ví dụ, trong một cây hoàng bá tám tuổi chỉ có thể cho 75 g berberin, ước tính
cần có hơn 53,7 triệu cây hoàng bá được thu hoạch để đáp ứng được nhu cầu 500 tấn
berberin tại Trung Quốc hàng năm [36]. Do đó, phương pháp này không thân thiện với
môi trường và ảnh hưởng nghiêm trọng đến cân bằng sinh thái. Bên cạnh đó, do nguy
cơ khai thác quá mức, hiện nay các loài thực vật này đã được đưa vào Danh lục đỏ Việt
Nam và đối mặt với nguy cơ tiệt chủng không xa [1]. Vì vậy, để kinh tế và thân thiện
1


với môi trường cách tốt nhất để có được berberin là thông qua con đường tổng hợp hóa
học [36].
Tuy nhiên, các phương pháp tổng hợp berberin hiện tại thường phải qua nhiều
giai đoạn phức tạp, sử dụng tác nhân đắt tiền và độc hại. Do đó, chưa cải thiện được vấn
đề kinh tế và môi trường. Xuất phát từ những tiềm năng trong điều trị và nhằm giảm
nguy cơ tuyệt chủng của các loài thực vật trong quá trình chiết xuất, giảm chi phí cũng
như nâng cao hiệu suất tổng hợp berberin, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu
phương pháp mới tổng hợp berberin clorid”. Với mục tiêu sau:

Tổng hợp được berberin clorid bằng phương pháp mới từ 2,3-dimethoxybenzaldehyd.

2


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ BERBERIN
1.1.1. Cấu tạo phân tử
-

Cấu tạo phân tử:
Cl-

-

Tên khoa học: 5,6-dihydro-9,10-dimethoxybenzo[g]-1,3-benzodioxolo[5,6-a]
quinolizini.

-

Công thức phân tử: [C20H18NO4]+. x H2O. Dạng dược dụng được quy định trong các
dược điển:
+ Dược điển Việt Nam V: berberin clorid dihydrat (x = 2) [7].
+ Dược điển Nhật Bản XVII: berberin clorid hydrat (x = 1) [50].
+ Dược điển Anh BP2013: berberin clorid (x = 0) [13].

-

Khối lượng phân tử: 336,36 đvC.
1.1.2. Tính chất hóa lý

1.1.2.1. Tính chất vật lý

-

Tinh thể hay bột kết tinh màu vàng, không mùi, có vị rất đắng [7].

-

Dạng base tan được trong nước, tan ít trong methanol, ethanol, tan kém trong cloroform,
ether [11].

-

Dạng muối clorid tan tốt trong nước nóng, khó tan trong ethanol và nước, tan trong nước
theo tỷ lệ 1/400, rất khó tan trong cloroform, không tan trong ether [7], [11].
1.1.2.2. Tính chất hóa học [2]

-

Hóa tính của nitơ: N của berberin là hydroxyd amoni bậc 4, mang lại tính kiềm cho phân
tử, tạo muối với aicd có loại nước:
[C20H18O4N]+OH- + HCl → [C20H18O4N]+Cl- + H2O

-

Hóa tính của liên kết đôi:

 Berberin dễ tham gia phản ứng cộng nucleophil vào liên kết đôi C=N+
3

 Nhân thơm có chứa N của berberin có thể bị khử bởi các tác nhân khác nhau tạo thành
hydro alcaloid không màu theo sơ đồ hình 1.1.

Hình 1.1. Phản ứng khử berberin
-

Hóa tính của oxy: hóa chức ether có thể thủy phân cho alcol, riêng OH trong hydroxyd
amoni bậc 4: N không bền vững, trong môi trường kiềm dễ hỗ biến mở vòng tạo thành
berberinal (Hình 1.2).

Hình 1.2. Phản ứng mở vòng berberin trong môi trường kiềm
1.1.3. Tác dụng dược lý
1.1.3.1. Tác dụng kháng khuẩn
Berberin có phổ kháng khuẩn rộng, có tác dụng ức chế sự phát triển của nhiều
chủng vi khuẩn gram (-) và gram (+) [52]. Dung dịch berberin clorid, dùng phương pháp
pha loãng trong ống nghiệm, nồng độ 1:32.000 có tác dụng ức chế đối với Streptococcus
hemolyticus, Vibrio cholerae; nồng độ 1:16.000 đối với Staphylococcus aureus; nồng
độ 1:8000 đối với Streptococcus virideus, Shigella dysenteriae, Bacillus subtilis, nồng
độ 1:4000 đối với Bacillus pneumoniae, Bacillus proteus; nồng độ 1:1000 đối với
Bacillus typhi, Bacillus coli [5]. Ngoài ra, berberin cũng ức chế sự phát triển của nấm
Candida albicans, nấm men, các loài ký sinh trùng [16], [55].
1.1.3.2. Tác dụng hạ đường huyết, hạ lipid máu và tác dụng trên hệ tim mạch
Tác dụng hạ đường huyết của berberin bắt đầu được biết đến khi sử dụng để điều
trị tiêu chảy cho bệnh nhân tiểu đường [62]. Berberin đã được thử nghiệm và sử dụng
4


thành công ở chuột mắc tiểu đường gây ra bởi chế độ ăn nhiều chất béo, streptozotocin
[53], ngoài ra còn được thử nghiệm trong điều trị đái tháo đường ở người [59], [61].

Điều trị đái tháo đường type 2 ở chuột cho thấy berberin giúp hạ đường huyết và
lipid huyết thanh lúc đói. Nghiên cứu của Y. Jun và các cộng sự thực hiện tại Khoa Nội
tiết, bệnh viện Tân Hoa, Thượng Hải đã chứng minh được rằng berberin có tác dụng hạ
đường huyết ở bệnh nhân đái tháo đường type 2 tương đương metfomin [59]. Berberin
giúp làm tăng tác dụng của metfomin và THZ, do đó, có thể được dùng thay thế một
phần các thuốc này trong quá trình điều trị nhằm giúp giảm độc tính và tác dụng phụ
[43].
Một thử nghiệm trên 116 bệnh nhân điều trị đái thóa đường type 2 và rối loạn
lipid máu của Z. Yifei, L. Xiaoying cũng cho thấy được khả năng hạ glucose huyết tương
lúc đói, hạ HbA1c, triglycerid, LDL-c và cholesterol toàn phần. Bên cạnh đó, trong thời
gian nghiên cứu, tất cả các tác dụng phụ do berberin gây ra đều được ghi nhận và kết
quả cho thấy không có một tác dụng phụ nghiêm trọng nào xảy ra [62].
Tác dụng hạ đường hyết của berberin dựa trên nhiều cơ chế khác nhau như: ức
chế aldose reductase [56], ngăn ngừa kháng insulin thông qua protein kinase C [30] ,
bảo vệ và phục hồi tế bào β đảo tụy, tăng cường biểu hiện mARN insulin receptor, hoạt
hóa insulin receptor [61], ức chế foxo1 nhờ đó có thể cải thiện chuyển hóa ở gan trong
quá trình kháng insulin và hội chứng chuyển hóa [48]. Ngoài ra, berberin còn ức chế
gen tân tạo glucose và ức chế men disacaridase đường ruột.
Berberin làm giảm LDL-c do ức chế PCSK9, một chất ức chế tự nhiên của LDL
receptor [34] và tăng biểu hiện của LDL receptor ở gan, thông qua con đường truyền tín
hiệu kinase điều hòa tín hiệu ngoại bào [9], ức chế sự hấp thu cholesterol [55]. Không
chỉ vậy, berberin còn kích hoạt AMP dẫn đến kích hoạt protein kinase (AMPK) [51],
đặc biệt điều chỉnh tín hiệu kinase ngoại biên [15], do đó, đóng một vai trò quan trọng
trong quá trình chuyển hóa glucose và lipid [31], [32].
Berberin còn ức chế các cytokin tiền viêm [22] và làm giảm biểu hiện của MMP9 và Emmprin [20] vì thế có lợi cho sức khỏe tim mạch [60]. Ở liều thấp, berberin làm
tim hưng phấn, làm giãn động mạch và hạ huyết áp [5]. Qua đó, cho thấy được hiệu quả,
an toàn và tiềm năng to lớn của berberin trong điều trị bệnh đái tháo đường, rối loạn
lipid máu và tim mạch.
5

1.1.3.3. Ung thư
Các nhà khoa học gần đây đặc biệt quan tâm đến hoạt động chống ung thư của
berberin [49], Các nghiên cứu invitro và invivo đã cho thấy berberin có tác dụng ức chế
sự phát triển của nhiều loại khối u, bao gồm ung thư vú [29], ung thư bạch cầu, khối u
ác tính [47], ung thư gan [18], ung thư biểu mô lưỡi, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư
biểu mô dạ dày… [38].
Nghiên cứu của L. Jin và các cộng sự trong việc phối hợp sử dụng berberin cùng
với thuốc đối kháng thụ thể estrogen trong điều trị ung thư vú cho thấy sự kết hợp này
mang đến tác dụng ức chế hiệp đồng giúp ngăn chặn quá trình nhân lên của các tế bào
MCF-7, làm giảm đáng kể EGFR (giảm 16 lần), HER2, Bcl-2, COX-2, FLIP, cyclinD1, tollip, làm tăng INF-β và p21 trong các tế bào MCF-7 [37].
Berberin có tác dụng này chủ yếu dựa vào sự tương tác với ADN, ARN làm ảnh
hưởng tới quá trình phiên mã của một số gen liên quan đến ung thư. Berberin có khả
năng ức chế sự hình thành mạch và điều chỉnh Mcl-1, Bcl-xL, cyclooxygenase COX-2,
MDR, yếu tố hoại tử khối u TNF-α và IL-6, iNOS, IL-12, phân tử bám dính giữa các tế
bào và ELAM-1, MCP-1 và CINC-1, cyclin D1 [27], protein hoạt hóa (AP-1), HIF-1,
PPAR- và topoisomerase II [46]. Ngoài ra, theo nghiên cứu của K. P. Manoj và các cộng
sự năm 2008 cũng cho thấy rằng berberin còn ức chế hoạt hóa NF-kB gây ra bởi các tác
nhân gây viêm và gây ung thư khác nhau, ức chế sự thoái hóa và phosphoryl hóa phụ
thuộc TNF-α, kìm hãm sự biểu hiện của TNF-α kèm theo các sản phẩm gen chống ung
thư, hạn chế tăng sinh và di căn, hoạt hóa IkBα kinase, tăng cường apoptosis gây ra bởi
TNF-α và các tác nhân hóa trị liệu [41]. Những cơ chế này đã mở ra những con đường
mới trong hóa trị liệu điều trị ung thư. Berberin 300 mg uống ngày 3 lần làm giảm đáng
kể tỷ lệ mắc và mức độ nghiêm trọng của các triệu chứng đường ruột cấp tính do bức xạ
như buồn nôn, viêm đại tràng, nôn mửa, tiêu chảy… ở những bệnh nhân xạ trị vùng
bụng hoặc toàn bộ vùng chậu [33].
1.1.4. Các phương pháp tổng hợp berberin
1.1.4.1. Phương pháp tổng hợp từ homopiperonylamin (6)

6

Phần lớn các quy trình tổng hợp berberin đều đi qua chất trung gian amin 6. Đây
là một mắt xích quan trọng trong tổng hợp các alcaloid nói chung và berberin nói riêng
[12].
a. Phương pháp của Amé Pictet và Alfons Gams – 1911 [63]
Năm 1911, Amé Pictet và Alfons Gams đã đưa ra quy trình tổng hợp berberin từ
hợp chất 6 qua 4 phản ứng theo sơ đồ sau.

Hình 1.3. Sơ đồ tổng hợp berberin của Amé Pictet và Alfons Gams
Quy trình tổng hợp:
dimethoxyphenyl)acetyl

chlorid

Ngưng tụ homopiperonylamin (6) với 2-(3,4(5)

trong

môi

trường

kiềm

thu

được

homoveratroylhomopiperonylamin (7). Đun hồi lưu 7 với P2O5 trong nửa giờ tạo thành

8. Khử hóa 8 bằng thiếc trong HCl thu được 9. Ngưng tụ 9 với formadehyd rồi xử lý
7


bằng HCl thu được tinh thể màu vàng. Sau đó, cho phản ứng với brom trong dung dịch
cacbon disulfid tạo thành berberin (1).
Tuy nhiên, phương pháp này có tính chọn lọc thấp hơn trong phản ứng đóng vòng
khi tạo 1 [64]. Sản phẩm thu được là pseudoberberin [14]. Do đó, hiệu suất toàn quá
trình thấp và chi phí cao.
b. Phương pháp của T. Kametani, I. Noguchi, K. Saito, S. Kaneda (1969) [24]
Năm 1969, T. Kametani và các cộng sự đưa ra quy trình tổng hợp berberin iodid
từ hợp chất 6 theo sơ đồ hình 1.4. Tuy nhiên, hiệu suất toàn quy trình chỉ đạt 3%.

Hình 1.4. Sơ đồ tổng hợp berberin của T. Kametani và cộng sự
Điều kiện phản ứng: (a) 170 – 180oC, 4h; (b) POCl3/Benzen, NaBH4; (c)
HCl/Ethanol, 3h; (d) HCHO, HCl đặc/Methanol, 3h; (e) Zn/NaOH, 2h; (f) CH2N2, 48h;
(g) I2, 1h.

8


Quy trình tổng hợp: Đun nóng 6 với methyl-5-benzyloxy-2-bromo-4methoxyphenylacetat (11) ở 170 – 180oC trong 4h thu được 12 có màu vàng nhạt. Đun
hồi lưu 12 với POCl3 trong benzen khan trong 2h rồi khử hóa bằng NaBH4 thu được 13.
Loại nhóm bezyl của 13 bằng HCl đặc trong EtOH được 14. Đun hồi lưu trong 3h hỗn
hợp của 14, HCHO và HCl đậm đặc trong methanol. Sau đó kiềm hóa bằng amoniac thu
được 15. Cho 15 phản ứng với Zn trong môi trường kiềm và methyl hóa bằng
diazomethan ở nhiệt độ phòng trong 2 ngày thu được 17. Xử lý 17 với I2 thu được
berberin iodid.
c. Phương pháp của Nhà máy dược phẩm Đông Bắc NEGPF (1980) [36]
Năm 1980, lầm đầu tiên berberin được tổng hợp ở quy mô công nghiệp tại Nhà

máy dược phẩm Đông Bắc, Trung Quốc. Theo đó, hợp chất trung gian amin 6 được
tổng hợp đi từ nguyên liệu ban đầu là phenol qua 12 phản ứng và berberin được tổng hợp
theo sơ đồ sau.

Hình 1.5. Sơ đồ tổng hợp berberin clorid của NEGPF
Điều kiện phản ứng: (a) 2,3-dimethoxybenzaldehyd, H2/Ni, EtOH; (b)
HCl/EtOH, pH 3-3,5; (c) oxalaldehyd, CuSO4, NaCl, Ac2O, AcOH; (d) CaO/H2O, pH
8-8,5; (e) HCl/H2O, pH 1-2.

9


Quy trình tổng hợp: Clo hóa phenol (19) bằng khí Cl2 trong benzen ở 24-28oC
rồi thủy phân thu được catechol (22). Cho 22 phản ứng với NaOH tạo thành natri
catechol, thêm DCM ở 110-115oC tạo thành 23. Chloromethyl hóa 23 bằng 1,3,5trioxan, HCl được 24. Cho 24 tác dụng với hexamethylentetramin được muối hexamin
25 rồi khử bằng acid acetic ở 100-102oC thu được piperonal (26). Tiến hành phản ứng
Darzen giữa 26 với ClCH2CO2CH3 trong môi trường kiềm tạo thành 27. Thủy phân 27
với NaOH thu được 28, sau đó khử hóa 28 bằng AcOH ở 45oC được 29. Ngưng tụ 29
với NH3 và khử hóa thu được 6. Ngưng tụ 6 với 2,3-dimethoxybenzaldehyd, khử bằng
H2, xúc tác Ni và acid hóa bằng HCl trong ethanol cho 32. Muối hydroclorid 32 tham
gia phản ứng đóng vòng với glyoxal, CuSO4 được 33. Loại bỏ đồng bằng CaO, sau đó
tạo muối với HCl thu được 1.
Phương pháp của NEGPF giúp tổng hợp được berberin có độ tinh khiết cao (trên
99%) so với phương pháp chiết xuất truyền thống (97%). Tuy nhiên, vẫn có những
nhược điểm như năng suất thấp (chỉ đạt 15%), chi phí cao, các bước tổng hợp phức tạp
(qua 17 bước), một số dung môi như benzen, dimethyl sulfoxid không những gây ô
nhiễm môi trường nghiêm trọng mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe của người thực hiện.
Do đó, phương pháp này đã ngừng lại vào năm 1994 [36], [68].
d. Phương pháp của S. Chen, W. Lin (1981)
Để rút ngắn gian đoạn tổng hợp 6 từ 24 do NEGPF đề ra, S. Chen, W. Lin và các

cộng sự đã nghiên cứu đưa ra một quy trình tổng hợp berberin clorid mới. Theo đó, quy
trình chuyển 24 thành homopiperonylamin 6 chỉ còn lại 2 giai đoạn (thế SN2 và hydro
hóa) như sơ đồ sau [36], [68].

Hình 1.6. Sơ đồ tổng hợp 6 từ 24 theo S. Chen, W. Lin

10


Mặc dù quy trình tổng hợp được rút ngắn và giúp tăng năng suất tổng hợp
berberin. Tuy nhiên, phương pháp vẫn gặp phải những nhược điểm tương tự phương
pháp của NEGPF và năng suất toàn quy trình chỉ đạt 26%.
Sau đó, nhằm cung cấp một phương pháp mới để tổng hợp berberin và muối của
nó, khắc phục những nhược điểm về năng suất, chi phí và ô nhiễm môi trường, phương
pháp này tiếp tục được cải tiến, đi từ nguyên liệu ban đầu là catechol (22) (hình 1.8).

Hình 1.7. Sơ đồ cải tiến của S. Chen, W. Lin
Quy trình tổng hợp: Cho 22 phản ứng với NaOH tạo thành natri catechol , thêm
DCM, Bu4NBr duy trì ở 90-100oC trong 2h tạo thành 23 với hiệu suất 91%.
Chloromethyl hóa 23 với 1,3,5-trioxan, HCl, PCl3 ở nhiệt độ 79-90oC thu được 24. Sau
đó, 24 tiếp tục qua 2 giai đoạn thế SN2 và hydro hóa như sơ đồ hình 1.7 để thu được 6.
Ngưng tụ 6 với 2,3-dimethoxybenzaldehyd rồi khử hóa bằng H2 được 31, hiệu suất 88%.
Đun hồi lưu Ac2O, AcOH, CuCl2, NaCl với glyoxan trong 20-40 phút, để nguội đến
90oC, thêm 31 và tiếp tục đun hồi lưu trong 1,5-2,5h, hỗn hợp phản ứng sau đó được xử
lý với NH3 để loại bỏ đồng trong 2-3h thu được berberin (1).
Phương pháp cải tiến đã loại bỏ được một số dung môi như dimethyl sulfoxid,
benzen, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, việc loại bỏ đồng sau phản ứng bằng
amoniac dễ dàng hơn canxi oxid... Nhờ đó, giúp tăng sản lượng của quá trình so với quy
trình ban đầu (tăng hơn 20%), giảm đáng kể chi phí nguyên liệu [42], [46].
11

e. Phương pháp của Z. X. Chen (2007) [36], [64]
Z. X. Chen và cộng sự của dược phẩm Changzhou Yabang, Trung Quốc đã phát
triển một quy trình mới tổng hợp berberin vào năm 2007. Với mục tiêu khắc phục những
thiếu sót trong các quy trình tổng hợp trước đó, giảm chi phí, đơn giản, dễ sản xuất trong
công

nghiệp.

Phương

pháp

này

lấy

homopiperonylamin

(6)

và

2,3-

dimethoxylphenylmethanol (35) làm nguyên liệu ban đầu để tổng hợp beberin qua 6
phản ứng, cụ thể là methyl hóa, chloromethyl hóa, cyanid hóa, ester hóa, ngưng tụ và
phản ứng đóng vòng theo sơ đồ sau:

Hình 1.8. Sơ đồ tổng hợp berberin của Z. X. Chen

12


Quy trình tổng hợp: Methyl hóa 35 bằng dimethyl sulfat trong dung dịch NaOH
30% ở 80°C thu được 36. Dung dịch 36 trong toluen được thêm từ từ vào hỗn hợp
paraformaldehyd và HCl ở 30°C thu được 37. Thế -Cl của 37 bằng -CN nhờ NaCN với
xúc tác tetrabutylammoni bromid ở 100oC, sau đó ester hóa với methanol trong H2SO4
đặc thu được 39. Tiến hành ngưng tụ 39 với homopiperonylamin (6) ở 170oC được 40.
PCl5 được thêm vào dung dịch của 40 trong DCM, tiến hành phản ứng đóng vòng ở
40°C trong thời gian 72h, xử lý và thu được berberin (1).
Phương pháp của Z. X. Chen có nhiều ưu điểm như nguyên liệu ban đầu có sẵn,
chi phí đầu vào thấp, hiệu suất cao. Hiệu suất mỗi giai đoạn đạt trên 90% và hiệu suất
toàn quy trình đạt 67%. Do đó, phù hợp với sản xuất công nghiệp.
g. Phương pháp của C. Chen, Z. Luo, H. Yang (2016)
Dựa trên đường Hoffman cổ điển vào năm 2016, C. Chen, Z. Luo, H. Yang, của
Đại học Kỹ thuật hóa học- Bảo vệ môi trường và Đại học Quốc gia Tây Nam, Trung
Quốc đã đề xuất một con đường mới tổng hợp berberin clorid (1) gồm 9 phản ứng qua
trung gian homopiperonylamin (6). Sử dụng catechol làm nguyên liệu ban đầu theo sơ
đồ [67].

13


Hình 1.9. Sơ đồ tổng hợp berberin clorid của C. Chen và cộng sự
Điều kiện phản ứng: (a) DCM, DMSO, NaOH, 80℃, 4h, 83.9%; (b) (CH2O)n,
HCl, PhCH3, 0-5℃, 9h, 63.1%; (c) C2H5ONa, CH2(COOC2H5)2, 60℃, 9h, 99.1%; (d)
NaOH, HCl, hồi lưu, 6h, 75.3%; (e) C6H5Cl, 130℃, 5h, 79.4%; (f) HCONH2, 180℃, 8h,
79.0%;

(g)

NaOCl,

C2H5OH,

NaOH,

0-80℃,

24h,

93.2%;

(h)

2,3-

dimethoxybenzaldehyd, CH3OH, NaBH4, 70-105oC, 10.5h, 95.7%; (i) HCOOH,
glyoxal, CuSO4, 60oC, 4.5h, 60%.
Quy trình tổng hợp: Cho 22 phản ứng với DCM trong môi trường kiềm ở 80oC
sau 4h thu được 23. Chloromethyl hóa 23 bằng paraformaldehyd trong môi trường acid
ở 0-5oC được 24. Sau đó, 24 phản ứng với diethyl malonat dưới tác động của C2H5ONa
theo cơ chế thế ái nhân thu được 41. Hợp chất 41 tiếp tục được thủy phân và decarboxyl
hóa thu được 43. Acyl hóa 43 với tác nhân formamid ở 180oC trong 8h được 44. Tiến
hành phản ứng thoái phân amid 44 kiểu Hofmann với tác nhân NaOCl trong môi trường
kiềm thu được homopiperonylamin (6). Ngưng tụ 6 với 2,3-dimethoxybenzaldehyd rồi
khử hóa bằng NaBH4 được 31. Cho 31 tham gia phản ứng đóng vòng với glyoxal, acid
formic và đồng sulfat ở 60oC, cuối cùng acid hóa bằng HCl đặc thu được berberin clorid

(1).

14