LUẬN án TIẾN sĩ dược học FULL (CND và BC) tổng hợp hydroxyalkyl β cyclodextrin ứng dụng làm tá dược tăng độ tan trong bào chế thuốc

i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

ĐẠI HỌC Y DƯỢC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TỔNG HỢP HYDROXYALKYL-β-CYCLODEXTRIN
ỨNG DỤNG LÀM TÁ DƯỢC TĂNG ĐỘ TAN
TRONG BÀO CHẾ THUỐC
Chuyên ngành: Công nghệ dược
phẩm Mã số: 62730101

LUẬN ÁN TIẾN SĨ DƯỢC HỌC

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Đặng Văn Tịnh
2. PGS.TS. Huỳnh Văn Hóa

TP. Hồ Chí Minh


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong
luận án là trung thực và chƯa từng đƯợc ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào
khác.

3

MỤC
LỤC

Trang

Trang phụ bìa
Lời cam đoan
MỤC LỤC....................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT.............................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG...........................................................................................ix
DANH MỤC CÁC HÌNH.........................................................................................xiii
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ...................................................................................xiv
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ........................................................................................xvi
ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU...................................................................... 3
1.1. Tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD)............................................. 3
1.2. Tổng hợp 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (HBβCD)............................................. 13
1.3. Tối Ưu hóa các thông số của phản ứng tổng hợp................................................... 14
1.4. Phức thuốc-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (thuốc-HPβCD).................................. 15
1.5. Phức thuốc-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (thuốc-HBβCD).................................... 25
1.6. Các hoạt chất đƯợc ứng dụng để tạo phức với 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin
và 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin........................................................................ 26
CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................31
2.1. Đối tƯợng, hóa chất, dung mơi, ngun liệu, trang thiết bị............................. 31
2.1.1. Đối tƯợng nghiên cứu........................................................................................ 31
2.1.2. Hóa chất, dung mơi, nguyên liệu, máy, thiết bị dùng cho tổng hợp,
điều chế.............................................................................................................. 31
2.1.3. Tối Ưu hóa qui trình tổng hợp và xử lý thống kê với sự trợ giúp

của phần mềm:................................................................................................... 33
2.2. PhƯơng pháp nghiên cứu................................................................................... 33
2.2.1. Tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD)........................................ 33
2.2.2. Tổng hợp 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (HBβCD).......................................... 40


2.2.3. Điều chế phức rutin-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (R-HPβCD).......................42
2.2.4. Điều chế phức rutin-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (R-HBβCD).........................46
2.2.5. So sánh độ hòa tan, độ tan của rutin trong phức R-HBβCD
và rutin trong phức R-HPβCD........................................................................... 47
2.2.6. Điều chế phức itraconazol-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (ITZ-HPβCD)..........47
2.2.7. Điều chế phức itraconazol-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (ITZ-HBβCD)............49
2.2.8. So sánh độ hòa tan, độ tan của itz trong phức ITZ-HBβCD
và itz trong phức ITZ-HPβCD........................................................................... 50
2.2.9. Điều chế phức meloxicam-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (ME-HPβCD)..........50
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.................................................................. 53
3.1. Tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD)........................................... 53
3.2. Tổng hợp 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (HBβCD)............................................. 65
3.3. Điều chế phức rutin-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (R-HPβCD)..........................75
3.4. Điều chế phức rutin-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (R-HBβCD)............................82
3.5. So sánh độ hòa tan, độ tan của rutin trong phức R-HBβCD
và rutin trong phức R-HPβCD............................................................................... 86
3.6. Điều chế phức itraconazol-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (ITZ-HPβCD).............88
3.7. Điều chế phức itraconazol-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (ITZ-HBβCD)...............93
3.8. So sánh độ hòa tan, độ tan của itz trong phức ITZ-HBβCD
và itz trong phức ITZ-HPβCD............................................................................... 98
3.9. Điều chế phức meloxicam-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (ME-HPβCD)...........100
CHƯƠNG 4. BÀN LUẬN........................................................................................ 106
4.1. Tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin......................................................... 106
4.2. Tổng hợp 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin............................................................ 120

4.3. Điều chế phức R-HPβCD.................................................................................... 124
4.4. Điều chế phức R-HBβCD.................................................................................... 150
4.5. So sánh độ hòa tan, độ tan của rutin trong phức R-HBβCD
và rutin trong phức R-HPβCD............................................................................. 151


4.6. Điều chế phức ITZ-HPβCD................................................................................. 151
4.7. Điều chế phức ITZ-HBβCD................................................................................. 156
4.8. So sánh độ hòa tan, độ tan của itz trong phức ITZ-HBβCD
và itz trong phức ITZ-HPβCD.............................................................................. 132
4.9. Điều chế phức ME-HPβCD................................................................................. 132
KẾT LUẬN............................................................................................................... 161
KIẾN NGHỊ.............................................................................................................. 162
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CƠNG BỐ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu, từ viết tắt

Chữ đầy đủ và nghĩa tiếng Việt

AUC

Area Under the Curve (Diện tích dưới đường cong)

BP

British Pharmacopoeia (Dược điển Anh)

CE

Complexation Efficiency (Hiệu quả tạo phức)

Cmax

Nồng độ tối đa

COSY

Correlation Spectroscopy: (Phổ COSY)

d

Doublet (Mũi đôi)

dd

Doublet of doublets (Mũi đôi-đôi)

DĐVN

DƯợc điển Việt nam

DEPT

Distortionless Enhancement by Polarization Transfer (Phổ
DEPT)

dm

Dung môi

DMF

Dimethylformamid

DMSO

Dimethylsulfoxyd

DS

Degree of Substitution (Độ thế)

DSC

Differential Scanning Calorimetry (Phân tích nhiệt vi sai)

Eur. Ph

European Pharmacopoeia (Dược điển Châu Âu)

HBβCD

2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin

HMBC

Heteronuclear Multiple Bond Coherence (Phổ HMBC)

HPLC

High Performance Liquid Chromatography (Sắc ký lỏng hiệu
năng cao)

HPβCD

2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin

HSQC

Heteronuclear Single Quantum Correlation (Phổ HSQC)

IR

Infrared (Hồng ngoại)

Itz

Itraconazol


vii

ITZ-HBβCD

Phức itraconazol-hydroxybutyl-β-cyclodextrin

ITZ-HPβCD

Phức itraconazol-hydroxypropyl-β-cyclodextrin

J

Hằng số ghép

K1:1

Hằng số cân bằng (Hằng số bền của phức chất)

kDa

Kilodalton (Đơn vị đo khối lượng phân tử)

kl/tt

Khối lƯợng/thể tích

m

Multiplet (Mũi đa)

ME

Meloxicam

m/z

Tỷ lệ khối lƯợng trên điện tích của ion

ME-HPβCD

Phức

MS

Mass Spectroscopy (Phổ khối)

ms

Molar substitution (Mức độ thay thế phân tử)

NMR

Nuclear Magnetic Resonance (Cộng hưởng từ hạt nhân)

NOESY

Nuclear Overhauser Enhancement Spectroscopy (Phổ NOESY)

pic

Đỉnh, (Mũi)

ppm

Part per million (Phần triệu)

R-HBβCD

Phức rutin-hydroxybutyl-β-cyclodextrin

R-HPβCD

Phức rutin-hydroxypropyl-β-cyclodextrin

ROESY

Rotating-Frame Overhauser Enhancement Spectroscopy (Phổ

meloxicam-hydroxypropyl-β-cyclodextrin

ROESY)
RSD

Relative Standard Deviation (Độ lệch chuẩn tương đối)

s

Singlet (Mũi đơn)

SD

Standard Deviation (Độ lệch chuẩn)

SEM

Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét)

t

Triplets (Mũi ba)

TCCS

Tiêu chuẩn cơ sở

TCNSX

Tiêu chuẩn nhà sản xuất

TLC

Thin Layer Chromatography (Sắc ký lớp mỏng)


8

Tmax

Thời gian đạt nồng độ tối đa

TT

Thuốc Thử

tt

Thể tích

USP-NF

The United States Pharmacopoeia and The National Formulary
(Dược điển và Dược thư Hoa kỳ)

UV

Ultraviolet (Tử ngoại)

X

Giá trị trung bình

βCD

Beta Cyclodextrin


9

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Danh mục nguyên liệu và hóa chất dùng cho tổng hợp................................ 31
Bảng 2.2. Danh mục nguyên liệu dùng cho điều chế phức........................................... 31
Bảng 2.3. Danh mục hóa chất dùng cho phân tích, kiểm nghiệm................................. 32
Bảng 2.4. Danh mục máy, thiết bị................................................................................. 32
Bảng 3.1. Ảnh hƯởng của nồng độ NaOH đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HPβCD......................................................................................... 54

Bảng 3.2. So sánh phổ IR của HPβCD tổng hợp và HPβCD thƯơng mại....................54
1

13

Bảng 3.3. So sánh độ dịch chuyển hóa học phổ H và C-NMR của HPβCD
tổng hợp và HPβCD thƯơng mại................................................................ 55
Bảng 3.4. Ảnh hƯởng của vận tốc khuấy đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HPβCD......................................................................................... 56
Bảng 3.5. Ảnh hƯởng của nhiệt độ đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HPβCD......................................................................................... 56
Bảng 3.6. Ảnh hƯởng của thời gian đến hiệu suất và DS của phản ứng tổng hợp HPβCD
......................................................................................................................

57

Bảng 3.7. Mã hóa các yếu tố biến thiên khảo sát qui trình tổng hợp HPβCD...............58
Bảng 3.8. Bố trí thí nghiệm Box-Behnken mức cơ bản kiểu bề mặt đáp ứng
và kết quả hiệu suất và DS của qui trình tổng hợp HPβCD.........................59
Bảng 3.9. Hiệu suất và DS của 3 phản ứng tổng hợp HPβCD ở điều kiện tối Ưu........60
Bảng 3.10. Sản phẩm của phản ứng tổng hợp HPβCD với tỷ lệ mol
βCD : 1,2-propylen oxid khác nhau............................................................. 61
Bảng 3.11. Hiệu suất và DS của phản ứng tổng hợp HPβCD cỡ lô kg.........................62
Bảng 3.12. Kết quả kiểm nghiệm của HPβCD tổng hợp.............................................. 63
Bảng 3.13. Độ ổn định của HPβCD tổng hợp............................................................... 64
Bảng 3.14. Công thức (cho một lô) tổng hợp HPβCD.................................................. 64


Bảng 3.15. Ảnh hƯởng của nồng độ NaOH đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HBβCD......................................................................................... 66

Bảng 3.16. Ảnh hƯởng của vận tốc khuấy đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HBβCD......................................................................................... 67
Bảng 3.17. Ảnh hƯởng của nhiệt độ đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HBβCD......................................................................................... 68
Bảng 3.18. Ảnh hƯởng của thời gian đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HBβCD......................................................................................... 68
Bảng 3.19. Mã hóa các yếu tố biến thiên khảo sát của phản ứng tổng hợp HBβCD.....69
Bảng 3.20. Bố trí thí nghiệm Box-Behnken mức cơ bản kiểu bề mặt đáp ứng
và kết quả hiệu suất và DS của qui trình tổng hợp HBβCD......................... 70
Bảng 3.21. Hiệu suất và DS của 3 phản ứng tổng hợp HBβCD ở điều kiện tối Ưu......71
Bảng 3.22. Sản phẩm HBβCD với tỷ lệ mol βCD : 1,2-butylen oxid khác nhau..........72
Bảng 3.23. Hiệu suất và DS của phản ứng tổng hợp HBβCD cỡ lô kg.........................72
Bảng 3.24. Kết quả kiểm nghiệm của HBβCD tổng hợp.............................................. 73
Bảng 3.25. Độ ổn định của HBβCD tổng hợp.............................................................. 74
Bảng 3.26. Công thức (cho một lô) tổng hợp HBβCD.................................................. 74
Bảng 3.27. TƯơng quan giữa nồng độ và độ hấp thụ phổ UV của dung dịch
rutin chuẩn ở 362,5 nm................................................................................ 75
Bảng 3.28. Độ chính xác của quy trình định lƯợng rutin trong phức R-HPβCD..........76
Bảng 3.29. Độ tan của rutin trong dung dịch HPβCD nồng độ từ 0 - 10 mmol............76
Bảng 3.30. Độ tan của rutin trong phức R-HPβCD với các tỷ lệ mol khác nhau..........77
Bảng 3.31. Độ hòa tan của rutin và rutin trong phức R-HPβCD điều chế
bằng phƯơng pháp nghiền Ướt và đồng bay hơi dung môi.........................79
Bảng 3.32. Độ tan của rutin và rutin trong phức R-HPβCD điều chế bằng
phƯơng pháp đồng bay hơi dung môi......................................................... 80
Bảng 3.33. Biện giải phổ IR của rutin, HPβCD và phức R-HPβCD............................. 81
Bảng 3.34. Độ tan của rutin trong dung dịch HBβCD nồng độ từ 0 - 10 mmol............83


Bảng 3.35. Độ hòa tan của rutin và rutin trong phức R-HBβCD điều chế
bằng phƯơng pháp nghiền Ướt và đồng bay hơi dung môi.........................84

Bảng 3.36. Độ tan của rutin và rutin trong phức R-HBβCD điều chế
bằng phƯơng pháp đồng bay hơi dung môi................................................ 85
Bảng 3.37. Biện giải phổ IR của rutin, HBβCD và phức R-HBβCD............................85
Bảng 3.38. So sánh độ hòa tan của rutin trong phức R-HBβCD và rutin
trong phức R-HPβCD.................................................................................. 86
Bảng 3.39. So sánh độ tan của rutin trong phức R-HBβCD và rutin
trong phức R-HPβCD điều chế bằng phƯơng pháp đồng bay hơi dung
môi87 Bảng 3.40. Độ tan của itz trong dung dịch HPβCD nồng độ từ 0 - 40 mmol....89
Bảng 3.41. Độ hòa tan của itz và itz trong phức ITZ-HPβCD điều chế bằng phƯơng
pháp nghiền Ướt và đồng bay hơi dung môi với các tỷ lệ mol khác nhau ...
90
Bảng 3.42. Độ tan của itz và itz trong phức ITZ-HPβCD điều chế bằng phƯơng pháp
đồng bay hơi dung môi với các tỷ lệ mol khác nhau...................................91
Bảng 3.43. Biện giải phổ IR của itz, HPβCD và phức ITZ-HPβCD............................. 92
Bảng 3.44. Độ tan của itz trong dung dịch HBβCD nồng độ từ 0 - 40 mmol...............94
Bảng 3.45. Độ hòa tan của itz và itz trong phức ITZ-HBβCD điều chế bằng phƯơng
pháp nghiền Ướt và đồng bay hơi dung môi với các tỷ lệ mol khác nhau...95
Bảng 3.46. Độ tan của itz và itz trong phức ITZ-HBβCD điều chế bằng phƯơng pháp
đồng bay hơi dung môi................................................................................ 96
Bảng 3.47. Biện giải phổ IR của itz, HBβCD và phức ITZ-HBβCD............................97
Bảng 3.48. So sánh độ hòa tan của itz trong phức ITZ-HBβCD và itz trong phức itzHPβCD............................................................................................................... 98
Bảng 3.49. So sánh độ tan của itz trong phức ITZ-HBβCD và itz trong phức
ITZ-HPβCD điều chế bằng phƯơng pháp đồng bay hơi dung môi.............99
Bảng 3.50. Độ tan của ME trong dung dịch HPβCD nồng độ từ 0 - 48 mmol............101
Bảng 3.51. Độ hòa tan của ME và ME trong phức ME-HPβCD điều chế bằng
phƯơng pháp nghiền Ướt và đồng bay hơi dung môi................................ 102


xii

Bảng 3.52. Độ tan của ME và ME trong phức ME-HPβCD điều chế bằng
phƯơng pháp nghiền Ướt và đồng bay hơi dung môi................................ 103
Bảng 3.53. Biện giải phổ IR của ME, HPβCD và phức ME-HPβCD.........................104
Bảng 4.1. Dữ liệu phổ NMR của βCD đo trong D2O.................................................. 109
Bảng 4.2. Dữ liệu phổ NMR của HPβCD thƯơng mại đo trong D2O.........................110
Bảng 4.3. Dữ liệu phổ NMR của HPβCD tổng hợp đo trong D2O..............................111
Bảng 4.4. So sánh các chỉ số kỹ thuật của HPβCD tổng hợp và HPβCD thƯơng mại
115 Bảng 4.5. Phổ khối của HPβCD tổng hợp vùng từ 1000 đến 2000 m/z...............140
Bảng 4.6. Dữ liệu phổ NMR của HBβCD tổng hợp đo trong D2O.............................121
Bảng 4.7. Phổ khối của HBβCD tổng hợp vùng từ 1000 đến 2000 m/z......................123
Bảng 4.8. Phổ khối của HBβCD vùng từ 100 đến 1000 m/z....................................... 146
1

Bảng 4.9. Các tín hiệu H-NMR xác định đƯợc của rutin tự do và rutin
trong phức R-HPβCD đo trong DMSO..................................................... 126
Bảng 4.10. Độ dịch chuyển hóa học của các nhóm OH của rutin tự do
và rutin trong phức R-HPβCD................................................................... 149
1

Bảng 4.11. Các tín hiệu H-NMR xác định đƯợc của rutin tự do và rutin
trong phức R-HBβCD đo trong DMSO..................................................... 150
Bảng 4.12. Độ dịch chuyển hóa học của các nhóm OH của rutin tự do
và rutin trong phức R-HBβCD.................................................................. 151
1

Bảng 4.13. Dữ liệu phổ H-NMR của itz và phức ITZ-HPβCD đo trong DMSO.......153
1

Bảng 4.14. Dữ liệu phổ H-NMR của itz và phức ITZ-HBβCD đo trong DMSO......156
1

Bảng 4.15. Dữ liệu phổ H-NMR của ME và phức ME-HPβCD đo trong DMSO.....158


13

DANH MỤC CÁC
HÌNH

Trang

Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo của HPβCD (a) và gốc thế (b)........................................... 3
Hình 1.2. Mơ hình một phân tử HPβCD......................................................................... 4
Hình 1.3. Cơng thức cấu tạo của beta cyclodextrin (a) và 1 đơn vị glucopyranose (b) ..
5 Hình 1.4. Đặc điểm cấu tạo của βCD.......................................................................... 6
Hình 1.5. Công thức cấu tạo của HBβCD (a) và gốc thế (b)......................................... 13
Hình 1.6. Cơng thức cấu tạo của rutin.......................................................................... 26
Hình 1.7. Cơng thức cấu tạo của itraconazol............................................................... 27
Hình 1.8. Cơng thức cấu tạo của meloxicam................................................................ 29
Hình 2.1. Bố trí thí nghiệm kiểu thiết kế bề mặt đáp ứng (DOE)................................. 37
Hình 3.1. Sắc ký đồ của HPβCD tổng hợp so với βCD (a) và so với
HPβCD thƯơng mại (b)................................................................................ 53
Hình 3.2. Sắc ký đồ của HBβCD tổng hợp (2) so với βCD (1)..................................... 66
Hình 3.3. Cấu trúc dự đốn của phức bao giữa rutin và HPβCD theo tỷ lệ mol 1 : 1...
82 Hình 3.4. Cấu trúc dự đốn của phức bao giữa itz và HPβCD theo
tỷ lệ mol 1 : 1 (a); 1 : 2 (b) và 1 : 3 (c).......................................................... 93
Hình 3.5. Cấu trúc dự đốn của phức bao giữa ME và HPβCD.................................. 105
Hình 4.1. Các vị trí phản ứng của 1 đơn vị glucopyranose trong phân tử βCD..........106

14

DANH MỤC CÁC BIỂU
ĐỒ
Trang
Biểu đồ 1.1. Pha hòa tan theo Higuchi và Connors....................................................... 17
Biểu đồ 3.1. Ảnh hƯởng của vận tốc khuấy đến hiệu suất và DS
của phản ứng tổng hợp HPβCD................................................................... 56
Biểu đồ 3.2. Ảnh hƯởng của nhiệt độ đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HPβCD......................................................................................... 57
Biểu đồ 3.3. Ảnh hƯởng của thời gian đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HPβCD......................................................................................... 57
Biểu đồ 3.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất và DS vào tỷ lệ mol 1,2-propylen oxid
tham gia phản ứng tổng hợp HPβCD........................................................... 61
Biểu đồ 3.5. Ảnh hƯởng của vận tốc khuấy đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HBβCD......................................................................................... 67
Biểu đồ 3.6. Ảnh hƯởng của nhiệt độ đến hiệu suất và DS của phản ứng tổng hợp
HBβCD............................................................................................................... 68
Biểu đồ 3.7. Ảnh hƯởng của thời gian đến hiệu suất và DS của phản ứng
tổng hợp HBβCD......................................................................................... 69
Biểu đồ 3.8. Sự phụ thuộc của hiệu suất và DS vào tỷ lệ mol 1,2-butylen oxid
tham gia phản ứng tổng hợp HBβCD.......................................................... 72
Biểu đồ 3.9. TƯơng quan giữa nồng độ và độ hấp thụ phổ UV của dung dịch
rutin chuẩn ở 362,5 nm................................................................................ 76
Biểu đồ 3.10. Pha hòa tan của rutin theo HPβCD......................................................... 77
Biểu đồ 3.11. Tỷ lệ tạo phức giữa rutin và HPβCD...................................................... 78
Biểu đồ 3.12. Độ hòa tan của rutin và rutin trong phức R-HPβCD điều chế
bằng phƯơng pháp nghiền Ướt và đồng bay hơi dung môi.........................79
Biểu đồ 3.13. Độ tan của rutin và rutin trong phức R-HPβCD điều chế bằng
phƯơng pháp đồng bay hơi dung môi......................................................... 80

Biểu đồ 3.14. Pha hòa tan của rutin theo HBβCD........................................................ 83


Biểu đồ 3.15. Độ hòa tan của rutin và rutin trong phức R-HBβCD điều chế bằng
phƯơng pháp nghiền Ướt và đồng bay hơi dung môi................................. 84
Biểu đồ 3.16. So sánh độ hòa tan của rutin trong phức R-HBβCD và rutin trong phức RHPβCD............................................................................................................... 87
Biểu đồ 3.17. So sánh độ tan của rutin trong phức R-HBβCD và rutin trong
phức R-HPβCD điều chế bằng phƯơng pháp đồng bay hơi dung môi........88
Biểu đồ 3.18. Pha hòa tan của itz theo HPβCD............................................................ 89
Biểu đồ 3.19. Độ hòa tan của itz và itz trong phức ITZ-HPβCD điều chế bằng phƯơng
pháp nghiền Ướt và đồng bay hơi dung môi với các tỷ lệ mol khác nhau ... 90
Biểu đồ 3.20. Độ tan của itz và itz trong phức ITZ-HPβCD điều chế bằng
phƯơng pháp đồng bay hơi dung môi với các tỷ lệ mol khác nhau.............91
Biểu đồ 3.21. Pha hòa tan của itz theo HBβCD............................................................ 94
Biểu đồ 3.22. Độ hòa tan của itz và itz trong phức ITZ-HBβCD điều chế bằng phƯơng
pháp nghiền Ướt và đồng bay hơi dung môi với các tỷ lệ mol khác nhau.......96
Biểu đồ 3.23. Độ tan của itz và itz trong phức ITZ-HBβCD điều chế bằng
phƯơng pháp đồng bay hơi dung môi với các tỷ lệ mol khác nhau.............97
Biểu đồ 3.24. So sánh độ hòa tan của itz trong phức ITZ-HBβCD và itz
trong phức ITZ-HPβCD............................................................................... 99
Biểu đồ 3.25. So sánh độ tan của itz trong phức ITZ-HBβCD và itz trong
phức ITZ-HPβCD điều chế bằng phƯơng pháp đồng bay hơi dung môi...
100 Biểu đồ 3.26. Pha hòa tan của ME theo HPβCD................................................. 101
Biểu đồ 3.27. Độ hòa tan của ME và ME trong phức ME-HPβCD điều chế
bằng phƯơng pháp nghiền Ướt và đồng bay hơi dung môi.......................102
Biểu đồ 3.28. Độ tan của ME và ME trong phức ME-HPβCD điều chế bằng
phƯơng pháp nghiền Ướt và đồng bay hơi dung môi................................ 103

DANH MỤC CÁC SƠ
ĐỒ

Trang
Sơ đồ 2.1. Qui trình tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin...................................34
Sơ đồ 3.1. Cơ chế phản ứng tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin.......................53
Sơ đồ 3.2. Cơ chế phản ứng tổng hợp 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin.........................65


Sơ đồ 4.1. Phản ứng của 1,2-propylen oxid trong môi trƯờng NaOH........................106
Sơ đồ 4.2. Phản ứng của 1,2-propylen oxid trong nƯớc tạo các tạp chất...................107


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong nghiên cứu phát triển thuốc, khó khăn lớn nhất là khả năng hòa tan kém của
dƯợc chất, gần một phần ba số dƯợc chất trong nghiên cứu phát triển gần đây không đạt
về độ tan và một nửa thất bại trong thử nghiệm dƯợc động học [103]. Các thuốc kém tan
thƯờng hấp thu chậm, thất thƯờng, sinh khả dụng khơng đủ và độc tính cao do tồn tại lâu
trên niêm mạc. Theo hệ thống phân loại sinh dƯợc học, các thuốc kém tan trong nƯớc
thuộc về nhóm II và nhóm IV, trong q trình hấp thu thuốc từ đƯờng uống, tốc độ hòa
tan là yếu tố kiểm soát tốc độ và mức độ hấp thu của thuốc kém tan [8], [104]. Một số
thuốc kém tan điển hình nhƯ: rutin, itraconazol, meloxicam.
Để đảm bảo hiệu quả tối đa trong điều trị và giảm độc tính của thuốc, cần thiết phải
nâng cao độ tan của các dƯợc chất. Các kỹ thuật đã đƯợc sử dụng nhằm cải thiện độ tan
và tốc độ hòa tan của thuốc kém tan trong nƯớc bao gồm phân tán rắn, siêu vi tinh thể,
đồng tinh thể, đồng bay hơi, đồng kết tủa, kết hợp polyme, hấp phụ bề mặt, tạo phức v.v
[102], [104]. Trong những kỹ thuật này, tạo phức với cyclodextrin đạt hiệu quả cao trong
việc cải thiện độ tan và tốc độ hịa tan. Trong nhóm cyclodextrin, beta cyclodextrin (βCD)
đƯợc nghiên cứu rộng rãi để tạo phức làm tăng độ tan của dƯợc chất [63]. Tuy nhiên độ
tan của βCD thấp và có độc tính trên thận nên khả năng ứng dụng của βCD bị giới hạn
[17], [84].

Các dẫn xuất hydroxyalkyl của βCD có độ tan trong nƯớc cao và độc tính trên thận
thấp [57], ]65]. Tính chất tạo phức với dƯợc chất của các dẫn xuất này về cơ bản vẫn
không thay đổi nên khả năng làm tăng độ tan, tốc độ hòa tan của thuốc trong phức cao
hơn nhiều so với phức thuốc-βCD [29]. Trên thế giới, các dẫn xuất hydroxyalkyl của βCD
đã đƯợc ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu phát triển thuốc. Hiện nay các nghiên cứu
phát triển thuốc tập trung chủ yếu vào 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD) và một
số nghiên cứu bắt đầu với 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin (HBβCD) để cải thiện độ tan
của dƯợc chất [90], [91]. Tuy nhiên các nguyên liệu này trong nƯớc vẫn chƯa tổng hợp
đƯợc và cũng khơng có sẵn trên thị trƯờng.


Từ các lý do trên, đề tài “Tổng hợp hydroxyalkyl-β-cyclodextrin ứng dụng làm tá
dƯợc tăng độ tan trong bào chế thuốc” đƯợc thực hiện gồm 2 mục tiêu cụ thể sau:
1. Tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin và 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin:
1.1. Xây dựng qui trình tổng hợp HPβCD và HBβCD.
1.2. Nâng sản phẩm của phản ứng tổng hợp lên cỡ lô kg.
1.3. Xây dựng tiêu chuẩn cơ sở của sản phẩm tổng hợp đạt yêu cầu làm tá dƯợc.
2. Ứng dụng 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin và 2-hydroxybutyl-β-cyclodextrin tổng
hợp vào tạo phức với một số dƯợc chất kém tan:
2.1. Điều chế phức rutin-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (R-HPβCD), phức rutinhydroxybutyl-β-cyclodextrin (R-HBβCD)
2.2. So sánh độ hòa tan, độ tan của phức R-HBβCD và phức R-HPβCD.
2.3. Điều chế phức itraconazol-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (ITZ-HPβCD), phức
itraconazol-hydroxybutyl-β-cyclodextrin

(ITZ-HBβCD)

2.4. So sánh độ hòa tan, độ tan của phức ITZ-HBβCD và phức ITZ-HPβCD.
2.5. Điều chế phức meloxicam-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (ME-HPβCD).

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TỔNG HỢP 2-HYDROXYPROPYL-β-CYCLODEXTRIN
1.1.1. 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD)
Cơng thức hóa học

(a)

(b)

Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo của HPβCD (a) và gốc thế
(b) Tên khác: hydroxypropylbetadex (β-cyclodextrin, 2-hydroxypropyl
ether)
Công thức nguyên: C42H70O35(C3H6O)n với n = 7 x ms. Số nhóm 2-hydroxypropyl trên
mỗi đơn vị glucose (ms) khơng dƯới 0,4 và khơng q 1,5 [21], [35], [99].
Tính chất
Bột kết tinh màu trắng, hay trắng ngà, dễ hút ẩm.
Độ tan: tan tự do trong nƯớc và trong propylen glycol. Trong 2 đồng phân của HPβCD,
đồng phân S ít hịa tan hơn đồng phân R. Khi sự đơn thay thế tại vị trí OH ở C-2 và sự
thay thế thấp, độ tan của HPβCD thấp hơn độ tan của βCD [20], [24], [48].
Khi tan trong nƯớc, HPβCD tạo gel và làm tăng độ nhớt của dung dịch. Các nhóm
hydroxyl bậc 2 và chuỗi 2-hydroxypropyl trong phân tử HPβCD tự liên kết với nhau tạo
thành các tập hợp, hình thành dạng nano hoặc mixen [69], [70], [71], [79]. So với các
cyclodextrin khác, HPβCD ít tạo tập hợp nhất, khi các đồng phân với các độ thế khác
nhau trong cùng một sản phẩm, sự tập hợp giảm [70].


Cấu trúc của HPβCD: các nhóm methylen C-1' và nhóm methyl C-3' của nhóm thế liên
kết vào bên trong của khoang macrocyclic bởi liên kết hydro và đƯợc kéo vào trong
khoang, chặn cả 2 đầu của phân tử lân cận. Nhóm 2-hydroxypropyl của một phân tử đƯa
vào trong khoang của một phân tử liền kề từ phía hydroxyl bậc 2, dẫn đến các phân tử liên

kết chặt chẽ trong mạng tinh thể tạo thành cấu trúc polyme [20], [54].

(a)

(b)

Hình 1.2. Mơ hình một phân tử HPβCD [54]: nhóm thế 2-hydroxypropyl đƯợc kéo vào
trong khoang (a) và các nhóm thế của phân tử HPβCD liên kết với các phân tử liền kề tạo
cấu trúc polyme (b).
Thay thế một phần bởi nhóm 2-hydroxypropyl tại các vị trí OH ở C-2 và C-3 vẫn cho
phép hydro ở OH-C-2 và OH-C-3 hình thành liên kết giữa những nhóm hydroxyl chƯa
thay thế, với khoảng cách giữa OH ở C-2 và OH ở C-3 tăng khoảng ba lần so với βCD và
lực liên kết giữa những nhóm này bị yếu đi.
Các ngun tử oxy glycosidic khơng hoạt động nhƯ một base Lewis, khơng có liên kết
hydro với các phân tử nƯớc ở gần khoang. Điều này nhấn mạnh bản chất kỵ nƯớc của
khoang.
Phân tích cấu trúc của một số phân tử HPβCD cho thấy cấu trúc phân tử tổng thể của nó
phụ thuộc vào bản chất thay thế gốc 2-hydroxypropyl chứ không phải một cấu trúc duy
nhất.
Dạng hình nón tổng thể của HPβCD so với βCD về cơ bản vẫn không thay đổi, mặc dù độ
nghiêng có thể xoay quanh vào bên trong hoặc bên ngồi khoang.


Về cấu trúc của khoang HPβCD: đƯờng kính của nó thay đổi khơng đáng kể do độ cứng
vốn có của vịng bảy nhóm glycosidic của phân tử βCD, sự biến đổi liên quan chủ yếu do
sự chuyển động tƯơng đối linh hoạt của các nhóm 2-hydroxypropyl [29], [54].
Độc tính: HPβCD đƯợc chứng minh là dung nạp tốt ở ngƯời, với tác dụng phụ chính là
tiêu chảy và khơng có các tác dụng phụ trên chức năng thận. So với các cyclodextrin
khác, HPβCD ít độc và an tồn nhất [56], [84].
1.1.2. Nguyên liệu dùng cho tổng hợp 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin

1.1.2.1. Beta cyclodextrin (βCD)
Công thức hóa học

(a)

(b)

Hình 1.3. Cơng thức cấu tạo của beta cyclodextrin (a) và 1 đơn vị glucopyranose (b)
Công thức nguyên: (C6H10O5)7.
Phân tử lƯợng: 1134,994.
Tính chất: bột tinh thể màu trắng dạng hydrat ổn định.
Độ tan trong nƯớc: 1,85% (kl/tt) [17], [21], [35],
[78]. Nguồn gốc:
βCD đƯợc tổng hợp từ carbohydrat với xúc tác bởi một enzym tự nhiên là
Cyclomaltodextrin glucanotransferase, bài tiết bởi vi khuẩn Bacillus macerans [86].
βCD có nhiều đặc điểm lý hóa và sinh học tƯơng tự nhƯ dextrin mạch thẳng.


Cấu trúc hóa học:
βCD là vịng oligosaccharid có chứa bảy đơn vị glucose đƯợc liên kết với nhau bởi liên
kết (α-1,4)-D-glucopyranosyl (hình 1.3) [5], [89]. βCD có dạng hình nón cụt thay vì một
hình trụ vì cấu hình ghế của các đơn vị glucopyranose [65], [99]. Định hƯớng của các
đơn vị glucopyranose gồm các nhóm hydroxyl bậc 1 tại các vị trí C-6 phía ngồi vành
hẹp, trong khi các nhóm hydroxyl bậc 2 ở các vị trí C-2 và C-3 phía ngồi vành rộng
hơn của hình nón cụt. Phân tử βCD có bề mặt bên ngồi Ưa nƯớc và khoang bên trong
kỵ nƯớc. Các cặp điện tử không liên kết của các cầu oxy hƯớng vào bên trong khoang,
do đó tạo ra mật độ điện tử cao [56]. Sự phân cực của khoang βCD đƯợc Ước tính
tƯơng tự nhƯ sự phân cực của ethanol, do liên kết hydro nội phân tử giữa các nhóm
OH ở C-2 và C-3 tƯơng đối mạnh làm cho βCD kém tan trong nƯớc [65].

Hình 1.4. Đặc điểm cấu tạo của βCD
Kích thƯớc của βCD: cao 0,78 nm, đƯờng kính ngồi 1,53 nm, đƯờng kính trong 0,78
nm [65].
1.1.2.2. 1,2-propylen oxid (1,2-epoxypropan) [62].

Cơng thức hóa học: C3H6O, phân tử lƯợng 58,08.
Tỷ trọng: 0,828 - 0,829.
o

Tính chất: 1,2-propylen oxid là chất lỏng không màu, mùi nhẹ, sôi ở 34,1 C, rất dễ cháy.


1.1.3. Các nghiên cứu về tổng hợp HPβCD trên thế giới
1.1.3.1. Phản ứng trên vòng glucopyranose
Ảnh hƯởng của nồng độ kiềm đến các vị trí phản ứng: HPβCD đƯợc tổng hợp bởi
phản ứng giữa βCD và 1,2-propylen oxid trong dung dịch nƯớc kiềm. Các base có chức
năng kép nhƯ một chất xúc tác cho phản ứng và cho sự hòa tan của βCD, một hợp chất
kém hòa tan trong nƯớc [50]. Nồng độ kiềm cao sẽ Ưu tiên alkyl hóa tại các vị trí OH-C6. Nồng độ kiềm thấp sẽ Ưu tiên alkyl hóa tại các vị trí OH-C-2. Các phản ứng tƯơng
đối khác nhau ở ba vị trí OH-C-2, OH-C-3 và OH-C-6 trong các phân tử α-Dglucopyranosyl có thể đƯợc xác định từ tỷ lệ mol của ether tạo thành sau phản ứng.
Các phản ứng tại OH-C-3 thƯờng đƯợc tăng cƯờng đáng kể khi OH-C-2 alkyl hóa hết,
nhƯng phản ứng tại OH-C-2 và OH-C-6 hầu nhƯ không bị ảnh hƯởng bởi ether hóa ở
các vị trí khác. Các sản phẩm luôn thay thế ngẫu nhiên và phân bố giữa các đơn vị
glucopyranose khác nhau.
Trong phản ứng ether hóa, độ hoạt động tƯơng đối ở OH-C-3 so với OH-C-2 ít bị ảnh
hƯởng bởi nồng độ kiềm. Tuy nhiên, phản ứng tƯơng đối xảy ra ở OH-C-6 so với
OH-C-2, thay đổi từ 1 : 5 ở nồng độ kiềm thấp, 7 : 1 ở nồng độ kiềm cao. Đối với các
phản ứng thúc đẩy bởi natri ethylsulfinylmethanid trong dimethyl sulfoxid, alkyl hóa tại
vị trí OH-C-6 đƯợc Ưu tiên [49].
Bằng cách thay đổi nồng độ kiềm để có đƯợc một mức độ chọn lọc của phản ứng giữa
βCD với 1,2-propylen oxid.

Alkyl hóa có chọn lọc tại OH-C-2 hoặc OH-C-6 có thể là một khởi đầu cho sự ra đời của
một nhóm phản ứng trong một phân tử. (OH-C-2, OH-C-3, OH-C-6: OH tại các vị trí C-2,
C-3 và C-6 tƯơng ứng của 1 đơn vị glucopyranose).
Với nồng độ natri hydroxid sử dụng thấp, nhóm hydroxyl bậc 2 đƯợc Ưu tiên alkyl hóa.
Khi ether bậc 2 tăng về số lƯợng, các nhóm hydroxyl bậc 2 tự do còn lại phản ứng giảm
do cản trở về khơng gian, trong khi phản ứng của các nhóm hydroxyl bậc 1 tự do không bị
ảnh hƯởng đáng kể. Một hiệu ứng tƯơng tự, do nhiều nhóm hydroxyl bậc 1, khi alkyl hóa
đƯợc thúc đẩy bởi nồng độ kiềm cao, phản ứng alkyl hóa tại các vị trí hydroxyl bậc 1
đƯợc Ưu tiên [20], [23], [46], [87].


Ảnh hƯởng của các base khác nhau nhƯ lithium hydroxid, natri hydroxid, kali hydroxid,
tetramethylamoni hydroxid và bari hydroxid của phản ứng giữa βCD và 1,2-propylen oxid
đã đƯợc nghiên cứu và cho thấy khơng có sự khác biệt trong mơ hình thay thế khi sử
dụng các base khác nhau [24].
Mức độ thay thế:
Tính chất lý hóa của HPβCD, trong đó có khả năng tạo phức, bị ảnh hƯởng rất nhiều bởi
kiểu, số lƯợng và vị trí của các nhóm thế trên phân tử βCD. Mức độ thay thế không đặc
trƯng cho một dẫn xuất βCD duy nhất. Khi sản xuất trong điều kiện khác nhau, tính chất
lý hóa của HPβCD với cùng một mức độ thay thế có thể khơng giống nhau với các nhóm
hydroxypropyl thế tại các vị trí khác nhau trên phân tử βCD.
Mức độ thay thế phân tử (molar substitution ms): là số mol trung bình của các tác nhân
thay thế, ví dụ 2-hydroxypropyl, trên mỗi mol glucopyranose [24], [78].
Độ thế (degree of substitution DS): là số lƯợng trung bình của các nhóm thế trên phân tử
βCD [21], [35], [57], [99]. Vì số lƯợng các nhóm hydroxyl phản ứng của mỗi mol
glucopyranose là 3, số lƯợng tối đa của nhóm thế trên 1 mol βCD có thể là 21.
Tỷ lệ các chất tham gia phản ứng, nhiệt độ, thời gian phản ứng ảnh hƯởng đến trung bình
của độ thế [25], [27].
Sự phân bố các DS khác nhau trong cùng một sản phẩm của phản ứng giữa βCD với
1,2-propylen oxid.

Trong 1 sản phẩm gồm nhiều phân tử HPβCD có các DS khác nhau. Sự phân bố của DS
khơng có sự gián đoạn, tuy nhiên trong quá trình tinh chế có thể dẫn đến mất một số phân
đoạn của sản phẩm. [51].
Phản ứng giữa βCD với 1,2-propylen oxid không thay đổi tổng số nhóm hydroxyl trong
phân tử, do đó sự phân bố DS trong sản phẩm khá đối xứng [20], [24], [48].
DS là 1 chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lƯợng và hiệu quả làm tăng độ tan của sản
phẩm HPβCD tổng hợp. DS thấp, khả năng tạo phức với hoạt chất cao nhƯng khả năng
làm tăng độ tan của hoạt chất trong phức giảm. DS cao, khả năng làm tăng độ tan của hoạt
chất trong phức cao nhƯng khả năng để hình thành phức với hoạt chất khó hơn so với ở


DS thấp do khi thay thế cao làm tăng độ phân cực của khoang HPβCD và cản trở không
gian của các nhóm thế [24], [27], [48].
1.1.3.2. Phản ứng mở vịng epoxid của 1,2-propylen oxid
Vịng epoxid của 1,2-propylen oxid có thể đƯợc mở hoặc bằng cách tấn công vào C-1 là
phản ứng chiếm Ưu thế và tạo ra ether 2-hydroxypropyl hoặc vào C-2 tạo ra ether
1-hydroxypropyl [62].
Các phản ứng tổng hợp của 1,2-propylen oxid, sử dụng một trong hai chất xúc tác có tính
acid hoặc base [37], [42].
Mở vịng: vịng epoxid của 1,2-propylen oxid có thể mở một liên kết CO.
Phản ứng trong môi trƯờng acid: 1,2-propylen oxid phản ứng với các tác nhân ái nhân
theo cơ chế SN2. Phản ứng xảy ra ở cả C-1 và C-2 với xúc tác là acid yếu nhƯ acid zeolit
khoảng 30% sản phẩm tạo thành là alcol bậc 1 với xúc tác là các acid mạnh nhƯ acid
sulfuric có đến 55% sản phẩm tạo thành là alcol bậc 1 [62].
Phản ứng mở vòng epoxid bằng cách thay thế ái nhân diễn ra ở một trong các nguyên tử
carbon epoxid với sự di chuyển của nguyên tử oxy epoxid. Định hƯớng mở vòng của
1,2-propylen oxid xác định chủ yếu bởi sự cản trở không gian của nhóm methyl thế và
hiệu ứng đẩy điện tử (+I) của nhóm methyl. NhƯ vậy, acid xúc tác làm tăng thay thế vào
carbon bậc 2.
Phản ứng trong môi trƯờng kiềm: xảy ra theo cơ chế SN2 [37]. Vòng epoxid mở ra

theo hƯớng ít cản trở khơng gian nhất, kết quả 95% sản phẩm tạo thành là alcol bậc 2
[113].
Phản ứng trong mơi trƯờng nƯớc: 1,2-propylen oxid cịn tự phản ứng với nhau tạo
propylen glycol, dipropylen glycol, tripropylen glycol và các polyglycol cao phân tử khác.
Sản phẩm mang nhóm thế 1-hydroxypropyl chiếm tỷ lệ rất nhỏ (khoảng 2 - 4%) so với
sản phẩm mang nhóm thế 2-hydroxypropyl [50].
Nhóm hydroxyl bậc 2 trong nhóm 2-hydroxypropyl phản ứng rất yếu, và alkyl hóa ở vị trí
này rất khó xảy ra. Đây là một điều kiện thuận lợi để phản ứng hydroxypropyl hóa, trong
đó nhóm ether oligomeric dễ dàng hình thành [49].